Au prestigieux Massachussett’s Institute of Technology (MIT), des chercheurs ont développé un prototype de haut-parleurs extrêmement fins qui permettent de produire du son à partir de n’importe quelle surface.
En pratique, l’engin prend la forme d’une fine membrane que l’on peut théoriquement appliquer sur n’importe quelle surface. Le prototype présenté par les chercheurs était un carré mesurant approximativement la taille d’une main adulte, et plus léger qu’une pièce d’un centime. D’après ses concepteurs, malgré sa finesse, l’engin serait capable de produire un son très convaincant avec “une distorsion minimale”.
“C’est une sensation remarquable de prendre ce qui ressemble à une feuille de papier, d’y attacher deux pinces, de les brancher dans la prise audio de votre ordinateur, et de commencer à écouter”, explique Vladimir Bulović, auteur principal de l’étude”. “On peut l’utiliser n’importe où, et il faut une quantité minuscule d’énergie pour l’alimenter”, se réjouit-il.
Dans un haut-parleur standard, un courant électrique passe dans une bobine pour générer un champ magnétique. Ce dernier sert à déplacer un aimant dont les mouvements sont synchronisés avec le signal électrique. On obtient alors une sorte de petit piston magnétique dont le rôle est de faire vibrer le diaphragme.
Cela a pour effet de générer des ondes de pression qui voyagent dans l’espace; une fois qu’elles arrivent au niveau du tympan, elles sont interprétées par le cerveau comme du son, dont la hauteur dépend de la fréquence des vibrations; plus la fréquence des vibrations est élevée, plus le son perçu sera aigu, et vice-versa.
Une membrane piézoélectrique en guise de diaphragme
Dans ce nouveau haut-parleur ultrafin, le raisonnement est globalement le même. En revanche, les étapes superflues ont été supprimées et la conception globale a été simplifiée. Pour produire ce film, les chercheurs ont choisi d’utiliser un matériau dit piézoélectrique. Ce terme générique désigne un matériau capable de générer une charge électrique lorsqu’il est soumis à une contrainte mécanique, c’est-à-dire quand il est déformé.
Ici, les chercheurs ont utilisé un effet piézoélectrique inverse. Cela signifie que le matériau se déforme lorsqu’on lui applique un courant électrique. Cette membrane joue donc le rôle de diaphragme dont on peut contrôler les mouvements en lui appliquant un courant électrique.
C’est un concept qui a déjà été exploré à de nombreuses reprises. Mais souvent avec une limite rédhibitoire : ces haut-parleurs doivent habituellement être désolidarisés de toute surface pour pouvoir se déformer, et par conséquent produire du son. Une limite qui réduit considérablement l’intérêt pratique de cette technologie.
Les chercheurs du MIT ont donc changé légèrement l’approche. Ici, pas question de faire vibrer toute la membrane; ils ont produit une couche de matériau piézoélectrique jonchée de milliers de petits dômes six fois plus fins qu’un cheveu, et tous capables de vibrer individuellement. Les couches qui comportent ces protubérances sont ensuite séparée de la couche de fixation par de fines couches d’air; tous ces petits dômes peuvent ainsi vibrer de concert pour produire un son audible.
D’innombrables qualités
Premier avantage : cette architecture permet au matériau de vibrer librement, même une fois appliqué sur une surface. De plus, grâce à la combinaison de milliers de petites sous-unités, ce haut-parleur est apparemment redoutable en termes de fidélité audio. Il apparaît également que cette technologie est extrêmement peu gourmande en énergie, avec environ 100 mW/m² ! À titre de comparaison, les chercheurs expliquent qu’un haut-parleur standard peut aisément consommer plus d’1W pour “produire une pression sonore similaire à une distance comparable”.
Autre grosse qualité de cette technologie : ces membranes sont extrêmement simples à produire en grande quantité. Très sommairement, il suffit de construire un sandwich d’adhésif et de matériau piézoélectrique. Il ne reste qu’à chauffer le tout, puis de le passer sous une chambre à vide à travers un moule; cela permet aux dômes de se former spontanément sous l’effet de la différence de pression.
“C’est un procédé de fabrication très simple, sans fioriture”, explique Jinchi Han, postdoctorant dans le laboratoire de Bulović. “Cela permet d’envisager une production à haut débit, et qu’on pourrait donc s’en servir pour couvrir des murs entiers, des habitacles de voiture, des cockpits d’avions…”, suggère-t-il.
Et la cerise sur le gâteau, c’est que cette technologie pourrait même se trouver des applications très intéressantes et très éloignées des usages habituels des haut-parleurs. Puisque les dômes sont extrêmement fins et petits, les chercheurs pensent qu’ils pourraient être parfaitement adaptés aux applications liées aux ultrasons, qui ne sont ni plus ni moins que des sons à très haute fréquence. Cela pourrait avoir des intérêts dans plusieurs domaines, notamment en imagerie médicale.
Pas seulement pour la musique
Les chercheurs estiment aussi qu’il serait possible d’utiliser ces dômes dans le sens inverse. Au lieu de les faire vibrer, il est aussi possible d’attendre qu’un son extérieur les mette en mouvement. On peut ensuite mesurer cette vibration; on se retrouve alors avec un système d’écholocalisation, comme celui dont disposent les chauves-souris ou les baleines.
De plus, contrairement à un haut-parleur traditionnel, ce film est par nature entièrement étanche. Cela signifie qu’il serait possible de l’utiliser dans des liquides avec très peu de contraintes. Dans ce contexte, grâce à ses propriétés mécaniques, le son pourrait par exemple servir à mélanger de produits chimiques dangereux sans s’en approcher.
Encore plus impressionnant : ce système pourrait même un jour servir à créer des écrans d’un tout nouveau genre !”Si les dômes vibrants sont recouverts d’un matériau réfléchissant, ils pourraient servir à créer des motifs lumineux pour de futures technologies d’affichage”, expliquent les chercheurs.
En résumé, cette petite membrane déborde déjà de potentiel alors qu’elle vient à peine de voir le jour. “Nous avons désormais la capacité de générer des déplacements d’air en activant une surface extensible… les options sont virtuellement illimitées”, souffle Bulović.
Il sera donc très intéressant de suivre l’évolution de cette technologie ô combien prometteuse; nous pourrions bientôt la retrouver dans l’habitacle de nos voitures, dans des salles de concerts, et même dans l’industrie de demain.
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