美国麻省理工学院研发薄膜扬声器：重量轻耗电量小，贴在物体上就能发声

据国外媒体报道，最近几天，美国麻省理工学院的工程师们开发出了一种纸一样薄的扬声器，它可以将任何表面变成音源。

这种薄膜扬声器产生的音频失真最小，与传统扬声器相比只消耗少量的能量研究小组展示了一个手掌大小的扬声器，重量约为一毛钱，无论这种薄膜粘在什么表面上，都可以播放高质量的音频

为了实现这些特性，研究人员创造了一种看似简单的制造工艺，只需要三个基本步骤，就可以按比例放大，生产出一种超薄扬声器，可以覆盖汽车内部，也可以覆盖房间的壁纸这样，薄膜扬声器就可以在嘈杂的环境中产生振幅相同，相位相反的声音，两种声音可以相互抵消薄膜扬声器可用于沉浸式娱乐，如在剧院或主题公园乘车时提供三维音频由于它的轻薄和低功耗，非常适合电池寿命有限的智能设备

麻省理工学院有机纳米结构电子实验室负责人Vladimir Bulovic说:薄膜扬声器看起来像一张薄纸两个夹子连接上电源，相关端口插入电脑的耳机插孔然后你能听到它的声音这种体验很神奇它非常便携，可以在任何地方使用人们只需要提供少量的电力来运行它

布罗西和他的研究同事金池·韩和杰弗里·朗在《IEEE工业电子学汇刊》上发表了这份研究报告。

全新的方案

或者耳机音频系统中的传统扬声器采用电流输入，电流通过线圈产生磁场磁场振动扬声器薄膜，使扬声器薄膜上方的空气移动，从而产生我们听到的声音相比之下，这款新扬声器通过使用压电材料制成的薄膜简化了扬声器设计当电压施加到薄膜上时，薄膜会振动，从而移动其上的空气并产生声音

大多数薄膜扬声器都是独立设计的，因为薄膜必须自由弯曲才能发出声音将其安装在物体表面会阻碍其振动，影响其发声能力为了克服这个问题，麻省理工学院的研究团队重新设计了薄膜扬声器经过改进后，它不是使整个薄膜振动，而是依靠薄压电材料上的微圆顶结构每一个穹顶结构都独立振动，它们的直径只有人类头发丝的几倍膜的顶部和底部被间隔层包裹，以保护它们免受安装表面的影响，同时，它们可以自由振动在日常操作中，相同的间隔层保护圆顶免受磨损和冲击，从而提高扬声器的耐用性

为了实现薄膜扬声器的最佳效果，研究人员使用激光在PET片材上打孔，这是一种轻质塑料他们在穿孔PET片的底部铺上一层非常薄的PVDF材料，然后在粘合片上方施加真空，在粘合片下方施加80摄氏度的热源

由于PVDF材料很薄，真空和热源的压力差导致其膨胀，PVDF材料无法强行穿透PET片材，所以在PET片材的小孔处出现圆顶状突起之后，研究人员在PVDF材料的另一面铺设了一层PET片材，作为穹顶突起和粘接面之间的间隔物

金瀚说，这是一个非常简单和直接的过程如果未来我们能够结合卷对卷技术，我们就能够以高通量的方式生产这些扬声器，这意味着它可以批量制造，并像壁纸一样覆盖在墙壁，汽车或飞机上

大多数薄膜扬声器都是独立设计的，因为薄膜必须自由弯曲才能发出声音将其安装在物体表面会阻碍其振动，影响其发声能力

高质量，低功耗

穹顶高度只有15微米，大约是人类头发直径的六分之一振动时，它们只会上下极化0.5微米每个穹顶都是一个独立的声音发生器，因此需要数千个穹顶结构一起振动才能产生人类听到的声音

薄膜扬声器的另一个优势是它的可调性——研究人员可以改变PET薄片上小孔的直径，从而控制圆顶结构的大小半径较大的穹顶结构产生的声音较大，但共振频率较低，是设备运行最有效的频率，共振频率较低会导致音频失真

在研究人员完善了薄膜扬声器的设计后，他们测试了几种不同的圆顶尺寸和压电层厚度，以达到最佳的组合效果他们将薄膜扬声器安装在距离麦克风30厘米的墙上，并测试了它的声压级当25伏电流以1000赫兹通过该设备时，扬声器将产生66分贝的高质量声音当达到10千赫时，声压级会增加到86分贝，与城市交通的音量水平差不多

这种节能装置每平方米只需要大约100毫瓦的电力，而普通家用扬声器在相当远的距离产生类似的声压可能需要消耗1瓦以上的电力Chihan解释说，由于小穹顶结构不断振动，而不是整个膜片振动，扬声器可以产生足够高的谐振频率，从而有效地用于超声领域，例如:超声成像，它使用非常高频率的声波产生图像，更高的频率会产生更高分辨率的图像

该设备还可以像蝙蝠的回声定位一样，利用超声波检测房间内人员的位置，然后对声波进行整形，以跟踪人员的移动布罗维奇说，如果薄膜振动穹顶结构覆盖有反射表面，就可以用来创造未来主义的光显示技术如果将膜浸没在液体中，振动膜可以提供一种搅拌化学品的新方法，这使得化学处理技术比质量处理方法消耗更少的能量

Browsey指出，我们已经有能力通过激活可伸缩的物理表面来精确地产生气动机械运动，并且这项技术的应用领域是无限的。

美国哥伦比亚大学电气工程系主任Yannis Misis说，我认为这是一个非常有创意的方法利用光刻图案模板将薄膜堆叠成拱形的策略非常独特，这可能会在扬声器和麦克风中产生一系列新的应用

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