專利名稱：一種電聲換能方法及其電聲換能裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電聲換能方法和利用這種方法工作的電聲換能裝置，用于把電信號轉換為聲音信號。
背景技術：
現有的電聲換能方法和相應的電聲換能裝置種類很多，一般是利用電磁感應、靜電感應或壓電效應等來實現電聲換能的，至今未見有利用熱脹冷縮原理實現電聲換能的裝置及其電聲換能方法的報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用導電材料熱脹冷縮原理實現電聲換能的方法以及利用這種方法工作的電聲換能裝置，這種電聲換能方法可提供體積和重量遠小于現有技術極限的超微型電聲換能元件。
本發明提供的電聲換能的方法是利用導電材料熱脹冷縮原理實現的，其步驟如下(1)將音頻電流通過一細導電材料絲或導電材料膜；(2)電流產生的電熱效應導致導電材料絲或導電材料膜溫度發生變化；(3)由于熱脹冷縮原理從而導致導電材料絲或導電材料膜長度隨加熱電流變化而發生相應變化；(4)導電材料絲或導電材料膜長度變化引起的機械振動可以激勵振膜發聲。通常情況下導電材料線的熱慣性很大，時間響應很慢，熱脹冷縮只能反映時間上的平均效果，無法反映音頻電流的變化，用音頻電流加熱導電材料線并不能夠產生由于熱脹冷縮獲得的聲音，當導電材料線足夠細使熱慣性足夠小，同時熱脹系數足夠大時，熱脹冷縮反應足夠快，能及時響應音頻電流的變化，這種電聲換能效果就能顯示出來。
一種電聲換能的方法，其特征是利用導電材料熱脹冷縮原理進行電聲換能的方法，其方法步驟如下a、將由導電材料絲或導電材料薄膜制成的電聲換能器(1)的一端固定在支架(3)上，另一端固定在振膜(2)的中心，振膜(2)兩側外沿分別固定在支架(3)上，電聲換能器(1)的兩端通過導線(4)與信號源(5)相連接；b、接通信號源(5)，當信號電流加大時使電聲換能器(1)的導電材料絲或導電材料薄膜受熱膨脹伸長，將振膜(2)向前運動，當信號電流減小時，導電材料絲或導電材料薄膜溫度降低而縮短，使振膜(2)向后移動；c、隨著信號電流的變化，電聲換能器(1)的導電材料絲或導電材料薄膜熱脹冷縮，使振膜(2)產生往復運動，驅動空氣而發出聲音，從而完成電聲能量的轉換。
一種利用電聲換能方法制作的電聲換能裝置，它由電聲換能器(1)、振膜(2)、支架(3)、導線(4)和信號源(5)所組成，其中電聲換能器(1)的一端固定在支架(3)上，另一端固定在振膜(2)的中心，振膜(2)兩側外沿分別固定在支架(3)上，電聲換能器(1)的兩端通過導線(4)與信號源(5)相連接，其特征在于所述的電聲換能器(1)是用導電材料絲或導電材料薄膜制成。
上述的導電材料絲或導電材料薄膜是選用熱脹系數大，機械強度高的鎢、鉑、銀、銅、鐵、硅材料，導電材料絲直徑為0.1微米-50微米，導電材料薄膜厚度為0.01微米-5微米。
上述的振膜(2)是用揚聲器的紙盆或聚酯薄膜制成，紙盆或聚酯薄膜的兩側外沿用強力膠分別固定在支架(3)上。
上述支架(3)用導電材料材料或塑料制成，其作用與現有技術的揚聲器支架一樣，為電聲換能器(1)和振膜(2)提供支撐。
上述的信號源(5)為音頻功率放大器，采用與現有音頻功率放大器一樣的設計方法設計，信號源(5)具體參數為輸出功率1～5W，輸出阻抗為數歐姆～數十歐姆均可，信號源(5)輸出端應加一可調的直流偏置電流，偏置電流應大于輸出信號電流的二分之一，例如，如果信號源(5)輸出信號電流在0mA～100mA之間變化，則偏置電流應大于50mA，偏置電流不可過大，防止超過導電材料的承受能力。
電聲換能裝置的工作原理如下電聲換能器(1)利用導電材料絲或導電材料薄膜在信號電流(5)加熱時產生的熱脹冷縮的把信號電流轉變為導電材料絲或導電材料薄膜的長度變化當信號電流加大，電熱效應使得導電材料絲或導電材料薄膜溫度升高而受熱伸長，使振膜(2)向前運動，當信號電流減小，電熱效應使得導電材料絲或導電材料薄膜溫度降低而縮短，使振膜(2)向后移動，如此不斷變化，使振膜(2)產生隨信號電流變化的往復運動，驅動空氣發聲，完成電聲能量轉換過程。
