專利名稱：發(fā)聲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)聲裝置，尤其涉及一種基于熱聲效應(yīng)的發(fā)聲裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)聲裝置一般由信號(hào)輸入裝置和發(fā)聲元件組成，通過(guò)信號(hào)輸入裝置輸入信號(hào)給發(fā)聲兀件，進(jìn)而發(fā)出聲音?，F(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)聲兀件一 般為ー揚(yáng)聲器。該揚(yáng)聲器為ー種把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)的電聲器件。具體地，揚(yáng)聲器可將一定范圍內(nèi)的音頻電功率信號(hào)通過(guò)換能方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭д嫘〔⒕哂凶銐蚵晧杭?jí)的可聽(tīng)聲音。現(xiàn)有的揚(yáng)聲器的種類很多，根據(jù)其エ作原理分為電動(dòng)式揚(yáng)聲器、電磁式揚(yáng)聲器、靜電式揚(yáng)聲器及壓電式揚(yáng)聲器。雖然它們的エ作方式不同，但一般均為通過(guò)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)周圍的空氣，使空氣介質(zhì)產(chǎn)生波動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)“電-力-聲”之轉(zhuǎn)換。它們大都采用振膜振動(dòng)發(fā)出聲音，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。在二十世紀(jì)初，有人提出了一種基于熱聲效應(yīng)的熱致發(fā)聲元件的構(gòu)想，請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)“The Thermophone，，，Edward C. ffente, Phys. Rev, Vol. XIX, No. 4，pp333_345 (1921)及“ On Some Thermal Effects of Electric Currents”，WilliamHenry Preece, Proceedings of the Royal Society of London, Vol. 30, (1879-1881)，pp408-411 (1880)。該熱致發(fā)聲元件通過(guò)向ー金屬箔片或金屬絲中通入交流電來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)聲。該金屬箔片或金屬絲須具有較小的熱容，較薄的厚度，且可將其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)給周圍氣體介質(zhì)的特點(diǎn)。當(dāng)交流電通過(guò)所述金屬箔片或金屬絲時(shí)，隨交流電電流強(qiáng)度的變化，金屬箔片或金屬絲可迅速升降溫，并和周圍氣體介質(zhì)迅速發(fā)生熱交換，使氣體介質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)，周圍氣體介質(zhì)的密度亦隨之發(fā)生變化，進(jìn)而發(fā)出聲波。H. D. Arnold和I. B. Crandall也介紹了一種簡(jiǎn)單的熱致發(fā)聲裝置，請(qǐng)參見(jiàn)“Thethermophone as a precision source of sound”，H. D. Arno I a, I. B. Crandall, Phys.Rev. L 10, 22-38 (1917)。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，該發(fā)聲裝置100采用ー鉬片作發(fā)聲元件102，該鉬片的厚度為0. 7微米。該發(fā)聲元件102通過(guò)夾具104固定。所述發(fā)聲元件102及夾具104設(shè)置在一基體108表面。電流引線106與所述發(fā)聲元件102電連接，用于向所述發(fā)聲元件102輸入電信號(hào)。該發(fā)聲元件102的發(fā)聲頻率與其單位面積熱容密切相關(guān)。單位面積熱容大，則發(fā)聲頻率范圍窄，強(qiáng)度低；單位面積熱容小，則發(fā)聲頻率范圍寬，強(qiáng)度高。欲獲得具有較寬發(fā)聲頻率范圍及較高強(qiáng)度的聲波，則要求發(fā)聲元件102的単位面積熱容愈小愈好。由于材料本身的限制，金屬鉬片厚度最小只能達(dá)到0. 7微米，而0. 7微米厚的鉬片的単位面積熱容最小只能達(dá)到2 X 10_4焦耳每平方厘米開(kāi)爾文。由于受材料単位面積熱容的限制，所述發(fā)聲元件102的發(fā)聲頻率最高僅可達(dá)4千赫茲。該發(fā)聲元件102的發(fā)聲頻率較窄,且發(fā)聲強(qiáng)度較低，不足以讓人耳直接感知。綜上所述，所述發(fā)聲元件102發(fā)聲頻率范圍較窄，且所述發(fā)聲元件102的發(fā)聲強(qiáng)度低，人耳難以直接感知
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,確有必要提供一種發(fā)聲頻率范圍較寬，發(fā)聲強(qiáng)度高的基于熱聲效應(yīng)的發(fā)聲裝置?！N發(fā)聲裝置，其包括一電磁波信號(hào)輸入裝置，所述電磁波信號(hào)輸入裝置包括一電磁波發(fā)生裝置及調(diào)制裝置；以及ー發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件與該電磁波信號(hào)輸入裝置對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置，該調(diào)制裝置設(shè)置于所述電磁波發(fā)生裝置與發(fā)聲元件之間，且位于所述電磁波信號(hào)的傳輸路徑上；其中，該發(fā)聲元件包括至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該電磁波信號(hào)輸入裝置傳遞電磁波信號(hào)至該至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)通過(guò)接收電磁波信號(hào)輸入裝置發(fā)出的信號(hào)發(fā)出聲波?！