Wir gehen heute auf Forschungstour und sind einmal mehr in Kalifornien, wo eine Erfindung schon recht bald die Audiowelt kräftig aufmischen könnte. Es geht um einen Werkstoff, ein neuartiges Material aus Kohlenstoff: Graphen (engl. graphene). Daraus wurde eine Membran erzeugt, die angeblich schon beim Test im Labor in der Lage war, die Klangqualität von aktuellen Lautsprechern zu übertreffen. Das schauen wir uns also mal genauer an.
Lautsprecher-Membrane: Deshalb sind sie wichtig
Beginnen wir mit einer kleinen Wissensauffrischung: Für einen auch in den höchsten Tönen brillant klingenden Lautsprecher braucht es eine möglichst kleine, schwingende Membran und im Umkehrschluss eine entsprechend große für die Wiedergabe tieferer Töne. Das Problem ist aber, dass es bislang begrenzt ist, wie klein, dünn und leicht eine Membran noch sein kann, um nicht zu reißen. Folglich ist an einem bestimmten Punkt Schluss – es sei denn, man entwickelt neue Materialien und verbessert damit die Technik.
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Die Graphen-Membran: Kaum sichtbar, aber 125-mal reißfester als Stahl
Bei Graphen handelt sich um eine Modifikation aus Kohlenstoff, die aus einer zweidimensionalen, kaum wahrnehmbar dünnen Schicht besteht. Ein Hauch von Nichts sozusagen. Die Entdecker dieses Materials, die britischen Forscher Andre Geim und Konstantin Novoselov, wurden 2010 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet.
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Aus diesem Material haben Qin Zhou und Alex Zettl, Forscher an der University of California, Berkeley, eine Membran geformt – die bei minimalem Gewicht eine derart hohe Reißfestigkeit aufweist, dass sie sich ideal für Lautsprecher eignet. Die Graphen-Membran soll rund 125-mal reißfester als Stahl sein. Wenn das kein Wort ist.
Modifikation aus Kohlenstoff mit weggeätztem Nickel
Für die Membran aus Kalifornien wurde eine sehr dünne Nickelfolie mit Graphen beschichtet, um dann das Nickel wegzuätzen und so eine extrem dünne, nahezu unsichtbare Schicht zu erhalten. In diesem Zustand ließ man das Material schwingen und stellte fest, dass es tatsächlich einen Ton produzierte, der bereits in diesem Stadium eine bessere Qualität im Frequenzgang aufwies als sehr hochwertige Kopfhörer.
Die Forscher haben auch ein Mikrofon mit Graphen-Membran entwickelt und mit diesem die für das menschliche Ohr nicht hörbaren Ultraschallwellen von Fledermäusen aufgenommen. Dass die Aufnahme erfolgreich war, bewies ein Abspielen in 8-fach verlangsamter Geschwindigkeit.
Seit 2016 entwickelt nun das amerikanische Unternehmen GraphAudio Systeme mit Graphen-Membranen. Ob Kopfhörer, Lautsprecher oder Mikrofone: Graphen soll für eine deutlich effizientere und verzerrungsfreie Schallumwandlung sorgen. Lautsprecher mit Graphen-Membran könnten also schon bald marktreif werden. Es gibt sogar bereits die ersten In-Ear-Kopfhörer mit dem Wundermaterial.
EU fördert Erforschung mit einer Milliarde Euro jährlich
Auch hierzulande wird Graphen eingehend erforscht. Seit 2013 fördert die Europäische Union die weitere Erforschung des Materials mit einer Milliarde Euro pro Jahr. Man verspricht sich vielfältige Einsatzgebiete – die Vision geht hin zu flexiblen Displays, Fahrzeugteilen, Flugzeugteilen, Batterien, Sensoren und mehr. Mit fortschreitender technologischer Ausreifung könnte Graphen also nicht nur die Audiowelt revolutionieren.
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Fazit: Graphen – das Material, dem die Zukunft gehört
- Graphen ist eine nanodünne Kohlenstoff-Modifikation, die eine extreme Reißfestigkeit aufweist.
- Mit seinen hervorragenden Eigenschaften eignet es sich ideal für die Herstellung von Membranen für Kopfhörer, Lautsprecher und Mikrofone.
- Die ersten Audiogeräte mit Graphen-Membran wurden bereits entwickelt.
Volker Droysen von Hamilton
13. Apr. 2017, 17:35
ich würde mal sagen: abwarten und Tee trinken… auch in anderen Branchen wird mit großem Brimborium das „Wundermaterial“ gepriesen, z.B. in der Rennradindustrie, wo durch den Einsatz von Graphene geradezu Quantensprünge im Hinblick auf geringes Gewicht, Steifheit, Fahreigenschaften, Rollwiderstand, Pannensicherheit usw. versprochen wurden. Seit einiger Zeit sind Rahmen, Laufräder und Reifen mit Graphene nun auf dem Markt und weder in Tests noch im praktischen Gebrauch lässt sich auch nur irgendetwas davon verifizieren – tatsächlich können die entsprechenden Produkte mit den „konventionellen“ Spitzenprodukten nicht mithalten…