一般情況下導電材料體積較大，存在著較大的熱慣性，導致熱脹冷縮時間響應很慢，不能實現電聲能量轉換，但如果導電材料的體積不斷縮小，在一定條件下，利用熱脹冷縮原理實現電聲能量轉換就可以實現，本發明要求電聲換能器(1)體積很小，同時又有可觀的熱脹冷縮位移，線狀或薄膜的導電材料是很好的選擇，降低線材截面積可以有效的提高轉換效果和頻率響應，增加長度可以增加熱脹冷縮位移，本發明的頻率響應取決于電聲換能器的熱慣性和加熱溫度，以及散熱條件，本實施例采用的所述導電材料鎢絲和鎢薄膜，在空氣中的頻率響為10Hz～20KHz，聲音強度可為人耳所聞。
有益效果根據本發明的電聲換能方法而設計的電聲換能裝置，具有體積和重量遠小于現有技術極限的超微型電聲換能元件；因此，在電聲換能，系統集成，材料分析，航空航天，軍事等領域有廣泛的應用前景。
四
圖1是本發明電聲換能裝置的結構示意剖面圖。
1-電聲換能器、2-振膜、3-支架、4-導線、5-信號源。
五具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
實施例1 參見圖1，本發明電聲換能裝置，由電聲換能器1、振膜2、支架3、導線4和信號源5所組成，其中的電聲換能器1由直徑約5微米，長約5mm的導電材料鎢絲構成，一端固定在塑料支架3上，另一端固定在振膜2紙盆的中心位置，所述鎢絲的兩端通過導線4與信號源5相連，信號源5為音頻功率放大器，采用與現有音頻功率放大器一樣的設計方法設計，信號源5具體參數為輸出功率1～5W，輸出阻抗為2～10歐姆均可，信號源5輸出端輸出端應加一可調的直流偏置電流，偏置電流應大于輸出信號電流的二分之一，例如，如果信號源5輸出信號電流在0mA～100mA之間變化，則偏置電流應大于50mA，偏置電流不可過大，防止超過鎢絲的承受能力，本實施例取100mA可獲得滿意效果，改變輸出信號電流大小可獲得不同音量，振膜2采用一般2.5時揚聲器的紙盆，現有電聲換能器的振膜均可考慮采用，以發聲效率高的振膜為宜，振膜2的作用是把電聲換能器1輸出的振動耦合到空氣中，產生聲波，所述紙盆外沿用強力膠固定在塑料支架3上，固定方法與現有揚聲器技術方案一樣，安裝時需要利用紙盆外沿的彈性邊把所述鎢絲適當繃緊即可，改變繃緊的力度可改變電聲換能效果，實施時可根據發聲效果調整繃緊力度，塑料支架3的作用與現有揚聲器支架作用相同，為振膜2和電聲換能器1提供支撐。
實施例2參見圖1，實施例2結構與實施例1基本相同，但振膜2采用聚脂薄膜材料，電聲換能器1采用直徑約10微米，長約15mm的導電材料鉑絲構成，偏置電流取150mA即可，同樣可獲得由于鉑絲熱脹冷縮產生的聲音。
除實施例1和實施例2的電聲換能器1用鎢絲和鉑絲制成的外，銀絲、銅絲、鐵絲、硅材料絲制成的也具有同樣效果。
實施例3電聲換能裝置由電聲換能器1、振膜2、支架3、導線4和信號源5所組成，由厚度1微米，寬度為5微米，長8mm的鎢膜制成的電聲換能器的一端用強力膠固定在塑料支架3上，另一端用強力膠固定在振膜2紙盆的中心，在鎢膜的兩端通過導線4與信號源音頻功率放大器相連接，該功率放大器的輸出功率為3W，輸出阻抗為6歐姆，信號源5的輸出信號電流從90mA-30mA之間改變，振膜2采用3時揚聲器的紙盆。
實施例4電聲換能裝置的部件和連接方式同實施例3，所不同的是電聲換能器1是用厚度為0.5微米，寬度為3微米，長度6mm的鉑膜制成，振膜2為聚酯薄膜，音頻功率放大器的輸出功率為4W，輸出阻抗為9歐姆，輸出信號電流為100mA。
除實施例3和4中電聲換能器用鎢膜和鉑膜制成外，用銀膜、銅膜、鐵膜、硅材料膜也可達到相似效果。
