专利名称：发声装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发声装置，尤其涉及一种基于热声原理的发声装置。
背景技术：
早在二十世纪初，H.D. Arnold等人提出了一种基于热声效应的发声装置，请参见 文献"The thermophone as a precision source of sound", H. D. Arnold, I. B. Crandall， Phys. Rev. 10,22-38(1917)。所述发声装置采用一铂片作热发声元件。所述铂片的厚度为 0. 7微米。当交流电通过铂片时，随交变电流强度的变化，该铂片可迅速升降温，并和铂片周 围介质迅速发生热交换，周围介质的密度亦随之发生变化，进而发出声波。
由于热发声元件的发声频率与其单位面积热容密切相关。单位面积热容越大，则 发声频率范围越窄，强度越低；单位面积热容越小，则发声频率范围越宽，强度越高。欲获得 具有较宽发声频率范围及较大强度的声波，则要求热发声元件的单位面积热容越小越好。 然而，金属铂片受材料本身的限制，其厚度最小只能达到0. 7微米，而0. 7微米厚的铂片的 单位面积热容为2 X 10—4焦耳每平方厘米开尔文，所述热发声元件的发声频率最高仅可到4 千赫兹，且发声强度较低。因此，利用热声效应的上述热发声元件无法满足日常应用。
范守善等人于2008年10月公开了一种应用热声效应的发声装置，请参见文献 "Flexible, Stretchable， Transparent Carbon Nanotube Thin FilmLoudspeakers"， Shoushan Fan et al. ，Nano Letters, Vol. 8 (12) ， 4539-4545 (2008)。请参阅图1，所述发声 装置10包括一热发声膜12、一第一电极14以及一第二电极16。所述第一电极14及第二 电极16用于向热发声膜12输入信号。所述热发声膜12为一碳纳米管膜。所述热发声膜 12的两端通过所述第一电极14及第二电极16固定并悬空设置。由于碳纳米管膜具有较大 的比表面积及较小的单位面积热容，其单位面积热容小于2X10—4焦耳每平方厘米开尔文， 所述悬空设置的碳纳米管膜可与周围介质较好地进行热交换，采用该碳纳米管膜作热发声 膜12的发声装置20可发出较宽频率范围内的声音，发声强度较高且发声效果较好。
上述热发声膜12也可直接设置在一玻璃板上，通过该玻璃板对其一面提供保护。 然而，当热发声膜12完全贴合于玻璃板表面时，该热发声膜12产生的热量大多被玻璃板传 导走，无法用来加热空气。另外，贴合于玻璃板表面的热发声膜12只有一面与空气接触，使 其与空气的热交换减少，进而影响热发声膜12的发声效果。此外，上述文献没有揭示一保 护结构用于对所述热发声膜12的两面提供保护且不影响所述热发声膜12的发声效果，所 述热发声膜12至少一表面直接暴露在空气中，易于遭受破坏。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有保护结构的发声装置，该保护结构可对热发声 膜的两面提供保护且不影响所述热发声膜的发声效果。 —种发声装置，其包括一基板，该基板具有一第一表面；至少一第一电极和至少 一第二电极，该第一电极和第二电极隔开设置；一热发声膜，该热发声膜与所述第一电极和
3第二电极电连接；其中，所述发声装置进一步包括一盖体，该盖体具有多个通孔，所述第一 电极和第二电极设置在所述基板的第一表面，所述热发声膜部分悬空设置在所述基板和盖 体之间。 —种发声装置，其包括一基板，该基板具有一第一表面；至少一第一电极和至少 一第二电极，该第一电极和第二电极隔开设置；一热发声膜，该热发声膜与所述第一电极和 第二电极电连接；其中，所述发声装置进一步包括一盖体以及一框体，所述框体夹持并固定 所述基板和盖体以隔开所述基板和盖体，所述第一电极和第二电极设置在所述基板的第一 表面，所述热发声膜部分悬空设置在所述基板和盖体之间。 与现有技术相比较，所述热发声膜部分悬空设置在所述基板和盖体之间，所述基 板和盖体可对热发声膜起保护作用，所述热发声膜不易遭受破坏。另外，由于热发声膜部分 悬空设置在所述基板和盖体之间，该基板和盖体不会影响所述热发声膜与周围介质之间的 热交换，进而不会影响所述热发声膜的发声效果。
