专利名称：共振型光驱动发声装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发声装置，特别涉及一种共振型光驱动发声装置。
背景技术：
现有的扬声器已经发展了上百年了，其种类繁多，性能各异，大小不一，但其工作原理均是通过用电能驱动部件产生机械振动，使空气的密度出现疏密状态并将该疏密状态传播开来，从而使人听见声音。现有的扬声器是靠电流、电压的变化来驱动部件产生机械振动，必然需要靠导体来实现电流、电压变化的传递，导体又很容易受到外界环境的干扰和影响。如发电厂、电炉厂等高压、强电磁环境下，电话中的扬声器会受到电磁干扰出现杂音，甚至无法使用。专利公开号为CN101650935，名称为光驱动发声装置，提出了一种用光波驱动的发声装置，该方案是通过将声音信号加载在激光发出的光波上，使光波的功率随声音信号而波动，该光波通过光纤传输到发声薄膜上，发声薄膜吸收入射光后温度升高，使靠近发声薄膜的空气层产生随光强变化的热膨胀，从而引起空气介质密度的变化，产生声音。这种方案需要较高功率的激光器才可以使发声薄膜附近的空气层产生足够的热膨胀，这一方面限制了远距离的光波传输，同时高功率的激光器也会带来不安全因素。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种共振型光驱动发声装置。本发明利用较小的输入光功率，能产生较大的发声功率，且其结构简单、使用方便、生产成本低，便于推广使用。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是共振型光驱动发声装置，包括光源、 传输光纤、壳体和固定在壳体内的发声薄膜，所述光源产生脉冲的输出光波，所述输出光波经传输光纤射入到发声薄膜上，其特征在于所述输出光波的脉冲频率与发声薄膜的共振频率相同。上述的共振型光驱动发声装置，所述光源与传输光纤之间设置有光调制器，所述光调制器根据输入的音频信号对光源产生的脉冲输出光波强度进行调制。上述的共振型光驱动发声装置，所述光源为半导体发光器件，所述光源连接有驱动电流源，所述驱动电流源能产生受音频信号调制的驱动电流，所述光源能产生光波强度随驱动电流变化的输出光波。上述的共振型光驱动发声装置，所述壳体是封闭的，且所述壳体内装有气体，且该气体的吸收光谱波长与光源的输出光波波长有重叠的区域。上述的共振型光驱动发声装置，所述发声薄膜的共振频率高于人耳听力能感受到声音频率的上限。上述的共振型光驱动发声装置，所述的传输光纤上安置有光放大器。上述的共振型光驱动发声装置，所述的光放大器是光纤放大器。
上述的共振型光驱动发声装置，所述传输光纤的末端与发声薄膜之间安置有光汇聚装置。上述的共振型光驱动发声装置，所述光源产生的输出光波的脉冲频率是以循环的方式在发声薄膜的最小共振频率和最大共振频率之间变化。本发明与现有技术相比具有以下优点本发明利用较小的输入光功率，能产生较大的发声功率，可以用于较远距离的声音传播，由于利用共振使得光源的发光功率较小，避免使用大功率的光源，进一步提高了整个系统的安全性，并降低了该装置的成本。本发明还通过采用壳体内的气体吸收输出光波能量后温度升高并膨胀然后推动发声薄膜振动，发声薄膜的振动引发了空气介质的密度变化，产生声音。这样使发声薄膜能更快的达到共振频率，进一步降低了光源的功率，取得很好的效果。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例1的结构示意图。图2为本发明实施例1音频信号加载到输出光波后的示意图。图3示出本发明光源产生的输出光波的脉冲频率以循环的方式在最小共振频率和最大共振频率之间变化。图4为本发明实施例2的结构示意图。图5为本发明实施例3的结构示意图。图6为本发明实施例4的结构示意图。附图标记说明101-光源； 102-光调制器； 103-电调制器；104-音频信号；105-光放大器； 106-传输光纤；107-壳体； 108-发声薄膜； 111-光汇聚装置；112-气体； 201-驱动电流源。
具体实施例方式实施例1如图1所示的一种共振型光驱动发声装置，包括光源101、传输光纤106、壳体107 和固定在壳体107内的发声薄膜108，所述光源101产生脉冲输出光波，所述输出光波经传输光纤106射入到发声薄膜108上，所述输出光波的脉冲频率与发声薄膜108的共振频率相同。所述光源101与传输光纤106之间设置有光调制器102，所述光调制器102根据输入的音频信号104对光源101产生的输出光波强度进行调制。所述发声薄膜108的共振频率高于人耳听力能感受到声音频率的上限。所述的传输光纤106上安置有光放大器105。所述的光放大器105是光纤放大器。所述传输光纤106的末端与发声薄膜108之间安置有光汇聚装置111。所述光汇聚装置111为准直器、透镜或透镜组。