專利名稱：揚(yáng)聲器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)，尤其涉及一種基于熱致發(fā)聲的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的揚(yáng)聲器系統(tǒng)包括一揚(yáng)聲器以及一功率放大器，該功率放大器用于接 收一音頻電信號，并將該音頻電信號功率放大，從而驅(qū)動該揚(yáng)聲器發(fā)聲。現(xiàn)有的揚(yáng)聲器的種 類很多，根據(jù)其工作原理，分為電動式揚(yáng)聲器、靜電式揚(yáng)聲器及壓電式揚(yáng)聲器。雖然它們的 工作方式不同，但一般均為通過產(chǎn)生機(jī)械振動推動周圍的空氣，使空氣介質(zhì)產(chǎn)生波動從而 實現(xiàn)“電-力_聲”之轉(zhuǎn)換。其中，電動式揚(yáng)聲器的應(yīng)用最為廣泛。現(xiàn)有的電動式揚(yáng)聲器中一音圈被置于一變化的磁場中，并隨磁場變化產(chǎn)生振動， 音圈的震動帶動與之相連的振膜振動并發(fā)出聲音。然而，該電動式揚(yáng)聲器必須在有磁的條 件下工作，進(jìn)一步地，現(xiàn)有技術(shù)中無論電動式揚(yáng)聲器、靜電式揚(yáng)聲器或壓電式揚(yáng)聲器，其結(jié) 構(gòu)均較為復(fù)雜，難于輕薄化且小型化。自九十年代初以來，以碳納米管(請參見Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, Sumio Iijima，vol 354，p56 (1991))為代表的納米材料以其獨特的結(jié)構(gòu)和 性質(zhì)引起了人們極大的關(guān)注。然而，單根碳納米管為納米級，大量碳納米管易團(tuán)聚，不易分 散形成均勻的碳納米管膜，從而限制了碳納米管在宏觀領(lǐng)域的應(yīng)用。姜開利等人于2002年 9月16日申請并于2008年8月20日公告的專利號為02134760. 3的中國專利中揭示了一 種碳納米管繩，該碳納米管繩包括通過范德華力首尾相連的碳納米管束片段，并且，該碳納 米管繩中的碳納米管基本沿同一方向排列。這種碳納米管繩可以方便的將碳納米管用于宏 觀領(lǐng)域。近幾年來，隨著碳納米管及納米材料研究的不斷深入，其廣闊的應(yīng)用前景不斷顯 現(xiàn)出來。例如，由于碳納米管所具有的獨特的電磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等性能，大量有關(guān)其 在場發(fā)射電子源、傳感器、新型光學(xué)材料、軟鐵磁材料等領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷被報道。然而， 現(xiàn)有技術(shù)中卻尚未發(fā)現(xiàn)碳納米管用于聲學(xué)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)，該揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可在無磁的條 件下工作，并具有較寬的發(fā)聲頻率范圍及較高的發(fā)聲強(qiáng)度。—種揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其包括一揚(yáng)聲器；以及一功率放大器，該功率放大器將接收的 音頻電信號功率放大為放大電壓信號，并驅(qū)動該揚(yáng)聲器發(fā)聲；其中該揚(yáng)聲器包括一熱致 發(fā)聲元件以及至少兩個電極間隔設(shè)置并與該熱致發(fā)聲元件電連接，該至少兩個電極將放大 電壓信號輸入至該熱致發(fā)聲元件中。該揚(yáng)聲器系統(tǒng)應(yīng)用于電聲轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)簡單，可在無 磁的條件下工作，并具有較寬的發(fā)聲頻率范圍及較高的發(fā)聲強(qiáng)度。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)具有以下優(yōu)點其一，所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)將熱致 發(fā)聲元件作為一換能裝置，將電能通過熱能轉(zhuǎn)換為聲能，無需磁鐵等其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故該揚(yáng)聲器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，有利于降低該揚(yáng)聲器系統(tǒng)的成本，并可應(yīng)用于較寬領(lǐng)域。其二， 該揚(yáng)聲器系統(tǒng)利用外部輸入的音頻電信號造成該熱致發(fā)聲元件溫度變化，從而使其周圍介 質(zhì)迅速膨脹和收縮，進(jìn)而發(fā)出聲波，無需振膜，故該揚(yáng)聲器系統(tǒng)可在無磁的條件下工作。