N發(fā)聲裝置，其包括一電磁波信號(hào) 輸入裝置；一發(fā)聲兀件，該發(fā)聲兀件與該電磁波信號(hào)輸入裝置對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置，且該發(fā)聲元件與該電磁波信號(hào)輸入裝置之間無(wú)線連接；其中，該發(fā)聲元件包括至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該電磁波信號(hào)輸入裝置傳遞電磁波信號(hào)至該至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)通過(guò)接收電磁波信號(hào)輸入裝置發(fā)出的信號(hào)發(fā)出聲波。一種發(fā)聲裝置，其包括一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件包括至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)；以及ー電磁波信號(hào)輸入裝置，該電磁波信號(hào)輸入裝置與該發(fā)聲元件對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置；其中，該電磁波信號(hào)輸入裝置產(chǎn)生的電磁波信號(hào)無(wú)線傳遞至該至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)通過(guò)接收電磁波信號(hào)輸入裝置發(fā)出的信號(hào)發(fā)出聲波。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述發(fā)聲裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)由于碳納米管線狀結(jié)構(gòu)具有較小的単位面積熱容和較大的比表面積，故該發(fā)聲元件具有升溫迅速、熱滯后小、熱交換速度快的特點(diǎn)，故該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)組成的發(fā)聲裝置可以發(fā)出較寬頻率范圍內(nèi)的聲音，具有較好的發(fā)聲效果，且其發(fā)聲強(qiáng)度較高，可以被人耳直接感測(cè)到。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例發(fā)聲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例發(fā)聲裝置中的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)中非扭轉(zhuǎn)碳納米管線的掃描電鏡照片。圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例發(fā)聲裝置中的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)中扭轉(zhuǎn)碳納米管線的掃描電鏡照片。圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例發(fā)聲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例發(fā)聲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)聲裝置。請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種發(fā)聲裝置10，該發(fā)聲裝置10包括一信號(hào)輸入裝置12，一發(fā)聲元件14，一支撐結(jié)構(gòu)16，一第一電極142以及ー第二電極144。所述第ー電極142和第二電極144間隔設(shè)置，且與所述信號(hào)輸入裝置12電連接。所述支撐結(jié)構(gòu)16對(duì)發(fā)聲元件14，所述第一電極142和第二電極144起支撐作用。所述發(fā)聲元件14包括至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140包括至少ー碳納米管線。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的単位面積熱容小于2X 10_4焦耳每平方厘米開(kāi)爾文，優(yōu)選地，所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的単位面積熱容小于5 X 10_5焦耳每平方厘米開(kāi)爾文。該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的直徑不限，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)整。該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140應(yīng)用于熱發(fā)聲元件時(shí)，其與空氣的接觸面積越大，其發(fā)聲強(qiáng)度越高。由于該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140由碳納米管線組成，且該碳納米管線包括多個(gè)碳納米管，而碳納米管具有較高的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，因此所述包括至少ー碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的發(fā)聲元件14具有較高的韌性和機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)所述發(fā)聲元件14包括多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140時(shí)，該多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140既可以平行排列，也可以交叉排列，也可以相互交織從而構(gòu)成ー層狀的發(fā)聲元件14。本實(shí)施例中，所述發(fā)聲元件14包括多個(gè)平行排列的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的直徑為50微米。