图1是现有技术中采用碳纳米管膜作热发声膜的发声装置的示意图。 图2是本发明第一实施例提供的发声装置的立体图。 图3是本发明第一实施例提供的发声装置的立体分解图。 图4是本发明第一实施例提供的发声装置的剖视图。 图5是图4所示的发声装置的V部分的放大剖视图。 图6是本发明第二实施例提供的发声装置的剖视图。
具体实施例方式
以下将结合附图详细说明本发明实施例的发声装置。 请参阅图2至图4，本发明第一实施例提供一种发声装置100，该发声装置100包 括一基板102， 一第一电极104a， 一第二电极104b、一热发声膜106、一盖体108、两个第一支 撑体110及一框体112。所述基板102具有一第一表面1022。所述第一电极104a和第二 电极104b隔开设置在所述基板102的第一表面1022。所述隔开设置即所述第一电极104a 和第二电极104b隔开一定距离设置。所述热发声膜106设置在所述第一电极104a和第二 电极104b之间且通过所述第一电极104a和第二电极104b与基板102隔开设置。所述热 发声膜106与所述第一电极104a和第二电极104b电连接。所述第一支撑体110设置在所 述基板102的第一表面1022。优选地，所述两个第一支撑体110设置在所述第一表面1022 的两端。所述盖体108设置在所述两个第一支撑体110之间且通过所述第一支撑体110支 撑。所述盖体108通过所述第一支撑体110与所述热发声膜106隔开设置。所述盖体108 具有多个通孔1082。所述热发声膜106部分悬空设置在所述基板102和所述盖体108之 间。所述框体112夹持并固定所述基板102和盖体108于其间。 所述基板102主要起支撑作用，其形状不限，优选为一平面结构。所述基板102的 材料不限，为绝缘或导电性差的材料，可为玻璃、金刚石、石英、陶瓷及耐热高分子材料中的 一种。优选地，该基板102的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该热发声膜106产生的 热量过多地被该基板102吸收，无法达到加热周围介质进而发声的目的。另外，所述基板优
4选为一透明基板。所述本发明实施例中，所述基板102为一正方形的透明玻璃板且所述基 板102的第一表面1022为一平整表面。 所述第一电极104a和第二电极104b由导电材料形成，其具体形状结构不限。优选 地，所述第一电极142和第二电极144为条状或棒状。所述第一电极104a和第二电极104b 的材料可选择为金属、导电聚合物、导电胶、金属性碳纳米管或铟锡氧化物等。所述金属包 括不锈钢、铜、钨、钼或银等。所述第一电极104a和第二电极104b可通过丝网印刷法制备。 具体地，所述第一电极104a和第二电极104b可通过丝网印刷导电金属桨料制备。所述导 电金属浆料优选为银浆料。采用丝网印刷法能够使所述第一电极104a和第二电极104b均 匀分布在所述基板102的第一表面1022，该第一电极104a和第二电极104b的高度相等，所 述热发声膜125可与每个第一电极104a和第二电极104b接触。另外，采用丝网印刷法制 备的第一电极104a和第二电极104b与所述基板102结为一体，基板102与第一电极104a， 第二电极104b之间具有较好的结合力。所述第一电极104a和第二电极104b的形成方法 并不限于所述丝网印刷法，还可以通过沉积、与该基板102 —体成型或直接铺设等方法形 成。本发明实施例中，所述第一电极104a和第二电极104b通过丝网印刷法制备，且其材料 为银。 所述第一电极104a和第二电极104b之间可进一步设置多个第二支撑体(图未 示)。该多个第二支撑体可进一步起到支撑所述热发声膜106的作用。所述多个第二支撑 体可相隔一定距离设置。优选地，所述多个第二支撑体之间的距离相等。所述第二支撑体 的材料不限，可为导电材料或绝缘材料。所述第二支撑体的材料也可与所述第一电极104a 和第二电极104b的材料相同，此时，所述第二支撑体与所述第一 电极104a和第二电极104b 可采用丝网印刷法一次成型。 