CN102223589A - 投音机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种投音机。该投音机包括机壳；一面板，该面板设置于机壳的内部；多个发声单元，该多个发声单元以数组形式设置于机壳的表面，所述发声单元包括一发声组件、一第一电极以及一第二电极，所述第一电极和第二电极间隔设置，且与发声组件电连接；以及一信号处理装置，所述信号处理装置用于提供具有预定时间差的信号给于多个发声单元；其中，该发声组件包括至少一碳纳米管膜状结构，所述碳纳米管膜状结构将音频电信号转换为热能，从而加热周围气体介质发出声波。

Description

投音机

技术领域

本发明涉及一种投音机。

背景技术

近来，能够给于家庭用户置身现场感的，具有影院所能展现的影音功效的家庭影院系统开始受到大众喜爱。所述家庭影院系统通常的设计是环绕听者位置设置多个音箱。所述多个音箱构成一多声道音频环绕系统。然而，该种音频环绕系统对房间的面积和形状有着较高的要求，不是任何人的房间都可以布置完整的多声道音频环绕系统。另一方面，该种多声道音频环绕系统繁复的布线要求也让很多追求家具环境简洁美观的人叫苦不迭。因此，该种家庭影院系统的上述缺点限制了其被广大家庭用户采用。

现有技术中，提供了一种使用面板式扬声器阵列装置的投音机，其通过将多个扬声器以二维方式设置在一个面板表面而实现。所述投音机通过对扬声器发出的声波进行延迟控制，使扬声器所发出的声波集中在空间中的一个单点上，这样就形成了声束。所形成的声束沿着规定方向被墙面反射，以便形成环绕听者的虚拟声源，从而实现使用设置在所述听者前方的扬声器阵列形成多通道音频环绕系统。

然而，上述投音机中的扬声器的发声原理为电-力-声之转换原理。由于该种扬声器的结构较为复杂，因此，使得应用该种扬声器的投音机的结构受限，不利于投音机向小型化与轻薄化的方向发展。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种结构简单，轻薄化的投音机。

一种投音机，其包括机壳；一面板，该面板设置于机壳的内部；多个发声单元，该多个发声单元以阵列形式设置于机壳的表面，所述发声单元包括一发声元件、一第一电极以及一第二电极，所述第一电极和第二电极间隔设置，且与发声元件电连接；以及一信号处理装置，所述信号处理装置用于提供具有预定时间差的信号给于多个发声单元；其中，该发声元件包括至少一碳纳米管膜状结构，所述碳纳米管膜状结构将音频电信号转换为热能，从而加热周围气体介质发出声波。

与现有技术相比较，本发明所提供的投音机具有以下优点：第一，由于本发明所提供的投音机所使用的发声单元中的发声元件仅由碳纳米管膜状结构组成，无需磁铁等其它复杂结构，故该发声单元的结构较为简单，从而使得投音机的结构较为简单；第二，由于本发明所提供的投音机所使用的发声单元仅由碳纳米管膜状结构、第一电极以及第二电极构成，因此，该发声元件的整体厚度较薄、质量较轻，故可使所述投音机轻薄化。

附图说明

图1是本发明提供的投音机的内部前视图。

图2是本发明提供的投音机的内部俯视图。

图3是本发明提供的第一种绝缘面板的立体图。

图4是本发明提供的第二种绝缘面板的立体图。

图5是本发明提供的投音机中的发声单元中的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图6是本发明提供的投音机中的发声单元中的碳纳米管拉膜结构示意图。