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140為該發(fā)聲元件14的最小發(fā)聲單元，該發(fā)聲元件14的単位面積熱容與碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的単位面積熱容相同，該發(fā)聲元件14単位面積熱容小于2X 10_4焦 耳每平方厘米開(kāi)爾文。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140包括至少ー碳納米管線，該碳納米管線的直徑為0. 5納米-100微米。當(dāng)所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140僅包括一根碳納米管線時(shí)，該碳納米管線可以為扭轉(zhuǎn)碳納米管線或者非扭轉(zhuǎn)碳納米管線。當(dāng)所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140包括多根碳納米管線時(shí)，該碳納米管可以為扭轉(zhuǎn)碳納米管線、非扭轉(zhuǎn)碳納米管線或者兩者的組合。具體地，當(dāng)該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140包括多根碳納米管線時(shí)，該多根碳納米管線既可以沿ー軸線平行排列形成束狀結(jié)構(gòu)的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140，也可以繞同一軸線扭轉(zhuǎn)形成一扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140。該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140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ー種或多種。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I. 0納米 50納米，所述多壁碳納米管的直徑為I. 5納米 50納米。請(qǐng)參閱圖3，所述非扭轉(zhuǎn)碳納米管線包括多個(gè)沿碳納米管線軸向方向排列的碳納米管。具體地，該非扭轉(zhuǎn)碳納米管線包括多個(gè)碳納米管片段，該多個(gè)碳納米管片段通過(guò)范德華カ相連，每ー碳納米管片段包括多個(gè)相互平行并通過(guò)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(zhǎng)度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉(zhuǎn)碳納米管線的長(zhǎng)度不限，直徑可以為0. 5納米-100微米。非扭轉(zhuǎn)碳納米管線可以為將碳納米管膜通過(guò)有機(jī)溶劑處理得到。具體地，將有機(jī)溶劑浸潤(rùn)所述碳納米管膜的整個(gè)表面，在該有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張カ的作用下，碳納米管膜中的相互平行的多個(gè)碳納米管通過(guò)范德華カ緊密結(jié)合，從而使碳納米管膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)碳納米管線。該有機(jī)溶劑可以為揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如こ醇、甲醇、丙酮、ニ氯こ烷或氯仿，本實(shí)施例中采用こ醇。通過(guò)有機(jī)溶劑處理的非扭轉(zhuǎn)碳納米管線與未經(jīng)有機(jī)溶劑處理的碳納米管膜相比，其比表面積減小，粘性降低。所述通過(guò)有機(jī)溶劑處理獲得的非扭轉(zhuǎn)碳納米管線及其制備方法具體請(qǐng)參見(jiàn)范守善等人于2005年12月16日申請(qǐng)的，于2007年6月20日公開(kāi)的第CN1982209A號(hào)大陸公開(kāi)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)人清華大學(xué)；鴻富錦精密エ業(yè)(深圳)有限公司)。所述扭轉(zhuǎn)碳納米管線為采用一機(jī)械カ將所述碳納米管膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。請(qǐng)參閱圖4，該扭轉(zhuǎn)碳納米管線包括多個(gè)繞碳納米管線軸向螺旋排列的碳納米管。具體地，該扭轉(zhuǎn)碳納米管線包括多個(gè)碳納米管片段，該多個(gè)碳納米管片段通過(guò)范德華カ相連，每ー碳納米管片段包括多個(gè)相互平行并通過(guò)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(zhǎng)度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉(zhuǎn)碳納米管線長(zhǎng)度不限，直徑可以為0. 5納米-100微米。進(jìn)ー步地，可采用一有機(jī)溶劑處理該扭轉(zhuǎn)碳納米管線。在該有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張カ的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)碳納米管線中相鄰的碳納米管通過(guò)范德華カ緊密結(jié)合，使該扭轉(zhuǎn)碳納米管線的比表面積減小，密度及強(qiáng)度増大。制備扭轉(zhuǎn)碳納米管線及非扭轉(zhuǎn)碳納米管線所用的碳納米膜可為通過(guò)采用ー拉伸工具自ー碳納米管陣列直接拉取而獲得，所述碳納米管膜為透明或半透明，且所述碳納米管膜中的多數(shù)碳納米管通過(guò)范德華カ相連。所述碳納米管膜的結(jié)構(gòu)及其制備方法請(qǐng)參見(jiàn)范守善等人于2007年2月9日申請(qǐng)的，于2008年8月13公開(kāi)的第CN101239712A號(hào)大陸公開(kāi)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)人清華大學(xué)；鴻富錦精密エ業(yè)(深圳)有限公司)。
