Author: news Okexun
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像纸一样的超薄扬声器
麻省理工学院的工程师开发了一种薄纸扬声器，可以将任何表面变成有源音频源。 这种薄膜扬声器产生的声音失真最小，而消耗的能量只是传统扬声器的一小部分。该团队演示了一款人手大小的扬声器，重量约为一角硬币，无论薄膜粘在什么表面上，都能产生高质量的声音。 为了实现这些特性，研究人员开创了一种看似简单的制造技术，该技术只需要三个基本步骤，并且可以按比例放大以制造足够大的超薄扬声器，以覆盖汽车内部或为房间贴墙纸。 以这种方式使用，薄膜扬声器可以通过产生相同幅度但相反相位的声音，在喧嚣的环境中（例如飞机驾驶舱）提供主动降噪；这两个声音相互抵消。这种灵活的设备也可用于沉浸式娱乐，也许可以通过在剧院或主题公园中提供三维音频。而且由于它重量轻，需要少量的功率就能运行，因此该器件非常适合在电池寿命有限的智能设备上应用。 “拿起看起来像一张细长的纸，在上面贴上两个夹子，将其插入计算机的耳机端口，然后开始听到从中发出的声音。它可以在任何地方使用。人们只需要很少的电力来运行它。”Vladimir Bulović说，他是新兴技术领域的Fariborz Maseeh主席，有机和纳米结构电子实验室（ONE Lab）的负责人，麻省理工学院的主任，也是该论文的资深作者。 Bulović与主要作者Jinchi Han（ONE Lab博士后）和共同资深作者Jeffrey Lang（维特斯电气工程教授）共同撰写了这篇论文。该研究今天发表在IEEE Transactions of Industrial Electronics上。 新方法 在耳机或音频系统中发现的典型扬声器使用电流输入，这些电流输入通过线圈产生磁场，该磁场移动扬声器膜，移动其上方的空气，从而产生我们听到的声音。相比之下，新型扬声器通过使用一种异形压电材料的薄膜来简化扬声器设计，当施加电压时，该薄膜会移动，从而将空气移动到其上方并产生声音。 大多数薄膜扬声器设计为独立式，因为薄膜必须自由弯曲才能产生声音。将这些扬声器安装在表面上会阻碍振动并妨碍其产生声音的能力。 为了克服这个问题，麻省理工学院的团队重新考虑了薄膜扬声器的设计。他们的设计不是让整个材料振动，而是依赖于薄薄的压电材料层上的微小圆顶，每个压电材料单独振动。这些圆顶，每个只有几个头发宽度，被薄膜顶部和底部的间隔层包围，保护它们免受安装表面的影响，同时仍然使它们能够自由振动。相同的垫片层可保护圆顶在日常操作过程中免受磨损和冲击，从而增强扬声器的耐用性。 为了制造扬声器，研究人员使用激光将小孔切成一片薄薄的PET，这是一种轻质塑料。他们用一种非常薄的压电材料（薄至8微米）层压穿孔PET层的底面，称为PVDF。然后，他们在粘合的薄片上施加真空，并在其下方施加80摄氏度的热源。 由于PVDF层非常薄，真空和热源产生的压差导致其膨胀。PVDF不能强行穿过PET层，因此微小的圆顶在它们没有被PET阻挡的区域突出。这些突起与PET层中的孔自对齐。然后，研究人员用另一层PET层压PVDF的另一侧，以充当圆顶和粘合表面之间的垫片。 “这是一个非常简单、直接的过程。如果我们将来将这些扬声器与卷对卷工艺集成，它将使我们能够以高吞吐量的方式生产这些扬声器。这意味着它可以大量制造，比如覆盖墙壁、汽车或飞机内饰的墙纸。”Han说。 高质量、低功耗 圆顶的高度为15微米，大约是人类头发厚度的六分之一，它们在振动时只能上下移动约半微米。