主要元件符号说明

投音机                        1

机壳                          2

绝缘面板                      3

卡槽                          4

信号处理装置                  5

信号源装置                    6

第一导线                      7

发声单元                      10

发声元件                      14

通孔单元                      30

第一通孔                      32

第二通孔                      34

第一电极                    142

碳纳米管片段                143

第二电极                    144

碳纳米管                    145

第二导线                    149

具体实施方式

为了对本发明作更进一步的说明，举以下具体实施例并配合附图详细描述如下。

请参阅图1和图2，本发明第一实施例提供一种投音机1。该投音机1包括机壳2、一绝缘面板3、阵列形式排列于所述绝缘面板3表面的多个发声单元10以及一信号处理装置5。所述绝缘面板3、多个发声单元10以及信号处理装置5均设置于机壳2的内部。所述投音机1内部的信号处理装置5通过一第一导线7与机壳2外部的一个信号源装置6电连接。

所述机壳2的形状不限，可以为长方体、正方体、圆柱体或棱柱体等。本实施例中所述机壳2的形状为长方体。该长方体具有六个面板，其中面对听者的一个面板为前壁，与前壁相对的一个面板即背对听者的一个面板为后壁，其余四个面板为四个侧壁。优选地，机壳2的前壁为一个可拆卸结构，该可拆卸的前壁具有一方形的，中空的框架，一透声布设置在框架的中央，如此可以使投音机1发出的声音更好地被听者收听。机壳2的后壁和四个侧壁的材料为吸音性能好并具有一定强度的材料，如：木质、金刚石、玻璃、石英、陶瓷、塑料或树脂等。

所述多个发声单元10以阵列的形式排列在绝缘面板3的表面。所述多个发声单元10在绝缘面板3的表面可以排列成一维线阵列或二维面阵列。发声单元10均匀地且相互间隔地设置在绝缘面板3的表面。按照发声需求，多个发声单元10中可包括高频发声单元、中频发声单元以及低频发声单元。

所述绝缘面板3以平行于机壳2的前壁的方式固定到机壳2的侧壁上。绝缘面板3固定的位置靠近机壳2的前壁。所述绝缘面板3可通过粘结剂、卡槽、钉扎结构等方式固定设置于机壳2的侧壁上。本实施例中，所述机壳2在相对的两个侧壁的靠近前壁的一侧设置一卡槽4。所述机壳2通过卡槽4与绝缘面板3相结合，该卡槽4的作用为可以使绝缘面板3以平行于前壁的方式嵌入卡槽4中从而使绝缘面板3固定在机壳2的内部。

所述发声单元10设置于所述绝缘面板3的表面。所述发声单元10包括一发声元件14、一第一电极142以及一第二电极144。所述第一电极142和第二电极144间隔设置，且与发声元件14电连接。所述第一电极142和第二电极144通过第二导线149与所述信号处理装置5电连接。信号处理装置5处理过的音频电信号通过第二导线149输送给第一电极142和第二电极144。发声元件14将音频电信号转换为热能，从而加热周围气体介质发出声波。

所述发声单元10设置于绝缘面板3表面的方式包括两种，以下分别描述该两种设置方式。第一种设置方式为：请参阅图3，所述绝缘面板3具有多个第一通孔32。发声单元10中的发声元件14与第一通孔32的位置一一对应。发声单元10中的第一电极142和第二电极144设置在第一通孔32的两侧。本实施例中发声元件14为碳纳米管膜状结构，碳纳米管膜状结构与第一通孔32对应，对应于第一通孔32的碳纳米管膜状结构悬空设置。绝缘面板靠近机壳2前壁的表面为前表面，靠近机壳2后壁的表面为后表面。碳纳米管膜状结构设置于绝缘面板3的前表面或后表面，并通过第一通孔32悬空设置。第一电极142和第二电极144设置在碳纳米管膜状结构的两侧，第一电极142和第二电极144可对碳纳米管膜状结构起到固定的作用。或者，发声元件中第一电极142和第二电极144可设置在绝缘面板3的表面，碳纳米管膜状结构设置于第一电极142和第二电极144的表面并通过第一电极142和第二电极144的支撑悬空设置。进一步地，由于第一电极142和第二电极144通过第二导线149与信号处理装置5电连接，因此可于绝缘面板3对应于第一电极142和第二电极144的位置处分别设置第二通孔34，第二导线149可以穿过第二通孔34从而电连接发声元件14与信号处理装置5。可以理解，发声元件14和信号处理装置5也可以通过其他方式电连接。第二种设置方式为：请参阅图4，所述绝缘面板3为一实心的绝缘面板，其上没有任何通孔。发声单元10中的第一电极142和第二电极144设置于绝缘面板3的前表面。发声单元10中的发声元件14设置于第一电极142和第二电极144的表面，并通过第一电极142和第二电极144悬空设置，并与绝缘面板3间隔一定距离。第一电极142和第二电极144的高度范围为1微米到1厘米。本实施例中，第一电极142和第二电极144的高度为15微米。