請(qǐng)參閱圖2，所述第一電極142和第二電極144通過(guò)外接導(dǎo)線149與所述信號(hào)輸入裝置12的兩端電連接，用于將所述信號(hào)輸入裝置12產(chǎn)生的信號(hào)傳輸?shù)剿霭l(fā)聲元件14中。所述第一電極142和第二電極144也可起到支撐所述發(fā)聲元件14的作用。該第一電極142和第二電極144由導(dǎo)電材料形成，其具體形狀結(jié)構(gòu)不限。具體地，該第一電極142和第二電極144的材料可選擇為金屬、導(dǎo)電膠、碳納米管、銦錫氧化物(ITO)等。該第一電極142和第二電極144的形狀可選擇為層狀、棒狀、塊狀或其它形狀中的ー種。本實(shí)施例中，該第一電極142和第二電極144為棒狀金屬電極。所述發(fā)聲元件14中，每個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的兩端分別與所述第一電極142和第二電極144電連接，并通過(guò)所述第一電極142和第二電極144固定。由于所述第一電極142和第二電極144間隔設(shè)置,所述發(fā)聲兀件14應(yīng)用于發(fā)聲裝置10時(shí)能接入一定的阻值避免短路現(xiàn)象產(chǎn)生。由于碳納米管具有極大的比表面積，在范德華力的作用下，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140本身有很好的粘附性，故采用該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140作發(fā)聲元件14時(shí)，所述第一電極142和第二電極144與所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140之間可以直接粘附固定，并形成很好的電接觸。另外，所述第一電極142和第二電極144與所述發(fā)聲元件14之間還可以進(jìn)一歩包括ー導(dǎo)電粘結(jié)層(圖未示)。所述導(dǎo)電粘結(jié)層可設(shè)置于所述發(fā)聲元件14與第一電極142和第二電極144相接觸的表面。所述導(dǎo)電粘結(jié)層在實(shí)現(xiàn)第一電極142和第二電極144與所述發(fā)聲元件14電接觸的同吋，還可以使所述第一電極142和第二電極144與所述發(fā)聲元件14更好地固定。本實(shí)施例中，所述導(dǎo)電粘結(jié)層材料為銀膠。所述支撐結(jié)構(gòu)16主要起支撐作用，其形狀不限，任何具有確定形狀的物體，如一墻壁或桌面，均可作為本發(fā)明第一實(shí)施例中的支撐結(jié)構(gòu)16。具體地，所述支撐結(jié)構(gòu)16可以為ー平面結(jié)構(gòu)或一曲面結(jié)構(gòu)，并具有一表面。此時(shí)，該發(fā)聲元件14直接設(shè)置并貼合于該支撐結(jié)構(gòu)16的表面。由于該發(fā)聲元件14整體通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)16支撐，因此該發(fā)聲元件14可以承受強(qiáng)度較強(qiáng)的信號(hào)輸入，從而具有較高的發(fā)聲強(qiáng)度。該支撐結(jié)構(gòu)16的材料不限，可以為ー硬性材料，如金剛石、玻璃或石英。所述支撐結(jié)構(gòu)16的材料還可為ー柔性材料，如塑料或樹(shù)脂。優(yōu)選地，該支撐結(jié)構(gòu)16的材料應(yīng)具有較好的絕熱性能，從而防止該發(fā)聲元件14產(chǎn)生的熱量被該支撐結(jié)構(gòu)16過(guò)度地吸收，從而無(wú)法達(dá)到加熱周圍介質(zhì)進(jìn)而發(fā)聲的目的。另外，該支撐結(jié)構(gòu)16應(yīng)具有ー較為粗糙的表面，從而可以使設(shè)置于其表面的發(fā)聲元件14與空氣或其他外界介質(zhì)具有更大的接觸面積，進(jìn)而可在一定程度上改善所述發(fā)聲裝置10的發(fā)聲效果?？梢岳斫猓?dāng)所述第一電極142和第二電極144可起到支撐所述發(fā)聲元件14的作用。當(dāng)所述發(fā)聲元件14可實(shí)現(xiàn)自支撐時(shí)，所述支撐結(jié)構(gòu)16為一可選擇結(jié)構(gòu)。具體地，當(dāng)上述發(fā)聲元件14由多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140交織構(gòu)成一具有自支撐的層狀結(jié)構(gòu)時(shí)，該支撐結(jié)構(gòu)16為一可選擇結(jié)構(gòu)。所述信號(hào)輸入裝置12可以為音頻電信號(hào)輸入裝置、光信號(hào)輸入裝置、電信號(hào)輸入裝置及電磁波信號(hào)輸入裝置等。相應(yīng)地，所述信號(hào)輸入裝置12輸入的信號(hào)不限，包括電磁波信號(hào)、交流電信號(hào)、音頻電信號(hào)以及光信號(hào)等?？梢岳斫猓鲂盘?hào)輸入裝置12輸入的信號(hào)與所述發(fā)聲裝置10的具體應(yīng)用有關(guān)，如當(dāng)所述發(fā)聲裝置10應(yīng)用于收音機(jī)時(shí)，所述信號(hào)輸入裝置12輸入的信號(hào)為電磁波；當(dāng)所述發(fā)聲裝置10應(yīng)用于耳機(jī)時(shí)，所述信號(hào)輸入裝置12輸入的信號(hào)為交流電信號(hào)或音頻電信號(hào)。本實(shí)施例中，所述信號(hào)輸入裝置12為電信號(hào)輸入裝置。 可以理解，根據(jù)信號(hào)輸入裝置12的不同，所述第一電極142、第二電極144以及外接導(dǎo)線149為可選擇的結(jié)構(gòu)。當(dāng)輸入信號(hào)為光或電磁波等信號(hào)時(shí)，所述信號(hào)輸入裝置12可直接輸入信號(hào)給所述發(fā)聲元件14，無(wú)需電極及導(dǎo)線。上述發(fā)聲裝置10在使用時(shí)，所述發(fā)聲元件14由多個(gè)平行排列的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140組成，每個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的直徑為50微米。由于該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140具有較小的単位面積熱容和較大的散熱表面，在輸入信號(hào)后，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140可迅速升降溫，產(chǎn)生周期性的溫度變化，并和周圍介質(zhì)快速進(jìn)行熱交換，從而周期性的改變周圍介質(zhì)的密度，使周圍介質(zhì)周期性膨脹和收縮，進(jìn)而發(fā)出聲音。