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PLUS Chemnitz

Klingendes Papier mit Surround-Sound

Wissenschaftler der TU Chemnitz entwickeln gedruckte Lautsprecher – und haben Visionen fürs traute Heim.

Gedruckte Lautsprecher erzeugen eine überraschende Dschungel-Illusion: Die in eine Papierbahn eingebettete Elektronik ermöglicht einen 360 Grad-Surround-Sound.
Gedruckte Lautsprecher erzeugen eine überraschende Dschungel-Illusion: Die in eine Papierbahn eingebettete Elektronik ermöglicht einen 360 Grad-Surround-Sound. © TU Chemnitz/Jacob Müller

Ein großer Ring, bedruckt mit Palmen und anderen Pflanzen, lässt Besucher unweigerlich an die Decke schauen. Was da am Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz wie ein großer Lampenschirm aussieht, entpuppt sich als wundersame Kulisse mit allerlei Dschungelgeräuschen. Wie im Märchen.

Aber diese interdisziplinäre Entwicklung für Lautsprecher ist weit mehr als eine Spielerei. T-Ring nennt es der Wissenschaftler Georg Schmidt, der das Projekt „Rollengedrucktes Lautsprecherpapier“ leitet. Der Prototyp, den Schmidt vorstellt, ist knapp vier Meter lang. 56 Lautsprecher sorgen für eine 360-Grad-Surround-SoundInstallation. Einfacher zu installieren als eine Heimkinoanlage und nur 150 Gramm schwer. Einsetzbar überall dort, wo Lautsprecher nötig, aber auch Leichtigkeit, Flexibilität und Design von Vorteil sind, also in Bahnwaggons, Flugzeugen, in langen Korridoren von Gebäuden, in Museen, auf Messen und in der Werbebranche. Der Clou: Die Lautsprecherbahn besteht zu 90 Prozent aus konventionellem Papier. „Das ist attraktiv, weil es recyclingfähig ist“, sagt Schmidt.

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Projektleiter Georg Schmidt prüft an einer Rolle-zu-Rolle-Druckmaschine die Papierlautsprecherbahn akustisch und kann so deren Qualität beurteilen.
Projektleiter Georg Schmidt prüft an einer Rolle-zu-Rolle-Druckmaschine die Papierlautsprecherbahn akustisch und kann so deren Qualität beurteilen. © TU Chemnitz/Jacob Müller

Nun wird Papier zwar schon länger in Lautsprechern verbaut, aber die Chemnitzer nutzen Papier als flächige Membran, die man in den Händen halten kann. Dabei strahlen von der Oberfläche Töne in alle Raumrichtungen ab. Dafür, erklärt Schmidt, werde das Papier mit zwei Schichten eines sogenannten leitfähigen Polymers bedruckt. Dazwischen komme eine piezoelektrische Schicht, die das Papier in Schwingungen versetzt.

Piezoelektrik heißt auch, dass sich Materialien beim Anlegen einer elektrischen Spannung verformen. „Genau das wird beim Lautsprecher ausgenutzt“, sagt der Chemnitzer Wissenschaftler. Ein angelegtes Tonsignal wird in eine Deformation umgewandelt. Geschieht das mit einer Frequenz im Hörbereich, vibriert der Papierbogen mit eben dieser Frequenz und versetzt die Luft in Schwingungen. Es entsteht Schall. Wie das praktisch funktioniert, haben die Wissenschaftler schon vor einiger Zeit mit einem T-Book demonstriert. Die weltweit besten Pressefotos wurden dafür mit Chemnitzer Know-how zu einem klingenden Buch verarbeitet. Jede Seite liefert anderen Sound, zu den Fotos passende Musik oder Erläuterungen.

Eingebettete Elektronik

Da das aber bisher nur in einzelnen Bögen in begrenzten Formaten und noch dazu kostenintensiv herzustellen war, haben die Wissenschaftler weiter geforscht. Dank Fachleuten von Printmedientechnik, Chemie, Physik, Akustik, Elektrotechnik und Wirtschaft aus sechs Nationen können inzwischen Rollen wie für den T-Ring mit Tausenden von Lautsprechern hergestellt werden, derzeit maschinenbedingt 140 Millimeter breit in quasi unbegrenzter Länge. „Grundsätzlich sind aber auch breitere oder schmalere Bahnen möglich, je nach Einrichtung der Maschine“, sagt Schmidt.

Für ihr vom Bund mit 1,4 Millionen Euro gefördertes Projekt haben die Wissenschaftler weitere neue Technologien entwickelt, wie das Laminieren funktionaler Schichten. So könne Elektronik in das Papier eingebettet werden, unsichtbar und geschützt. Von den Lautsprecherbahnen strahle ein besonders homogener Schall in alle Richtungen ab. „Es lässt sich aber auch gezielt lokal beschallen, indem man die Bahnen strukturiert und in viele Einheiten aufteilt“, sagt Schmidt, der jetzt für die Entwicklung auf Marktreife und Partner in der Wirtschaft hofft.

Die Forschungen sind aber längst nicht abgeschlossen. Schmidt sieht den Einsatz der Lautsprecher auch in der Industrie. Dann aber nicht zur Beschallung, sondern für genau das Gegenteil. Mit den Lautsprecherbahnen könne, so die Vorstellung der Wissenschaftler, an besonders lärmintensiven Arbeitsplätzen ein Antischall erzeugt werden, der die Geräusche wesentlich vermindert. Die Prozesstechnik wiederum sei für die Fertigung von Inline-Messsystemen für Industrie 4.0, also eine vollständige Digitalisierung von Produktionsprozessen, interessant. Und die Visionen von Georg Schmidt gehen noch weiter. Im trauten Heim könnte die gedruckte Elektronik eine zunehmend wichtige Rolle spielen, indem sie verschiedene Funktionalitäten verknüpft. „Ich denke da an eine im Raum schwebende Papierbahn, die zugleich Lampe, Bewegungsmelder, Temperatur- und Luftfeuchtesensor, Solaranlage, Mikrofon und eben auch Lautsprecher ist.“ Der Wissenschaftler träumt dabei von einem Smart Home auf höchster Stufe.

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