揚聲器可以薄到什麼程度？近日，麻省理工學院（MIT）團隊展示了其新成果，他們製造了一種新型揚聲器，不僅輕薄如紙，並且還能保持低能耗、高音質。
（來源：MIT）
這種新型揚聲器很輕，每 100 平方釐米的質量只有 2 克，類似於一角硬幣的重量。並且這種新型揚聲器可貼在物品表面使用，其產生的高質量音訊不受物品表面特徵的影響。
相關論文以《基於壓電微圓頂陣列的超薄柔性揚聲器》（An Ultra-Thin Flexible Loudspeaker Based on a Piezoelectric Micro-Dome Array）為標題發表在IEEE Transactions on Industrial Electronics上［1］。
圖丨相關論文（來源：IEEE Transactions on Industrial Electronics）
薄膜揚聲器通常基於靜電、壓電或熱聲傳導的原理產生聲音。其中，壓電揚聲器具備結構簡單、成本低、能耗低、可擴充套件性好等優勢。
相比生活中常見的音箱，MIT 團隊研發的新型揚聲器利用成形壓電薄膜，使揚聲器的結構和加工簡化了很多。該薄膜揚聲器產生聲音的過程，可以理解為“施加電壓-薄膜移動-空氣振動-形成聲音”。
（來源：MIT）
該薄膜揚聲器具有超輕超薄、可大面積、低成本加工的優勢，並能貼附在不同物體表面使用。正因為這些特點，或可應用於現階段普通揚聲器無法適用或成本過高的場景。
該論文第一作者、MIT 電機電子工程與計算機科學技術系博士後研究員韓金池舉例說道：“比如將這些薄膜鋪滿在房間牆壁上，形成立體分佈的揚聲器陣列，配合特定的控制演算法，不需要我們佩戴任何裝置就能獲得區域性區域的主動降噪。”
反之，也可以實現區域性空間音訊的增強，而區域外則聽不到，可以未來配合 AR/VR 提供沉浸式體驗，同時也不擔心打擾到家人休息。
圖丨韓金池（來源：韓金池）
此外，這些薄膜還可以貼在汽車內飾表面和飛機坐艙中，提高旅行舒適性或提供定製化的音訊娛樂體驗。
韓金池指出，由於這種薄膜也具備麥克風、超聲換能器的功能，同一張薄膜可劃分成多個區域，形成兼具揚聲器、麥克風和聲納的陣列，這將呈現出更多有趣的應用。例如機器人智慧面板、柔性消費電子裝置、人機聲學介面、超聲測距與成像、觸覺感測等。
圖丨壓電薄膜揚聲器的製造（來源：IEEE Transactions on Industrial Electronics）
據悉，MIT 團隊研發薄膜聲學器件的初衷是希望它能真正地走進人們日常生活，滿足特定應用場景對超輕超薄、大面積、低成本揚聲器的需求，同時也能為未來音訊裝置的設計和開發提供新的思路。
因此，韓金池在該研究前期階段想了很多方案，遵循的原則是使用常見的材料、簡單的方法、透過設計上的創新實現可貼在物體表面使用的聲學薄膜。
在經過逐一對比後，他最終選擇了聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）這種常見的壓電薄膜，然後再用多孔聚酯（perforated polyester，PET）塑膠膜封裝。
值得關注的是，由於薄膜揚聲器產生聲音的前提是自由彎曲振動，如果把薄膜揚聲器安裝在物體表面上，則會阻礙薄膜振動、並妨礙聲音的形成。而之前薄膜揚聲器的設計，依賴於大面積壓電薄膜整體的彎曲振動產生聲音。為實現薄膜自由彎曲，這些設計都要求薄膜懸空。因此，並不太適合貼在物體表面使用。
而 MIT 團隊的壓電揚聲器透過在 12 微米厚的 PVDF 壓電薄膜上構造一系列微小的懸空結構，每一個都是發聲單元，上下兩層多孔 PET 塑膠膜分別起到保護和墊高這些發聲單元的作用。這樣，即便貼在硬物表面，這些微小的壓電結構也可以自由振動產生聲音。
“它們的存在也改善了揚聲器的高頻效能，在超聲頻段依然可以使用。製作這種薄膜揚聲器只需要比較常見和廉價的材料、簡單的工藝方法，還能獲得不錯的效能。”韓金池說。
圖丨聲學測量的實驗裝置（來源：IEEE Transactions on Industrial Electronics）
該技術被報道後，受到不同領域國際知名公司的廣泛關注，並收到合作與投資意向。據瞭解，該團隊正在推進該技術的成果轉化，並希望透過不斷改善設計、改進工藝來獲得更好的效能。
韓金池表示，從揚聲器的角度看，現在低音訊段的靈敏度還有待提升，團隊正在透過改進壓電微結構的設計進行相關最佳化。
“我們也在改善團隊現有的實驗條件，並將薄膜面積擴大到平米級別，之後就可以對薄膜做分割槽，實現兼具揚聲器、麥克風、聲納功能的相控陣列，探索更多有趣的應用，特別是現在消費類音訊裝置不適用的場景。”他說。
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參考：
https：//news。mit。edu/2022/low-power-thin-loudspeaker-0426
1。J。 Han， J。 Lang and V。 Bulovic，IEEE Transactions on Industrial Electronics， doi： 10。1109/TIE。2022。3150082。