每个圆顶都是一个声音生成单元，因此需要数千个这样的小圆顶一起振动才能产生可听见的声音。 该团队简单制造过程的另一个好处是它的可调性 – 研究人员可以改变PET中孔的大小以控制圆顶的大小。半径较大的圆顶会置换更多的空气并产生更多的声音，但较大的圆顶的共振频率也较低。谐振频率是器件工作效率最高的频率，较低的谐振频率会导致音频失真。 一旦研究人员完善了制造技术，他们就测试了几种不同的圆顶尺寸和压电层厚度，以达到最佳组合。 他们通过将薄膜扬声器安装在距离麦克风30厘米的墙壁上来测试他们的薄膜扬声器，以测量以分贝为单位记录的声压级。当25伏特的电流以1千赫兹（每秒1000个周期的速率）通过设备时，扬声器在66分贝的对话水平下产生高质量的声音。在10千赫兹时，声压级增加到86分贝，与城市交通的音量水平大致相同。 这种节能设备每平方米的扬声器面积只需要大约100毫瓦的功率。相比之下，普通的家用扬声器可能会消耗超过1瓦的功率，以在相当的距离上产生类似的声压。 Han解释说，由于微小的圆顶正在振动，而不是整个胶片，因此扬声器具有足够高的共振频率，可以有效地用于成像等超声应用。超声成像使用非常高频的声波来产生图像，而更高的频率会产生更好的图像分辨率。 Bulović说，该设备还可以使用超声波来检测人类在房间里站在哪里，就像蝙蝠使用回声定位一样，然后塑造声波以跟随人移动。如果薄膜的振动圆顶覆盖有反射表面，它们可用于为未来的显示技术创建光的图案。如果浸入液体中，振动膜可以提供一种搅拌化学品的新方法，使化学处理技术能够比大批量处理方法使用更少的能量。 “我们有能力通过激活可扩展的物理表面来精确地产生空气的机械运动。如何使用这项技术的选择是无限的。”Bulović说。 信息源于：eurekalert
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像紙一樣的超薄揚聲器
麻省理工學院的工程師開發了一種薄紙揚聲器，可以將任何表面變成有源音頻源。 這種薄膜揚聲器產生的聲音失真最小，而消耗的能量只是傳統揚聲器的一小部分。該團隊演示了一款人手大小的揚聲器，重量約為一角硬幣，無論薄膜粘在什麼表面上，都能產生高質量的聲音。 為了實現這些特性，研究人員開創了一種看似簡單的製造技術，該技術只需要三個基本步驟，並且可以按比例放大以製造足夠大的超薄揚聲器，以覆蓋汽車內部或為房間貼牆紙。 以這種方式使用，薄膜揚聲器可以通過產生相同幅度但相反相位的聲音，在喧囂的環境中（例如飛機駕駛艙）提供主動降噪；這兩個聲音相互抵消。這種靈活的設備也可用於沈浸式娛樂，也許可以通過在劇院或主題公園中提供三維音頻。而且由於它重量輕，需要少量的功率就能運行，因此該器件非常適合在電池壽命有限的智能設備上應用。 「拿起看起來像一張細長的紙，在上面貼上兩個夾子，將其插入計算機的耳機端口，然後開始聽到從中發出的聲音。它可以在任何地方使用。人們只需要很少的電力來運行它。」Vladimir Bulović說，他是新興技術領域的Fariborz Maseeh主席，有機和納米結構電子實驗室（ONE Lab）的負責人，麻省理工學院的主任，也是該論文的資深作者。 Bulović與主要作者Jinchi Han（ONE Lab博士後）和共同資深作者Jeffrey Lang（維特斯電氣工程教授）共同撰寫了這篇論文。該研究今天發表在IEEE Transactions of Industrial Electronics上。 新方法 在耳機或音頻系統中發現的典型揚聲器使用電流輸入，這些電流輸入通過線圈產生磁場，該磁場移動揚聲器膜，移動其上方的空氣，從而產生我們聽到的聲音。