CN101605291B - 声音传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种声音传输系统，其包括：一声电转换装置，该声电转换装置将声音信号转换为电信号；一电波转换装置，该电波转换装置与该声电转换装置电连接，该电波转换装置将声电转换装置产生的电信号转换为电磁波信号；以及一发声元件，其中，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与一介质接触，该电波转换装置传递电磁波信号至该碳纳米管结构，使该碳纳米管结构通过吸收该电磁波信号发热，从而加热该介质发出声波。

Description

声音传输系统

技术领域

本发明涉及一种声音传输系统，尤其涉及一种基于碳纳米管的声音传输系统。

背景技术

声音传输系统包括有线声音传输系统及无线声音传输系统两类。传统的有线声音传输系统一般由一声电转换装置、一输电线路以及一电声转换装置组成。该声电转换装置一般为一话筒或麦克风，该电声转换装置一般为一听筒、扬声器或耳机。该声电转换装置将声音转换成电信号，并通过输电线路将电信号传递至电声转换装置，该电声转换装置将电信号还原成声音信号。然而，受到输电线路的限制，这种有线声音传输系统的远距离声音传输成本较高，另外，该声音传输系统必须在一有电环境下工作，限制了其应用范围。

无线声音传输系统在有线声音传输系统的基础上，将输电线路替换为电波/波电转换装置，通过将电信号转换成电磁波、红外波或微波等无线信号在空间中发送、传输并接收。然而，上述无线声音传输系统在接收到无线信号后，需要将无线信号转换成电信号，再经过电声转换装置转换成声音信号，其结构较为复杂。另外，该无线声音传输系统的接收端仍需在一有电环境下工作。并且，该电声转换装置，如电动式扬声器，需要使一音圈在一磁铁形成的磁场中运动，进而带动振膜振动发出声音，而扬声器中的磁铁可能对其它与之靠近的电子设备造成不利影响。

近年来，随着光纤通信技术的发展，新型的声音传输系统可以进一步通过光发送器将电信号转换为光信号，通过光纤进行传输，并通过光接收器将接收到的光信号转换为电信号，再通过声电转换装置还原成声音信号。然而，这种声音传输系统只是将光信号代替传统的无线信号，在接收端仍需将光信号转换成电信号，同样存在结构复杂且需要电力支持的问题。

光声效应是指当物质受到周期性强度调制的光照射时，会产生声音信号的现象。当物质受到光照射时，物质因吸收光能而受激发，并通过非辐射跃迁使吸收的光能全部或部分转变为热。如果照射的光束经过周期性的强度调制，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近的媒质热胀冷缩而产生应力(或压力)的周期性变化，因而产生声音信号，此种声音信号也称为光声信号。光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。目前，利用光声效应制造的光声谱仪及光声显微镜已经被广泛应用于物质组分分析检测领域。例如，现有技术中的光声谱仪一般包括一光源、一样品室及一信号检测器。该光源一般为一调制的脉冲激光源或连续激光源。该信号检测器一般为一麦克风。该样品室中放置有待测的样品，该样品材料不限，可以为气体、液体或固体材料，如一固体粉末或一生物样品等。该激光源发射激光照射到样品室中的样品上，由于光声效应中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波的波长处出现吸收峰值，因此当具有多谱线或连续光谱的光源以不同波长的光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值。该信号检测器通过检测该光声信号的极大值，从而判断待测样品的材料种类。

然而，一般材料受到光吸收能力的限制，产生的光声信号强度较弱，且频率范围在兆赫兹以上，只能通过麦克风或压电传感器等换能装置接收，因此，现有技术中还没有利用光声效应制造的发声元件，以及应用该发声元件制造的声音传输系统，使其产生的声音信号能直接被人耳感知。

自九十年代初以来，以碳纳米管(请参见Helical microtubules of graphiticcarbon，Nature，Sumio Iijima，vol 354，p56(1991))为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。然而，现有技术中却尚未发现碳纳米管作为发声元件用于声学领域。

发明内容

因此，确有必要提供一种声音传输系统，该声音传输系统结构简单，该声音传输系统中的发声元件无需磁铁，可在无电的条件下直接发出能够被人耳感知的声音。

一种声音传输系统，其包括：一声电转换装置，该声电转换装置将声音信号转换为电信号；一电波转换装置，该电波转换装置与该声电转换装置电连接，该电波转换装置将声电转换装置产生的电信号转换为电磁波信号；以及一发声元件，其中，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构与一介质接触，该电波转换装置传递电磁波信号至该碳纳米管结构，使该碳纳米管结构通过吸收该电磁波信号发热，从而加热该介质发出声波。