所述第一电极104a和第二电极104b用于支撑所述热发声膜106并输入信号至所 述热发声膜106。所输入的信号包括交流电信号或音频电信号等。由于所述第一电极104a 和第二电极104b隔开设置，所述热发声膜106应用于发声装置10时能接入一定的阻值避 免短路现象产生。 所述热发声膜106可包括一碳纳米管结构。该碳纳米管结构包括多个碳纳米管。 所述碳纳米管结构为一自支撑结构。所谓自支撑结构即碳纳米管结构中的多个碳纳米管间 通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的形状。所述碳纳米管结构可设置 在所述第一电极124a和第二电极124b之间，且其通过所述第一电极104a和第二电极104b 支撑。 所述碳纳米管结构为层状且具有较大的比表面积。所述碳纳米管结构的厚度为
0. 5纳米 1毫米。优选地，该碳纳米管结构的厚度为50纳米。所述碳纳米管结构的单位 面积热容可小于2X10—4焦耳每平方厘米开尔文。优选地，所述碳纳米管结构的单位面积热 容小于1.7X10—6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管结构中的碳纳米管包括单壁碳纳 米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0. 5纳 米 50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1. 0纳米 50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为
1. 5纳米 50纳米。 所述碳纳米管结构可包括至少一碳纳米管膜。具体地，所述碳纳米管结构可包括 多个平行且无间隙铺设或/和重叠铺设的碳纳米管膜。所述碳纳米管膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。该碳纳米管膜中的碳纳米管可为有序排列。 所谓有序是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，所述碳纳米管膜可通过拉取一碳纳米 管阵列直接获得。该碳纳米管膜包括多个择优取向排列的碳纳米管，且碳纳米管之间通过 范德华力首尾相连。具体地，每一碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。 该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳 米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的宽 度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管膜的厚度为0.5纳米 100微米。该碳纳米管膜中 的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。所述单层碳纳米管膜具有较好的透光度，其透光度 为67% 95%。可以理解，通过将多个碳纳米管膜平行且无间隙铺设或/和重叠铺设，可 以制备不同面积与厚度的碳纳米管结构。当碳纳米管结构包括多个重叠设置的碳纳米管膜 时，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角P，且(T《13《90° 。相邻 两层碳纳米管膜之间通过范德华力紧密结合。该多层碳纳米管膜具有较好的机械强度和韧 性。 本实施例中，所述作为热发声膜106的碳纳米管结构包括一层碳纳米管膜。碳纳 米管在该碳纳米管结构中沿同一方向择优取向排列。优选地，所述碳纳米管沿所述第一电 极104a至第二电极104b的方向择优取向排列。所述碳纳米管结构的厚度为50纳米。
由于碳纳米管具有极大的比表面积，在范德华力的作用下，该碳纳米管结构本身 有很好的粘附性，故采用该碳纳米管结构作热发声膜106时，所述第一电极104a和第二电 极104b与所述热发声膜106之间可以直接粘附固定，并形成较好的电接触。