實施例5電聲換能方法，其方法步驟如下(1)以實施例1電聲換能裝置各部件連接方式將該裝置連接好；(2)接通信號源5(由輸出功率3W的音頻功率放大器)，將信號電流調至100mA，電聲換能器1的鎢絲受熱伸長，使振膜2的紙盆向前運動，當信號電流調至20mA時，鎢絲溫度降低而收縮，把振膜2的紙盆向后移動；(3)隨著信號電流從100mA-20mA的變化，鎢絲熱脹冷縮，使振膜2紙盆往復運動，驅動空氣而發出完成電聲能量的轉換過程，本實施例電聲換能器1的鎢絲為直徑5微米，長5mm的鎢絲，在空氣中的頻率為10HZ-20KHZ，產生的聲音人耳可聞。
實施例6 電聲換能方法，其方法步驟如下(4)以實施例3電聲換能裝置各部件連接方式將該裝置連接好；(5)接通信號源5(由輸出功率3W的音頻功率放大器)，將信號電流調至90mA，電聲換能器1的鎢膜受熱伸長，使振膜2的紙盆向前運動，當信號電流調至30mA時，鎢膜溫度降低而收縮，把振膜2的紙盆向后移動；(6)隨著信號電流從90mA-30mA的變化，鎢膜熱脹冷縮，使振膜2紙盆往復運動，驅動空氣而發出完成電聲能量的轉換過程，本實施例電聲換能器1的鎢膜為厚度為1微米，寬度為5微米，長度為8mm的鎢膜，在空氣中的頻率為10HZ-20KHZ，產生的聲音人耳可聞。
權利要求
1.一種電聲換能的方法，其特征是利用導電材料熱脹冷縮原理進行電聲換能的方法，其方法步驟如下a、將由導電材料絲或導電材料薄膜制成的電聲換能器(1)的一端固定在支架(3)上，另一端固定在振膜(2)的中心，振膜(2)兩側外沿分別固定在支架(3)上，電聲換能器(1)的兩端通過導線(4)與信號源(5)相連接；b、接通信號源(5)，當信號電流加大時使電聲換能器(1)的導電材料絲或導電材料薄膜受熱膨脹伸長，將振膜(2)向前運動，當信號電流減小時，導電材料絲或導電材料薄膜溫度降低而縮短，使振膜(2)向后移動；c、隨著信號電流的變化，電聲換能器(1)的導電材料絲或導電材料薄膜熱脹冷縮，使振膜(2)產生往復運動，驅動空氣而發出聲音，從而完成電聲能量的轉換。
2.一種利用電聲換能方法制作的電聲換能裝置，它由電聲換能器(1)、振膜(2)、支架(3)、導線(4)和信號源(5)所組成，其中電聲換能器(1)的一端固定在支架(3)上，另一端固定在振膜(2)的中心，振膜(2)兩側外沿分別固定在支架(3)上，電聲換能器(1)的兩端通過導線(4)與信號源(5)相連接，其特征在于所述的電聲換能器(1)是用導電材料絲或導電材料薄膜制成。
3.根據權利要求2所述的電聲換能裝置，其特征在于所述的導電材料絲或導電材料薄膜是選用熱脹系數大，機械強度高的鎢、鉑、銀、銅、鐵、硅材料，導電材料絲直徑為0.1微米-50微米，導電材料薄膜厚度為0.01微米-5微米。
4.根據權利要求2所述的電聲換能器裝置，其特征在于所述的振膜(2)是用揚聲器的紙盆或聚酯薄膜制成，紙盆或聚酯薄膜的兩側外沿用強力膠分別固定在支架(3)上。
5.根據權利要求2所述的電聲換能裝置，其特征在于所述的信號源(5)為音頻功率放大器。
全文摘要
一種電聲換能的方法及裝置，該裝置由電聲換能器、振膜、支架、導線和信號源所組成，其中電聲換能器由一段導電材料絲或膜制成，導電材料絲或膜的一端固定在支架上，另一端固定在振膜的中心，振膜兩側外沿分別固定在支架上，電聲換能器的兩端通過導線與信號源相連接；當信號電流加大時，導電材料絲或膜受熱膨脹伸長，將振膜的紙盆向前運動，當信號電流減小時，導電材料絲或膜溫度降低而縮短，使振膜的紙盆向后移動，隨著信號電流的變化，使振膜的紙盆產生往復運動，驅動空氣而發出聲音，完成電聲能量轉換。該方法可提供體積和重量遠小于現有技術的超微型電聲換能元件，具有廣泛的應用前景。
文檔編號H04R23/00GK1917721SQ20061008617
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月7日 優先權日2006年9月7日
發明者宋建平, 吳有珍, 張開驍, 劉明熠 申請人:河海大學