Haut-parleurs et écouteurs à base de graphène : son haute fidélité et ultra-faible consommation

Les appareils portables — smartphones, ordinateurs portables, tablettes — reposent sur des transducteurs compacts qui transforment les signaux électriques en son audible. Les transducteurs traditionnels utilisent des diaphragmes flexibles en papier ou en plastique. Lorsque ces fines membranes vibrent, elles poussent les molécules d'air pour générer des ondes sonores qui atteignent nos oreilles.

Pourquoi la réponse en fréquence est importante

La qualité d'un transducteur se juge à la platitude de sa réponse en fréquence. En pratique, cela signifie délivrer un niveau de pression sonore constant sur tout le spectre audible, de 20 Hz à 20 kHz. Les transducteurs conventionnels peinent à atteindre ce critère tout en restant petits, efficaces et rentables.

Le transducteur graphène de UC Berkeley

Des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley ont conçu un haut-parleur à base de graphène qui rivalise, et sur certains paramètres surpasse, de nombreux produits commerciaux. Les avantages clés sont :

• Masse ultralégère — une feuille de graphène de 30 nm d'épaisseur et 7 mm de large.
• Résistance exceptionnelle — permettant la création de membranes grandes et ultra-fines qui produisent le son efficacement.
• Réponse en fréquence plate — maintenant une sortie constante de 20 Hz à 20 kHz sans amortissement artificiel.
• Très faible consommation d'énergie — fonctionnant à seulement quelques nanoampères, bien en dessous des haut-parleurs conventionnels.

Fonctionnement

La feuille de graphène est prise en sandwich entre deux électrodes de silicium perforées revêtues de dioxyde de silicium. Ce design empêche les courts-circuits aux amplitudes d'excitation élevées. Lorsqu'une tension est appliquée, des forces électrostatiques font vibrer le diaphragme de graphène, créant le son. En modulant la tension d'excitation, une large gamme de fréquences et d'amplitudes peut être produite avec une haute fidélité.

Le processus de fabrication est simple et évolutif, rendant possible la production de diaphragmes de plus grande surface pour des transducteurs plus grands. Cela ouvre des possibilités pour des dispositifs audio ultra-compacts et haute performance qui consomment une énergie minimale.