可以理解，所述热发声膜106并不局限于碳纳米管膜，其可为利用热声原理发声 的所有膜状结构。 另外，所述第一电极104a和第二电极104b与所述热发声膜106之间还可以进一 步包括一导电粘结层(图未示)。所述导电粘结层可设置于所述热发声膜106与电极相接 触的表面。所述导电粘结层可实现所述第一电极104a和第二电极104b与所述热发声膜 106之间更好地电接触，另外，还可使所述热发声膜106更好地固定于所述第一电极104a和 第二电极104b。本实施例中，所述导电粘结层为一层银胶。 由于所述热发声膜106通过所述第一电极104a和第二电极104b与所述基板102 隔开设置，基板102与所述热发声膜106不直接接触，热发声膜106与周围介质的接触面积 不变，故所述基板102不会影响所述热发声膜106与周围介质之间的热交换，进而不会影响 所述热发声膜106的发声效果。 所述第一支撑体IIO用以支撑所述盖体108。所述第一支撑体110的材料不限，可 为导电材料或绝缘材料，如玻璃、陶瓷、金属或塑料等。所述第一支撑体110的形状可为块 状或条状。本实施例中，所述第一支撑体110为条状支撑体。请参阅图5，所述第一支撑体 IIO在垂直于基板102的方向上的高度h3需大于所述第一电极104a或第二电极104b在垂 直于基板102的方向上的厚度hl与热发声膜106在该方向上的厚度h2之和，故封装后所 形成的发声装置100可确保所述热发声膜106与盖体108隔开设置。 所述盖体108可用于保护所述热发声膜106，有利于提高所述热发声膜106的耐用 性。所述盖体108具有较高的声音透过率。所述盖体108具有多个通孔1082。该多个通孔 1082可使所述热发声膜106与周围介质自由地进行热交换。该多个通孔1082的分布不限，
6可分散分布，也可集中分布。该多个通孔1082可设置在所述盖体108与热发声膜106相对 的全部表面或部分表面。所述盖体108的形状不限，可为一平面结构，如板状，也可为一曲 面结构，如弓形、弧形或半圆形等。所述盖体108可通过对一金属板进行刻蚀而形成。所述 盖体108也可通过金属线编织而成。所述盖体108的材料不限，只需满足其具有较好的耐 热性能即可。所述盖体108的材料可选择为导电材料，如金属，或绝缘材料，如塑胶等。所 述金属包括不锈钢、碳钢、铜、镍、钛、锌及铝等现有技术中可用作盖体的材料中的一种或多 种。所述盖体108的大小需能遮盖所述热发声膜106。所述盖体108的大小可略大于所述 热发声膜106的大小。优选地，所述盖体108的大小可与所述基板102的大小一致。所述 盖体108可与基板102平行设置，以利于封装。本实施例中，所述盖体108为具有平面结构 的不锈钢栅网，该不锈钢栅网的厚度为1毫米，该不锈钢栅网具有多个通孔1082且该多个 通孔1082在该不锈钢栅网上均匀分布。所述盖体108与基板102平行设置。进一步地，该 不锈钢栅网可具有一边框(图未示)用于固定并加固该不锈钢栅网，所述边框为可选择的 结构。由于所述盖体108具有为多个孔1082，故所述盖体108不会影响所述热发声膜106 与周围介质之间的热交换，进而不会影响所述热发声膜106的发声效果。
所述框体112包括位于基板102和盖体108两侧的一第一封装框1122和一第二 封装框1124，该第一封装框1122和第二封装框1124相互扣合将所述基板102和盖体108 夹持其间。所述第一封装框1122和第二封装框1124还可以通过螺接、粘结、铆接等方式连 接。本实施例中，所述第一封装框1122和第二封装框1124通过螺接连接。
所述第一封装框1122和第二封装框1124具有相同的结构，且均由首尾相连的四 边框1126围成，所述四个边框1126围设成一开口，该开口呈方形设置。每一边框1126呈 矩形板状。每一边框1126于靠近开口位置处背向基板102或盖体108凹陷，以形成承接部 1128以承接所述基板102或盖体108，每一承接部1128与其所在边框1126形成台阶状。每 两相邻边框1126的连接处形成一凹口 1129以防止与基板102或盖体108的相应角落发生 干涉。 所述第一封装框1122和第二封装框1124的材料不限，优选为硬性材料。本实施 例中，所述第一封装框1122和第二封装框1124的材料为塑料。 所述热发声膜106的工作介质不限，只需满足其电阻率大于所述热发声膜106的 电阻率即可。所述介质包括气态介质或液态介质。所述气态介质包括空气。所述液态介质 包括非电解质溶液、水及有机溶剂等中的一种或多种。其中，所述水包括纯净水、自来水、淡 水及海水，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇及丙酮等。本实施例中，所述介质为空气，所述热发 声膜106可较好地与空气进行热交换，所述热发声膜106在空气中具有较好的发声效果。
