TWI351680B - Acoustic device - Google Patents

Description

1351680 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 尤其涉及一種基於奈米 本發明涉及一種發聲裝置， 碳管的發聲裝置。 【先前技術】 發聲裝置-般由信號輸入裝置和發聲元 信號輸入裝置輸入電信號給發聲元件，進而發出二、:

前技術中的發聲元件一般爲一揚聲器。該揚聲器爲：= 電=號轉換成聲音信號的電聲器件。具體地，揚聲器可將

一定範圍内的音頻電功率信號通過換能方式轉變爲^真小 並具有足够聲壓級的可聽聲音。 ‘· ，N 先前的揚聲器的種類很多，根據其工作原理，分爲： 電動式揚聲器、電磁式揚聲器、靜電式揚聲器及壓電式揚 聲器。雖然它們的工作方式不同，但一般均爲通過產生機 械振動推動周圍的空氣，使空氣介質産生波動從而實現“電 φ _力_聲”之轉換。其中，電動式揚聲器的應用最爲廣泛。 請參閱圖1，先前的電動式揚聲器1〇〇通常由三部分 組成：音圈102、磁鐵1〇4以及振膜106。音圈1〇2通常採 用通電導體，當音圈1 〇2中輸入一個音頻電流信號時，音 圈102相當於一個載流導體。由於放在所述磁鐵丨産生 的磁場裏，根據載流導體在磁場中會受到力的作用而運動 的原理’音圈1 〇2會受到一個大小與音頻電流成正比、方 向隨音頻電流變化而變化的力。因此，音圈1 〇2就會在所 述磁鐵104産生的磁場作用下産生振動，並帶動振膜ι〇6 1351680 '振動，振膜106前後的空氣亦隨之振動，將電信號轉換成 .聲波向四周輻射。然而，該電動式揚聲器1〇〇的結構較爲 複雜’且其必須在有磁的條件下工作。 自九十年代初以來，以奈米碳管（請參見Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, Sumio v〇l 354, P56(l991))爲代表的奈米材料以其獨特的結構和性質 引起了人們極大的關注。近幾年來，隨著奈米碳管及奈米 修材料研究的不斷深入，其廣闊的應用前景不斷顯現出:了 例如，由於奈米碳管所具有的獨特的電磁學、光學、力學、 化學等性能，大量有關其在場發射電子源、傳感器、新型 光予材料、軟鐵磁材料等領域的應用研究不斷被報道。然 而，先前技術令却尚未發現奈米碳管用於聲學領域。…、 有繁於此，提供-種結構簡單，可在無磁的條件下工 作的發聲裝置實為必要。 【發明内容】 -種發聲裝置，其包括一信號輸入裝置及一發聲元 件，其中，該發聲元件包括一奈米碳管結構，所述信號輸 ^置輸人信號給該奈米碳管結構，使該奈米碳管結構加 熱周圍氣體介質發出聲波。 相較於先前技術，所述發聲裝置具有以下優點. 由於所述發聲裝置中的發聲元件僅包括奈米‘，、，益 ^鐵等其它複雜結構，故該發聲裝置的結 有利於降低該發聲裝置的成本。其二，該 入卢。余、土占兮太业 發聲裂置利用輸 …米碳管結構溫度變化，從而使其周圍氣體 1351680 進而發出聲波，故該奈米碳管結構組成 .磁的條件下工作。其三，由於奈米碳管 、..0構具有較小的熱容和 •具有m、叙、” 亥奈米碳管結構 f碳其::媒‘…，]、、熱交換速度快的特點’故該奈 :構組成的發聲裝置可以發出很寬頻譜範圍内的聲 音=較好的發聲效果。其四，當該奈米碳管結構： 例如小於10㈣，該奈米碳管結構爲透明 二置爲透明發聲裝置，可以直接安裝在 夺裡顯不裝置如顯示器法蚩 明發聲H甘 /由旦專的表面作爲郎省空間的透 ^ 二五三由於奈米碳管具有較好的機械强度和 L产丁米奴官組成的奈米碳管結構具有較好的機械 ==耐用性較好’從而有利於製備由奈米碳管結 各種領域。 ㈣聲裝f進而方便地應用於 【實施方式】 以下將結合附圖詳細說明本技術方案實施例的發聲裝 置。 、 月 > 閱圖2，本技術方案第一實施例提供一 ,,14 , 裝置10包括一信號輪入裝置12，一發聲元 電極142以及一第二電極丨44。所述第—雷 極142和第二雷拉^ ^ 〇 電極144間隔設置，且與所述信號輸入裝置 12電連接。所抓笛 ‘ 之第一電極142和第二電極144可起到支樘 所述發聲元件]4 μ从m « , * 的作用。另外’所述第一電極142和第- 電極144通過外接導線149與所述信號輸入裝i 12的兩端 1351680 電連接，用於將所述信號輸入裝置12中的信號輸入到所述 發聲元件14中。

