广告

麻省理工开发出一种纸一样薄的扬声器

2022-04-28 15:43:27 MIT 阅读:
这种灵活的薄膜设备有可能将任何表面变成低功耗、高质量的音频源。

麻省理工学院的工程师开发了一种纸薄的扬声器,可以将任何表面变成有源音频源。mDeednc

mDeednc

这种薄膜扬声器产生失真最小的声音,而使用传统扬声器所需能量的一小部分。该团队演示的手掌大小的扬声器重量约为一角硬币,无论薄膜粘合到什么表面,都可以产生高质量的声音。mDeednc

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生产大到足以覆盖汽车内部或房间墙纸的超薄扬声器。mDeednc

使用这种方式,薄膜扬声器可以在嘈杂的环境(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;两种声音相互抵消。这种灵活的设备还可以用于沉浸式娱乐,可能是通过在剧院或主题公园游乐设施中提供 3D 音频。而且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电池寿命有限的智能设备上的应用。mDeednc

“拿一张看起来像细长纸的东西,在上面贴上两个夹子,将它插入电脑的耳机端口,然后开始听到它发出的声音,感觉非常棒。它可以在任何地方使用。一个人只需要一点点电力来运行它,”Fariborz Maseeh 新兴技术主席、有机和纳米结构电子实验室 (ONE Lab) 负责人、MIT.nano 主任和该论文的高级作者 Vladimir Bolović 说.mDeednc

mDeednc

Bulović与ONE实验室博士后Jinchi Han、电气工程Vitesse教授Jeffrey Lang共同撰写了这篇论文。 该研究已发表在IEEE Transactions of Industrial Electronics上。mDeednc

一种新方法

耳机或音频系统中的典型扬声器使用电流输入,该电流输入通过产生磁场的线圈,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,新的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,从而移动其上方的空气并产生声音。mDeednc

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它们产生声音的能力。mDeednc

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。mDeednc

为了制造扬声器,研究人员使用激光将小孔切割成薄薄的 PET,这是一种轻质塑料。他们在穿孔的 PET 层的下面层压了一层非常薄的压电材料(薄至 8 微米),称为 PVDF。然后他们在粘合的薄片上方施加真空,并在下方施加 80 摄氏度的热源。mDeednc

由于 PVDF 层非常薄,真空和热源产生的压力差导致它膨胀。PVDF 不能强行穿过 PET 层,因此微小的圆顶会在未被 PET 阻挡的区域突出。这些突起与 PET 层中的孔自对齐。然后,研究人员将 PVDF 的另一面与另一个 PET 层层压在一起,作为圆顶和粘合表面之间的隔离物。mDeednc

“这是一个非常简单、直接的过程。如果我们将来将其与卷对卷工艺集成,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,例如覆盖墙壁、汽车或飞机内部的墙纸,”韩说。mDeednc

高品质、低功耗

圆顶高 15 微米,约为人类头发厚度的六分之一,振动时它们仅上下移动约半微米。每个圆顶都是一个单独的发声单元,因此需要数千个这样的小圆顶一起振动才能产生可​​听的声音。mDeednc

该团队的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 中孔的大小来控制圆顶的大小。半径较大的圆顶会置换更多的空气并产生更多的声音,但较大的圆顶也具有较低的共振频率。谐振频率是设备运行效率最高的频率,较低的谐振频率会导致音频失真。mDeednc

一旦研究人员完善了制造技术,他们就会测试几种不同的圆顶尺寸和压电层厚度,以达到最佳组合。mDeednc

他们通过将薄膜扬声器安装到距离麦克风 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的声压级。当 25 伏特的电流以 1 千赫兹(每秒 1,000 次循环的速率)通过该设备时,扬声器会产生 66 分贝的会话级别的高质量声音。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。mDeednc