圖1是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)的連接關(guān)系示意圖。圖2是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)的工作電路示意圖。圖3是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)的電壓偏置方式示意圖。圖4是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)中碳納米管結(jié)構(gòu)的碳納米管片段的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)中碳納米管膜的掃描電鏡照片。圖6是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)中碳納米管線的掃描電鏡照片。圖7是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)中碳納米管絞線的掃描電鏡照片。圖8是本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)中揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性曲線。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施例揚(yáng)聲器系統(tǒng)。請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)10，該揚(yáng)聲器系統(tǒng)10包括一揚(yáng)聲 器12、一功率放大器14以及一音頻信號源20。該功率放大器14與該揚(yáng)聲器12電連接。該 音頻信號源20與該功率放大器14電連接。該音頻信號源20提供一音頻電信號。本實施例中，該音頻電信號為一模擬信號。 該音頻電信號的變化頻率根據(jù)聲音頻率的變化而變化。該音頻信號源20可以為收音機(jī)、錄 音機(jī)、播放器或電腦等。該功率放大器14與該音頻信號源20電連接。具體地，該音頻信號源20具有一音 頻電信號輸出端。該功率放大器14與該音頻電信號輸出端電連接。該功率放大器14將音 頻電信號功率放大，并輸出一放大電壓信號。具體地，該功率放大器14具有兩輸出端114 與一輸入端112，該輸入端112與一音頻信號源20電連接，該輸出端114與所述揚(yáng)聲器12 電連接，并根據(jù)輸入端112輸入的音頻電信號向揚(yáng)聲器12傳輸放大電壓信號。為使該揚(yáng)聲器12能發(fā)出正常頻率的聲音，該功率放大器14可以輸出一具有偏置 電壓的放大電壓信號。請參閱圖2，本實施例中，所述功率放大器14為A類功率放大器，其 包括至少一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3，一電容以及一三極管。該三極管具 有一基極B，一發(fā)射極E以及一集電極C。該電容的一端與音頻信號源20的輸出端電連接， 另一端與該三極管的基極B電連接。一直流電壓源Vcc與第一電阻Rl串聯(lián)后連接至該三 極管的基極B。該三極管的基極B與第二電阻R2串聯(lián)后接地。該發(fā)射極E連接至該功率放 大器14的一輸出端114，該直流電壓源Vcc連接至該功率放大器的另一輸出端114。該集 電極C與第三電阻R3串聯(lián)后接地?？梢岳斫?，該功率放大器14不限于上述A類功率放大器，只要能夠根據(jù)音頻信號 源20向所述熱致發(fā)聲元件12傳導(dǎo)一偏置的放大電壓信號，使該放大電壓信號的電壓均為 正值或均為負(fù)值的功率放大器14，如D類功放，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。請參閱圖3，該偏 置后的電壓信號均為正電壓。
該揚(yáng)聲器12包括一熱致發(fā)聲元件122以及至少兩個電極124。該至少兩個電極 124間隔設(shè)置并與該熱致發(fā)聲元件122電連接。所述功率放大器14的兩個輸出端114分別 連接至該熱致發(fā)聲元件122的兩個電極124。本實施例中，該功率放大器14的發(fā)射極E直 接與該揚(yáng)聲器12的一個電極124電連接，該直流電壓源Vcc直接與揚(yáng)聲器12的另一個電 極124電連接，從而使該直流電壓源Vcc與該揚(yáng)聲器12串聯(lián)后連接至該功率放大器14的 發(fā)射極E?？梢岳斫?，當(dāng)該揚(yáng)聲器12包括多個電極124時，任意相鄰的兩個電極124分別與 所述功率放大器14的兩個輸出端114電連接，使該功率放大器14向該兩個相鄰的電極124 之間的熱致發(fā)聲元件122中輸入一放大電壓信號，從而使相鄰的兩個電極124之間的發(fā)聲 元件122通過該兩個電極124并聯(lián)。