所述发声元件14包括一碳纳米管膜状结构。该碳纳米管膜状结构为一具有自支撑结构的碳纳米管膜状结构。所述自支撑结构为碳纳米管膜状结构不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜状结构置于(或固定于)间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜状结构能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜状结构中存在连续的通过范德华力相连延伸排列的碳纳米管而实现。

本实施例中，碳纳米管膜状结构为由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为基本沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜状结构中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜状结构的表面。进一步地，所述碳纳米管膜状结构中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜状结构中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜状结构中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜状结构中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。具体地，所述碳纳米管膜状结构中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜状结构的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。

请参阅图5及图6，具体地，所述碳纳米管膜状结构包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段143。该多个碳纳米管片段143通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段143包括多个相互平行的碳纳米管145，该多个相互平行的碳纳米管145通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段143具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管膜状结构的厚度为0.5纳米至100微米，宽度与拉取出该碳纳米管膜状结构的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。该碳纳米管膜状结构中的碳纳米管145沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管膜状结构具有较高的透光性。单层碳纳米管膜状结构的透光率达90％以上。所述碳纳米管膜状结构及其制备方法具体请参见申请人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管膜状结构不限于上述结构，所述碳纳米管膜状结构还可以为包括多个相互缠绕的碳纳米管的结构。该种碳纳米管膜状结构中，碳纳米管为各向同性，均匀分布，无规则排列。所述碳纳米管的长度大于10微米。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，进而形成大量的微孔。该微孔的孔径小于10微米。大量微孔的存在可确保所述发声元件14具有较大的比表面积。所述碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米至50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米至50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米至50纳米。所述碳纳米管膜状结构的长度及宽度不限，可根据实际需求制备。所述碳纳米管膜状结构的厚度为0.5纳米至1毫米。另外，由于碳纳米管相互缠绕，因此所述碳纳米管膜状结构具有很好的韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。当由该碳纳米管膜状结构组成的发声元件14的厚度比较小时，例如小于10微米，该发声元件14具有较高的透明度，故采用该发声元件14的发声单元10为透明发声单元10。

所述碳纳米管膜状结构不限于上述两种结构，所述碳纳米管膜状结构还可以为包括多个相互平行的碳纳米管的结构。相邻两个碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。所述碳纳米管膜状结构中的相邻两个碳纳米管之间的距离小于5微米。所述多个碳纳米管从碳纳米管膜状结构的一端延伸至另一端。优选地，所述碳纳米管膜状结构的长度为碳纳米管膜状结构中单根碳纳米管的长度。所述碳纳米管膜状结构的宽度不限。所述碳纳米管膜状结构的厚度为0.5纳米至100微米。所述碳纳米管膜状结构的长度为1微米至30毫米。

上述碳纳米管膜状结构可进一步经过挥发性有机溶剂处理，处理后的碳纳米管膜状结构的表面体积比减小，粘性降低，且其机械强度及韧性得到增强。所述碳纳米管膜状结构的厚度可为0.5纳米至100微米。所述发声元件14的厚度可为0.5纳米至1毫米。

