Nayteikkuna

EMFi-kalvo vie audiotekniikan 2000-luvulle

 Monet ovat unelmoineet pienistä ja keveistä kaiuttimista, jotka eivät painaisi juuri mitään. Mutta onko kukaan kuvitellut mielessään, että jonain päivänä kaiuttimet voisi kääriä rullalle ja kantaa kainalossa keikalle. Tämän päivän todellisuutta kaiutinkäärö ei ihan vielä ole, mutta se väijyy jo nurkan takana!

Ohut, taipuisa ja hyvin soiva EMFi-kalvo tulee mullistamaan audioalaa, se on varma. Parhaimmassa tapauksessa tämä suomalainen keksintö voi olla maailman johtavien kaiutin- ja mikrofonivalmistajien keskeisenä materiaalina tulevaisuudessa. Eikä kalvo sovellu ainoastaan äänen tuottamiseen, vaan sillä voidaan myös hävittää melua!

Keksinnön idea syntyi jo 15 vuotta sitten ja sen takana on Kari Kirjavainen, joka työskentelee konsulttinaTampereella Valtion teknillisessä tutkimuskeskuksessa Kemiantekniikan tutkimusyksikössä. Kirjavainen sai VTT:n mukaan ideansa kehittämiseen, ja yhdessä Valmistustekniikan tutkimusyksikön kanssa on saatu tulokseksi joustava, sähköisesti varattu EMFi-kalvo (Electromechanical Film).

EMFi-kalvo on itseasiassa samaa ainetta kuin jokaiselle tuttu keksipakettien valkoinen kääre. Tarkemmin sanottuna se on kahdessa suunnassa venytettyä polypropeenikalvoa. Venytyksen aikana syntyy pieniä litteitä kuplia, jotka tekevät kalvosta paksuussuunnassa joustavan. Valmistusprosessin aikana kalvo myös varataan pysyvällä sähkövarauksella ja pinnoitetaan metallikalvolla. Paksuudeltaan valmis EMFi-kalvo on vain 0.05 mm.

 

Kalvosta kaiutin

EMFi-kalvo käyttäytyy samalla periaatteella kuin sähköstaattinen kaiutin, mutta toimiakseen se ei tarvitse esijännitettä. Kalvosta tehdyn kaiuttimen voi siis liittää tavalliseen audiovahvistimeen, mutta tehokkaampi tulos saadaan kuitenkin erityisvahvistimella, jolloin päästään jopa kymmeniä kertoja parempaan hyötysuhteeseen kuin perinteisillä kaiuttimilla.

Prototyyppikaiuttimet on tehty päällystämällä kalvo molemmin puolin noin kolmen millimetrin paksuisella, akustisesti läpinäkyvällä muovipinnalla. Tällaisen EMFi-paneelikaiuttimen paksuus on kahdeksan millimetriä. Tällä hetkellä pienin kaiutinelementti on suurinpiirtein A4-paperiarkin kokoinen ja se painaa alle kilon.
Sellaisenaan EMFi-kaiutin on dipoli, eli se säteilee ääntä yhtä hyvin eteenpäin kuin taaksepäin. Kaiuttimen suuntakuviota voidaan muunnella joko taivuttamalla levyä kaarelle tai laittamalla levyn taakse jotain vaimentavaa materiaalia kuten mineraalivillaa. Jo kolmenkymmenen sentin villakerros vaimentaa takaosan ja suuntaa kalvosta lähtevän äänen etupuolelle.

EMFi-kaiuttimen eräs erityispiirre on se, että kaiutin on erittäin suuntaava varsinkin korkeilla taajuuksilla. Kaiuttimen sivulle siirryttäessä ääni häviää kokonaan. Erityispiirre on myös se, että jokaisesta kaiuttimen pisteestä tulee ääntä täydellä taajuusvasteella, joten kaiutin on erittäin vaihekoherentti ja mahdollistaa tarkan operoinnin vaiheiden suhteen. Yksi elementti voidaan jakaa sähköisesti eri alueisiin ja näiden alueiden vaiheistuksella pysytään vaikuttamaan kaiuttimen suuntakuvioon. Näitä alueita pystytään myös suuntaamaan eri suuntiin.

 

 

Tasaisen tarkkaa

Jotta havainnot ei jäisi vain kuulon varaan, on 50 cm x 60 cm kokoisen paneelikaiuttin prototyypin taajuusvaste mitattu kaiuttomassa huoneessa. Tulokseksi on saatu 200 Hz - 20 kHz taajuusalueella +/- 3 dB:n vaste. Bassotaajuuksia lukuunottamatta kaiutin alkaa siis lähennellä hifi-tasoista äänentoistoa. Myös äänenpainetta on saatu kiitettävästi, 110 desibeliä metrin etäisyydeltä mitattuna. Tämä riittänee jo kotikäyttöön ja vaikkapa auditorio-sovelluksiin, mutta ei vielä rankempaan yleisöäänentoistoon.

Bassoalueen puuttuminen johtuu lähinnä siitä, että elementin sisällä olevan kalvon liikkumavara on vain noin 0,1 millimetriä. Kalvo ei siis saa tarpeeksi ilmaa liikkeelle, jotta toistossa päästäisiin mataliin taajuuksiin. Ratkaisua tähän kehitellään koko ajan. Tällä hetkellä alle 200 Hz:n alapuolelle päästään kuitenkin elementin pinta-alaa suurentamalla tai yhdistämällä järjestelmään erilliset bassokaiuttimet.