本實施例中，所述熱致發(fā)聲元件122為一碳納米管結(jié)構(gòu)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括 多個碳納米管，該多個碳納米管相互接觸，從而形成一均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選地，所述碳納 米管結(jié)構(gòu)包括有序排列的碳納米管，碳納米管沿一固定方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米管結(jié)構(gòu)為一自支撐結(jié)構(gòu)，所謂“自支撐結(jié)構(gòu)”即該碳納米管結(jié)構(gòu)無需通 過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。該自支撐結(jié)構(gòu)的碳納米管結(jié)構(gòu)中多個碳納米 管間通過范德華力相互吸引，從而使碳納米管結(jié)構(gòu)具有特定的形狀。故該碳納米管結(jié)構(gòu)的 兩端可通過支撐體支撐，并使碳納米管結(jié)構(gòu)其它部分懸空設(shè)置，從而充分與周圍氣體或液 體介質(zhì)接觸。另外，該碳納米管結(jié)構(gòu)也可直接設(shè)置于一基底表面。所述碳納米管結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，從而具有與外部氣體或液體介質(zhì)接觸的 較大表面積。優(yōu)選地，碳納米管結(jié)構(gòu)為層狀、線狀或其它形狀，且具有較大的比表面積。該碳納米管結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)時，厚度優(yōu)選為0. 5納米 1毫米。所述碳納米管結(jié)構(gòu) 的厚度太大，則比表面積減小，熱容增大；所述碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度太小，則機(jī)械強(qiáng)度較差， 耐用性不夠好。當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)厚度比較小時，例如小于10微米，該碳納米管結(jié)構(gòu)有很 好的光透過率。該碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳 納米管中的一種或多種。所述單壁碳納米管的直徑為0. 5納米 50納米，所述雙壁碳納米 管的直徑為1. 0納米 50納米，所述多壁碳納米管的直徑為1. 5納米 50納米?？梢岳斫猓鎏技{米管結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)不限，優(yōu)選地，該碳納米管結(jié)構(gòu)滿足下述 條件，即具有較大的比表面積及較小的單位面積熱容(小于2X 10_4焦耳每平方厘米開爾 文，優(yōu)選地，小于1 X ΙΟ"6焦耳每平方厘米開爾文)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管膜、至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或所述碳納 米管膜和碳納米管線狀結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述碳納米管膜中的碳納米管均勻分布，并過范德華力緊密結(jié)合。該碳納米管膜 中的碳納米管為無序或有序排列。這里的無序指碳納米管的排列方向無規(guī)則；有序指至少 多數(shù)碳納米管的排列方向具有一定規(guī)律，如基本沿一個固定方向擇優(yōu)取向或基本沿幾個固 定方向擇優(yōu)取向。具體地，當(dāng)碳納米管膜包括無序排列的碳納米管時，碳納米管相互纏繞或 者各向同性排列；當(dāng)碳納米管膜包括有序排列的碳納米管時，碳納米管沿一個方向或者多 個方向擇優(yōu)取向排列。優(yōu)選地，所述碳納米管膜為一從超順排碳納米管陣列中直接拉取獲得的有序碳納 米管膜。該碳納米管膜的厚度為0. 5納米 100微米，該碳納米管膜長度不限，寬度為碳納米管陣列的寬度。請參閱圖4及圖5，進(jìn)一步地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管膜包括多個 碳納米管沿拉取方向首尾相連并擇優(yōu)取向排列且均勻分布。具體地，所述碳納米管膜包括 多個首尾相連且定向排列的碳納米管片段143，每個碳納米管片段143具有大致相等的長 度，且碳納米管片段143兩端通過范德華力相互連接。該碳納米管片段143包括多個長度 基本相等且相互平行排列的碳納米管145。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多層碳納米管膜相互 層疊設(shè)置時，相鄰兩層碳納米管膜中的碳納米管之間具有一交叉角度α，α大于等于O度 且小于等于90度。所述單層碳納米管膜的光透過率為67% 95%。所述碳納米管膜的結(jié) 構(gòu)及其制備方法請參見范守善等人于2007年2月9日申請的，于2008年8月13日公開的 中國專利申請第200710073265. 