可以理解，所述发声元件14也可由多层层叠设置的碳纳米管膜状结构组成，相邻的碳纳米管膜状结构之间通过范德华力紧密结合。该发声元件14中的碳纳米管膜状结构的层数不限，且相邻两层碳纳米管膜状结构中的碳纳米管的排列方向之间具有一交叉角度α，α大于等于0度且小于等于90度，具体可依据实际需求制备。当所述发声元件14包括多层碳纳米管膜状结构时，由于相邻两层碳纳米管膜状结构之间通过范德华力紧密结合，故所述由多层层叠设置的碳纳米管膜状结构组成的发声元件14也具有自支撑结构。

所述发声元件14的单位面积热容可小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。优选地，所述发声元件14的单位面积热容小于1.7×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管膜状结构中的碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述由至少一层碳纳米管膜状结构组成的发声元件14的长度及宽度不限，具体可根据实际需求制备。本发明实施例中，所述发声元件14的长度为3厘米，宽度为3厘米，厚度为50纳米。当该发声元件14的厚度比较小时，例如小于10微米，该发声元件14具有较高的透明度。

所述第一电极142和第二电极144由导电材料形成，其具体形状结构不限。具体地，所述第一电极142和第二电极144的材料可选择为金属、导电胶、金属性碳纳米管、铟锡氧化物(ITO)等。所述第一电极142和第二电极144可为片状或层状，即第一电极142和第二电极144的厚度较小，此时发声元件14可贴合于所述第一电极142和第二电极144的表面。另外，所述第一电极142和第二电极144还可为棒状、块状或其它形状。所述发声元件14分别与所述第一电极142和第二电极144电连接，并通过所述第一电极142和第二电极144固定。当所述发声元件14为一碳纳米管膜状结构时，所述第一电极142和第二电极144可设置于碳纳米管膜状结构的表面，优选地，所述第一电极142和第二电极144设置于碳纳米管膜状结构的两端，从而使发声元件14位于第一电极142和第二电极144之间的部分加热空气而发声。本实施例中，所述第一电极142和第二电极144为块状金属电极，所述第一电极142和第二电极144间隔设置固定在所述发声元件14两端。由于所述第一电极142和第二电极144间隔设置，所述发声元件14应用于发声单元10时能接入一定的阻值避免短路现象产生。由于碳纳米管具有极大的比表面积，在范德华力的作用下，该碳纳米管膜状结构本身有很好的粘附性，故采用该至少一层碳纳米管膜状结构作发声元件14时，所述第一电极142和第二电极144与所述发声元件14之间可以直接粘附固定，并形成很好的电接触。

进一步地，所述第一电极142和第二电极144与所述发声元件14之间还可以进一步包括一导电粘结层(图未示)。所述导电粘结层可设置于所述发声元件14的表面。所述导电粘结层在实现第一电极142和第二电极144与所述发声元件14电接触的同时，还可以使所述第一电极142和第二电极144与所述发声元件14更好地固定。本实施例中，所述导电粘结层为一层银胶。

所述信号处理装置5通过第一导线7与信号源装置6电连接。所述信号处理装置5对信号源装置6接收到的音频信号进行处理，并依据发声单元10所在的位置，将音频信号进行一定的时间延迟并输送给对应的发声单元10。投音机所述信号处理装置5通过第二导线149与发声单元10电连接，从而将信号处理装置5处理过的音频电信号输送给发声单元10。

所述信号处理装置5可以控制多个发声单元10的声波的时间延迟从而使发声单元10发出的声波集结成投射方向不同的多个音线。所述信号处理装置5通过将具有预定时间差的信号提供给以阵列形式排列的多个发声单元10，以对发声单元10发射的声波进行指向性控制从而形成多个音线。即，使得多个音线能够同时到达设定在三维空间中的所期望的指定点，从而能够获得指定声音好像均沿朝向焦点的方向发射的效果。本实施例中的发声元件为碳纳米管膜状结构，发声单元10发出的声波沿着垂直于碳纳米管膜状结构的表面的方向传播。该种发声单元10发出的声音的指向性较好，从而投音机1发出的音线的指向性也较好。通过采用含有碳纳米管膜状结构的发声单元10，投音机1具有清晰地音线和较好地环绕效果。所述信号处理装置5与现有技术中投音机中的信号处理装置相同。所述信号处理装置5输出的信号为音频电信号。

