CN205142521U - 一种基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，包括依次连接的音频信号输入接口、功率放大器、钳位电路和碳纳米管薄膜扬声器。所述钳位电路包括与功率放大器输出串联的电容C和与功率放大器输出并联的二极管D、电阻R。本实用新型提供的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，在碳纳米管薄膜声源***中加入了钳位电路之后，输出声压主频与输入交流电信号频率保持一致，克服了薄膜热致发声效应的频率失真问题，运用于扬声器***中能更好的还原输入的音频信号；在保持输出声压与输入电信号频率一致的同时，钳位电路还能增大输入功率，提高声能量使得声压增大，提高了碳纳米管薄膜扬声器的性能。

Description

一种基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***

技术领域

本实用新型涉及声源***，特别涉及一种基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***。

背景技术

热致发声器的基本原理是利用交流电加热薄膜，使薄膜产生与电信号相关的热信号，利用薄膜与周围空气的热传导，使薄膜周围空气产生与热信号相一致的膨胀与压缩，进而产生声波，实现电-热-声的转换。近年来，纳米技术的突飞猛进，给热致发声器的研究开辟了一条新的道路，碳纳米管薄膜具有透明、质量轻、单位面积热容低及可塑性强等优点，可以被制作成各种形状的扬声器以适应不同的环境需求。但是由于其发声原理，使得碳纳米管薄膜扬声器的输出声音频率为输入电压信号的两倍，产生频率失真。

对于碳纳米管薄膜电-热-声***的频率失真问题，现有解决办法是添加直流偏置电压进行解决，一般为串联直流电压源，如图1所示。但是知此方法存在一定弊端：（1）需要额外电源，使整个扬声器***能耗变大。（2）由于直流电源内阻问题，部分交流信号直接通过直流电源，而产生较高的两倍频率的声压失真。为了更好的改进碳纳米管薄膜声源***，本文提出添加钳位电路的方法。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，更好的解决碳纳米管薄膜电-热-声***的频率失真问题。

本实用新型的技术方案是：

一种基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，包括依次连接的音频信号输入接口、功率放大器、钳位电路和碳纳米管薄膜扬声器。

优选的，所述钳位电路包括与功率放大器输出串联的电容C和与功率放大器输出并联的二极管D、电阻R。

优选的，所述音频信号输入接口的输出信号的周期T<<τ,其中τ为时间常数，τ=R*C。

优选的，所述碳纳米管薄膜扬声器，包括：

压电薄膜，接收钳位电路输出的音频信号，并根据音频信号对应的电压振动；

多个破纳米管薄膜，形成于所述压电薄膜的两侧上；以及

多个电极，连接至所述碳纳米管薄膜，用于接收音频信号，并将所述音频信号电压施加至碳纳米管薄膜。

优选的，所述多个碳纳米管薄膜形成于所述压电薄膜的两侧的中心部上，所述电极分别沿着碳纳米管薄膜的两侧的边缘部而形成。

优选的，所述碳纳米管薄膜电阻值50Ω～20kΩ。

本实用新型的优点是：

（1）本实用新型提供的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，在碳纳米管薄膜声源***中加入了钳位电路之后，输出声压主频与输入交流电信号频率保持一致，克服了薄膜热致发声效应的频率失真问题，运用于扬声器***中能更好的还原输入的音频信号；

（2）本实用新型在保持输出声压与输入电信号频率一致的同时，钳位电路还能增大输入功率，提高声能量使得声压增大，提高了碳纳米管薄膜扬声器的性能；

（3）本实用新型钳位电路结构简单，无需添加额外直流电源，使得碳纳米管薄膜扬声器耗能不至于过高，能起到降低成本的作用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1现有技术中采用串联直流电压源的碳纳米管薄膜声源***的结构示意图；

图2为本实用新型所述的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***的结构原理图；

图3为实施例中添加钳位电路的碳纳米管薄膜的声学响应实验原理图；

图4为实施例中碳纳米管薄膜的结构示意图；

图5为实施例中加钳位电路前、输入频率为0.5kHz时的声压波形；

图6为实施例中加钳位电路后、输入频率为0.5kHz时的声压波形；

图7为实施例中输入频率为3kHz时声压波形；

图8为实施例中输入频率为4kHz时声压波形；

图9为实施例中输入频率为6.5kHz时声压波形；

图10为实施例中加入钳位电路前后的声级随电压变化对比；

图11为实施例中加入钳位电路前后的声级随频率变化对比。

具体实施方式

实施例：

如图2所示，本实用新型所揭示的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，包括依次连接的音频信号输入接口、功率放大器、钳位电路和碳纳米管薄膜扬声器。所述钳位电路包括与功率放大器输出串联的电容C和与功率放大器输出并联的二极管D、电阻R。所述音频信号输入接口的输出信号的周期T<<τ,其中τ为时间常数，τ=R*C。