4號。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術(shù)揭露 也應(yīng)視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的一部分。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管線、多個碳納米管線相互平行排列組 成的束狀結(jié)構(gòu)或多個碳納米管線相互扭轉(zhuǎn)排列組成的絞線結(jié)構(gòu)。該碳納米管線為扭轉(zhuǎn)的碳 納米管線或非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。所述碳納米管結(jié)構(gòu)可包括一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或多個碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)并排設(shè)置、相互交叉或相互編織形成的層狀結(jié)構(gòu)，從而使該碳納米管結(jié)構(gòu) 具有較大的比表面積。請參閱圖6，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為將上述從超順排碳納米管陣列中拉取獲得 的碳納米管膜經(jīng)過有機(jī)溶劑處理獲得。具體地，將有機(jī)溶劑浸潤所述碳納米管膜的整個表 面，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，碳納米管膜中的相互平行的多個 碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，從而使碳納米管膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。該有 機(jī)溶劑為揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通過有機(jī)溶劑處理的非 扭轉(zhuǎn)的碳納米管線與未經(jīng)有機(jī)溶劑處理的碳納米管膜相比，比表面積減小，粘性降低。該 非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個沿碳納米管線長度方向排列并首尾相連的碳納米管。具體 地，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片段通過范德華力首 尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳 納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該碳納米管線長度不限，直徑為0. 5納 米-100微米。所述碳納米管線及其制備方法請參見范守善等人于2005年12月16日申請 的，于2007年6月20日公開的中國專利申請第200510120716. 6號。為節(jié)省篇幅，僅引用 于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的一部分。請參閱圖7，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為將上述從超順排碳納米管陣列中拉取獲得的碳納米管膜經(jīng)過一機(jī)械力扭轉(zhuǎn)獲得。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞碳納米管線軸向螺旋 排列的碳納米管。具體地，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片 段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合 的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線 長度不限，直徑為0. 5納米-100微米。進(jìn)一步地，可采用一揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的 碳納米管線。在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米 管線中相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的比表面積減小，密 度及強(qiáng)度增大。所述碳納米管結(jié)構(gòu)可包括碳納米管線狀結(jié)構(gòu)與碳納米管膜組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，該至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)設(shè)置于一碳納米管膜表面或兩個重疊的碳納米管膜之間，從而使該碳納米管結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度。