所述發聲元件14包括一奈米碳管結構。該奈米碳管結 構爲層狀或其它形狀，且具有較大的比表面積。所述奈米 碳管結構包括均勻分布的奈米碳管’奈米碳管之間通過凡 德瓦爾力緊密結合。該奈米碳管結構中的奈米碳管爲無序 或有序排列。具體地’當奈米碳管結構包括無序排列的奈 米碳管時，奈米碳管相互纏繞或者各向同性排列；當奈米 碳管結構包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一個方 向或者多個方向擇優取向排列。該奈米碳管結構的厚度爲 〇.5奈米〜1毫米。所述奈米碳管結構的厚度太大，則比表 面積减小’熱容增大；所述奈米碳管結構的厚度太小，則 機械强度較差，耐用性不够好。優選地，該奈米碳管結構 的厚度爲50奈米。當該奈米碳管結構的厚度比較小時，例 如小於10微米，該奈米碳管結構爲透明的，故採用該奈米 碳管結構的發聲裝置爲透明發聲裝置，可以直接安裝:各 種顯示裝置如顯示器、油畫等的表面作爲節省空間的透明 :聲裝置。該奈米碳管結構中的奈米碳管包括單壁奈米碳 壁奈来碳管及多壁奈米碳管中的—種或多種。所域 :心：碳管的直徑爲〇.5奈米〜5〇奈米’所述雙壁奈米 i 5 It U奈米〜5〇奈米’所述多壁奈米碳管的3 Μ結構;==:二述奈米碳管結❹ 它形狀，且… 即：爲層狀或， 且，、有較大的比表面積；包括均句分布的奈米石〗 1351680 '，太爲〇 5奈米〜1冑米。本技術方案實施例中， 所述；Γ、；；兔s結構包括有序排列的奈米碳管奈米碳管沿 一固定方向擇優取向排列。所述奈米碳管結構的厚度爲50 奈米。 斤述第t極142和第二電極144由導電材料形成， 其具體形狀結構不限。具體地’所述第—電極142和第二 $極44可、擇爲層狀、棒狀、塊狀或其它形狀。所述第 籲電極142和第二電極144的材料可選擇爲金屬、導電膝、 奈米碳管、銦錫氧化物（IT〇)等。本技術方案實施例中， 所，第t極142和第二電極144爲棒狀金屬電極。所述 發聲元件14的兩端分別與所述第一電極142和第二電極 =4電連接’並通過所述第—電極142和第二電極⑷固 疋由於所述第一電極142和第二電極144間隔設置，所 述發聲元件14應用於發聲裝置料能接人-定的阻值避 免短路現象産生。由於奈米碳管具有極大的比表面積，在 鲁2德瓦爾力的作用下，該奈米碳管結構本身有很好的黏附 ，故採用該奈米碳管結構作發聲元件14時，所述第 ==和第二電極144與所述發聲元件14之間可以直接黏 附固疋，並形成很好的電接觸。 另外’所述第-電極142和第二電極144與所述發聲 述導雷逢之間還可以進一步包括一導電黏結層（圖未示）。所 導電黏結層可設置於所述發聲元件14的表面。所述 :結層在實現第一電極142和第二電極144與所述發聲元 W電接觸的同時，還可以使所述第一電極142和第二電 1351680 * 極144與所述發聲元件14更好地固定。本實施例中，所述 導電黏結層爲一層銀膠。 所述信號輸入裝置12包括音頻信號輸入裝置、光信號 ••輸入裝置、電信號輸入裝置及電磁波信號輸入裝置等。相 應地’所述信號輸入裝置12輸入的信號不限，包括電磁 波、交流信號、音頻信號以及光信號等。可以理解，所述 信號輸入裝置12輸入的信號與所述發聲裝置1〇的具體應 用有關。如：當所述發聲裝置10應用於收音機時，所述信 鲁號輸入裝置12輸入的信號爲電磁波；當所述發聲裝置1〇 應用於耳機時，所述信號輸入裝置12輸入的信號爲交流電 js 5虎或a頻電彳§號。本技術方案實施例中，所述信號輸入 裝置爲電信號輸入裝置。 可以理解’根據信號輸入裝置12的不同，所述第一電 極142和第二電極144爲可選擇的結構，如當輸入信號爲 光或電磁波等信號時，所述信號輸入裝置12可直接輸入信 φ號給所述發聲元件14,無需電極及導線。 上述發聲裝置1〇在使用時，由於奈米碳管結構由均勻 分布的奈米碳管組成，且該奈米碳管結構爲層狀、具有較 大的比表面積且厚度較小，故該奈米碳管結構具有較小的 熱容和大的散熱表面，在輸入信號後，奈米碳管結構可迅 速升降μ，産生周期性的溫度變化，並和周圍氣體介質快 速進行熱交換，使周圍氣體介質迅速膨服和收縮，進而發 出聲音。故本技術方案實施例中，當輸人信號爲電信號時， 所述發聲讀14的發聲原理爲H聲，，的轉換；當輸 12 C S ) 1351680 入信號爲光信號時’所述發聲元件14的發聲原理爲“光 熱-聲’’的轉換。