Громкоговорители с графеном:революция в звуке благодаря сверхлегким высококачественным диафрагмам

Современные портативные устройства — смартфоны, ноутбуки, планшеты — используют компактные громкоговорители и наушники для обеспечения четкого звука. Внутри этих устройств гибкая диафрагма, обычно бумажная или пластиковая, вибрирует в ответ на электрические сигналы, преобразуя электрическую энергию в звуковые волны, которые по воздуху достигают наших ушей.

Что делает громкоговоритель хорошим звуком? О превосходстве динамика судят по его частотной характеристике. В идеале он должен воспроизводить ровный отклик во всем слышимом диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, чтобы все тона передавались с одинаковым уровнем звукового давления. Обычные динамики с трудом справляются с этим балансом, особенно когда их размер уменьшен для мобильного использования; они часто страдают от ограниченного диапазона частот и более высокого энергопотребления.

Входит графен — двумерный углеродный материал, известный своей исключительной прочностью, малой массой и высокой электропроводностью. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли продемонстрировали графеновый громкоговоритель, который конкурирует, а по некоторым показателям превосходит коммерческие модели.

Ключевые характеристики графенового динамика:

• Сверхтонкая диафрагма:лист графена толщиной 30 нм и шириной 7 мм, выращенный методом химического осаждения из паровой фазы (CVD).
• Исключительная плавность:обеспечивает почти постоянный отклик в диапазоне 20 Гц–20 кГц.
• Высокая структурная целостность:прочность листа позволяет создавать большие и тонкие мембраны, которые эффективно преобразуют электрическую энергию в звук.
• Минимальные требования к демпфированию:в отличие от обычных динамиков, которым требуются механические демпферы для подавления нежелательных резонансов, естественное демпфирование этой конструкции зависит от окружающего воздуха.
• Низкое энергопотребление:при потреблении всего нескольких наноампер он потребляет гораздо меньше энергии, чем стандартные драйверы.

Как это работает — Диафрагма расположена между двумя перфорированными кремниевыми электродами, покрытыми диоксидом кремния, что предотвращает случайное замыкание при высоких уровнях возбуждения. При подаче напряжения электростатические силы вызывают вибрации в графеновом листе. Модулируя подаваемую мощность, динамик воспроизводит широкий диапазон слышимых тонов с высокой точностью.

Кроме того, процесс изготовления прост и масштабируем. Тот же метод CVD можно использовать для изготовления диафрагм большего размера, открывая путь к созданию более крупных и мощных динамиков, сохраняющих присущие графену преимущества.

Эти открытия указывают на будущее, в котором аудиоустройства будут легче, эффективнее и будут обеспечивать превосходное качество звука — и все это благодаря замечательным свойствам графена.