与现有技术相比较，所述声音传输系统具有以下优点：其一，由于所述声音传输系统中的发声元件可仅由碳纳米管结构组成，且在该声音传输系统中，由电信号转换成的电磁波信号无需转换为电信号，而是直接通过电磁波信号使发声元件发出声音被人耳感知，故该声音传输系统无需包括电声转换装置，其结构较为简单，有利于降低该声音传输系统的成本。其二，由于所述由碳纳米管结构组成的发声元件可以通过输入一电磁波信号发声，因此，该发声元件可以在一无电环境下工作。其三，由于碳纳米管具有较强的电磁波吸收能力，并且该碳纳米管结构具有较大的散热比表面积及较小的单位面积热容，故该碳纳米管结构具有升温迅速、热交换速度快、热滞后小的特点，可扰动周围空气迅速膨胀和收缩，进而发出可以直接被人耳感知的声音，从而使该碳纳米管结构组成的发声元件无需磁铁，避免对其它电子设备造成不利影响，且具有较好的发声效果。其四，由于碳纳米管具有较好的机械强度和韧性，故由碳纳米管组成的碳纳米管结构具有较好的机械强度和韧性，从而有利于制备由碳纳米管结构组成的各种形状、尺寸的发声元件，进而方便地应用于各种领域。

附图说明

图1是本发明第一实施例声音传输系统的结构示意图。

图2是本发明第一实施例声音传输系统中由相互缠绕的碳纳米管组成的的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图3是本发明第一实施例声音传输系统中由长碳纳米管组成的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图4是本发明第一实施例声音传输系统中由首尾相连的碳纳米管组成的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图5是图4中碳纳米管膜中碳纳米管片段的结构示意图。

图6是本发明第一实施例声音传输系统中非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图7是本发明第一实施例声音传输系统中扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图8是本发明第一实施例声音传输系统中悬空设置的发声元件的结构示意图。

图9是本发明第一实施例通过光纤传输光信号的声音传输系统的结构示意图。

图10是本发明第二实施例声音传输系统的结构示意图。

图11是本发明第二实施例具有腔体的声音传输系统的结构示意图。

图12是本发明第三实施例声音传输系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的声音传输系统。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种声音传输系统10，该声音传输系统10包括一声电转换装置110、一电波转换装置120、一发声元件130及一支撑结构140。该声电转换装置110与该电波转换装置120电连接。该电波转换装置120与该发声元件130对应并间隔设置。该发声元件130设置在支撑结构140上，并通过该支撑结构140支撑。

所述声电转换装置110将声音信号转换成电信号，并将该电信号传输至所述电波转换装置120。具体地，所述声电转换装置110可选择为一麦克风、话筒或压力传感器等。本实施例中，该声电转换装置110为一麦克风。

所述电波转换装置120包括一调制装置126及一电磁波发生器124。该电磁波发生器124发出电磁波，该调制装置126与所述声电转换装置110电连接，并根据从声电转换装置110输入的电信号对该电磁波进行强度和/或频率的调制，使该电磁波的强度和/或频率发生变化，从而产生一电磁波信号122。该电磁波信号122的强度或频率的变化与从所述声电转换装置110输入的电信号的变化成比例。该电磁波的波长范围包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、微波、X射线及γ射线等。该电磁波信号122的平均功率密度在1μW/mm²～20kW/mm²范围内。该电磁波信号122的强度不能太弱也不能太强，当电磁波信号122太弱时无法提供足够的能量使发声元件130发声，当该电磁波信号122太强时则会使该发声元件130遭到破坏。该电磁波信号122的平均功率密度越大，该发声元件130的发声强度越强。优选的，该电磁波发生器124为一激光发生器。该激光发生器可以为半导体激光器、气体激光器、固体激光器或染料激光器。从上述激光发生器发出的电磁波为一光波，该光波的波长范围为紫外至远红外区域。经过调制装置126的调制，该光波转变为一光信号。该光信号的平均功率密度约为10mW/mm²。

具体地，所述调制装置126可以与所述电磁波发生器124集成设置，或者设置于所述电磁波发生器124产生的电磁波的传播路径上。当该调制装置126与所述电磁波发生器124集成设置时，该调制装置126直接控制所述电磁波发生器124发出的电磁波的强度和频率，从而使该电磁波发生器124直接产生与电信号的变化成比例的电磁波信号122。当该调制装置126设置于所述电磁波的传播路径上时，该电磁波经过该调制装置126后转换成为一电磁波信号122。