由上述發聲元件14組成的發聲裝置⑺具 有廣泛的應用範圍。 本技術方案實施例提供的發聲裝置1〇的發聲强度可 達100dB聲壓級，發聲頻率範圍爲1赫兹至10'萬赫兹又(即 mz-u)〇kHz)。圖3爲採用長寬均爲3〇毫米且奈米碳管沿 同-方向擇優取向排列的奈米碳管薄膜用作所述發聲元件 14時，所述發聲裝置1G的頻率響應特性曲線。^圖3中 可以看出，所述發聲裝置1〇具有較好的發聲效果。另外， 本技術方案實施例中的奈米碳f結構具有較好的㈣和機 械强度，所述奈米碳管結射方便地製成各卿狀和尺寸 發聲裝置1〇可方便地應用於各種可發 聲的裝置中’如音塑、车xm， 等料㈣μ 3、MP4、電視、計算機 專電子領域及其它發聲裝置1〇中。 :月參閱圖4’本技術方案第二實施例提供一種發聲裝 置2〇，該發聲裝置2〇包 件2心-第一電極242 '一第…-發聲元 以及-第四電極248。弟-電極244、-第三電極246 如由Ϊ技術方案第二實施例中的發聲裝置20與第-實施 例中的發聲裝置1()的处 、笫貫她 術方宰第一實丨士構相同或相類似’區別在於，本技 電極2亡第實= 的發聲裝置2〇咖 所述第-電極242、第44二第三電極246和第四電極248。 極248均爲棒狀金電極⑽、第二電極246和第四電 屬電極，且空間平行間隔設置。所述發 1351680 =件24環繞所述第—電極如、第二電極⑷、第三電 電極1Γ第四電極248設置並與所述第—電極⑷、第二 成一》4、第三電極246和第四電極248分別電連接，形 形：聲元件24。任意兩個相鄰的電極均分別與所述 ^輸，置22的兩端電連接，以使位於相鄰電極之間的 極24接入輸入信號。具體地，先將不相鄰的兩個電 用導線249連接後與所述信號輪人裝置22的—端電連 置;:L下Λ兩個電極用導線249她4與所述信號輸入裝 的另—端電連接。本技術方案實施例中，可先將所述 和第三電極246用導線249連接後與所述信 四 —端電連接，再將所述第二電極244和第 =1用導線249連接後與所述信號輸入裝置22的另 二上述連接方式可實現相鄰電極之間的奈米碳 “構的並聯。並聯後的奈米碳管結構具有較小的電阻， 電：。且，上述連接方式可使所述發聲元件24 面積，且發聲强度得到增强，可實現環繞 果。另外，當所述發聲元件24的面積較 第:電極248也可進-步起到支撐所述發 可以理解，所述第一電極242、第二電極244、第 極施和第四電極248也可與所述發聲元件24設置在^一 平面内戶斤述。又置在同一平面内的各電極的連接方式與上 述電極的連接方式相同或相似。 、 可以理解，本技術方案可設置多個電極，其數量不限， 1351680 只需確保任意兩個相鄰的電極均分別與所述信號輪入裝置 22的兩端電連接即可。 相較於先前技術，所述發聲裝置具有以下優點：其一， 由於所述發聲裝置中的發聲元件僅包括奈米碳管結構，無 *磁鐵等其它複雜結構，故該發聲裝置的結構較爲簡單， 有利於降低該發聲裝置的成本。其二，該發聲裝置利用輸 =造成該奈米碳管結構溫度變化，從而使其周圍氣體 匕 和收縮，進而發出聲波’故該奈米碳管結構組成 的毛聲裝置可在無磁的條件下工作。其三’由於奈米碳管 有較小的熱容和大的比表面積，故該奈米碳管結構 ，、有升溫迅速、熱滯後小、熱交換速度快的特點，故該太 :碳管結構組成的發聲裝置可以發出很寬頻譜範圍内的^ 曰（lHZ-l〇0kHZ)，且具有較好的發聲效果。其四，者該 奈米碳管結構厚度比較小時，例如小於1G微米，該夺= 官結構爲透明的，故所構造發聲裝置爲透明發聲裝置，可 以直接安裝在各種顯示裝置如顯示器、油晝等 節省空間的透明發聲裝置。其五 ”’、 认他 *牢衣直具五，由於奈米碳管具有較 的機械强度和勒性’故由奈米碳管組成的奈米碳管結構且 有較好的機械强度和勒性，耐用性較好，從而有利於製備 由奈米碳管結構組成的各種形狀、尺寸的發聲裝置，進而 方便地應用於各種領域。 ，上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 ^㈣申請。惟，以上所述者料本發明之較 自不能以此限制本案之中請專利範圍。舉凡 (S ) 15 1351680 之人士援依本發明之精神所作之 蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 等效修飾或變化 皆應涵