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140為該發(fā)聲裝置10的的發(fā)聲元件14最小發(fā)聲單元，而該發(fā)聲元件14的功率為其最小發(fā)聲單元的功率之和，因此，該發(fā)聲元件14包括的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140越多，其功率越大。另外，本發(fā)明實(shí)施例中的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140具有較高的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140可方便地制成各種形狀和尺寸的發(fā)聲裝置10，該發(fā)聲裝置10可方便地應(yīng)用于各種可發(fā)聲的裝置中，如音響、手機(jī)、MP3、MP4、電視、計(jì)算機(jī)等電子領(lǐng)域及其它發(fā)聲裝置10中。所述介質(zhì)可以為液態(tài)介質(zhì)或者氣態(tài)介質(zhì)，本實(shí)施例中，該介質(zhì)為氣態(tài)介質(zhì)。本實(shí)施例中，該發(fā)聲裝置10的發(fā)聲元件14為ー平面結(jié)構(gòu)的發(fā)聲元件，其包括5個(gè)平行排列的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140，碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140之間的間距為I厘米，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)140的直徑為50微米。給該發(fā)聲元件14輸入50伏特的交流電信號(hào)，在距離其I厘米處測(cè)量可得所述發(fā)聲元件14聲壓級(jí)最高可達(dá)95分貝，最低為50分貝；發(fā)聲頻率范圍為100赫茲至10萬(wàn)赫茲以上。因此所述發(fā)聲裝置10具有一定的發(fā)聲強(qiáng)度，且頻率范圍比較寬，有著非常理想的發(fā)聲效果。請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種發(fā)聲裝置20。該發(fā)聲裝置20包括一信號(hào)輸入裝置22、一發(fā)聲兀件24、一第一電極242、一第二電極244、一第三電極246以及ー第四電極248。本實(shí)施例中，所述發(fā)聲兀件24與第一實(shí)施例中的發(fā)聲兀件14結(jié)構(gòu)相同。該發(fā)聲元件24包括至少ー個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)240。本實(shí)施例中，該發(fā)聲元件24為多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)240。該多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)240環(huán)繞所述第一電極242、第二電極244、第三電極246以及第四電極248設(shè)置。本發(fā)明第二實(shí)施例中的發(fā)聲裝置20與第一實(shí)施例中的發(fā)聲裝置10的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于，本發(fā)明第二實(shí)施例中的發(fā)聲裝置20包括四個(gè)電極，即第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248。所述第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248均為棒狀金屬電極，且空間平行間隔設(shè)置。所述發(fā)聲元件24包括多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)240，該多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)240環(huán)繞所述第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248設(shè)置并與所述第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248分別電連接，形成一環(huán)形發(fā)聲元件24。任意兩個(gè)相鄰的電極均分別與所述信號(hào)輸入裝置22的兩端電連接，以使位于相鄰電極之間的發(fā)聲元件24接入輸入信號(hào)。具體地，先將不相鄰的兩個(gè)電極用導(dǎo)線249連接后與所述信號(hào)輸入裝置22的一端電連接，剩下的兩個(gè)電極用導(dǎo)線249連接后與所述信號(hào)輸入裝置22的另一端電連接。本發(fā)明實(shí)施例中，可先將所述第一電極242和第三電極246用導(dǎo)線249連接后與所述信號(hào)輸入裝置22的一端電連接，再將所述第二電極244和第四電極248用導(dǎo)線249連接后與所述信號(hào)輸入裝置22的另一端電連接。上述連接方式可實(shí)現(xiàn)相鄰電極之間的 碳納米管線狀結(jié)構(gòu)240的并聯(lián)。并聯(lián)后的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)240具有較小的電阻，可降低工作電壓。且，上述連接方式可使所述發(fā)聲元件24具有較大的輻射面積，且發(fā)聲強(qiáng)度得到增強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)繞發(fā)聲效果。另外，當(dāng)所述發(fā)聲兀件24的面積較大時(shí),所述第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248也可進(jìn)ー步起到支撐所述發(fā)聲元件24的作用?？梢岳斫?，所述第一電極242、第二電極244、第三電極246和第四電極248也可與所述發(fā)聲元件24設(shè)置在同一平面內(nèi)。所述設(shè)置在同一平面內(nèi)的各電極的連接方式與上述電極的連接方式相同或相似?？梢岳斫?