当该电磁波发生器124为一激光发生器，且所述调制装置126与该激光发生器集成设置时，该调制装置126通过一调制驱动电路直接控制该激光发生器的激光泵浦源从而实现对该激光的调制；或者于该激光发生器的谐振腔内设置调制元件改变谐振腔参数，从而改变激光发生器的激光输出特性实现对该激光的调制。当该调制装置126设置于所述激光的传播路径上时，该调制装置126可为一电光晶体。

该电波转换装置120与发声元件130之间的距离不限，但应保证从该电波转换装置120发出的电磁波信号122能够传递至该发声元件130表面。另外，请参阅图9，该电波转换装置120可以进一步包括一光纤150，该光纤150一端与所述电磁波发生器124连接，另一端延伸至该发声元件130的碳纳米管结构附近，从而使上述电磁波信号122通过光纤150远距离传递至发声元件130表面。该电磁波发生器124发出的光信号通过光纤150传输，避免该光信号的传输过程中受物体阻挡。当该电波转换装置120包括一光纤150时，所述调制装置126可设置于光纤150的起始端或结束端上。

所述发声元件130包括一碳纳米管结构。该碳纳米管结构与一介质接触。该碳纳米管结构为层状、线状或其它形状，且具有较大的比表面积。所述碳纳米管结构包括均匀分布的碳纳米管。该介质可以为气体或液体。

本实施例中，该碳纳米管结构为一自支撑结构。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管结构无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状，悬空设置且两面均能与空气或其它介质接触。由于该自支撑结构的碳纳米管结构中大量碳纳米管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，形成一自支撑结构。

该碳纳米管结构中的碳纳米管为无序或有序排列，从而形成无序或有序的碳纳米管结构。这里的无序指碳纳米管的排列方向无规则；有序指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律，如基本沿一个固定方向择优取向或基本沿几个固定方向择优取向。具体地，该有序碳纳米管结构可包括多个区间，每一区间中的碳纳米管沿相同方向排列，不同区间中的碳纳米管可沿相同或不同方向排列。该无序排列的碳纳米管形成的碳纳米管结构各向同性。

当该碳纳米管结构包括大量碳纳米管，且相邻的碳纳米管具有一定间隙，从而使该碳纳米管结构具有大量微孔，从而使该碳纳米管结构具有极大的比表面积。本实施例中，该碳纳米管结构比表面积大于100平方米每克。

具体地，该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其任意组合。该碳纳米管膜为有序的碳纳米管膜(即碳纳米管膜中的碳纳米管有序排列)或无序的碳纳米管膜(即碳纳米管膜中的碳纳米管无序排列)。

请参阅图2，上述无序碳纳米管膜中的碳纳米管为各向同性，均匀分布，无规则排列。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，进而形成大量的微孔。该微孔的孔径小于10微米。由于所述碳纳米管的长度较长且相互缠绕，因此，该碳纳米管膜为自支撑结构。

该有序碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该多个碳纳米管平行于所述有序碳纳米管膜表面。具体的，该有序碳纳米管膜可以为一由长碳纳米管组成的碳纳米管膜或一由首尾相连的碳纳米管组成的碳纳米管膜。

请参阅图3，该有序的碳纳米管膜可由多个长碳纳米管组成。该由长碳纳米管组成的碳纳米管膜中的碳纳米管为相互平行且并排设置，相邻两个碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。所述多个碳纳米管具有大致相等的长度，且其长度可达到毫米量级。碳纳米管膜的长度可与碳纳米管的长度相等，故至少有一个碳纳米管从碳纳米管膜的一端延伸至另一端，从而跨越整个碳纳米管膜。碳纳米管膜的长度受碳纳米管的长度的限制。该碳纳米管的长度可大于10毫米。本实施例中，碳纳米管的长度为1毫米至10毫米。

请参阅图4，该有序的碳纳米管膜可由多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管组成。该由首尾相连的碳纳米管组成的碳纳米管膜包括多个择优取向排列的碳纳米管。具体地，每一碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向且基本平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管。所述碳纳米管通过范德华力首尾相连，以形成一自支撑的碳纳米管膜。请参阅图4及图5，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143。该多个碳纳米管片段143通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段143包括多个相互平行的碳纳米管145，该多个相互平行的碳纳米管145通过范德华力相互吸引。该碳纳米管片段143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，宽度与拉取该碳纳米管膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。所述碳纳米管膜可通过从碳纳米管阵列中直接拉取获得。所述碳纳米管结构可以包括多个以任意方向重叠设置的有序碳纳米管膜，相邻的碳纳米管膜通过范德华力相互吸引，且相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管形成一夹角α，且0°≤α≤90°。

