IR rezonans tabanlı fotoakustik hoparlör geliştirilmesi

Abstract

Fotoakustik etki ile akustik sinyalin iletilmesi ve yeniden üretilmesi, 1880 yılındaki Alexander Graham Bell'in deneylerinden bu zamana kadar, Fizik bilimindeki ilgi çeken araştırma konularından biri olmuştur. Son yirmi yıl içinde lazer cihazları (LASER) ve Fotonik alanındaki gelişmeler sayesinde, bu etki kullanılarak özellikle medikal görüntüleme ve fotoakustik spektroskopi alanlarında deneysel ve teorik çok sayıda çalışma literatüre girmiş olmasına rağmen, ses teknolojileri alanında fotoakustik etkiye dayalı yapılan çalışmalar oldukça kısıtlı sayıdadır. Fotoakustik etki katı, sıvı, gaz ve yoğunlaşmış fazlarda bulunan moleküllerin, ışık - madde etkileşimi sonucunda ortaya çıkan bir olgudur. Bir molekül, koherent kızıl ötesi (IR) ışık ile etkileşime girdiğinde, moleküler bağlar bu IR ışık ile rezonans frekansta titreşerek mikro ölçekte genleşir ve bir basınç dalgalanmasının oluşmasını sağlar. Ancak elektromanyetik etkileşim üretmeyen işitilebilir aralıktaki frekansta (20 Hz – 20kHz) ve seviyede (0-120 dB SPL) ses üretebilecek kapasiteye sahip etkin bir ses kaynağına literatürde rastlanmamıştır. Bu çalışma kapsamında Diebold ve Westervelt'in ortaya koymuş olduğu model kullanılarak üretilen bu basıncın parametreleri frekans ve ses basınç seviyesi (dB SPL) bağlamında teorik olarak çalışılmıştır. Ayrıca konsept bir kulaklık tasarımı yapılarak fotoakustik etki ile sesin üretilebilirliği gösterilmiştir. Bu çalışma ile işitilebilir aralıktaki sesin fotoakustik etki ile iletimi ve yeniden üretilmesi amacıyla yeni bir deneysel yöntem, teorik olarak ortaya konmuştur.

Transmitting and reproducing the acoustical signal via the photoacoustic effect discovered by the studies of Alexander Graham Bell in 1880, has been one of the most challenging research topics in Physics since then. Even though plenty of experimental and theoretical studies have been performed particularly on medical imaging and photoacoustic spectroscopy by using this effect through the innovations of the photonics and the lasers in the last two decades, the number of the audio technology studies on photoacoustics has quite limited availability. The photoacoustic effect is an acoustical phenomenon that occurs as a result of light-matter interaction. When a proper molecule, which is solid, liquid, gas or in an intense phase, interacts with a coherent infrared (IR) light, vibrating the molecular bonds with the same resonant frequency of the IR light causes expansion on a micro scale and pressure fluctuations. However, there has not been reported an electromagnetic interference (EMI) free photoacoustic sound source, which can produce the sound in audible frequency and level ranges. In the scope of this work, photoacoustic audible pressure has been theoretically studied in the context of the frequency and the sound pressure level (dB SPL) based on the pressure expressions of Diebold and Westervelt. Additionally, reproducibility of the audible sound by the photoacoustic effect has been also demonstrated as a conceptual EMI-free photoacoustic earphone design. In this study, with the intention of transmitting and reproducing the audible sound by means of the photoacoustic effect has been theoretically presented a novel experimental method.