所述发声薄膜108为厚度为亚微米的量级，材料为塑料或其它非金属材料。使用时，光源101产生脉冲光波输出，其脉冲频率为发声薄膜108的共振频率，光调制器102为可变光衰减器，现有的可变光衰减器有通过电压调制的，也有电流或指令控制的，可根据可变光衰减器的不同选择合适的电调制器103，音频信号104通过电调制器 103来控制光调制器102，达到控制光波强度的目的，从而使音频信号104加载在输出光波上。图2中的光强随时间变化曲线即是音频信号104加载到输出光波后的示意图，输出光波再经过传输光纤106传输至壳体107，输出光波由传输光纤106的输出端以一发散角经过一空间传输距离入射到发声薄膜108上。在需要时，可在传输光纤106上安置有光纤放大器105来放大输出光波的强度。发声薄膜108固定在壳体107的内壁上。发声薄膜108因吸收入射光引起温度变化，导致发声薄膜108体积变化随即引起发声薄膜108的振动，由于接受到的输出光波的脉冲频率是其共振频率，所以发声薄膜108 始终处于共振状态中，并且其共振幅度的大小与入射光波的强度成正比例关系，发声薄膜 108的振动引发了空气介质的密度变化，产生声音。本实施例中，发声薄膜108的共振频率须高于人耳听力能感受到声音频率的上限，如一般人的耳朵听力能感受到的上限频率是 20KHz，则光源101发出的光波脉冲频率高于20KHz，这样可以保证不对音频信号104产生可以被人耳听到的干扰音频信号。由于在实际应用中，发声薄膜108的共振频率会随着温度、湿度、气压等环境因素的改变而稍有变化，但该共振频率会在一个范围内波动，该范围有一个对应的最小共振频率和最大共振频率，如图3所示，光源101产生的输出光波的脉冲频率是以循环的方式在最小共振频率和最大共振频率之间变化，也即是以一种快速扫频的方式在最小共振频率和最大共振频率之间循环变化输出光波的脉冲频率，达到保证发声薄膜108共振的目的。在所述的传输光纤106末端与发声薄膜108之间安置有光准直器111，输出光波通过传输光纤106后由准直器111汇聚，并经过一空间的传播入射到发声薄膜108的中部，使发声薄膜108更容易产生较大的振动。当然准直器111也可以由透镜或透镜组替换以达到相同的目的。在入射到发声薄膜108的光波强度非常高时，除了输出光波的入射使发声薄膜 108升温和体积膨胀外，同时输出光波中部分光子的动量会传递给发声薄膜108并引发后者的振动，此时，是两种作用方式同时使发声薄膜108的振动，后者的振动引发了空气介质的密度变化，从而产生声音。本发明利用较小的输入光功率，能产生较大的发声功率，可以用于较远距离的声音传播，由于利用共振使得光源101的发光功率较小，避免使用大功率的光源101，进一步提高了整个系统的安全性，并降低了该装置的成本。实施例2如图4所示，一种共振型光驱动发声装置，包括光源101、传输光纤106、壳体107 和固定在壳体107内的发声薄膜108，所述光源101产生脉冲输出光波，所述输出光波经传输光纤106射入到发声薄膜108上，所述输出光波的脉冲频率与发声薄膜108的共振频率相同。所述光源101为半导体发光器件，所述光源101连接有驱动电流源201，所述驱动电流源201能产生受音频信号104调制的驱动电流，所述光源101能产生光波强度随驱动电流变化的叠加有音频信号104的脉冲输出光波。音频信号104加载在半导体发光器件的驱动电流源201上，从而使半导体光源202 输出的输出光波中加载了音频信号104的信息，发声薄膜108因吸收入射光引起温度变化， 导致发声薄膜108体积变化随即引起发声薄膜108的振动。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例3本实施例与实施例1的不同之处在于所述壳体107是封闭的，且所述壳体107内填充有气体112如二氧化碳气体，发声薄膜108固定在壳体107的内壁上，且该气体112的吸收光谱波长与光源101的输出光波波长有重叠的区域。一种优选的做法是壳体107内壁有高反射率涂层，使输入到壳体107内的脉冲输出光波能被内部填充的气体112充分吸收。气体112因吸收入射光引起温度变化，导致气体112体积膨胀变化随即引起发声薄膜 108的振动，气体112的体积变化与入射光波的强度成正比例关系，由于接受到的光波的脉冲频率是发声薄膜108的共振频率，所以发声薄膜108始终处于共振状态中，并且其共振幅度的大小与入射光波的强度成正比例关系，发声薄膜108的振动引发了空气介质的密度变化，产生声音，这样使发声薄膜108能更快的达到共振频率，进一步降低了光源101的功率， 取得很好的效果。所述发声薄膜108的共振频率高于人耳听力能感受到声音频率的上限。 所述的传输光纤106上安置有光放大器105。所述的光放大器105是光纤放大器。所述传输光纤106的末端与发声薄膜108之间安置有光汇聚装置111。