所述碳纳米管线状结构包括至少一碳纳米管线。当该碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管线时，该多个碳纳米管线相互平行排列组成束状结构或多个碳纳米管线相互扭转排列组成绞线结构。当所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管线状结构时，该多个碳纳米管线状结构可以相互平行、并排或交叉设置成一面状的碳纳米管结构或相互缠绕或编织成一面状的碳纳米管结构。

该碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。该非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。请参阅图6，该非扭转的碳纳米管线包括多个平行于碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管。优选地，该碳纳米管通过范德华力首尾相连。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，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并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图7，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，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并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米-100微米。

进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的直径及比表面积减小，密度及强度增大。

由于该碳纳米管线为采用有机溶剂或机械力处理上述碳纳米管拉膜获得，该碳纳米管拉膜为自支撑结构，故该碳纳米管线为自支撑结构。另外，该碳纳米管结构也可由上述碳纳米管膜与碳纳米管线状结构组合形成。具体地，所述碳纳米管线状结构可以平行或交叉的设置于所述碳纳米管膜的表面，从而起到一支撑的作用，在不减小碳纳米管结构的比表面积的条件下增强碳纳米管结构的韧性。

当该碳纳米管结构为面状时，该碳纳米管结构的厚度为0.5纳米～1毫米。该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。

总之，所述碳纳米管结构的具体结构不限，只需满足以下条件，即：该碳纳米管结构具有较大的比表面积；包括均匀分布的碳纳米管；以及面状碳纳米管结构的厚度为0.5纳米～1毫米。

碳纳米管将光能或其它形式的电磁波转换为热。由于碳纳米管结构具有较小的单位面积热容(小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文)，故该碳纳米管结构的温度随产生的热量迅速变化。由于该碳纳米管结构具有较大的比表面积，故当该碳纳米管结构吸收光能或其它形式的电磁波的能量产生热量后可以迅速的与接触的气体或液体介质进行热交换，从而使周围气体或液体介质加热，造成气体或液体介质由于密度改变而膨胀和收缩并发出声音，且该声音能够达到人耳可听强度。

另外，由于碳纳米管结构具有较大的比表面积，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发声元件130时，该发声元件130可以直接粘附固定于所述支撑结构140上。另外，该发声元件130也可以通过一粘结剂与所述支撑结构140结合。

由于该碳纳米管结构包括均匀分布的碳纳米管，该碳纳米管结构能够均匀的加热空气发出声音，从而使该发声元件130具有均匀的发声效果。

为使该碳纳米管结构具有较大的比表面积，该碳纳米管结构的厚度不能太厚，太厚则影响碳纳米管与周围气体或液体介质进行热交换。另外，该碳纳米管结构的厚度不能太薄，太薄则该碳纳米管结构强度较差，在发声过程中容易损坏。优选地，所述碳纳米管结构的厚度为0.5纳米～1毫米。可以理解，当该碳纳米管结构的厚度相对较小时，例如小于10微米，该碳纳米管结构具有较高的透明度(可见光透过率可达70％-95％)，故采用该碳纳米管结构的发声元件130为透明发声元件130，此时，可以将该发声元件130直接设置在各种显示装置、手机显示屏的显示表面或油画的表面，从而达到节省空间的目的。进一步地，该发声元件130可贴合于任何需要发声的基体，如一显示器、手机、电脑、电视、音响、门、窗、银幕、家具或交通工具的表面。

所述支撑结构140主要起支撑作用，其形状不限，任何具有确定形状的物体，如一墙壁或桌面，均可作为本发明第一实施例中的支撑结构140。具体地，该支撑结构140可以为一平面或曲面结构，并具有一表面。此时，该发声元件130直接设置并贴合于该支撑结构140的表面上。由于该发声元件130整体通过支撑结构140支撑，因此该发声元件130可以承受强度较高的电磁波信号122输入，从而具有较高的发声强度。另外，请参阅图8，该支撑结构140也可以为一框架结构、杆状结构或不规则形状结构。此时，该发声元件130部分与该支撑结构140相接触，其余部分悬空设置。例如，发声元件130可包括两相互交叉并层叠设置的碳纳米管膜。该碳纳米管膜的两端固定于支撑结构140上，使该发声元件130的中部悬空设置。此种设置方式可以使该发声元件130与空气或周围介质更好地进行热交换。该发声元件130与空气或周围介质接触面积更大，热交换速度更快，因此具有更好的发声效率。

