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)用場景,通過對比傳統(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稀（Polyvinylidene 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。從聲壓級和指向性等聲學(xué)性能以及實(shí)際的應(yīng)用... 

【文章來源】：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

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)揚(yáng)聲器與定向揚(yáng)聲器對比示意圖

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)方法來獲取理想的發(fā)聲效果和廣泛的應(yīng)用場景，主要包括：激振技術(shù)、“空氣驅(qū)動技術(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質(zhì)、頻帶較窄、高低頻發(fā)生效果較差等問題。而且同一研發(fā)團(tuán)隊針對不同的設(shè)備的具體應(yīng)用場景的不同，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)者對于這類產(chǎn)品的消費(fèi)壓力。作為近年來的一個新興的研究熱點(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推動空氣進(jìn)行發(fā)聲，具體過程為：空氣的氣壓變化通過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，這種技術(shù)被命名為“空氣驅(qū)動技術(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，而這個力不會傳遞到薄膜的整個區(qū)域�；陔p層的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，為了均勻的致動整個PES層，將PVDF作為驅(qū)動器整張與PES貼在一起，使用PVDF的壓電產(chǎn)生形變作為驅(qū)動力。同時還說明了，用其它材料替換PES材料的可能性。2010年，韓國的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[40]。2011年，臺灣工業(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)行了評估分析，如圖1-3所示。該揚(yáng)聲器由一對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，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
[1]超指向性揚(yáng)聲器的系統(tǒng)設(shè)計與測試[J]. 楊益,溫周斌,馮海泓,付奇.  聲學(xué)技術(shù). 2008(01)
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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)
[7]透明平板揚(yáng)聲器使觸摸屏具有發(fā)聲功能[J].   電子設(shè)計技術(shù). 2002(08)

碩士論文
[1]透明式定向發(fā)聲換能器的研究與設(shè)計[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、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



本文編號：3143913