上述发声装置10在使用时，由于碳纳米管结构由均匀分布的碳纳米管组成，且该 碳纳米管结构为层状、具有较大的比表面积，故该碳纳米管结构具有较小的单位面积热容 和较大的散热表面，在输入信号后，碳纳米管结构可迅速升降温，产生周期性的温度变化， 并和周围介质快速进行热交换，使周围介质的密度周期性地发生改变，进而发出声音。所述 热发声膜106的发声原理为"电-热-声"的转换。由于碳纳米管结构部分悬空设置在所 述基板102和盖体108之间，所述盖体108具有多个孔1082，所述基板102与碳纳米管结构 隔开设置，故所述盖体106和基板102不会影响所述碳纳米管结构与周围介质之间的热交 换，进而不会影响所述碳纳米管结构的发声效果。
7
本发明实施例提供的发声装置100的声压级大于50分贝每瓦声压级，发声频率范 围为1赫兹至10万赫兹(即1Hz-100kHz)。所述发声装置100在500赫兹-4万赫兹频率 范围内的失真度可小于3%。当采用A4纸大小的单层碳纳米膜用作所述热发声膜106时， 将一麦克风设置在距离热发声膜5厘米的位置，输入电压为50伏时，所测得的发声装置100 的发声频率大于等于100赫兹且小于等于10万赫兹，发声强度大于50分贝每瓦声压级。所 述发声装置100的发声频率范围较宽，强度较大，发声效果较好。 请参阅图6，本发明第二实施例提供一种发声装置200，该发声装置20包括一基板 202，多个第一电极204a、多个第二电极204b、一热发声膜206、一盖体208、两个第一支撑体 210以及一框体212。所述框体212包括一第一封装框2122和一第二封装框2124。
本发明第二实施例中的发声装置200与第一实施例中的发声装置10的结构相同 或相类似，区别在于，本发明第二实施例中的发声装置20包括多个第一电极204a及多个第 二电极204b。所述第一电极204a和第二电极204b交替隔开设置，即任意两个相邻的第一 电极204a之间有一个第二电极204b，任意两个相邻的第二电极204b之间有一个第一电极 204a。优选地，所述多个第一电极204a及多个第二电极204b之间的距离相等。本实施例 中，所述发声装置200包括四个第一 电极204a和四个第二电极204b。所述四个第一 电极 204a和四个第二电极204b交替隔开设置在所述基板202表面，且第一电极204a和第二电 极204b之间的距离相等。所述第一电极204a和第二电极204b与第一实施例中的第一电 极104a和第二电极104b的材料和形状相同，优选地，所述第一电极204a和第二电极204b 均为棒状金属电极。所述热发声膜206设置在所述第一电极204a和第二电极204b之间， 且与所述第一电极204a和第二电极204b电连接。 进一步地，所述多个第一电极204a电连接，所述多个第二电极204b电连接。具 体地，所述多个第一电极204a可通过导线电连接后作为一信号输入端，所述多个第二电极 204b可通过导线电连接后作为另一信号输入端。使用时，可通过上述两个信号输入端输入 电信号至所述热发声膜206。上述连接方式可实现相邻电极之间的碳纳米管结构的并联。 并联后的碳纳米管结构的电阻小于并联前碳纳米管结构的电阻，可降低所述发声装置200 的工作电压。 所述发声装置具有以下优点其一，所述热发声膜部分悬空设置在所述盖体和基 板之间，所述基板和盖体可对热发声膜起保护作用，所述热发声膜不易遭受破坏，从而有利 于提高所述热发声膜的耐用性，进而有利于提高所述发声装置的耐用性。其二，由于热发声 膜部分悬空设置在所述盖体和基板之间，热发声膜与周围介质的接触面积不变，该盖体和 基板不会影响所述热发声膜与周围介质之间的热交换，进而不会影响所述热发声膜的发声 效果。 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精 神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
