นวัตกรรม "ลำโพงกระดาษ" ให้คุณฟังเพลงจากผนังห้องได้ทันที !!

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชิ้นสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการสร้างสีสันให้กับชีวิต คือ ลำโพง (Speaker) ซึ่งใช้ในการขับเสียงอันไพเราะของเพลงให้คุณได้เพลิดเพลินตลอดทั้งวัน ซึ่งอาจถูกออกแบบให้อยู่ในรูปทรงกลม, ทรงกระบอก หรือลูกบาศก์ แต่คุณอาจจะนึกไม่ถึงว่า ณ เวลานี้มีการประดิษฐ์ลำโพงที่บางราวกับกระดาษได้สำเร็จเป็นที่เรียบร้อย

โครงสร้างหลักในการก่อกำเนิดเสียงของลำโพง คือ แผ่นเมมเบรน เสียงในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์จะถูกแปลงให้กลายเป็นแรงสั่นสะเทือน เมื่อแผ่นเมมเบรนสั่นจะเกิดแรงกระทบต่ออากาศที่อยู่โดยรอบ ทำให้เกิดคลื่นเสียงกระจายมายังหูของผู้ฟังในที่สุด 

ล่าสุด วิศวกรจากสถาบัน MIT ได้พัฒนาลำโพงที่มีความบางราวกับกระดาษ โดยเลือกใช้วัสดุที่เรียกว่า เพียโซอิเล็กทริก (Piezoelectric materials) ซึ่งสามารถเกิดการสั่นสะเทือนได้เมื่อได้รับกระแสไฟฟ้า และจะสามารถให้แรงสั่นสะเทือนที่แตกต่างกันไปตามกระแสไฟฟ้าที่ส่งเข้ามา 

ทั้งนี้ เนื่องจากการสร้างเสียงของลำโพงเกิดขึ้นจากการสั่นสะเทือน ทำให้แผ่นเมมเบนกำเนิดเสียงต้องถูกจัดวางในตำแหน่งที่สามารถสั่นสะเทือนได้อย่างอิสระภายในลำโพง นี่จึงเป็นเหตุผลที่การออกแบบลำโพงจึงต้องมีมิติ เพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นเมมเบรนกระทบกับพื้นผิว เพราะอาจทำให้เสียงได้ยินไม่ชัดเจนหรือไม่สามารถสร้างเสียงออกมาได้

ทว่า ในกรณีของลำโพงกระดาษนี้ ทางวิศวกรเคลมว่าพวกมันสามารถนำไปติดตั้งที่พื้นผิวต่าง ๆ ได้หลากหลายรูปแบบโดยไม่ทำให้แรงสั่นสะเทือนลดลง นั่นหมายความว่าคุณสามารถสร้างห้องที่มีผนังบุด้วยลำโพงกระดาษเหล่านี้ได้ รวมถึงยังสามารถออกแบบลำโพงกระจายเสียงที่มีลักษณะเหมือนใบธงแขวนให้ลู่ลมอยู่หน้าบ้านได้ด้วย

ความลับของการออกแบบอยู่ที่โครงสร้างภายในของลำโพงกระดาษ วิศวกรแบ่งชั้นของลำโพงกระดาษออกเป็น 3 ชั้นคล้ายแซนด์วิช โดยชั้นกลางจะเป็นแผ่นเมมเบรนความหนาเพียง 8 ไมโครเมตร ที่มีวัสดุเพียโซอิเล็กทริกจัดวางเป็นแถวจนทั่วทั้งแผ่น ส่วนชั้นบนสุดจะเป็นพลาสติกชนิด PET ที่ทำการเจาะรูไว้ทั่ว ๆ ตามตำแหน่งของวัสดุเพียโซอิเล็กทริก เพื่อให้เพียโซอิเล็กทริกสามารถสั่นสะเทือนและ "ป่อง" ออกมาได้อย่างอิสระ และชั้นล่างสุดจะเป็นพลาสติก PET ที่ประกบซ้อนชั้นของเมมเบรนอิเล็กทริกเพียโซ เพื่อเป็นส่วนป้องกันและช่วยให้ผู้ใช้สามารถติดตั้งลำโพงกระดาษกับพื้นที่ผิวต่าง ๆ ได้นั่นเอง

ลำโพงกระดาษที่ประดิษฐ์ขึ้นในห้องปฏิบัติการมีความหนาเพียง 120 มิลลิเมตร และมีน้ำหนักเพียง 2 กรัมเท่านั้น หลังจากนั้นจึงนำไปติดตั้งไว้ที่ผนังห้องพร้อมต่อกระแสไฟฟ้าเข้าไปเพื่อเป็นแหล่งให้พลังงานกำเนิดเสียง ผลปรากฏว่า ลำโพงสามารถสร้างเสียงออกมาได้ความดัง 66 เดซิเบล ในย่านความถี่เสียง 1 กิโลเฮิรตซ์ และความดัง 86 เดซิเบล ในย่านความถี่เสียง 10 กิโลเฮิรตซ์ (ความดังเฉลี่ยของลำโพงทั่วไปจะอยู่ที่ราว ๆ 85-87 เดซิเบล)

นอกจากจะมีความบางแล้ว ลำโพงกระดาษนี้ยังใช้จัดการพลังงานได้ดี โดยเฉลี่ยแล้วใช้กำลังไฟฟ้าเพียง 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเมตรเท่านั้น ซึ่งวิศวกรเชื่อว่าลำโพงกระดาษนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อีกหลากหลายหน้าที่ ทั้งด้านเอนเตอร์เทนเมนต์ ไปจนถึงในทางการแพทย์ เช่น เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นเสียงเพื่อใช้เป็นคลื่นอัลตราซาวด์ เป็นต้น โดยวิศวกรยังคงต้องพัฒนาให้ลำโพงกระดาษพร้อมใช้งานมากกว่านี้ อีกไม่นานเราน่าจะได้เห็นลำโพงชนิดนี้วางจำหน่ายในท้องตลาดก็เป็นได้

ขอขอบคุณข้อมูลจาก New Atlas