 

EMFi on soiva valkokangas

EMFi-kaiuttimen eräs sovellus on soiva valkokangas. Toistaiseksi suurin EMFi-paneeleista tehty valkokangas on kooltaan 150 cm x 180 cm, ja se on koottu yhdeksästä elementistä. Jokaista elementtiä pystytään ohjaamaan eri äänilähteellä, joten valkokangas voi toimia yhdeksänkanavaisena kaiuttimena. Jokaista kaiutinelementtiä pystytään myös suuntaamaan sähköisesti, joten ääntä voidaan kohdistaa tiettyyn katsomon osaan.

 

EMFi vaimentaa melua ja muuttaa akustiikkaa

EMFi-elementillä pystytään myös vaimentamaan melua. Tämä perustuu siihen, että täydellisessä vastakkaisvaiheessa olevat aallot kumoavat toisensa. Täytyy vain ensin tietää, minkälaisia ääniä on tarkoitus vaimentaa. Tämä ei ole ongelma, sillä kalvo voi toimia myös anturina, joka mittaa siihen itseensä osuvia ääniaaltoja. Sen jälkeen riittävällä laskentakapasiteetilla varustettu tietokone syöttää kalvolle tiedot vastaliikkeestä, johon on ryhdyttävä havaitun meluaallon kumoamiseksi. Kalvo siis puskuroi aktiivisesti melua perinteisten passiivisten vaimentimien sijasta. Merkittävää on se, että yksi ja sama elementti pystyy samanaikaisesti sekä tuottamaan hyötyääntä, että vaimentamaan häiriöääniä.

Luonnollisesti samaa periaatetta käyttäen elementeillä pystytään myös muuttamaan tilan akustiikkaa. Tämä tapahtuu jälkikaiunta-aikaa ja heijastusten kulkuaikaa ohjaamalla, samoin kuin absorptiota aktiivisesti säätämällä. Kaikki tämä tapahtuu sähköisesti.

Toistaiseksi ei tarkkaan tiedetä kuinka suuri ala huoneesta pitäisi päällystää EMFi-paneelilla, jotta akustiikkaa voidaan tehokkaasti muuttaa, mutta olettamuksena on joitakin kymmeniä prosentteja. Yhdellä elementillä ei siis pystytä muuttamaan kokonaisen huonetilan akustiikkaa eikä ääneneristystä.

 

EMFi-mullistaa myös muuta alaa

Vaan ei tässäkään ollut vielä kaikki. Samoja elementtejä, joilla muunnellaan huoneen akustiikkaa, torjutaan häiriöääniä sekä kuunnellaan musiikkia, voidaan käyttää myös mikrofonina.

Kalvolle tuleekin olemaan lukematon määrä käyttökohteita. Vain mielikuvitus on tällä hetkellä rajoittavana tekijänä. Sen lisäksi, että kalvoa voidaan käyttää erilaisiin audiosovellutuksiin, se sopii erinomaisesti myös erilaisten anturien valmistamiseen, joita ovat esimerkiksi ilkivallan kestävät näppäimistöt sekä lattiasensorit. Lattiasensorien avulla voidaan huolehtia kulunvalvonnasta sekä vartioinnista.

Mukana EMFi-kalvon kehittelyssä on tällä hetkellä puolenkymmentä tahoa, jotka kehittelevät idean monia haaroja omilla alueillaan. Keksintö onkin poikinut jo ensimmäiset kaupalliset sovelluksensa. EMFi-teknologiaan perustuva akustisen kitaran B-Band-kontaktimikrofoni on ollut markkinoilla tämän vuoden kesäkuusta lähtien, ja anturisovelluksista ainakin ilkivallan kestävä näppäimistö on ehtinyt tuotantoon saakka. Seuraava äänialaa koskettava tuote, eli EMFi-kaiutin on tulossa markkinoille noin vuoden päästä. Sen jälkeen voidaan odotella aktiivisesti absorpoivaa elementtiä.

Siihen saakka voikin päästää mielikuvituksen laukkaamaan ja visioida, mitä kaikkea tällaisella keksinnöllä voikaan tehdä. Hyvin vahva näky on ainakin se, että taulut tai kokonaiset seinät toimivat tulevaisuudessa kotien tai vaikkapa poikkitaiteellisten performanssien äänentoistojärjestelmänä. Isot ja rumat pömpelit voikin sitten kantaa kaatopaikalle tai museoida.

Lisätietoa EMFi-kalvoon perustuvista kaiuttimista

Artikkeli on julkaistu alunperin Riffin nettispesiaalina numeron 4/1997 yhteydessä.

 

Riffiä myyvät Lehtipisteet, kirjakaupat ja hyvin varustetut soitinliikkeet kautta maan. Lehteä sekä irtonumeroita voi tilata myös suoraan kustantajalta näillä sivuilla olevan Riffi-kaupan kautta.

Ennen vuotta 2010 julkaistuja numeroita voi tiedustella suoraan toimitukselta s-postilla, taannehtivia lehtiä myydään niin kauan kuin ko. numeroa on varastossa.

Lehden digitaalinen versio vuosikerrasta 2011 alkaen on ostettavissa myös Lehtiluukkupalvelusta

 

 

 

 

21.07.2009
|
Tarja Kupias
Tekninen toteutus: Sitebuilders Finland Oy