多媒體設(shè)備正朝著輕薄化、全面屏方向發(fā)展,全新的屏幕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大大縮小傳統(tǒng)音箱的空間,讓聲音反射和緩沖次數(shù)減少,進(jìn)而導(dǎo)致音質(zhì)變差。本課題提出的定向屏幕揚(yáng)聲器方案,是將屏幕聲場(chǎng)技術(shù)與聲頻定向原理相結(jié)合,利用壓電薄膜超聲換能器實(shí)現(xiàn)屏幕兼具顯示器與揚(yáng)聲器的雙重功能,為便攜式電子設(shè)備的沉浸式“音畫(huà)一體”功能和家用多媒體設(shè)備的分區(qū)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)提供可行方案。首先,本文基于壓電薄膜超聲換能器基本原理,根據(jù)聲頻定向基本理論和具體應(yīng)用場(chǎng)景,通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)壓電換能器結(jié)構(gòu),提出了適用于本課題應(yīng)用需求的多層圓形壓電薄膜結(jié)構(gòu)為陣元結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行聲學(xué)特性的理論分析。然后,以全透明為首要標(biāo)準(zhǔn),為各功能層選擇對(duì)應(yīng)材料。以電擊穿為重點(diǎn)考察指標(biāo),確定壓電層材料為聚偏氟乙�。≒olyvinylidene Fluoride,PVDF）。以高電-聲轉(zhuǎn)換效率為牽引,確定上下電極材料分別為氧化銦錫（Indium Tin Oxides,ITO）和鉬（Mo）。其余的輔助性材料層以匹配壓電層和電極層需求為主,結(jié)合現(xiàn)有成熟工藝進(jìn)行選擇。再采用選定材料參數(shù)確定單陣元的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù),包括:各材料層厚度、陣元半徑。從聲壓級(jí)和指向性等聲學(xué)性能以及實(shí)際的應(yīng)用... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)揚(yáng)聲器與定向揚(yáng)聲器對(duì)比示意圖

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文處理的相關(guān)研究，中科院聲學(xué)所東海研究站楊益、溫周斌、馮海泓[36]得到了較好的研究成果。屏幕發(fā)聲技術(shù)是針對(duì)電子類設(shè)備的外觀和發(fā)聲效果之間矛盾而應(yīng)運(yùn)而生的新興技術(shù)方向�，F(xiàn)在不同的國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和涉及制造單位都在嘗試不同的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)獲取理想的發(fā)聲效果和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，主要包括：激振技術(shù)、“空氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)”、靜電薄膜技術(shù)、懸臂梁技術(shù)，壓電感應(yīng)與骨傳導(dǎo)結(jié)合和壓電技術(shù)等。但是，現(xiàn)在的發(fā)聲技術(shù)還不算成熟，存在包括影響屏幕畫(huà)質(zhì)、頻帶較窄、高低頻發(fā)生效果較差等問(wèn)題。而且同一研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同的設(shè)備的具體應(yīng)用場(chǎng)景的不同，所選擇的實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段也有所不同，這也大大增加了屏幕發(fā)聲技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的研發(fā)成本和消費(fèi)者對(duì)于這類產(chǎn)品的消費(fèi)壓力。作為近年來(lái)的一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)，屏幕發(fā)聲技術(shù)在研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)制造企業(yè)的合作密切合作之下快速的進(jìn)入到商品化和市場(chǎng)化的路徑。2002年，日本松下股份有限公司和日本松下電子元器件公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了一種透明平板揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器的布置方式是直接粘接于LCD屏幕的表面，實(shí)現(xiàn)聲音傳輸，透明的材料使其不會(huì)遮擋住屏幕的顯示內(nèi)容。這種揚(yáng)聲器主要是依靠普通振膜的振動(dòng)推動(dòng)空氣進(jìn)行發(fā)聲，具體過(guò)程為：空氣的氣壓變化通過(guò)顯示器一端的傳聲孔傳送到空氣隙使透明平板間接地發(fā)生振動(dòng)，這種技術(shù)被命名為“空氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)”[37]。在2008年，日本學(xué)者SugimotoT等人研制了一種基于PVDF的柔性透明揚(yáng)聲器，并揚(yáng)聲器失真特性進(jìn)行了研究[38]。在他們發(fā)表文章中提出的揚(yáng)聲器為兩層結(jié)構(gòu)，一層為PVDF，面積為A4大小，厚度80um；另一層為PES，面積為A4，厚度為200um，如圖1-2所示。圖1-2透明揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)示意圖4

法。因?yàn)橐郧八褂玫姆椒ㄊ窃谟邢迶?shù)量的點(diǎn)上給柔性薄膜施加力，而這個(gè)力不會(huì)傳遞到薄膜的整個(gè)區(qū)域�；陔p層的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，為了均勻的致動(dòng)整個(gè)PES層，將PVDF作為驅(qū)動(dòng)器整張與PES貼在一起，使用PVDF的壓電產(chǎn)生形變作為驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)還說(shuō)明了，用其它材料替換PES材料的可能性。2010年，韓國(guó)的Fils公司研制出一種透明薄膜式揚(yáng)聲器—FilmSpeaker，主要的工作原理是利用壓電材料基本的壓電效應(yīng)使其變形產(chǎn)生振動(dòng)[40]。2011年，臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院提出了一種透明式的駐電極體揚(yáng)聲器，分別從其光學(xué)性能和聲學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)估分析，如圖1-3所示。該揚(yáng)聲器由一對(duì)透明的穿孔電極和駐極體隔膜組成，電極和隔膜之間放置間隔物放置以防止它們彼此接觸。隔膜由電極驅(qū)動(dòng)，電極中有微小的孔隙，允許空氣進(jìn)出，因此產(chǎn)生的聲音可通過(guò)電極傳播[41]。圖1-3透明式駐電極揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)2013年，哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)基于傳統(tǒng)的靜電式揚(yáng)聲器原理研制出了一種透明揚(yáng)聲器，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的差異較大，且具有柔性特點(diǎn)。該揚(yáng)聲器的振膜與固定電極都是表面鍍有導(dǎo)電膜的薄膜結(jié)構(gòu)，考慮其必須的透明特性，材料選擇為透明的聚丙烯酰胺薄膜。與傳統(tǒng)的靜電式揚(yáng)聲器相似之處在于電極中間的介質(zhì)均選用鹽水，而且兩電極必須加上高壓靜電使得鹽水發(fā)生電解反應(yīng)，再疊加上音頻電壓使得介質(zhì)液振動(dòng)發(fā)聲。新式靜電式揚(yáng)聲器具有很寬的頻率范圍（20Hz~20kHz），可以作為主動(dòng)降噪設(shè)備進(jìn)行適用。因?yàn)閾P(yáng)聲器整體采用透明材質(zhì)制備，所以該揚(yáng)聲器可貼于任意物體的表面而不影響其實(shí)際使用功能。若將揚(yáng)聲器覆蓋于窗戶表面，5

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]參量揚(yáng)聲器系統(tǒng)的探索與研究[J]. 宋朝暉,鮑可進(jìn).  電聲技術(shù). 2005(08)
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碩士論文
[1]透明式定向發(fā)聲換能器的研究與設(shè)計(jì)[D]. 楊雨珂.電子科技大學(xué) 2019
[2]基于MEMS的壓電超聲微換能器的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)[D]. 馬騰.電子科技大學(xué) 2009
[3]聲學(xué)參量陣技術(shù)研究[D]. 劉圣軍.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[4]基于DSP的指向性聲源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 朱海生.山東科技大學(xué) 2007
[5]指向性聲源的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 姬培鋒.山東科技大學(xué) 2005



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