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。mDeednc

参考链接:Researchers develop a paper-thin loudspeaker;Demi Xia编译mDeednc

责编:Demi
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 数据显示,苹果M2 GPU性能比M1高50% Apple M2的第一个 CPU 和 GPU 基准测试已经发布,数据显示,M2芯片单核和多核跑分比M1芯片有所提升,而GPU方面M2芯片优势更加明显。
  • 纯视觉自动驾驶更安全?美国交通部发布数据打脸特斯拉 特斯拉的纯视觉自动驾驶到底效果如何?真的如马斯克所说的:“通过摄像头和计算机网络让自动驾驶比人类驾驶更安全”吗?近日美国国家公路交通安全管理局发布了一份新的数据,颇有打脸特斯拉的意味。
  • MIT曝光Apple M1 芯片新硬件漏洞:可被无痕攻破 尽管苹果最近发布的 M1 芯片号称Apple 迄今为止功能最强大的芯片,并具有行业领先的能效,但最近,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的科学家发布了一项研究称,他们发现了一种可以绕过 Apple M1 CPU 上的指针验证机制的新型硬件攻击……
  • 东京工业大学要在空中同时传输5G和电力 东京工业大学的研究人员创造了一种同时传输电力和 5G 信号的设备。这款 5G 网络信号收发器采用全无线供电,在大距离和角度下具有高功率转换效率。
  • 一种具有触觉感应能力的仿生弹性机器人皮肤 科学家认为,给社交机器人安装类人体皮肤(或触觉传感器),可以实现安全、直观和接触丰富的人机交互。然而,现有的软触觉传感器存在一些缺点,如结构复杂、可扩展性差、易碎,这限制了它们在机器人全身皮肤上的应用。韩国科学技术高等研究院的一组研究人员与麻省理工学院的一位研究人员和斯图加特大学的另一位研究人员合作,开发了一种具有触觉感应能力的仿生弹性机器人皮肤。
  • 详解比亚迪“海豹”的黑科技dTCS,核心技术还得靠博世? 刚刚过去的粤港澳大湾区车展上,比亚迪展台当属人流量最高的展台之一,其展出的限量版千山翠“汉”,以及海洋系列旗舰车型“海豹”也是大家关注的焦点。相比去年试水八合一电驱总成的海豚,海豹上自然有更多黑科技的东西,比如dTCS和iTAC这两项技术。本文就先聊聊dTCS这项技术。
  • 每秒可对近20亿张图像进行处理分类的“超级芯片” 在测试过程中,该团队制作了一个尺寸为 9.3 mm 2(0.01 in 2)的芯片,并将其用于对一系列类似于字母的手写字符进行分类。在对相关数据集进行训练后,该芯片能够对包含两种字符集的图像进行分类,准确率达到 93.8%,对四种类型的图像进行分类准确率为 89.8%。
  • 高考数学为何能带手机入考场作弊?信号屏蔽器出了什么问 近日,高考数学全国乙卷“疑似出现泄题”相关话题立即一度冲上热搜第一,引发高度关注!这些年,监考手段也在飞速升级:民警全程押送高考试卷,考点指纹认证、人脸识别双保险,安装反作弊设备屏蔽信号等,在如此严密的反作弊手段下,唐某某的手机是怎样带进入考场的呢?考试场地未组装信号屏蔽器吗?手机信号屏蔽器为什么没有具有阻隔数据信号的功效?
  • 欧盟宣布2024年统一USB-C接口标准,或对苹果造成打击 据EDN电子技术设计了解,欧洲议会和理事会谈判人员日前同意了一项拟议的欧盟法律文本,该法律对在欧盟销售的智能手机、平板电脑和笔记本电脑实施标准充电器,这对苹果来说是一个打击。
  • 2022年面向物联网的热门无线网络——第二部分:非蜂窝方 虽然蜂窝技术(主要是4G和5G)可以满足大多数无线应用的连接需求,但考虑到成本、可用性、隐私和功耗等因素,许多组织都在寻找其他可能性。
  • 纸基半导体可用于更安全的一次性电子产品! 事实上,电子废物仍然是一个日益严重的问题,尤其是考虑到制造电子废物所需的大量稀有元素(如铂、金和钯)。
  • 国产航电系统迎来突破,100%全自主研制的HKM9000 GPU通 当前国产大飞机的其他部件都可以做到自主可控,只有在航电系统和动力系统方面,还显得不足,需要和国外的厂商进行合作。但是就在近日,国产航电系统也迎来了突破。据中国航空报报道,航空工业计算所翔腾微电子公司自主研发的HKM9000 图形处理器转入适航认证阶段。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了