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不用磁铁的扬声器是怎样发出声音的?

点击次数:  更新时间:2014-06-29  【打印此页】  【关闭

  上图是京瓷开发的厚度仅为1mm的扬声器。厚度是普通扬声器的1/20~1/30。韩国LG电子已经在平板电视中采用了这种扬声器,其性能也得到了验证。除了电视之外,这种扬声器还有望应用于平板电脑、智能手机和汽车。实现薄型化的最大重点在于不使用磁铁。那么,替代磁铁使空气发生振动的物件究竟是什么?

答案:利用压电元件振动空气

       压电元件是加载电压后变形的元件。京瓷开发的超薄型扬声器“Smart Sonic Sound”的原理是将压电元件的变形传递到树脂薄膜,通过振动空气发出声音(图1)。

       “过去虽然也曾经出现过使用压电元件的扬声器,但是由于能够播放的音域狭窄等原因,主要用途大都是蜂鸣器”(京瓷汽车部件业务本部)。Smart Sonic Sound虽然不擅长低音,但基本可以覆盖播放人声、音乐需要的音域(频率)。在表现雨声、鼓掌等细致的声音时,也具有良好的再现性。

图1:新开发的压电薄膜扬声器“Smart Sonic Sound”。京瓷推出了大型、中型、小型三种产品。大型的尺寸(宽×长×厚)为70×110×1.5mm,频响范围为200~20kHz。中型为35×65×1.0mm和500~20kHz。小型为19.6×27.5×0.7mm和800~20kHz。重量依次为23g、7g、1g。在投入量产后,成本有望降低,因此具备价格竞争力。

       播放音域骤增的理由在于精挑细选的压电元件和薄膜的材质,以及装配材质的构造和工艺。

       构造和工艺如下(图2)。首先,在外框上夹入“柔软的薄膜”(京瓷汽车部件业务本部)。此时,薄膜要处于一定的拉伸状态。张力的大小与薄膜的材质严重影响着扬声器的性能,也就是可以播放的音域。

图2:Smart Sonic Sound(中型)的构造。压电元件与树脂薄膜的中央略微错开。上面覆盖树脂涂层。

       然后,在薄膜上配置压电元件。压电元件的材料估计是以锆钛酸铅(PZT)为基础,并按照扬声器的需求调整了成分。压电元件的位置与薄膜的中央略微错开。在这种状态下,薄膜容易与不同的频率发生共振。

       重点是共振频率有所增加。过去使用压电元件的扬声器绝大多数只有一个共振频率(单共振)。因此,扬声器在共振频率下会大声鸣响,但在其他频率下很难发出声音。而新开发的扬声器发生共振的频率有多个,能够播放大范围的音域,鸣响接近于原声的声音。

       而且,薄膜整体是通过面振动的方式发声,声音的传播方式也有别于传统的扬声器。传统的扬声器是利用前后运动的音圈敲击振动板,借此产生振动,因此声音的指向性强,在正面听到的声音大,一旦偏离正面,声音就会急速减弱。而通过整个面的振动发出声音的新型扬声器接近于无指向性(图3)。比方说,在观看立体声电视节目时,观众无论在任何位置,都能感受到良好的立体声场。(作者:高田,日经技术在线!供稿)

图3:声音基本向前方180°均匀扩散。播放的声音几乎没有指向性,即使改变聆听的位置,听到的声音也完全一样。因为树脂薄膜轻,所以响应速度快,对雨声和鼓掌等细致的声音具有良好的再现性。在消声室播放10kHz的声音,利用麦克风检测声压级。

 

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