När en spänning läggs över en ledare ändras temperaturen proportionellt mot spänningen. Dessa temperaturförändringar skapar tryckförändringar i luften, alltså ljudvågor. En forskargrupp från finska VTT och Helsingfors tekniska högskola har tagit fram ett antal högtalare på denna princip, som kan spela upp ljud.

– Den termoakustiska effekten utnyttjar det faktum att med ljud, alltså tryckförändringar i luft, också följer förändringar i lufttemperaturen. Därav följer att det går att alstra ljud termiskt, genom att snabbt ändra lufttemperaturen. Det är så vår ljudgenerator fungerar, förklarar Juha Hassel på VTT för nyhetsbrevet physorg.com.

Högtalarna är helt platta och har inga rörliga delar. De kan alstra ljud upp till 110 dB på 8 cm avstånd från högtalaren. Tekniken lämpar sig bäst för höga frekvenser – högtalarna klarar ultraljud upp till 40 000 Hz, väl bortom den mänskliga hörselns gränser på 20 – 20 000 Hz. Forskarna tänker sig användningsområden som sonar, gassensorer och avståndsmätning.

Högtalarna är gjorda i ett par olika versioner, med mellan 6000 och 233 000 små tunna aluminiumtrådar. Varje tråd är omkring 200 µm lång, 3 µm bred och 30 nm tjock. Genom att elektriskt hetta upp varje tråd skapas ett motsvarande akustiskt tryck.

– För att linearisera det akustiska svaret på spänningen lägger vi på en bias-likspänning över talet eller musiken, förklarar Hassel.

Resultatet är publicerat i senaste utgåvan av Applied Physics Letters. En liknande högtalare togs fram ifjol av ett kinesiskt forskarlag. Men kineserna använde kolnanorör, som är betydligt svårare och dyrare att fabricera än de aluminiumtrådar finländarna använt. Enligt forskarna är tillverkningsprocessen mycket simpel jämfört med annan mikroelektronik, och kan integreras i mer komplexa processer.

– Vår metod kan skalas upp till industriella behov. Vi tror att vår teknik kan bli särskilt användbar för ultraljudstillämpningar, kanske till och med ersätta de konventionella piezoelektriska elementen som används där idag, säger Hassel till physorg.com.