輕薄如紙揚聲器問世,將使物體表面成為低功耗高質量音頻源

2022年05月04日11:48
美國麻省理工學院研究人員開發了一種超薄揚聲器,可將任何剛性表面變成高質量的有源音頻源。他們引入的簡單製造工藝可使薄膜器件大規模生產。圖片來源:FELICE FRANKEL
美國麻省理工學院研究人員開發了一種超薄揚聲器,可將任何剛性表面變成高質量的有源音頻源。他們引入的簡單製造工藝可使薄膜器件大規模生產。圖片來源:FELICE FRANKEL

  美國麻省理工學院工程師開發了一種紙一樣薄的揚聲器,可將任何表面變成有源音頻源。研究論文日前發表在《IEEE工業電子學會刊》上。

  這種薄膜揚聲器使用傳統揚聲器所需能量的一小部分,產生失真最小的聲音。研究團隊演示的手掌大小的揚聲器重量約為一枚硬幣,無論薄膜黏合到什麼表面,都可產生高質量的聲音。

  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,並且可按比例放大以生產足以覆蓋汽車內部或房間的超薄揚聲器。

  使用這種方式,薄膜揚聲器可在嘈雜的環境(例如飛機駕駛艙)中通過產生相同幅度但相反相位的聲音來提供主動降噪。這種靈活的設備還可用於沉浸式娛樂,在劇院或主題公園遊樂設施中提供3D音頻。由於它重量輕且運行所需的電量非常少,因此該設備非常適合在電池壽命有限的智能設備上的應用。

  新揚聲器通過使用成形壓電材料薄膜來簡化揚聲器設計,當電壓施加在其上時,該薄膜會移動,從而振動其上方的空氣並產生聲音。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。但如果將這些揚聲器安裝在一些表面上,可能會阻礙振動並妨礙它們產生聲音的能力。

  為了克服這個問題,研究團隊重新考慮了薄膜揚聲器的設計。新設計不是讓整個材料振動,而是依靠一層薄薄的壓電材料上的微小圓頂,每個圓頂都單獨振動。這些圓頂,每個只有幾根頭髮的寬度,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。相同的間隔層可保護圓頂在日常操作過程中免受磨損和衝擊,從而提高揚聲器的耐用性。

  這種節能設備每平方米揚聲器面積只需要大約100毫瓦的功率。相比之下,一個普通的家庭揚聲器可能會消耗超過1瓦的功率才能在相當的距離上產生相似的聲壓。

  該設備還可使用超聲波檢測人在房間中的站立位置,就像蝙蝠使用回聲定位一樣,然後在人移動時塑造聲波以跟隨人。

  科技日報記者 張夢然

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