Platte luidsprekers; Geluidskwaliteit is voldoende voor lawaaiige luchthavens en stations

'PASSAGIERS VOOR KLM-vlucht 486 naar Amsterdam kunnen instappen bij sluisdeur 16.' Glashelder klinkt deze mededeling in het kantoor van New Transducers (NXT) in Hungtingdon, Cambridgeshire. Maar waar men ook kijkt, er is geen luidspreker te bekennen. NXT-directeur Anthony Stevens wijst op het plafond, en warempel, daar zit een dun paneel dat als luidspreker blijkt te fungeren.

Traditionele luidsprekers werken volgens het elektromagnetisch principe. Het luidsprekerchassis bevat een spoel die vrij kan bewegen in een krachtig magnetisch veld, waardoor een conus- of koepelvormig membraan in beweging wordt gebracht. Dit membraan produceert drukgolven die de luisteraar als geluid waarneemt. Deze aanpak heeft een groot nadeel: door de bewegingen van het membraan zijn de drukgolven aan de voor- en achterzijde van de luidsprekers in tegenfase. En dus moet er een behuizing omheen, omdat de golven elkaar anders opheffen.

Wie een luidspreker uit zijn behuizing haalt terwijl de muziek nog speelt, loopt de kans dat hij plotseling helemaal niets meer hoort. Maar zo'n behuizing heeft een nadeel: niet alleen neemt zij veel ruimte in beslag, de geluidssterkte neemt doorgaans met zo'n 3 decibel af. Bovendien moet de behuizing worden gedempt om kast-resonantie te voorkomen. Verder stuwen membranen de drukgolven in een bepaalde richting. Met toenemende frequentie wordt het uitgestraalde geluid in de asrichting geconcentreerd. Dat is de reden dat bij traditionele luidsprekers het stereogeluid maar op één plek optimaal beluisterd kan worden, op korte afstand midden voor de luidsprekers.

Fabrikanten hebben al vaak geprobeerd de conus te vervangen door platte panelen, maar dat is tot nu toe niet goed gelukt. Er bestaan wel platte luidsprekers, maar die zijn gebaseerd op elektrostatische eigenschappen van een folie die tussen geperforeerde metalen platen is bevestigd. Hoewel die folies erg dun zijn, is een erg groot oppervlak nodig om geluid te kunnen voortbrengen. Ook zijn elektrostaten lastig te produceren.

Enkele jaren geleden deed het Britse Defence Research Agency (DRA) onderzoek naar dempingspanelen voor lawaaiige vliegtuigcockpits. In plaats van te dempen begonnen de panelen te vibreren, waardoor het lawaai juist erger werd. Het Britse bedrijf Verity, eigenaar van een groot aantal Hifi-merken, vond die eigenschap echter reuze interessant. “De militairen hadden bij toeval een soort tweeter ontwikkeld (een luidspreker voor hoge tonen, red.), zij het een niet erg goede”, zegt marketing-directeur Jon Vizor van NXT, de onderzoekspoot van Verity.

Na een lange studie slaagde NXT erin zeer dunne panelen, in dikte variërend van 3 tot 25 millimeter, met eenvoudige elektromagnetische of piëzo-elektrische elementen in trilling te brengen over vrijwel het volledige hoorbare frequentiegebied. De panelen fungeren dus zèlf als klankbord. “De eigenschappen van deze panelen herinneren eerder aan die van traditionele muziekinstrumenten, zoals een viool”, zegt NXT-directeur Anthony Stevens. Doordat de geluidsgolven aan de voor- en achterzijde van het paneel in fase zijn, heffen ze elkaar niet op. Daardoor hoeft er geen kast omheen. Maar dat is niet het enige voordeel: hogere frequenties worden niet gericht, maar diffuus uitgestraald. Ook als men iets voor de panelen zet verandert het geluidsbeeld nauwelijks. Evenmin kunnen de akoestische eigenschappen van de omringende ruimte de geluidskwaliteit beïnvloeden.

Overigens komt bij het maken van de panelen nog veel kijken. Het diffuse golfpatroon wordt bepaald door de oppervlaktedichtheid, stijfheid en demping van de panelen. Als ook maar enigszins van deze parameters wordt afgeweken, heeft men geen luidspreker meer, maar een paneel dat slechts akoestische energie verspreidt. Het frequentiebereik is afhankelijk van grootte en constructie tussen de 100 Hz en 18.000 Herz. Voor weergave van geluidsgolven onder 100 Herz moeten de panelen voorlopig nog met zogenoemde subwoofers worden uitgerust, omdat de bastonen anders te zwak zijn.

NXT wil de panelen in eerste instantie leveren aan lawaaiige luchthavens en stations. Daar komt het heldere geluid goed tot zijn recht. Voor pure Hifi-toepassingen zijn de panelen vooralsnog minder geschikt. Echte liefhebbers zullen hun Hifi-installatie niet zomaar voor platte panelen willen inruilen. Stevens: “We zijn nog hard bezig om de geluidskwaliteit te verbeteren, daar werken zowel wiskundigen als materaalwetenschappers aan. Vergeet niet dat we moeten opboksen tegen een technologie die al bijna honderd jaar oud is.”

Dat neemt niet weg dat de panelen nu reeds interessante toepassingsmogelijkheden bieden. Zo kan het materiaal dat uit koolvezels, mylar, maar ook metalen als aluminium en titanium wordt vervaardigd brandwerend en waterbestendig worden gemaakt. Stevens: “Je kunt ze zelfs onder water zetten. Bij traditionele luidsprekers loop je kans dat de conus onder de druk bezwijkt.” Het Japanse bedrijf NEC gaat de technologie als eerste toepassen in laptop-computers. Gebruikers kunnen de dunne paneeltjes als vleugelluidsprekers uit het apparaat trekken. Nokia overweegt de panelen voor autoradioluidsprekers te gebruiken.

Theoretisch zou het complete dashboard als luidspreker kunnen worden ingericht. NXT kan op dit gebied concurrentie verwachten van Noise Cancellation Technologies. Dit Britse bedrijf heeft soortgelijke panelen ontwikkeld, alleen worden die door meer piëzo-elektrische elementen aangestuurd.

In een traditioneel luidsprekermembraan breiden de trillingen zich als watergolfjes naar buiten uit. Het NXT-paneel komt daarentegen over het gehele oppervlak in trilling.

    • Jan Libbenga