Innovation Chemnitzer Forscher entwickeln 360-Grad-Lautsprecher-Papier mit Surround-Sound

Großformatige Bilder, die als Lautsprecher einen klangvollen Sound liefern – diese Innovation haben Forscher aus Chemnitz entwickelt und jetzt mit der Rollenfertigung massentauglich gemacht. Papier- oder Folienrollen werden dabei mit Elektroden bedruckt und können auf großformatigen Flächen einen Surround-Sound liefern.  

Gedruckte Lautsprecher erzeugen überraschende Urwald-Illusion: Die in eine Papierbahn eingebettete gedruckte Elektronik ermöglicht einen 360°-Surround-Sound. Varvara Bachul vom Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz analysiert den Soundverlauf, der innerhalb des T-RINGs erzeugt wird. Die Töne kommen aus 56 gedruckten Einzellautsprechern, die auf der knapp vier Meter lange Kreisbahn zu sieben Segmenten verbunden sind.
Varvara Bachul vom Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz analysiert die Urwald-Illusion, die die gedruckten Lautsprecher erzeugen. Bildrechte: Jacob Müller

Lautsprecher so farbig wie Bilderwelten, dünn wie Papier und klangstark wie eine Dolby-Surround-Anlage haben Forscher der TU Chemnitz entwickelt. Jetzt ist es ihnen gelungen, die klangvollen Papierlautsprecher auf meterlanges Papier von der Rolle zu drucken. Mit den neuen Lautsprecher-Papierbahnen sind völlig neue Anwendungen möglich. Die Forscher entwickelten beispielsweise einen 360-Grad-Papierlautsprecher mit Surround-Sound, der lediglich 150 Gramm wiegt.

90 Prozent konventionelles Papier

Die meterlangen Lautsprecher-Installationen können in Bahnform oder als Kreis ("T-RING") gefertigt werden. "Für  unseren T-RING-Prototyp  verbanden wir eine knapp vier Meter lange Bahn mit 56 Einzellautsprechern zu sieben Segmenten und formten sie zum Kreis, was eine 360-Grad-Surround-Sound-Installation möglich macht“, sagt Schmidt. Die Lautsprecherbahn inklusive gedruckter Verschaltung wiege nur 150 Gramm und bestehe zu 90 Prozent aus konventionellem Papier, das beidseitig farbig bedruckt werden könne.

Papierlautsprecherbahnen für Museen, Werbung und Industrie 4.0

Die langen und leichten Papierlautsprecherbahnen können nach Angaben der Forschenden künftig gut in Museen, in der Werbung und auch der Industrie 4.0 verwendet werden. "So sind nun günstige Infotainment-Lösungen möglich", sagte Projektleiter Schmidt. In öffentlichen Gebäuden sei eine sehr homogene Beschallung langer Strecken wie Korridore vorstellbar. "Doch auch die Prozesstechnik selbst wird vielleicht für andere Bereiche interessant, zum Beispiel für die Fertigung von Inline-Messsystemen der Industrie 4.0.“

Dr. Georg C. Schmidt prüft an einer Rolle-zu-Rolle-Druckmaschine die vollständig gedruckte Papierlautsprecherbahn
Dr. Georg C. Schmidt prüft an einer Rolle-zu-Rolle-Druckmaschine die vollständig gedruckte Papierlautsprecherbahn. Bildrechte: Jacob Müller

Von der Einzelbogenfertigung zum Rolle-zu-Rolle-Druck

Bislang wurden die klangvollen Papierlautsprecher aus Chemnitz halbautomatisch auf einzelnen Bögen hergestellt. Dabei bedrucken die Forschenden die Papier- oder auch Folienbögen mit zwei Schichten eines leitfähigen organischen Polymers als Elektroden. Dazwischen kommt eine piezoelektrische Schicht als aktives Element, was das Papier oder die Folie in Schwingungen versetzt. Laut und deutlich wird durch die Luftverdrängung der Sound erzeugt. Beide Seiten des Lautsprecherpapiers lassen sich farbig bedrucken. Weil die Herstellung nur in einzelnen Bögen in begrenzten Formaten möglich und damit die Effizienz des relativ langsamen Herstellungsverfahrens sehr gering war, suchten die Chemnitzer Forscher seit 2017 einen Weg hin zur kostengünstigen Massenproduktion.

Die nahezu unsichtbar in die Papierbahn eingebetteten gedruckten Lautsprecher sind nur im starken Gegenlicht zu erkennen.
Die nahezu unsichtbar in die Papierbahn eingebetteten gedruckten Lautsprecher sind nur im starken Gegenlicht zu erkennen. Bildrechte: Jacob Müller

Lautsprecher von der Papierrolle

Das ist jetzt gelungen. Das Lautsprecherpapier kann jetzt auf meterlanges Papier von der Rolle gedruckt werden. Damit sei das Potenzial des Lautsprecherpapiers laut TU Chemnitz auf viele weitere Anwendungsbereiche ausgeweitet worden. "Forscherinnen und Forscher aus der Printmedientechnik, der Chemie, Physik, Akustik, Elektrotechnik und Wirtschaft, die aus sechs Nationen stammen, entwickelten eine kontinuierliche, hochproduktive und sichere Rollenproduktion von Lautsprecherbahnen“, erklärte Projektleiter Georg C. Schmidt. Man habe dafür nicht nur das Rolle-zu-Rolle(R2R)-Druckverfahren genutzt, sondern auch für weitere Prozessschritte Inline-Technologien entwickelt, etwa die Laminierung funktionaler Schichten. "So kann Elektronik in das Papier eingebettet werden – unsichtbar und geschützt“, sagt Schmidt. Die Projektergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Advanced Materials" publiziert.

"T-Book" –Bildband mit gedruckter Elektronik erhielt mehrere Auszeichnungen

Papierlautsprecher werden an der TU Chemnitz von den Wissenschaftlern des Instituts für Print- und Medientechnik schon seit mehreren Jahren entwickelt. Für ihr Jahr 2015 vorgestelltes "T-Book" – einen großformatigen Bildband mit gedruckter Elektronik erhielten die Forschenden verschiedene Auszeichnungen. Blättert man in diesem Buch eine Seite um, dann beginnt diese durch einen unsichtbar im Inneren des Blatt Papiers befindlichen Lautsprecher zu tönen. "Das T-Book war und ist ein Meilenstein in der Entwicklung gedruckter Elektronik", sagte Professor Hübler, unter dessen Leitung dieser Technologietrend seit mehr als 20 Jahren vorangetrieben wird. Doch die Entwicklung gehe immer weiter. Ziel sei es deswegen gewesen, das T-Paper von der Bogenherstellung in die Rollenfertigung zu überführen.

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