新式扬声器介绍

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日本早稻田大学国际通信研究科山崎芳男研究室一个主要的研究方向就是扬声器以及麦克风，并且有许多希奇古怪的想法和奇妙的产品已经实现。一直想写一篇介绍扬声器的贴子，但是苦于找不到足够的照片，并且照片的版权属于研究室，不知道发表出来好不好。现在只用文字描述一下，希望各位能够听明白我的说明——我想不会太晦涩。<br>
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1：平板扬声器<br>一直以来，扬声器基本构造都是一个动圈，一个定圈以及一个纸盆。该研究室开发出一种与此构造不太一样的扬声器，叫作平板扬声器。<br>平板扬声器是中间一块板状电极，板的两面密密麻麻地布麻了小磁铁块，然后再外侧有两层金属板。使用时在当中的板状电极以及外侧的金属板上加上高压信号电压，这时金属板与板状电极间形成一个电场，电压变动同时导致电场强度变化，也就导致板状电极与金属板间引力变化，引起金属板振动，导致发声。<br>平板扬声器与普通的扬声器发声机理倒是没有什么太大的变化。但是发出的声波的波面形状与普通的扬声器不同。普通的扬声器发出的声波为球面波，其波面是球形且随着波的传播，波面的面积越来越大，能量——音压越来越小，也就是说声音越来越小。当你远离或者靠近扬声器的时候，这种感觉比较明显。<br>而平板扬声器则不同，平板扬声器金属板上各点的振动基本上是相同的，所以发出的波、波面中心部分为平面波。由于是平面波，一段距离内其波面面积不会变大或者说变大得速度/幅度很小，其能量能够集中地传播一段距离。也就是说，对着平板扬声器靠近/拉远距离，听到的声音大小没有太大变化。<br>
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2：电容扬声器<br>同样是这个研究室的同一个研究员，又研制出一种电容扬声器。电容扬声器的原理更加简单——在一层镀上某种金属（好像是铝，具体我也不清楚）的塑料膜上加上3000伏特的高压信号电压。由于电压不同，铝膜会产生压缩/膨胀现象。带动空气振动产生声音。<br>一般情况下电容扬声器由于膜面易破损，所以使用的时候两面要加上纤织物的保护层——就像两层地毯间夹着一张膜一样。由于保护层也软，当间的那层塑料膜也软，所以电容扬声器可以卷起来携带甚至使用。想像一下如果把它做成一张挂毯挂在墙上是怎样一种风景。<br>
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3：超导扬声器<br>超导是人类近几十年才发现并且尚未能投入实际应用，但是前途无限的一种技术。物体在超导状态下，性质会产生极其奇妙的变化。最显著最简单的一点，就是导体的电阻会变为零。此时如果在导体内通电，较小的电压也会产生很高的磁场。超导这一特点最有名的可能发生的应用是磁悬浮列车（现在还没有被应用）。但是咱们这里不想说磁悬浮列车，而是想说超导扬声器。<br>超导扬声器与普通的扬声器发声原理基本一致，也是有动圈，有定圈，有纸盆。不同的是，超导扬声器纸盆上的动圈是一圈超导体。使用的时候向超导扬声器动圈处注入液氮（-197摄氏度左右），超导体达到超导状态后扬声器开始正式工作。这个时候如果哪位能够亲眼看到，一定会非常感慨科学的奇妙。纸盆是使用的时候才插到扬声器的定圈上的，但是扬声器工作的时候这个纸盆由于强大磁力的原因拔不出来。甚至在纸盆上放一本书压着，声音大小也不会产生明显的变化。<br>
<br>多说一句。有人做过计算，在日本现在有大约五亿个扬声器在工作。而现在一般的扬声器，其电能转化为声音能量的转化率只有0.1%左右，也就是说，有99.9%的电变成的热量散失在空气中了。这五亿个扬声器每年浪费掉的电能相当于两座发电站发出的电能。而平板扬声器以及电容扬声器能达到10%-20%的转化率，四节五号电池可以供一块15寸显示器大小的平板扬声器工作2-3天。至于超导扬声器，其转化率则更高。如果配合理论上能量无损失的1bit技术，放音时理论上转化率可达100%。<br>
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4：相变化扬声器<br>听起来这简直可以说是痴人说梦。但是这确实是一种正在研制的，并且已经取得部分成功的技术。<br>有史以来的扬声器一直需要有一个振动板来带动周围的空气产生疏密变化从而发出声音。但是该研究室一个研究小组最近在研制一种不需要振动板而直接利用物质的相变化来产生声音的技术。<br>我们知道，物体有固态、液态和气态三种状态。也就是说三个“相”。其中，由液态转为气态的时候体积会急剧膨大。如：一千克水的体积是一升，但其汽化后产生的水蒸气在一个大气压下的体积远远不止一升。该研究小组正是利用了这一特点，通过人为地控制盐水汽化的速度产生声音。<br>在一个装有盐水的水槽中设置两个电极并加以信号电压，导致盐水汽化，两电极间盐水因导电而产生电解汽化，并且汽化的速度是随着信号电压的变化——也就是盐水中通过电流的大小（盐水电阻不变，电压变化导致电流变化导致热量变化）而变化，产生声音。笔者有幸听过这种扬声器工作的实际情况——当然，距离真正实用的程度还有很远，还有很长的路要走，但是现阶段在噪音中，已经能够较清楚地听到扬声器输出的信号声音——一曲音乐，对研究者来说简直是天籁之音。<br>
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<br>既然说到这里了，不妨再介绍一下该研究室其它的奇妙的成果。<br>
5：无振动板的麦克风<br>一般的麦克风里都有一个振动板或者一个晶体，将周围的气压的变化转化为电压/电流的变化。该研究室一项技术，是利用激光光束在不同密度的空气中传播的时候会产生折射的原理，不用振动板，单纯测量发出的激光折射回来后的状态来收录声音。<br>
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6：直接看到声音的波面形状<br>声音是依靠介质的疏密变化来传播的机械波。人眼无法看到声音。以前，有人曾用沙盘或者水槽来间接地显示出声音的波面。该研究室利用激光振动计测量空气的疏密变化，并将其用计算机图像表示出来，成功地实际地看到了声音的传播。<br>
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7：音响电视<br>上面介绍的第六项技术，是直接看到了波面的形状。该研究室发明平板扬声器以及电容扬声器的研究员实在是一个了不得的人。他随后发明的一项技术叫音响电视，可以看到发声体的位置以及频率成份的高低。这个音响电视是一个像卫星天线一样的大锅盖（凹面镜），焦点处放了二百来个微型麦克风，排成一个方阵。远处传来的音波可以近似地看成平面波，经过凹面镜会聚折射到焦点处被麦克风群收录，再分析各个麦克风收录到的声音以及其位置，显示在屏幕上，就看到了发声体的位置。

欣慰

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