CN105681989A - 超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器，包括两块固定板和被两块固定板夹持在两块固定板之间的复合式振膜以及设置在每块固定板上的极板，其中所述复合式振膜与高压直流供电器链接，与极板之间建立很高的静电压，所述极板通过一变压器连接功放，将所述功放输出的音频信号转化为等强度且极性相反的高压电信号，通过极板后，让复合式薄膜在电场效应下产生推挽动作，其复合式振膜由超薄石墨膜和碳管膜复合而成。本发明的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器具有超越传统振膜静电扬声器的优越效果。

Description

超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器

技术领域

本发明涉及扬声器技术领域，特别涉及一种超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器。

背景技术

目前的扬声器主要分动圈式扬声器和静电扬声器。传统动圈式扬声器的锥盆靠的是音圈连接到锥盆底部的推动气力来运动，由于驱动力仅及底部的小面积，所以整个锥盆在理论上必须完全钢性，否则会变形。因此，锥盆的制造必须面临盆身的刚性、阻尼和质量的平衡困难，从而传统扬声器高音大音量时的效果不佳。

动圈式扬声器的振动系统是音圈加振膜。电信号是先加于音圈，使之形成轴向运动而推动振膜，因而没有音圈不行。但激励空气，使电信号转换为声信号的任务则是由振膜担任的。为了改善柔顺性，扬声器都希望振膜愈轻愈好。但由于动圈式扬声器振膜必须负载音圈，因而其质量受到了音圈的极大限制。同时，音圈在磁隙中的轴向运动，也会激励空气，会产生峰鸣声，音圈越大，冲程越长，则蜂鸣失真越大。另外，动圈式扬声器的振膜必须是锥型或球顶型的。同时，为了增加柔顺，振膜上必须有折环。锥型和折环的缺陷在于：会产生分割振动，驻波和时间常数的不一致性，引起较大的失真。动圈扬声器的振膜厚而引起的惯性大、局限音圈驱动振膜而使失真大、因箱体让发音受限制产生共振声、单面发生导致真实感不足、磁场力驱动表现出来的磁化显示屏问题和在小电流大电压情况下转换速率低下等难题，实现0.01mm薄振膜时的瞬态性、电场力驱动下的小失真、无箱体的无干扰直接发声、双面发声的深度立体感、无磁化电场力驱动和高电压小电流情况下的高转换速率。

传统动圈式扬声器工作时振幅很大，低音扬声器典型的振幅峰值为十多毫米，由此带来了一系列的问题：音圈的部分线圈跑出气隙匀强磁场区而引起的失真、定位支片和纸锥折环超出其线性弹性范围而引起的失真、各运动部件的疲劳失效等。

静电扬声器因能够正确地重复随机信号，以优美动听的音质重放信号和高效率的电功率转换成声压的灵敏度等特点，应用于公司，休闲场馆，零售店，剧院，会议室，户外和室内的音乐会，俱乐部和展览会等众多领域。

静电扬声器的振膜，几乎不存在上述问题。静电扬声器的振膜在运动时是全面被静电的吸附排斥作用所控制的，振膜上的每一处都有能量促使它进行前后运动。同时，振膜非常轻薄，惯性非常小，静电产生的运动能量不会残留在振膜内部。另外，音圈和被动分频器等部件也是影响传统扬声器音质的大问题，而纯静电扬声器由于是全音域设计，本身不需要分频，所以这方面静电扬声器有先天的上风。不需要采用常规的高、低音扬声器分频网络就能达到放音均衡的目的，进而消除由分频网络产生的频率响应不规则的影响；静电扬声器的偶极辐射性能可抵消扬声器边侧的声音，因而减少墙面反射的影响。

静电扬声器减轻箱体质量，从而减少箱体本身振动或设计不良而产生的负面影响。而传统锥盆喇叭因箱体质量的影响，总免不了箱体所产生的“原罪”。

静电扬声器的振动系统是复合式的振膜。质量比动圈式扬声器的振动系统轻了数百倍，瞬态特性自然较动圈式扬声器优越得多。而且，静电扬声器的振膜是平面的，全向策动的，因而基本上不会产生因结构所造成的失真。静电扬声器的最大优点是：振膜质量极轻，因而柔顺性极优，解析力极佳，能捕捉音乐信号中极为细微的变化，使人感到非常逼真，有临场感，能充分表现音乐的神韵。

动圈式扬声器的失真通常高达3％，想做到1％以下是极其困难的。静电扬声器的理论失真则仅为0.02％左右，做到0.5％以下则是轻而易举的事。

根据心理声学的理论研究结果认为，在现场音乐会的条件下，听觉感受的50％以上来自墙壁、地板、屋顶等环境的反射声。因此，重放声音时，希望扬声器具有偶极特性。就此而言，静电扬声器在整个扬声器家族中，也是独一无二的。静电扬声器的另一个显著优点是，能够做得薄而轻(长期最大功率达100W的单元，可以做到厚度仅3mm)，易于悬挂或安装。从结构上看，静电扬声器远比大多数扬声器简单，其最简方案仅用2-3个元件即可构成(图1)。由此，可以认为，静电扬声器的成本比绝大多数扬声器低。