一种发声装置，其包括一基板，该基板具有一第一表面；至少一第一电极和至少一第二电极，该第一电极和第二电极隔开设置；一热发声膜，该热发声膜与所述第一电极和第二电极电连接；其特征在于，所述发声装置进一步包括一盖体，该盖体具有多个通孔，所述第一电极和第二电极设置在所述基板的第一表面，所述热发声膜部分悬空设置在所述基板和盖体之间。
2. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述基板的材料包括玻璃、金刚石、石 英、陶瓷及高分子材料中的一种。
3. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述基板为透明基板。
4. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述盖体包括栅网。
5. 如权利要求4所述的发声装置，其特征在于，所述盖体的材料包括不锈钢、碳钢、铜、 镍、钛、锌、铝及塑胶中的一种或多种。
6. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述盖体与所述基板平行设置。
7. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置进一步包括两个第一支 撑体设置在所述基板和盖体之间，且该第一支撑体的高度大于所述第一电极或第二电极与 热发声膜的厚度之和。
8. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述第一电极和第二电极通过丝网印 刷法设置在所述基板的第一表面。
9. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置进一步包括多个第一电 极和多个第二电极，第一电极和第二电极交替隔开设置，且该多个第一电极电连接，该多个 第二电极电连接。
10. 如权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置进一步包括多个支撑所 述热发声膜的第二支撑体，且该多个第二支撑体平行且隔开设置在基板的第一表面并位于 所述第一 电极和第二电极之间。
11. 如权利要求l所述的发声装置，其特征在于，所述热发声膜包括至少一碳纳米管膜。
12. —种发声装置，其包括 一基板，该基板具有一第一表面；至少一第一电极和至少一第二电极，该第一电极和第二电极隔开设置； 一热发声膜，该热发声膜与所述第一电极和第二电极电连接；其特征在于，所述发声装置进一步包括一盖体以及一框体，所述框体夹持并固定所述 基板和盖体以隔开所述基板和盖体，所述第一电极和第二电极设置在所述基板的第一表 面，所述热发声膜部分悬空设置在所述基板和盖体之间。
13. 如权利要求12所述的发声装置，其特征在于，所述框体包括一第一封装框和一第 二封装框，该第一封装框和第二封装框相互配合将所述基板和盖体夹持其间。
14. 如权利要求13所述的发声装置，其特征在于，所述第一封装框和第二封装框均由 首尾相连的四边框围成，且该四边框围设成一开口，所述四边框在靠近开口背向基板或盖 体位置处凹陷形成一承接部，该承接部用于承接所述基板或盖体。
全文摘要
本发明涉及一种发声装置，其包括一基板，该基板具有一第一表面；至少一第一电极和至少一第二电极，该第一电极和第二电极隔开设置；一热发声膜，该热发声膜与所述第一电极和第二电极电连接；其中，所述发声装置进一步包括一盖体，该盖体具有多个通孔，所述第一电极和第二电极设置在所述基板的第一表面，所述热发声膜部分悬空设置在所述基板和盖体之间。
文档编号H04R23/00GK101771921SQ200810191740
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者冯辰, 刘亮, 潜力 申请人:北京富纳特创新科技有限公司