据悉，麻省理工学院（MIT）的工程师们已经开发出一种超薄扬声器，可以用来让整个表面产生声音。该团队表示，这种独特的设计应该是节能的，而且易于大规模生产。

从基本意义上讲，扬声器通过振动薄膜来工作，薄膜操纵其上方的空气产生声波。而在音频系统或耳机中常见的扬声器中，通常是通过电流和磁场来实现的。

但近年来，科学家们已经开发出在更薄的设备上实现类似效果的方法。薄膜扬声器使用压电材料工作，压电材料会随着电压的施加而振动。它们已经被广泛应用于手机和电视，甚至实验性地用旗帜这样不寻常的东西来制造扬声器。

问题是，这些纤薄的扬声器要么是独立的，要么与另一个物体的表面有一定的距离（直接安装它们，会降低它们振动和产生声音的能力）。 但在这项新研究中，麻省理工学院的研究人员重新设计了薄扬声器，以便它们可以直接安装在各种表面上。

该团队不是让薄膜的整个表面振动，而是将材料形成一个凸起的圆顶网格，这些圆顶彼此独立振动。这是通过在两层 PET 塑料之间夹入一层薄薄的压电材料（厚度仅为 8 微米）来实现的。 一个 PET 层有一个由小孔组成的网格，压电材料从这些小孔中伸出。 下面的 PET 层保护膜并允许将扬声器安装到物体的表面上。

该研究的主要作者韩金池（音译）说：“这是一个非常简单、直截了当的过程。如果我们在未来将这些扬声器与卷对卷工艺结合起来，我们就可以以高吞吐量的方式生产这些扬声器。这意味着它可以被大量制造，比如用来覆盖墙壁、汽车或飞机的内部。

高品质、低功耗，应用潜力无限

每个圆顶都是一个单独的发声单元，由于圆顶高 15 微米，约为人类头发厚度的六分之一，振动时仅能够上下移动约半微米，因此需要数千个这样的小圆顶一起振动才能产生可听的声音。

此外，该超薄发声设备的制造还有另一个好处，就是它的可调性，因为研究人员可以改变 PET 中孔的大小来控制圆顶的大小。半径较大的圆顶会推动更多的空气并产生更大的声音，但较大的圆顶也具有较低的谐振频率（resonance frequency）。谐振频率是设备运行效率最高的频率，较低的谐振频率会导致音频失真。

经过多次的测试，研究人员找到不同的圆顶尺寸和压电层厚度的最佳组合。然后，他们通过将薄膜扬声器安装到距离麦克风 30 厘米的墙壁上来测试他们的薄膜扬声器。

当 25 伏特的电流以 1 千赫兹（每秒 1,000 次循环的速率）通过该设备时，扬声器会产生 66 分贝的会话级别的高质量声音。在 10 千赫兹时，声压级增加到 86 分贝，与城市交通的音量水平大致相同。

这种节能扬声器设备每平方米面积只需要大约 100 毫瓦的功率。相比之下，一个普通的家用扬声器可能会消耗超过 1 瓦的功率才能在相当的距离上产生相似的声压。

研究人员解释说，由于该设备只有微小的圆顶是振动的，而不是整个薄膜，扬声器具有足够高的谐振频率，因此还可以有效地用于超声应用，如超声成像。超声成像使用非常高频的声波来产生图像，而更高的频率能够产生更好的图像分辨率。

比如，该设备可以使用超声波检测人在房间中的站立位置，并跟踪位置，就像蝙蝠使用回声定位一样。如果薄膜的振动圆顶覆盖有反射表面，则它们可用于为未来的显像技术创建光图案。如果浸入液体中，振动膜还可以提供一种搅拌化学品的新方法，使化学处理技术比大批量处理方法使用更少的能量。

文章来源： 学术头条，知新了了