，在該實(shí)施例中可設(shè)置多個(gè)電極，其數(shù)量不限，只需確保任意兩個(gè)相鄰的電極均分別與所述信號(hào)輸入裝置22的兩端電連接即可。請(qǐng)參閱圖6，本技術(shù)方案第三實(shí)施例提供一種發(fā)聲裝置30，該發(fā)聲裝置30包括一信號(hào)輸入裝置32，一發(fā)聲元件34，一支撐結(jié)構(gòu)36。所述發(fā)聲元件34設(shè)置于所述支撐結(jié)構(gòu)36上。所述信號(hào)輸入裝置32包括一電磁波發(fā)生器322及ー調(diào)制裝置324。該信號(hào)輸入裝置32輸入電磁波信號(hào)326給所述發(fā)聲兀件34。所述信號(hào)輸入裝置32為ー電磁波信號(hào)輸入裝置。本實(shí)施例中，所述發(fā)聲兀件34與第一實(shí)施例中的發(fā)聲兀件14結(jié)構(gòu)相同。所述電磁波發(fā)生器322與該發(fā)聲元件34對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置，用于提供ー電磁波。所述調(diào)制裝置324設(shè)置于該電磁波發(fā)生器322與發(fā)聲元件34之間，用于對(duì)所述電磁波進(jìn)行強(qiáng)度或頻率的調(diào)制，使該電磁波的強(qiáng)度或頻率發(fā)生變化，從而產(chǎn)生一載有音頻信息的電磁波信號(hào)326。該電磁波信號(hào)326的波長(zhǎng)范圍包括無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、微波、X射線及Y射線等。該電磁波信號(hào)326的平均功率密度在I U W/mnT20kW/mm2范圍內(nèi)。該電磁波信號(hào)326的強(qiáng)度或頻率可不斷變化，從而能夠使作為發(fā)聲元件34的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)吸收該電磁波信號(hào)326間歇加熱空氣，使空氣不斷膨脹收縮，進(jìn)而持續(xù)發(fā)出聲音。該電磁波信號(hào)326的強(qiáng)度不能太弱也不能太強(qiáng)，當(dāng)電磁波信號(hào)326太弱時(shí)無(wú)法提供足夠的能量使發(fā)聲元件34發(fā)聲，當(dāng)該電磁波信號(hào)326太強(qiáng)時(shí)則會(huì)使該發(fā)聲元件34遭到破壞。優(yōu)選的,該電磁波發(fā)生器322為ー激光發(fā)生器。該激光發(fā)生器可以為半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、固體激光器或染料激光器。從上述激光發(fā)生器發(fā)出的電磁波為一光波，該光波的波長(zhǎng)范圍為紫外至遠(yuǎn)紅外區(qū)域。經(jīng)過(guò)調(diào)制裝置324的調(diào)制，該光波轉(zhuǎn)變?yōu)橐还庑盘?hào)。該光信號(hào)的平均功率密度約為10mW/mm2。具體地，所述調(diào)制裝置324可以與所述電磁波發(fā)生器322集成設(shè)置，或者設(shè)置于所述電磁波發(fā)生器322產(chǎn)生的電磁波的傳播路徑上。當(dāng)該調(diào)制裝置324與所述電磁波發(fā)生器322集成設(shè)置吋，該調(diào)制裝置324直接控制所述電磁波發(fā)生器322發(fā)出的電磁波的強(qiáng)度和頻率，從而使該電磁波發(fā)生器322直接產(chǎn)生與電信號(hào)的變化成比例的電磁波信號(hào)326。當(dāng)該調(diào)制裝置324設(shè)置于所述電磁波的傳播路徑上時(shí)，該電磁波發(fā)生器322產(chǎn)生的電磁波經(jīng)過(guò)該調(diào)制裝置324后轉(zhuǎn)換成為ー電磁波信號(hào)326。當(dāng)該電磁波發(fā)生器322為ー激光發(fā)生器，且所述調(diào)制裝置324與該激光發(fā)生器集成設(shè)置吋，該調(diào)制裝置324通過(guò)ー調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路直接控制該激光發(fā)生器的激光泵浦源從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該激光的調(diào)制；或者于該激光發(fā)生器的諧振腔內(nèi)設(shè)置調(diào)制元件改變諧振腔參數(shù)，從而改變激光發(fā)生器的激光輸出特性實(shí)現(xiàn)對(duì)該激光的調(diào) 制。當(dāng)該調(diào)制裝置324設(shè)置于所述激光的傳播路徑上時(shí)，該調(diào)制裝置324可為ー電光晶體。該信號(hào)輸入裝置32與發(fā)聲元件34之間的距離不限，但應(yīng)保證從該信號(hào)輸入裝置32發(fā)出的電磁波信號(hào)326能夠傳遞至該發(fā)聲元件34表面。另外，當(dāng)該電磁波信號(hào)326為ー光信號(hào)，且該信號(hào)輸入裝置32與該發(fā)聲元件34距離較遠(yuǎn)時(shí)，該信號(hào)輸入裝置32可以進(jìn)ー步包括一光纖，該光纖一端與所述信號(hào)輸入裝置32連接，另一端延伸至所述發(fā)聲元件34附近，從而使上述電磁波信號(hào)326通過(guò)光纖遠(yuǎn)距離傳遞至發(fā)聲元件34表面。當(dāng)該信號(hào)輸入裝置32包括一光纖時(shí)，所述調(diào)制裝置324可設(shè)置于光纖的起始端或結(jié)束端上。所述支撐結(jié)構(gòu)36主要起支撐作用，其形狀不限，任何具有確定形狀的物體，如一墻壁或桌面，均可作為本發(fā)明第三實(shí)施例中的支撐結(jié)構(gòu)36。具體地，該支撐結(jié)構(gòu)36可以為一平面或曲面結(jié)構(gòu)，并具有一表面。此時(shí)，該發(fā)聲元件34直接設(shè)置并貼合于該支撐結(jié)構(gòu)36的表面上。由于該發(fā)聲元件34整體通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)36支撐，因此該發(fā)聲元件34可以承受強(qiáng)度較高的電磁波信號(hào)326輸入，從而具有較高的發(fā)聲強(qiáng)度。另外，該支撐結(jié)構(gòu)36也可以為ー框架結(jié)構(gòu)、桿狀結(jié)構(gòu)或不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)。