Mới đây, nhóm các nhà khoa học tại Đại học California-Berkeley đã chế tạo một chiếc tai nghe có màng loa bằng graphene đặt giữa 2 điện cực silic và tiến hành các thử nghiệm kiểm tra chất lượng âm thanh. Thí nghiệm nhằm so sánh hiệu chất lượng âm thanh mà màng graphene tạo ra so với các loại tai nghe thương mại hiện nay với kích thước 7 mm. Kết quả thu được hết sức khả quan về chất lượng âm thanh mà màng loa graphene tạo ra hứa hẹn sẽ tạo nên một cuộc cách mạng trong lĩnh vực âm thanh trong tương lai không xa.
Hiện nay, graphene là một loại vật liệu có những đặc tính mà khó có loại vật liệu nào so sánh được. Graphene đã được sử dụng để phát triển nhiều loại sản phẩm như pin năng lượng mặt trời, pin lithium,... Graphene được nhắc đến như một loại vật liệu bền nhất từng được biết đến trong vũ trụ, nhạy sáng gấp 1000 lần so với bất kỳ cảm biến ánh sáng của một chiếc camera nào,... và còn nhiều đặc tính ưu việt khác.
Trên lý thuyết, bất cứ chiếc loa nào cũng cần có một bộ phận quan trọng gọi là màng rung (hoặc màng loa). Đây là nơi tạo ra sóng âm, sau đó truyền qua không khi đến tai người nghe và bộ não xem đó là âm thanh. Để làm được điều này, phía sau của loa có một nam châm vĩnh cửu được gắn chặt trong một khung cố định. Khi điện được dẫn vào loa, sự biến đổi trong điện trường làm cuộn đồng trong nam châm rung lên. Dính với cuộn đồng này là một màng thường làm bằng giấy hay plastic. Màng này rung tới và lui để làm di chuyển không khí trước loa và theo đó sóng âm được tạo ra. Khi các sóng âm này đến tai bạn, bạn sẽ nghe được âm thanh.
Màng loa càng dày và nặng thì cần phải cung cấp nhiều năng lượng hơn để nó có thể di chuyển tới lui. Vì vậy, graphene với các đặc tính siêu nhẹ, siêu bền, dẫn điện vô cùng tốt có thể được dùng để chế tạo ra những chiếc màng loa siêu mỏng nhưng vẫn đảm bảo được hiệu quả âm thanh mà nó tạo nên. Trong thử nghiệm mới đây, nhóm nghiên cứu đã so sánh chất lượng âm thanh mà chiếc màng gaphene tạo ra với chiếc tai nghe Sennheiser MX-400 (hiện đang bán rộng rãi trên thị trường với giá khoảng 10 đô la). Dưới đây là biểu đồ tần số đáp ứng của cả 2 màn loa (đường biểu diễn trên biểu đồ càng thẳng và liền nét thì càng tốt).
Biểu đồ tần số đáp ứng của các loại tai nghe, thứ tự từ trên xuống là màng loa Graphene, tai nghe Sennheiser MX-400 và dưới cùng là so sánh với thiết bị cách âm cách nhiệt
Biểu đồ trên cho thấy màng graphene có tần số đáp ứng gần giống với tai nghe Sennheiser MX-400 ở dải tần thấp và trung bình. Tuy nhiên, điều đáng ngạc nhiên là biểu đồ tần số đáp ứng của màng graphene bắt đầu thẳng và vẫn liền nét ở dải tầng số cao trên 5000 Hz. Ở dải tần cao, để đáp ứng được những dao động nhanh và liên tục, màng loa phải đủ nhỏ, mềm để không cản trở quá trình hoạt động. Và graphene đã làm rất tốt nhiệm vụ của mình.
Dù thí nghiệm không tạo ra màng graphene với mục đích tối ưu hóa chất lượng âm thanh, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết là "nó có khả năng tái tạo chất lượng âm thanh với độ trung thực tuyệt vời khi được dùng để nghe nhạc." Hơn nữa, do màng graphene có trọng lượng rất nhẹ nên không cần sử dụng nhiều năng lượng để tạo ra rung động. Các nhà nghiên cứu cho biết thêm rằng: "Kết quả thử nghiệm cho thấy màn graphene cũng có thể được sử dụng cho micro. Mức độ phản ứng tuyệt vời cộng với trọng lượng siêu nhẹ của graphene hoàn toàn có thể được dùng để chế tạo micro."
Dù thí nghiệm đã so sánh màng graphene với 2 loại loa khác, có thể bạn vẫn cho rằng dùng một tai nghe Sennheiser có giá chỉ khoảng 10 đô la thì so sánh có vẻ khá khập khiễng. Nhưng dù có giá rẻ thì chiếc tai nghe cũng vẫn cần có thời gian khá dài để nghiên cứu và phát triển nhằm tối ưu chất lượng âm thanh. Mà thí nghiệm chỉ dùng một màng graphene hết sức sơ khai mà chưa hề được tối ưu hóa cho việc tạo ra âm thanh. Để có được một chiếc tai nghe hoàn chỉnh với chất âm tuyệt vời thì ngoài màng loa còn phải tính tới rất nhiều yếu tố khác với tầm quan trọng không kém.
Câu hỏi được đặt ra ở đây là đến bao giờ một chiếc tai nghe hoặc loa có sử dụng màng loa bằng graphene mới chính thức được thương mại hóa trên thị trường. Đây lại là một vấn đề khác. Nhưng nếu có thể sản xuất hàng loạt các sản phẩm graphene với chi phí thấp và dễ dàng thì không chỉ riêng ngành công nghiệp âm thanh mà ngay cả nhiều ngành kỹ thuật khác cũng sẽ chính thức áp dụng loại siêu vật liệu này. Thật sự, graphene chính là một loại siêu vật liệu có khả năng tạo được những bước nhảy vọt khổng lồ trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