但是传统静电扬声器的振膜材料大多是采用真空镀膜技术蒸镀一层薄薄的金属，再用一绝缘塑料框将薄膜撑起来。这种又大又薄的膜又要撑得平整绝非轻而易举的事，并且膜的材料性质、厚度、镀膜的种类和厚度需要考虑相对应的时间、温度和湿度等。采用绝缘导线作为固定电极，使得静电力极为不均匀，相应的受力也不均匀，导致振膜易受力或者放电破坏，这极大的限制了静电扬声器的音量的提高，制约了静电扬声的推广和应用前景。

实验表明，在镀铝薄膜静止时，极化电压加之1.5千伏尚不放电，但加大推动电压，音量不大时，铝膜振膜就开始与两极板频频放电，浅蓝色火花清晰可见。音量持续加大，放电更为频繁。不多久，就不发声了。静电式扬声器不能工作。经检查发现铝膜中心已烧焦并呈放射状条纹。

发明内容

本发明的目的在于针对现有静电式扬声器所存在的上述技术问题而提供一种超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器，其石墨膜和碳管膜的复合式振膜很薄、很轻，但是由于采用石墨烯和碳纳米管因而具有极高的杨氏模量和优良的强度和导电性，因而对音乐信号的动态变化反映更快速；推动振膜震动的推动力沿整个表面更均匀分布，从而使工作频率范围更宽，失真更小，音量更大。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器，包括两块固定板和被两块固定板夹持在两块固定板之间的复合式振膜以及设置在每块固定板上的极板，其中所述复合式振膜与高压直流供电器链接，与极板之间建立很高的静电压，所述极板通过一变压器连接功放，将所述功放输出的音频信号转化为等强度且极性相反的高压电信号，通过极板后，让复合式薄膜在电场效应下产生推挽动作，其特征在于，所述复合式振膜由超薄石墨膜和碳管膜复合而成。

本发明的由超薄石墨膜和碳管膜复合而成的复合式振膜具有优良的导电性和高的强度所以承受更均匀更大的驱动力，从而失真极低、线性优异的活塞式活动。

对本发明超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电场扬声器进行一组测试，指向频响曲线、阻抗曲线、失真曲线、能量分布曲线等表明：本发明的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器具有超越传统振膜静电扬声器的优越效果。

本发明通过复合振膜完美的克服了传统静电扬声器大音量工作时候振膜易破坏的问题，将静电扬声器相对于动圈式扬声器的优点发挥得更充分。

本发明的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器的有益效果是：

1、失真超低，音符之间有一种其他扬声器所没有的安静感，这在无伴奏独奏或独唱时尤为明显；

2、速度极快，但听者往往不易察觉，他是有史以来可以正确重播方波的扬声器；

3、无分频点，整体音色一致；

4、中音音色准确无敌，特别是人的声音，与传统的音箱相比，优势非常明显；

5、能够逼真到使人产生与演出者供处同一空间的错觉；

6、振膜质量极轻，因而柔顺性极优，解析力极佳，能捕捉音乐信号中极为细微的变化，使人感到非常逼真，有临场感，能充分表现音乐的神韵。

附图说明

图1为本发明超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

本发明的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器的结构如图1所示，其包括两块固定板10、20和被两块固定板10、20夹持在两块固定板10、20之间的复合式振膜30以及设置在每块固定板10、20上的极板40、50，其中复合式振膜30与高压直流供电器链接，与极板40、50之间建立很高的静电压，极板40、50通过一变压器连接功放，将功放输出的音频信号转化为等强度且极性相反的高压电信号，通过极板后，让复合式薄膜30在电场效应下产生推挽动作，其复合式振膜30由超薄石墨膜31和碳管膜32复合而成。

在实验测试过程中，装有障板的本发明的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器，当直流极化电压达到900伏，逐步加大音量时，扬声器发出银铃般悦耳的声音。随着极化电压的增高，音量显著增大。极化电压增至6千伏时，仍稳定地工作。逐步加大推动电压，直至过激励状态，这是静电扬声器放音明显失真，振膜已接触板，但仍无放电产生，工作稳定。

本发明的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器的结构简单，并且具有振膜全体受同相位驱动推动的优点，故用作高保真扬声器。进来，由于超薄石墨膜和碳管膜等材料的发展，可以用极薄的上述材料来做振膜。达到质量最轻，刚性最好和高音音量大的优秀效果。由于本发明的超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器有一种独特的音色，它澄澈透明、轻巧空灵、淡泊脱俗、纤细优美。

Claims (1)

1.超薄石墨膜和碳管膜的复合式振膜静电扬声器，包括两块固定板和被两块固定板夹持在两块固定板之间的复合式振膜以及设置在每块固定板上的极板，其中所述复合式振膜与高压直流供电器链接，与极板之间建立很高的静电压，所述极板通过一变压器连接功放，将所述功放输出的音频信号转化为等强度且极性相反的高压电信号，通过极板后，让复合式薄膜在电场效应下产生推挽动作，其特征在于，所述复合式振膜由超薄石墨膜和碳管膜复合而成。