像纸一样的超薄扬声器

麻省理工学院的工程师开发了一种薄纸扬声器，可以将任何表面变成有源音频源。

这种薄膜扬声器产生的声音失真最小，而消耗的能量只是传统扬声器的一小部分。该团队演示了一款人手大小的扬声器，重量约为一角硬币，无论薄膜粘在什么表面上，都能产生高质量的声音。

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，并且可以按比例放大以制造足够大的超薄扬声器，以覆盖汽车内部或为房间贴墙纸。

以这种方式使用，薄膜扬声器可以通过产生相同幅度但相反相位的声音，在喧嚣的环境中（例如飞机驾驶舱）提供主动降噪；这两个声音相互抵消。这种灵活的设备也可用于沉浸式娱乐，也许可以通过在剧院或主题公园中提供三维音频。而且由于它重量轻，需要少量的功率就能运行，因此该器件非常适合在电池寿命有限的智能设备上应用。

“拿起看起来像一张细长的纸，在上面贴上两个夹子，将其插入计算机的耳机端口，然后开始听到从中发出的声音。它可以在任何地方使用。人们只需要很少的电力来运行它。”Vladimir Bulović说，他是新兴技术领域的Fariborz Maseeh主席，有机和纳米结构电子实验室（ONE Lab）的负责人，麻省理工学院的主任，也是该论文的资深作者。

Bulović与主要作者Jinchi Han（ONE Lab博士后）和共同资深作者Jeffrey Lang（维特斯电气工程教授）共同撰写了这篇论文。该研究今天发表在IEEE Transactions of Industrial Electronics上。

新方法

在耳机或音频系统中发现的典型扬声器使用电流输入，这些电流输入通过线圈产生磁场，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，新型扬声器通过使用一种异形压电材料的薄膜来简化扬声器设计，当施加电压时，该薄膜会移动，从而将空气移动到其上方并产生声音。

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。将这些扬声器安装在表面上会阻碍振动并妨碍其产生声音的能力。

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，而是依赖于薄薄的压电材料层上的微小圆顶，每个压电材料单独振动。这些圆顶，每个只有几个头发宽度，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。相同的垫片层可保护圆顶在日常操作过程中免受磨损和冲击，从而增强扬声器的耐用性。

为了制造扬声器，研究人员使用激光将小孔切成一片薄薄的PET，这是一种轻质塑料。他们用一种非常薄的压电材料（薄至8微米）层压穿孔PET层的底面，称为PVDF。然后，他们在粘合的薄片上施加真空，并在其下方施加80摄氏度的热源。

由于PVDF层非常薄，真空和热源产生的压差导致其膨胀。PVDF不能强行穿过PET层，因此微小的圆顶在它们没有被PET阻挡的区域突出。这些突起与PET层中的孔自对齐。然后，研究人员用另一层PET层压PVDF的另一侧，以充当圆顶和粘合表面之间的垫片。

“这是一个非常简单、直接的过程。如果我们将来将这些扬声器与卷对卷工艺集成，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，比如覆盖墙壁、汽车或飞机内饰的墙纸。”Han说。