所述電極124間隔設(shè)置并與所述碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。該放大電壓信號通過電極 124施加于碳納米管結(jié)構(gòu)，從而使碳納米管結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生對應(yīng)于該放大電壓信號的交變電 流，從而使該碳納米管結(jié)構(gòu)發(fā)出熱量，并加熱周圍介質(zhì)，進(jìn)而發(fā)出人耳可以感知的聲音。所 述電極124由導(dǎo)電材料形成，其具體形狀結(jié)構(gòu)不限。具體地，所述電極124可選擇為層狀、 棒狀、塊狀或其它形狀。所述電極124的材料可選擇為金屬、導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電膠、金屬性碳 納米管、銦錫氧化物(ITO)等。本發(fā)明實施例中，所述至少兩個電極124為間隔設(shè)置于所述 碳納米管結(jié)構(gòu)表面的金屬棒。由于碳納米管具有極大的比表面積，在范德華力的作用下，該碳納米管結(jié)構(gòu)本身 有很好的粘附性，故所述電極124與所述碳納米管結(jié)構(gòu)之間可以直接接觸并粘附固定，并 形成很好的電接觸，另外，可以采用導(dǎo)電粘結(jié)層將電極124粘附固定于碳納米管結(jié)構(gòu)表面。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管為沿一定方向有序排列時，優(yōu)選地，所述碳納米管 的排列方向沿一個電極124至另一個電極124的方向延伸，兩電極124之間應(yīng)具有一基本 相等的間距，從而使兩電極124之間的碳納米管能夠具有一基本相等的電阻值。本實施例 中，所述碳納米管沿基本垂直該棒狀電極124長度方向排列。優(yōu)選地，所述電極124的長度大于等于碳納米管結(jié)構(gòu)的寬度，從而可以使整個碳 納米管結(jié)構(gòu)均得到利用。所述電極124使放大后的電壓信號均勻地導(dǎo)入碳納米管結(jié)構(gòu)中， 碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管將電能轉(zhuǎn)換成熱能，加熱周圍介質(zhì)，改變周圍介質(zhì)的密度發(fā)出 聲音。該介質(zhì)可以是氣體或液體?？梢岳斫?，所述電極124為可選擇的結(jié)構(gòu)。所述功率放大器14的輸出端114可直 接通過導(dǎo)線或電極引線等方式與所述碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。另外，任何可實現(xiàn)所述功率放 大器14的輸出端114與所述碳納米管結(jié)構(gòu)之間電連接，使碳納米管結(jié)構(gòu)中輸入一放大電壓 信號的連接方式都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。可以理解，所述熱致發(fā)聲元件122不限于上述碳納米管結(jié)構(gòu)。任何能夠通過 “電-熱-聲”之轉(zhuǎn)換熱致發(fā)聲的結(jié)構(gòu)均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。具體地，該熱致發(fā)聲元件 122應(yīng)具有較小的單位面積熱容(如小于2X ΙΟ"4焦耳每平方厘米開爾文)，且為一具有較 大比表面積及較小厚度的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，從而使該熱致發(fā)聲元件122可以將輸入的電能轉(zhuǎn)換為 熱能，并與周圍介質(zhì)充分快速的進(jìn)行熱交換。優(yōu)選地，該熱致發(fā)聲元件122應(yīng)為自支撐結(jié) 構(gòu)。該自支撐結(jié)構(gòu)的熱致發(fā)聲元件122可充分的與周圍介質(zhì)接觸并進(jìn)行熱交換。進(jìn)一步地，當(dāng)該功率放大器14不能將其輸出的放大電壓信號附加偏置電壓時，為 使該揚(yáng)聲器12能夠更好的發(fā)出正常頻率的聲音，該揚(yáng)聲器系統(tǒng)10可包括一降頻電路16，該 降頻電路16將該音頻信號源20發(fā)出的音頻電信號的頻率降低，例如降低一倍，并輸入至該 功率放大器14。可以理解的是，該降頻電路16的功能也可以集成于功率放大器14之電路 之內(nèi)。所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)10可進(jìn)一步包括多個揚(yáng)聲器12及一分頻器，該分頻器與功率放 大器14的輸出端114或輸入端112電連接。當(dāng)該分頻器與功率放大器14的輸出端114連 接時，將放大電壓信號分成不同頻段的多個信號，并分別傳輸至多個揚(yáng)聲器12。當(dāng)該分頻 器與功率放大器14的輸入端112連接時，該分頻器先將音頻電信號分成不同頻段的多個信 號，再通過多個功率放大器14放大。