此時(shí)，該發(fā)聲元件34部分與該支撐結(jié)構(gòu)36相接觸，其余部分懸空設(shè)置。此種設(shè)置方式可以使該發(fā)聲元件34與空氣或周圍介質(zhì)更好地進(jìn)行熱交換。該發(fā)聲元件34與空氣或周圍介質(zhì)接觸面積更大，熱交換速度更快，因此具有更好的發(fā)聲效率。該支撐結(jié)構(gòu)36的材料不限，可以為ー硬性材料，如金剛石、玻璃、石英或木質(zhì)材料。另外，所述支撐結(jié)構(gòu)36的材料還可為ー柔性材料，如塑料、樹(shù)脂或紙質(zhì)材料。優(yōu)選地，該支撐結(jié)構(gòu)36的材料應(yīng)具有較好的絕熱性能，從而防止該發(fā)聲元件34產(chǎn)生的熱量被該支撐結(jié)構(gòu)36過(guò)度吸收，從而無(wú)法達(dá)到加熱空氣發(fā)聲的目的。另外，該支撐結(jié)構(gòu)36優(yōu)選為具有一較粗糙的表面的支撐結(jié)構(gòu)，從而可以使設(shè)置于上述支撐結(jié)構(gòu)36表面的發(fā)聲元件34與空氣或其他外界介質(zhì)具有更大的接觸面積。本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)聲裝置30的發(fā)聲元件34采用碳納米管線狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，由于碳納米管對(duì)電磁波的吸收接近絕對(duì)黑體，從而使發(fā)聲元件34對(duì)于各種波長(zhǎng)的電磁波具有均一的吸收特性。另外，碳納米管具有較小的単位面積熱容和較大的散熱面積。因此，當(dāng)發(fā)聲元件34中的碳納米管受到如激光等電磁波的照射時(shí)，碳納米管因吸收光能而被激發(fā)，并使吸收的光能全部或部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。進(jìn)而碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的溫度迅速升高，并和周圍的空氣或其他介質(zhì)進(jìn)行迅速的熱交換。如果照射的電磁波經(jīng)過(guò)周期性的強(qiáng)度調(diào)制，則在碳納米管內(nèi)產(chǎn)生周期性的溫度變化，從而使碳納米管線狀結(jié)構(gòu)周圍的介質(zhì)也產(chǎn)生周期性的溫度變化，使得周圍介質(zhì)的密度也產(chǎn)生周期性的變化，從而造成周圍空氣或其他介質(zhì)迅速的膨脹和收縮，從而發(fā)出聲音。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述發(fā)聲裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，由于碳納米管線狀結(jié)構(gòu)具有較小的單位面積熱容和較大的比表面積，故該發(fā)聲元件具有升溫迅速、熱滯后小、熱交換速度快的特點(diǎn)，故該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)組成的發(fā)聲裝置可以發(fā)出較寬頻率范圍內(nèi)的聲音，具有較好的發(fā)聲效果，且其發(fā)聲強(qiáng)度較高。其二，由于碳納米管具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，其機(jī)械強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性好，故由碳納米管線狀結(jié)構(gòu)組成的發(fā)聲元件具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，耐用性較好。其三，由于碳納米管線狀結(jié)構(gòu)具有較大的長(zhǎng)徑比，且該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成各種結(jié)構(gòu)的發(fā)聲元件，從而有利于制備各種形狀、尺寸的發(fā)聲裝置，進(jìn)而方便地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
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
1.一種發(fā)聲裝置，其包括 一電磁波信號(hào)輸入裝置，所述電磁波信號(hào)輸入裝置包括一電磁波發(fā)生裝置及調(diào)制裝置；以及 一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件與該電磁波信號(hào)輸入裝置對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置，該調(diào)制裝置設(shè)置于所述電磁波發(fā)生裝置與發(fā)聲元件之間，且位于所述電磁波信號(hào)的傳輸路徑上； 其特征在于，該發(fā)聲元件包括至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該電磁波信號(hào)輸入裝置傳遞電磁波信號(hào)至該至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)通過(guò)接收電磁波信號(hào)輸入裝置發(fā)出的信號(hào)發(fā)出聲波。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)將所述信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芗訜嶂車橘|(zhì)，改變介質(zhì)密度發(fā)聲。
3.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述發(fā)聲裝置的發(fā)聲頻率為100赫茲-10萬(wàn)赫茲。
4.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括至少一扭轉(zhuǎn)碳納米管線、至少一非扭轉(zhuǎn)碳納米管線或兩者的組合。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)碳納米管線包括多個(gè)碳納米管繞碳納米管線軸向螺旋排列，且該扭轉(zhuǎn)碳納米管線的直徑為O. 5納米-100微米。
