《探索 | 麻省理工开发出超薄扬声器:可随意粘贴任何表面》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2022-04-27
  • 麻省理工学院的工程师们最近开发出一种纸质扬声器,可以把任何表面变成音源。并且这种扬声器可以使发出的声音失真很小,所需的能量远低于传统扬声器。

    其外观薄如一张纸,简化了扬声器的设计,把它连接电脑后即可发出的声音。它使用了一层成型的压电材料薄膜,当电压施加在它上面时,它就会振动,从而产生声音。

    值得注意的是,该扬声器的设计并不是像传统扬声器一样让整个材料振动,而是依靠压电材料薄层上的微小圆顶单独振动,在薄膜的顶部和底部被间隔层所包围,使其可随意粘贴在任何表面。这种设计还有一个好处,就是在日常操作中可免受磨损和冲击,增强了扬声器的耐用性。

    据研究者介绍,这种薄膜扬声器重量约为一角硬币,无论粘在什么表面,都可以产生高质量的声音,以后有望在汽车内部和房内壁纸上推广。

    此外,该扬声器还有降噪功能。比如在嘈杂的飞机上,通过产生相同振幅但相位相反的声音来抵消噪音。由于它很轻,而且耗能低,十分适合电池容量小的智能设备。

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    • 编译者:冯瑞华
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    • 美国麻省理工学院工程师开发了一种纸一样薄的扬声器,可将任何表面变成有源音频源。研究论文日前发表在《IEEE工业电子学会刊》上。   这种薄膜扬声器使用传统扬声器所需能量的一小部分,产生失真最小的声音。研究团队演示的手掌大小的扬声器重量约为一枚硬币,无论薄膜黏合到什么表面,都可产生高质量的声音。   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,并且可按比例放大以生产足以覆盖汽车内部或房间的超薄扬声器。   使用这种方式,薄膜扬声器可在嘈杂的环境(例如飞机驾驶舱)中通过产生相同幅度但相反相位的声音来提供主动降噪。这种灵活的设备还可用于沉浸式娱乐,在剧院或主题公园游乐设施中提供3D音频。由于它重量轻且运行所需的电量非常少,因此该设备非常适合在电池寿命有限的智能设备上的应用。   新扬声器通过使用成形压电材料薄膜来简化扬声器设计,当电压施加在其上时,该薄膜会移动,从而振动其上方的空气并产生声音。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。但如果将这些扬声器安装在一些表面上,可能会阻碍振动并妨碍它们产生声音的能力。   为了克服这个问题,研究团队重新考虑了薄膜扬声器的设计。新设计不是让整个材料振动,而是依靠一层薄薄的压电材料上的微小圆顶,每个圆顶都单独振动。这些圆顶,每个只有几根头发的宽度,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。相同的间隔层可保护圆顶在日常操作过程中免受磨损和冲击,从而提高扬声器的耐用性。   这种节能设备每平方米扬声器面积只需要大约100毫瓦的功率。相比之下,一个普通的家庭扬声器可能会消耗超过1瓦的功率才能在相当的距离上产生相似的声压。   该设备还可使用超声波检测人在房间中的站立位置,就像蝙蝠使用回声定位一样,然后在人移动时塑造声波以跟随人。 【总编辑圈点】   高质量的音效,一定意味着庞大的体积吗?老烧们会告诉你的确是这样,扬声器的箱体大小很关键,追求便携易摆放的话必然会牺牲一部分音质。但薄膜扬声器的开发者正试图挑战这种概念,依靠薄薄压电材料上的微小结构,“一层纸”也能发挥出大功率音箱的效果。不过,其真实聆听效果究竟怎样,还有待测评,只能说,因为它随贴随用,现在你房间里的一切硬物,以后都可能是你的音箱。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-09-25
    • 蔚山国家科学技术研究院(UNIST)的一个国际研究团队提出了一种可将您的皮肤变成扬声器创新的可穿戴技术。 这一突破是由UNIST能源与化学工程学院的hyhyub Ko教授主持的。这项新技术的开发在一定意义上是为了帮助有听力和语言障碍的患者,该技术可以进一步用于各种潜在的应用领域,比如可穿戴物联网传感器和适形医疗设备。 在这项研究(该研究发表于《Science Advances》中,其题目为《透明和导电纳米膜与皮肤可附扬声器和麦克风的银纳米线阵列正交》)中,研究小组开发了超薄、透明且导电的,由嵌入聚合物基体的正交银纳米线阵列组成的混合纳米膜。然后,他们将纳米膜以几乎可以连接到任何东西来发出声音的扬声器的形式展示出来。研究人员还推出了一款可以充当麦克风的类似的设备,该设备可以连接到智能手机和电脑,以解锁声控安全系统。 它的超薄、导电、透明的混合纳米膜可应用于制备可亲肤纳米扬声器和语音识别麦克风,其优异的透明性和共形接触能力使其在外观上不显突兀。 纳米膜(NMS)是具有纳米级厚度的薄壁分离层。聚合物纳米膜因其极强的柔韧性、超轻的重量和优异的粘接性等优点而受到人们的广泛关注。它几乎可以直接依附到任何表面。然而,它们容易撕裂并且没有导电性。 研究小组通过将银纳米线网络嵌入到基于聚合物的纳米膜中解决了这些问题。这使得皮肤贴附和不可察觉的扬声器和麦克风的演示成为可能。 这项研究的第一作者,UNIST能源和化学工程博士项目的Saewon Kang说:“我们的超薄、透明和导电的混合纳米膜促进了与曲线和动态表面的共形接触,而不会产生任何裂纹或破裂。” 他补充说:“这些层能够检测出由声音对应的摩擦电压信号产生的声音和声音振动,可以进一步探索各种潜在应用,如声音输入/输出设备。” 研究小组使用混合纳米膜,制造出了皮肤可连接的纳米膜扬声器和麦克风,由于其出色的透明度和正形接触能力使得其在外观上不会显得突兀。这些可穿戴的扬声器和麦克风薄得像纸一样,但仍然能够传导声音信号。 Ko教授说:“我们研究的最大突破是开发厚度小于100纳米的超薄、透明和导电的混合纳米膜,纳米膜具有优异的光学、电气和机械性能使得能够展示皮肤可附着且难以察觉的扬声器和麦克风。” 皮肤贴附式纳米膜扬声器的工作原理是通过周围空气的温度诱导振荡发出热声声音。当电流通过导体并产生热量时发生的周期性焦耳加热导致这些温度振荡。 作为一款可伸缩,透明且可贴皮的扬声器,它引起了人们的极大关注。 上图显示了(A)具有正交AgNW阵列的可贴皮肤的纳米膜扬声器和(B)可穿戴和透明的纳米膜麦克风的示意图 可穿戴式麦克风是一种传感器,将其连接到扬声器的颈部,甚至可以感知声带的振动。该传感器通过将由透明导电纳米纤维的振荡产生的摩擦力转换成电能来操作。对于麦克风的操作,将混合纳米膜插入具有微小图案的弹性膜之间,以基于与弹性膜接触产生的摩擦电压精确地检测声带的声音和振动。