所述信号处理装置5通过精确计算好音线入射点的位置，音线在墙面和天花板反射后形成反射音线，反射音线从听者的正面、两侧及后部投射到听者的位置处，从而使听者收听到环绕的音线。因为多个音线经过延迟控制和墙面反射后精确聚焦，所以能够形成更为宽广的音场空间，直射音线和反射音线营造出了多声道环绕声。所述多个音线可以为5个音线，即将多个发声单元10发出的声波集结成5个音线，该5个音线可以分别从听者的正前方、左前方、右前方、左后方及右后方投射到听者的位置处，可使听者听到环绕声音效果。所述投音机可安装在墙上、家具上或者专用机柜上，也可与显示器或投影仪搭配。所述显示器和投音机可以整体结合在一起。显示器和投音机也可使用不同的外壳来构成，并适当地组合在一起。

另外，本发明所提供的投音机具有以下优点：第一，由于本发明所提供的投音机所使用的发声单元中的发声元件仅由碳纳米管膜状结构组成，无需磁铁等其它复杂结构，故该发声单元的结构较为简单，从而使得投音机的结构较为简单；第二，由于本发明所提供的投音机所使用的发声单元仅由碳纳米管膜状结构、第一电极以及第二电极构成，因此，该发声元件的整体厚度较薄、质量较轻，故可使所述投音机轻薄化。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种投音机，其包括

一面板；

多个发声单元，该多个发声单元相互间隔地设置于绝缘面板的表面，所述发声单元包括一发声元件、一第一电极以及一第二电极，所述第一电极和第二电极间隔设置、且与发声元件电连接；

一信号处理装置，所述信号处理装置用于提供具有预定时间差的音频电信号给于多个发声单元；

一机壳，上述面板、多个发声单元或者信号处理装置均设置在机壳的内部；

其特征在于，该发声元件为一碳纳米管膜状结构，所述碳纳米管膜状结构将音频电信号转换为热能，从而加热周围气体介质发出声波。

2.如权利要求1所述的投音机，其特征在于，所述多个发声单元为一阵列设置。

3.如权利要求1所述的投音机，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构为自支撑结构。

4.如权利要求1所述的投音机，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构的厚度为0.5纳米至100微米，碳纳米管膜状结构的单位面积热容小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文。

5.如权利要求1所述的投音机，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构包括若干碳纳米管，所述若干碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列。

6.如权利要求5所述的投音机，其特征在于，碳纳米管膜状结构中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。

7.如权利要求1所述的投音机，其特征在于，所述绝缘面板具有多个第一通孔，发声单元的中的发声元件与第一通孔的位置一一对应设置，发声元件对应于第一通孔的部分悬空设置。

8.如权利要求7所述的投音机，其特征在于，所述碳纳米管膜状结构设置于绝缘面板的表面，并覆盖第一通孔，第一电极和第二电极设置在碳纳米管膜状结构的两端，碳纳米管膜状结构固定于第一电极、第二电极与面板之间。

9.如权利要求1所述的投音机，其特征在于，所述每个发声单元中的第一电极和第二电极分别与信号处理装置电连接，信号处理装置将音频电信号通过第一电极和第二电极提供给发声元件。

10.如权利要求7所述的投音机，其特征在于，所述绝缘面板具有多个第二通孔，发声单元中的第一电极和第二电极分别与一第二通孔对应，第二导线穿过第二通孔连接第一电极、第二电极和信号处理装置。

11.如权利要求1所述的投音机，其特征在于，所述绝缘面板为实心面板，所述第一电极和第二电极设置在绝缘面板表面，所述碳纳米管膜状结构设置在第一电极和第二电极的表面，并通过第一电极和第二电极悬空设置与面板间隔。

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