6.如權(quán)利要求4所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述非扭轉(zhuǎn)碳納米管線包括多個(gè)碳納米管沿碳納米管線軸相定向排列，且該非扭轉(zhuǎn)碳納米管線的直徑為O. 5納米-100微米。
7.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述發(fā)聲元件包括多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，且該多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)平行排列或相互交織構(gòu)成一平面結(jié)構(gòu)的發(fā)聲元件。
8.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述發(fā)聲裝置進(jìn)一步包括一支撐結(jié)構(gòu)，所述發(fā)聲元件通過(guò)該支撐結(jié)構(gòu)固定設(shè)置。
9.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)作為發(fā)聲元件懸空設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述發(fā)聲元件通過(guò)該支撐結(jié)構(gòu)部分懸空設(shè)置。
11.如權(quán)利要求9所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)的材料為金剛石、玻璃、石英或木質(zhì)材料。
12.如權(quán)利要求9所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)的材料為塑料、樹(shù)脂或紙質(zhì)材料。
13.如權(quán)利要求9所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)具有一粗糙的表面，所述發(fā)聲元件設(shè)置于該支撐結(jié)構(gòu)粗糙的表面。
14.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述電磁波發(fā)生裝置為一激光發(fā)生器。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述激光發(fā)生器為半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、固體激光器或染料激光器。
16.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述電磁波為一光波，且該光波的波長(zhǎng)范圍為紫外至遠(yuǎn)紅外區(qū)域。
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述光波的平均功率密度為IOmW/mm2 ο
18.如權(quán)利要求16所述的發(fā)聲裝置,其特征在于,進(jìn)一步包括一光纖,且該光纖一端與所述電磁波信號(hào)輸入裝置連接，另一端與所述發(fā)聲元件間隔設(shè)置。
19.如權(quán)利要求I所述的發(fā)聲裝置，其特征在于，所述調(diào)制裝置為一電光晶體。
20.一種發(fā)聲裝置，其包括 一電磁波信號(hào)輸入裝置； 一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件與該電磁波信號(hào)輸入裝置對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置，且該發(fā)聲元件與該電磁波信號(hào)輸入裝置之間無(wú)線連接； 其特征在于，該發(fā)聲元件包括至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該電磁波信號(hào)輸入裝置傳遞電磁波信號(hào)至該至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)通過(guò)接收電磁波信號(hào)輸入裝置發(fā)出的信號(hào)發(fā)出聲波。
21.一種發(fā)聲裝置，其包括 一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件包括至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)；以及 一電磁波信號(hào)輸入裝置，該電磁波信號(hào)輸入裝置與該發(fā)聲元件對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置； 其特征在于，該電磁波信號(hào)輸入裝置產(chǎn)生的電磁波信號(hào)無(wú)線傳遞至該至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)通過(guò)接收電磁波信號(hào)輸入裝置發(fā)出的信號(hào)發(fā)出聲波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)聲裝置，其包括一電磁波信號(hào)輸入裝置，所述電磁波信號(hào)輸入裝置包括一電磁波發(fā)生裝置及調(diào)制裝置；以及一發(fā)聲元件，該發(fā)聲元件與該電磁波信號(hào)輸入裝置對(duì)應(yīng)且間隔設(shè)置，該調(diào)制裝置設(shè)置于所述電磁波發(fā)生裝置與發(fā)聲元件之間，且位于所述電磁波信號(hào)的傳輸路徑上；其中，該發(fā)聲元件包括至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該電磁波信號(hào)輸入裝置傳遞電磁波信號(hào)至該至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)通過(guò)接收電磁波信號(hào)輸入裝置發(fā)出的信號(hào)發(fā)出聲波。所述發(fā)聲裝置可用于耳機(jī)、音箱、收音機(jī)等可發(fā)聲的裝置中。
文檔編號(hào)H04R23/00GK102769814SQ20121024844
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者姜開(kāi)利, 楊遠(yuǎn)超, 肖林, 范守善, 陳卓 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司