相比之下，新型揚聲器通過使用一種異形壓電材料的薄膜來簡化揚聲器設計，當施加電壓時，該薄膜會移動，從而將空氣移動到其上方並產生聲音。 大多數薄膜揚聲器設計為獨立式，因為薄膜必須自由彎曲才能產生聲音。將這些揚聲器安裝在表面上會阻礙振動並妨礙其產生聲音的能力。 為了克服這個問題，麻省理工學院的團隊重新考慮了薄膜揚聲器的設計。他們的設計不是讓整個材料振動，而是依賴於薄薄的壓電材料層上的微小圓頂，每個壓電材料單獨振動。這些圓頂，每個只有幾個頭髮寬度，被薄膜頂部和底部的間隔層包圍，保護它們免受安裝表面的影響，同時仍然使它們能夠自由振動。相同的墊片層可保護圓頂在日常操作過程中免受磨損和衝擊，從而增強揚聲器的耐用性。 為了製造揚聲器，研究人員使用激光將小孔切成一片薄薄的PET，這是一種輕質塑料。他們用一種非常薄的壓電材料（薄至8微米）層壓穿孔PET層的底面，稱為PVDF。然後，他們在粘合的薄片上施加真空，並在其下方施加80攝氏度的熱源。 由於PVDF層非常薄，真空和熱源產生的壓差導致其膨脹。PVDF不能強行穿過PET層，因此微小的圓頂在它們沒有被PET阻擋的區域突出。這些突起與PET層中的孔自對齊。然後，研究人員用另一層PET層壓PVDF的另一側，以充當圓頂和粘合表面之間的墊片。 「這是一個非常簡單、直接的過程。如果我們將來將這些揚聲器與卷對卷工藝集成，它將使我們能夠以高吞吐量的方式生產這些揚聲器。這意味著它可以大量製造，比如覆蓋牆壁、汽車或飛機內飾的牆紙。」Han說。 高質量、低功耗 圓頂的高度為15微米，大約是人類頭髮厚度的六分之一，它們在振動時只能上下移動約半微米。每個圓頂都是一個聲音生成單元，因此需要數千個這樣的小圓頂一起振動才能產生可聽見的聲音。 該團隊簡單製造過程的另一個好處是它的可調性 – 研究人員可以改變PET中孔的大小以控制圓頂的大小。半徑較大的圓頂會置換更多的空氣並產生更多的聲音，但較大的圓頂的共振頻率也較低。諧振頻率是器件工作效率最高的頻率，較低的諧振頻率會導致音頻失真。 一旦研究人員完善了製造技術，他們就測試了幾種不同的圓頂尺寸和壓電層厚度，以達到最佳組合。 他們通過將薄膜揚聲器安裝在距離麥克風30釐米的牆壁上來測試他們的薄膜揚聲器，以測量以分貝為單位記錄的聲壓級。當25伏特的電流以1千赫茲（每秒1000個週期的速率）通過設備時，揚聲器在66分貝的對話水平下產生高質量的聲音。在10千赫茲時，聲壓級增加到86分貝，與城市交通的音量水平大致相同。 這種節能設備每平方米的揚聲器面積只需要大約100毫瓦的功率。相比之下，普通的家用揚聲器可能會消耗超過1瓦的功率，以在相當的距離上產生類似的聲壓。 Han解釋說，由於微小的圓頂正在振動，而不是整個膠片，因此揚聲器具有足夠高的共振頻率，可以有效地用於成像等超聲應用。超聲成像使用非常高頻的聲波來產生圖像，而更高的頻率會產生更好的圖像分辨率。 Bulović說，該設備還可以使用超聲波來檢測人類在房間里站在哪裡，就像蝙蝠使用回聲定位一樣，然後塑造聲波以跟隨人移動。如果薄膜的振動圓頂覆蓋有反射表面，它們可用於為未來的顯示技術創建光的圖案。如果浸入液體中，振動膜可以提供一種攪拌化學品的新方法，使化學處理技術能夠比大批量處理方法使用更少的能量。 「我們有能力通過激活可擴展的物理表面來精確地產生空氣的機械運動。如何使用這項技術的選擇是無限的。」Bulović說。 信息源於：eurekalert
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