由于該驅(qū)動熱致發(fā)聲元件122發(fā)聲的原理為“電-熱_聲”的轉(zhuǎn)換，該音頻電信號 無論在能量變化的正半周期或負(fù)半周期均能等效的加熱該熱致發(fā)聲元件122，故該熱致發(fā) 聲元件122產(chǎn)生熱量的頻率是音頻電信號頻率的一倍，即該熱致發(fā)聲元件122的發(fā)聲頻率 為倍頻。因此，為正確的還原該音頻電信號的頻率，使該熱致發(fā)聲元件122發(fā)出正常頻率的 聲音，需要將該音頻電信號降頻或?qū)⒃摲糯箅妷盒盘柶?，即該揚(yáng)聲器系統(tǒng)10需包括一降 頻電路16或一能夠輸出偏置的放大電壓信號的功率放大器14。如果該音頻電信號本身已 經(jīng)過降頻處理，如在電腦中利用軟件將數(shù)字信號降頻，該音頻電信號可直接通過一普通的 功率放大器14放大，并驅(qū)動該熱致發(fā)聲元件122發(fā)聲。上述揚(yáng)聲器系統(tǒng)10在使用時，所述放大電壓信號傳導(dǎo)至熱致發(fā)聲元件122內(nèi)部。 由于熱致發(fā)聲元件122具有一定的電阻，當(dāng)電流流過該熱致發(fā)聲元件122時，該熱致發(fā)聲元 件122將電能轉(zhuǎn)換為熱能。由于熱致發(fā)聲元件122具有 較小的單位面積熱容(小于2X10—4 焦耳每平方厘米開爾文，優(yōu)選地，小于1 X ΙΟ"6焦耳每平方厘米開爾文)，在輸入信號后，根 據(jù)信號強(qiáng)度(如電壓強(qiáng)度)的變化，該熱致發(fā)聲元件122在音頻電信號的作用下與周圍介 質(zhì)進(jìn)行快速的熱交換，按照音頻電信號的頻率加熱周圍的介質(zhì)、迅速升降溫、產(chǎn)生周期性的 溫度變化，并和周圍介質(zhì)進(jìn)行快速熱交換，圍介質(zhì)由于熱致發(fā)聲元件122的加熱，其密度按 照音頻電信號的頻率改變而改變，使周圍介質(zhì)迅速膨脹和收縮，從而發(fā)出聲音。該熱致發(fā)聲 元件122所發(fā)出的聲音的頻率范圍較寬(IHz 100kHz)、發(fā)聲效果較好。如圖8所示，本發(fā) 明實施例采用一層A4紙大小的碳納米管膜作為熱致發(fā)聲元件122的揚(yáng)聲器系統(tǒng)10，在輸 入電壓為50伏條件下，將一麥克風(fēng)設(shè)置于正對該碳納米管結(jié)構(gòu)，并間隔5厘米處，測得該碳 納米管膜的發(fā)聲強(qiáng)度可達(dá)105分貝聲壓級(dBSPL)，發(fā)聲頻率范圍為100赫茲至10萬赫茲 (即 IOOHz IOOkHz)。本發(fā)明實施例提供的揚(yáng)聲器系統(tǒng)10具有以下優(yōu)點其一，所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)將熱致 發(fā)聲元件作為一換能裝置，將電能為聲能，該揚(yáng)聲器系統(tǒng)簡單，且當(dāng)該熱致發(fā)聲元件為一碳 納米管結(jié)構(gòu)時，具有重量輕、體積小、機(jī)械強(qiáng)度高及耐高溫等優(yōu)異性能，故該揚(yáng)聲器系統(tǒng)可 應(yīng)用于較寬領(lǐng)域。其二，所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)無需磁鐵等其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故該揚(yáng)聲器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 較為簡單，有利于降低該揚(yáng)聲器系統(tǒng)的成本。其三，該揚(yáng)聲器系統(tǒng)利用外部輸入的音頻電信 號造成該熱致發(fā)聲元件溫度變化，從而使其周圍介質(zhì)迅速膨脹和收縮，進(jìn)而發(fā)出聲波，發(fā)聲 原理為“電-熱-聲”的轉(zhuǎn)換，故該揚(yáng)聲器系統(tǒng)可在無磁的條件下工作，具有廣泛的應(yīng)用范 圍。其四，由于熱致發(fā)聲元件具有較小的單位面積熱容和大的比表面積，在輸入信號后，根 據(jù)信號強(qiáng)度(如電流強(qiáng)度)的變化，均勻地加熱周圍的氣體介質(zhì)、迅速升降溫、產(chǎn)生周期性 的溫度變化，并和周圍氣體介質(zhì)進(jìn)行快速熱交換，使周圍氣體介質(zhì)迅速膨脹和收縮，發(fā)出人 耳可感知的聲音，且所發(fā)出的聲音的頻率范圍較寬(IHz 100kHz)、發(fā)聲效果較好。其五， 由于碳納米管結(jié)構(gòu)具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，耐用性較好，從而有利于制備由碳納米管 結(jié)構(gòu)組成的各種形狀、尺寸的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，進(jìn)而方便地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。