圖1 圖2 係先前技術中揚聲器的結構示意圖。 係本技術方案f —實施例發聲裝置的結構示意

圖3係本技術方案第 性曲線。 —實施例發聲裝置的頻率響應特 圖4 圖。 係本技询·方宰第 二實施例發聲裝置的結構示意 100 102 104 106 10, 20 12, 22 14, 24 142, 242 144, 244 149, 249 246 248 【主要元件符號說明】 揚聲器 音圈 磁鐵 振犋 籲發聲裝置 信號輪入裝置 發聲元件 第一電極 第二電極 導線 第三電極 第四電極 (S >

A 16

Claims (1)

1351680 十、申請專利範圍 1. 一種發聲裝置，其包括： 一信號輸入裝置；以及 一發聲元件； 其改良在於，該發聲元件包括—奈米碳管結構，所述信 號輸入裝置輸入信號給該奈米碳管結構，使該太米碳管 結構加熱周圍氣體介質發出聲波。 μ不^ 其中，所述奈 其中，所述奈 其中，所述条 2. 如申請專利範圍第丨項所述的發聲裝置 米碳管結構爲層狀。 3. 如申請專利範圍第丨項所述的發聲裝置 米碳管結構的厚度爲〇 5奈米〜i毫米。 4. 如申請專利範圍第丨項所述的發聲裝置六 米碳管結構包括均勻分布的奈米碳管，奈：：管之間透 過凡德瓦爾力相互連接。 5. 如t請專利範圍第4項所述的發聲裝置，其中，所述条 未碳官結構中的奈米碳管爲無序或有序排列。 圍第4項所述的發聲裝置，其中，所述奈 中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈求 “夕壁奈米碳管中的一種或多種。 壁！ 圍第6項所述的發聲裝置，其中，所述皐 二：二：二的直徑爲〇.5奈米〜5〇奈米，所述雙壁奈米 直护爲1Π10奈米〜50奈米，所述多壁奈米碳管的 罝仫爲1.5奈米〜5〇奈米。 8.如申請專利笳圍 第1項所述的發聲裝置，其中，所述發 ⑶ 1680 聲裝置進一步包括至少 ..且與所述發聲元件電連接。 ^至^兩電極間隔設置 .· 9·=^專利範@第8項所述的 夕兩電極進一步通過導 浐置其中，所述至 電連接。 導線與所述信號輪入裝置的兩端 10.如申請專利範圍第8 u至少兩電極爲層狀、棒狀:::發聲裝置’其中’所述 至^申##㈣_ 8項所㈣發聲U， 至乂兩電極的材料爲金屬、導 太 /、中所述 化物。 電膠、不米碳管或銦錫氧 12.如申請專利範圍第8項 發聲襄置進一步包括置’其中，所述 電極和奈米碳管結構之間。 "又置在所述至少兩 13^^彳，!，所述的發聲裝置，其中，所述 相鄰的電朽Ml多個電極中任意兩個 4的電極分別與所述信號輪 14.如申請專利範圍第丨項所述 二電連接。 置包括音頻信號輸入二光::輸:： 置電仏號輸入裝置及電磁波信號輸入裝置。 、 广申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，並中，戶" “旒輸入裝置輸入的信號包括 > 4 頻電信號以及光信號。電磁波、父流電信號、音