[发明专利]一种电声换能装置及电声换能方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电声换能方法和利用这种方法工作的电声换能装置，用于把电信号转换为声信号。本发明涉及的电声换能方法和装置与传统的电声换能方法和装置有着本质的区别。

背景技术

电声换能器是一种把电信号转换成声信号的装置，其在消费电子和声学技术的诸多领域发挥着重要作用。现有的电声换能方法和相应的电声换能装置种类很多，一般是利用电磁感应、静电感应或压电效应等来实现电声换能的，其共同特点是将输入的电信号通过不同的方法来产生不同形式的驱动力，从而带动振膜振动，促使振膜前后的空气也随之振动，实现电信号转换成声信号并向四周辐射。至今未见有利用电热材料的电热效应及气体的热胀冷缩原理将电信号转换为声信号来实现电声换能的方法及装置的报道。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用电热材料的电热效应及气体的热胀冷缩原理将电信号转换为瞬时响应的热功率信号，再将热功率信号转换为声信号来实现电声换能的方法以及利用这种方法工作的电声换能装置。这种电声换能装置具有较好的音频电声转换功能，与传统的依靠振膜振动发声的电声换器相比，此装置结构简单、无任何振动部件，并且装置的大小及形状也可以根据需要做任意的改变。

技术方案：本发明提供的电声换能装置如下：

一种电声换能装置包括电声换能器、导线和信号源，其中电声换能器包括表面的电热层、中间的绝缘层(和底部的导热层；电声换能器的电热层通过导线与信号源相连接。所述的电声换能器中的电热层是由铁铬铝合金或镍铬合金材料制成的电热扁丝排列而成，电热扁丝宽为0.5～2毫米，厚为0.05～0.15毫米。

所述的电声换能器中的绝缘层是由导热率在1～1.5w/m·k的导热绝缘胶组成。

所述的电声换能器中的导热层是由铜片或铁片组成。

所述的信号源为功率函数发生器或音频功率放大器。

电声换能装置的电声换能的方法是：该方法利用电热材料的电热效应及气体的热胀冷缩原理将电信号转换为瞬时响应的热功率信号，再将热功率信号转换为声信号来实现电声换能，其方法步骤如下：

1)将铁铬铝合金或镍铬合金制作的电热材料的一个表面逐次加上一层导热率在1～1.5w/m·k的绝缘材料和一层铜或铁的材料；

2)将具有额定功率的电信号通入电热材料；

3)利用电热效应，电热材料将电信号转换成瞬时响应的热功率信号；

4)利用电热材料与表面气体之间的热传导性及气体的热胀冷缩原理，电热材料表面的气体会产生与热功率信号变化一致的压力振荡；气体的压力振荡形成了声信号并向外辐射。

上述所述电声换能方法中的电热材料在大多情况下由于自身热惯性大，时间响应慢，且受直流热功率的影响，无法或者只能产生很微弱的瞬时响应的热功率信号。但当电热材料足够薄、导热率足够大，并且在电热材料的一个表面逐次加上一层导热率很低和一层导热率很高的材料时，电热材料就能将输入的电信号转换为瞬时响应且强度较高的热功率信号，再通过电热材料另一表面与气体的作用，电声换能效果就能显示出来。

电声换能装置的工作原理如下：

电声换能装置中的电声换能器1利用自身三层不同特性的材料，将信号源2产生的具有一定功率的电信号转换成瞬时响应的热功率信号，又利用电热层3与表面气体之间的热传导性及气体的热胀冷缩原理，使电热层3表面的气体产生与热功率信号变化一致的压力振荡，例如：当电流加大，电热层3表面温度升高，表面附近的气体随之受热膨胀；反之，气体遇冷压缩。气体的压力振荡形成了声信号并向外辐射，从而完成了整个电声能量之间的转换。由于热功率中的交流部分才是声信号产生的根源，因此要提高声信号的强度，就必须使热功率中的交流部分更多的作用于气体，这也是

电声换能器1具有三层结构的原因。其中电热层3的作用一方面可以产生瞬时响应的电热效应，另一方面可以使其表面产生近似的平面声波。绝缘层4的作用可以有效抑制热功率中的交流部分流向绝缘层4，加强交流部分对电热层3表面气体的作用。导热层5的作用可以加强热功率中的直流部分流向导热层5，减少直流部分对电热层3表面气体的作用。这样产生的热功率信号中的交流部分能更多的作用于电热层3表面的气体，使电热层3表面形成较强的声信号。

有益效果：根据本发明的电声换能方法而设计的电声换能装置具有较好的音频电声转换功能，与传统的依靠振膜振动发声的电声换能器相比，此装置结构简单、无任何振动部件，并且装置的大小及形状也可以根据需要做任意的改变。因此，在电声换能，系统集成，材料分析，航空航天，军事等领域有着广泛的应用前景。