所述光汇聚装置111为准直器、透镜或透镜组。实施例4如图6所示，一种共振型光驱动发声装置，包括光源101、传输光纤106、壳体107 和固定在壳体107内的发声薄膜108，所述光源101产生脉冲输出光波，所述输出光波经传输光纤106射入到发声薄膜108上，所述输出光波的脉冲频率与发声薄膜108的共振频率相同。所述光源101为半导体发光器件，所述光源101连接有驱动电流源201，所述驱动电流源201能产生受音频信号104调制的驱动电流，所述光源101能产生光波强度随驱动电流变化的输出光波。所述壳体107是封闭的，且所述壳体107内填充有气体112如二氧化碳气体，发声薄膜108固定在壳体107的内壁上，且该气体112的吸收光谱波长与光源101 的输出光波波长有重叠的区域。一种优选的做法是壳体107内壁有高反射率涂层，使输入到壳体107内的输出光波能被内部填充的气体112充分吸收。气体112因吸收入射光引起温度变化，导致气体112体积变化随即引起发声薄膜108的振动，气体112的体积变化与入射光波的强度成正比例关系，由于接受到的光波的脉冲频率是发声薄膜108的共振频率， 所以发声薄膜108始终处于共振状态中，并且其共振幅度的大小与入射光波的强度成正比例关系，发声薄膜108的振动引发了空气介质的密度变化，产生声音。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.共振型光驱动发声装置，包括光源(101)、传输光纤(106)、壳体(107)和固定在壳体(107)内的发声薄膜(108)，所述光源(101)产生脉冲的输出光波，所述输出光波经传输光纤(106)射入到发声薄膜(108)上，其特征在于所述输出光波的脉冲频率与发声薄膜 (108)的共振频率相同。
2.根据权利要求1所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述光源(101)与传输光纤(106)之间设置有光调制器(102)，所述光调制器(10 根据输入的音频信号(104) 对光源(101)产生的脉冲输出光波强度进行调制。
3.根据权利要求1所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述光源(101)为半导体发光器件，所述光源(101)连接有驱动电流源001)，所述驱动电流源O01)能产生受音频信号(104)调制的驱动电流，所述光源(101)能产生光波强度随驱动电流变化的输出光波。
4.根据权利要求2或3所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述壳体(107) 是封闭的，且所述壳体(107)内装有气体(112)，且该气体(112)的吸收光谱波长与光源 (101)的输出光波波长有重叠的区域。
5.根据权利要求2或3所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述发声薄膜 (108)的共振频率高于人耳听力能感受到声音频率的上限。
6.根据权利要求2或3所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述的传输光纤 (106)上安置有光放大器(105)。
7.根据权利要求6所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述的光放大器(105) 是光纤放大器。
8.根据权利要求2或3所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述传输光纤 (106)的末端与发声薄膜(108)之间安置有光汇聚装置(111)。
9.根据权利要求1所述的共振型光驱动发声装置，其特征在于所述光源(101)产生的输出光波的脉冲频率是以循环的方式在发声薄膜(108)的最小共振频率和最大共振频率之间变化。
全文摘要
本发明公开了一种共振型光驱动发声装置，包括光源、传输光纤、壳体和固定在壳体内的发声薄膜，所述光源产生脉冲的输出光波，然后将音频信号叠加在该脉冲输出光波上，所述输出光波经传输光纤射入到发声薄膜上引起发声薄膜振动产生声音，或由吸收脉冲输出光波的能量的气体膨胀推动发声薄膜振动，所述输出光波的脉冲频率与发声薄膜的共振频率相同。发声薄膜始终处于共振状态中，其振幅的大小与发声薄膜或气体所接受的光波能量正相关。本发明利用较小的输入光功率，能产生较大的发声功率，且其结构简单、使用方便、生产成本低，便于推广使用。
文档编号G10K9/00GK102467904SQ20101053091
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者杜兵 申请人:西安金和光学科技有限公司