其六，由于碳納米 管結(jié)構(gòu)具有較好的透明度，因此可以作為一透明揚(yáng)聲器應(yīng)用于揚(yáng)聲器系統(tǒng)中。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精 神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其包括一揚(yáng)聲器；以及一功率放大器，該功率放大器用于將接收的音頻電信號功率放大為放大電壓信號，并驅(qū)動該揚(yáng)聲器發(fā)聲；其特征在于該揚(yáng)聲器包括一熱致發(fā)聲元件以及至少兩個電極間隔設(shè)置并與該熱致發(fā)聲元件電連接，該至少兩個電極用于將上述放大電壓信號輸入至該熱致發(fā)聲元件中。
2.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述功率放大器進(jìn)一步用于將該放 大電壓信號附加一偏置電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述功率放大器包括一三極管，該三極管具有一基極，一發(fā)射極以及一集電極，該發(fā)射極與所述揚(yáng)聲器一電 極相連；一電容，所述音頻電信號通過該電容輸入至該三極管的基極；一直流電壓源與該揚(yáng)聲器的另一電極相連，一第一電阻，該直流電壓源通過該第一電阻連接至該三極管的基極；一第二電阻，該三極管的基極通過該第二電阻接地；以及一第三電阻，該集電極通過該第三電阻接地。
4.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述熱致發(fā)聲元件用于將放大電壓 信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，改變熱致發(fā)聲元件周圍介質(zhì)密度發(fā)出聲波。
5.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述熱致發(fā)聲元件的單位面積熱容 小于2X ΙΟ"4焦耳每平方厘米開爾文。
6.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述熱致發(fā)聲元件包括一碳納米管 結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納 米管膜、至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。
8.如權(quán)利要求7所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述碳納米管膜或碳納米管線狀結(jié) 構(gòu)包括多個碳納米管通過范德華力首尾相連。
9.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)一步包括一降頻 電路，所述音頻信號源通過該降頻電路與該功率放大器的輸入端電連接，該降頻電路用于 將所述音頻電信號降頻并傳輸至該功率放大器。
10.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一 個揚(yáng)聲器及一分頻器，該分頻器分別與所述多個揚(yáng)聲器電連接并將該音頻電信號分成不同 頻段的多個音頻電信號分別傳輸至該多個揚(yáng)聲器。
11.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于，所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)一步包括一音頻 信號源，用于產(chǎn)生一音頻電信號并傳遞至所述功率放大器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其包括一揚(yáng)聲器；以及一功率放大器，該功率放大器將接收的音頻電信號功率放大為放大電壓信號，并驅(qū)動該揚(yáng)聲器發(fā)聲；其中該揚(yáng)聲器包括一熱致發(fā)聲元件以及至少兩個電極間隔設(shè)置并與該熱致發(fā)聲元件電連接，該至少兩個電極將放大電壓信號輸入至該熱致發(fā)聲元件中。該揚(yáng)聲器系統(tǒng)應(yīng)用于電聲轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)簡單，可在無磁的條件下工作，并具有較寬的發(fā)聲頻率范圍及較高的發(fā)聲強(qiáng)度。
文檔編號C01B31/02GK101820571SQ200910105808
公開日2010年9月1日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者姜開利, 肖林, 范守善, 陳卓 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司