所述碳纳米管薄膜扬声器，包括：压电薄膜，接收钳位电路输出的音频信号，并根据音频信号对应的电压振动；多个破纳米管薄膜，形成于所述压电薄膜的两侧上；以及多个电极，连接至所述碳纳米管薄膜，用于接收音频信号，并将所述音频信号电压施加至碳纳米管薄膜。所述多个碳纳米管薄膜形成于所述压电薄膜的两侧的中心部上，所述电极分别沿着碳纳米管薄膜的两侧的边缘部而形成。所述碳纳米管薄膜电阻值50Ω～20kΩ。

下面针对添加钳位电路的碳纳米管薄膜的声学响应进行实验测试，试验***如图3所示，实验在半消音室内进行，采用交流信号发生器作为信号源，将声压传感器置于碳纳米管薄膜上方，声压传感器输出连接到DASPV10数据采集仪，DASPV10数据采集仪采样频率为51.2kHz，输出连接到PC端。碳纳米管薄膜采用单层13cm×9cm的方形碳纳米管薄膜，薄膜内阻为1.2kΩ，附着在铜线所围成的框架上，底部为绝缘塑料板，其结构如图4所示。

实验所使用的钳位电路参数如下，二极管D的击穿电压为50V，压降为0.7V的二极管（由于二极管压降0.7V远小于实验输入电压有效值，所以可将二极管设为理想二极管），电容C=4.7μF,时间常数τ=5.64ms。CNT薄膜内阻为R=1.2kΩ。

如图5所示，加钳位电路前，输入频率为0.5kHz的电压信号，薄膜输出声压频率为1kHz；如图6所示，加入钳位电路之后，薄膜输出频率变为0.5kHz，与输入频率保持一致，但由于T=2ms,接近于时间常数τ，所以声压波形有些变形。

当输入电压频率升高时，由于周期T远小于时间常数τ。输出声压波形的变形减小，更接近于正弦波形，如图7～9所示，分别为输入频率为3kHz、4kHz和6.5kHz时的声压波形。

图10和图11分别为加入钳位电路前后，薄膜输出的声压级随输入电压和频率的变化对比。从图中可见，加入钳位电路之后所产生的声压级增大5dB左右，且扬声器较好的频率响应出现在2kHz～5kHz。

由于实验中所用的碳纳米管薄膜附着的框架手工制作，工艺比较粗糙，有的部分出现开叉，且附着在铜线上不均匀，导致实测电阻存在一定误差，薄膜放置于绝缘塑料硬板上，不同于理论声压公式中悬空放置，导致钳位电路实际增大的声压级小于理论增大值。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，其特征在于：包括依次连接的音频信号输入接口、功率放大器、钳位电路和碳纳米管薄膜扬声器。

2.根据权利要求1所述的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，其特征在于：所述钳位电路包括与功率放大器输出串联的电容C和与功率放大器输出并联的二极管D、电阻R。

3.根据权利要求2所述的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，其特征在于：所述音频信号输入接口的输出信号的周期T<<τ,其中τ为时间常数，τ=R*C。

4.根据权利要求1所述的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，其特征在于：所述碳纳米管薄膜扬声器，包括：

压电薄膜，接收钳位电路输出的音频信号，并根据音频信号对应的电压振动；

多个破纳米管薄膜，形成于所述压电薄膜的两侧上；以及

多个电极，连接至所述碳纳米管薄膜，用于接收音频信号，并将所述音频信号电压施加至碳纳米管薄膜。

5.根据权利要求4所述的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，其特征在于：所述多个碳纳米管薄膜形成于所述压电薄膜的两侧的中心部上，所述电极分别沿着碳纳米管薄膜的两侧的边缘部而形成。

6.根据权利要求5所述的基于钳位电路的碳纳米管薄膜声源***，其特征在于：所述碳纳米管薄膜电阻值50Ω～20kΩ。