该支撑结构140的材料不限，可以为一硬性材料，如金刚石、玻璃、石英或木质材料。另外，所述支撑结构140还可为一柔性材料，如塑料、树脂或纸质材料。优选地，该支撑结构140的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该发声元件130产生的热量过度的被该支撑结构140吸收，无法达到加热周围气体或液体介质发声的目的。另外，该支撑结构140优选为具有一较为粗糙的表面，从而可以使设置于上述支撑结构140表面的发声元件130与空气或其他外界介质具有更大的接触面积。或者，该支撑结构140表面可具有一凹部，如一通孔或盲孔，该发声元件130覆盖该凹部处悬空，从而增加与空气或其它介质的接触面积。

可以理解，当上述发声元件130中的碳纳米管结构为一自支撑的碳纳米管结构时，该支撑结构140为一可选择结构。该发声元件130可设置于任何需要发声的物体表面，如显示器、银幕、手机、交通工具或窗户等，实现这些物体的发声。

本发明实施例采用碳纳米管结构的发声元件130在应用时，由于碳纳米管对电磁波的吸收接近绝对黑体，从而使发声元件130对于各种波长的电磁波具有均一的吸收特性。另外，碳纳米管具有较小的单位面积热容(该碳纳米管结构的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文(J/cm²·K)，该从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的单位面积热容小于1.7×10^-6J/cm²·K和较大的散热表面积。因此，当发声元件130中的碳纳米管受到如激光等电磁波的照射时，碳纳米管因吸收光能而受激发，并通过非辐射使吸收的光能全部或部分转变为热。碳纳米管温度迅速升高，并和周围的空气或其他介质进行迅速的热交换。如果照射的电磁波经过周期性的强度调制，则在碳纳米管内产生周期性的温度变化，从而使其周围的气体或液体介质也产生周期性的温度变化，造成周围空气或其他介质迅速的膨胀和收缩，从而发出声音，即通过“电磁波-热-声”的转换实现一热致发声。本实施例声音传输系统在应用时，所述声电转换装置110将声信号转换为电信号，该电信号通过电波转换装置120转换成与电信号强度及频率变化成正比的电磁波信号122，该电磁波信号122被传递至发声元件130表面，当电波转换装置120发出的电磁波信号122的频率及强度合适，且发声元件130周围介质为气体或液体时，发声元件130将所述电磁波信号122还原为可以直接被人耳感知的声音信号，从而实现声音的传输。

请参阅图10，本发明第二实施例提供一种声音传输系统20，该声音传输系统20包括一声电转换装置210、一电波转换装置220、一发声元件230、一支撑结构240。

该支撑结构240为一框架结构、杆状结构或不规则形状结构。该发声元件230部分与该支撑结构240相接触，其余部分悬空设置，从而使声音能够透过该发声元件230传递。

上述声音传输系统20与第一实施例中的声音传输系统10的结构基本相似，与第一实施例中的声音传输系统10区别在于，该声音传输系统20进一步包括一拢音结构250，该拢音结构250间隔设置在所述发声元件230远离电磁波信号222输入的一侧。该拢音结构250与该发声元件230间隔或集成设置，并形成一拢音空间，从而使发声元件230发出的声波通过拢音结构250反射，增强该声音传输系统20的发声效果。根据发声元件230的大小，该距离可以为1厘米～1米。可以理解，该拢音结构250可以为具有一较大表面的各种结构，如一平面结构或一曲面结构。本实施例中，该拢音结构250为一平板。该拢音结构250可以通过支架与该发声元件230间隔。该拢音结构250的材料为木质、塑料、金属或玻璃等。另外，请参阅图11，该拢音结构250与该支撑结构也可为一集成设置的整体，如一具有狭窄开口252的腔体，该发声元件230平铺于该拢音结构250的开口252上，从而使该拢音结构250具有一亥姆霍兹共振腔。该发声元件230通过拢音结构250固定，并部分悬空设置。

请参阅图12，本发明第三实施例提供一种声音传输系统30，该声音传输系统30包括一声电转换装置310、一电波转换装置320、一发声元件330、及一支撑结构340。该支撑结构340为一框架结构，该发声元件330通过该框架结构支撑，并部分悬空设置。

该第三实施例的声音传输系统30与第一实施例的声音传输系统10基本相同，其区别在于，该电波转换装置320包括一调制电路326及至少一电磁波信号发生器324。该调制电路326与该声电转换装置310电连接，并根据该声电转换装置310输入的音频电信号控制该电磁波发生器324发出的电磁波信号的强度和/或频率的变化。该电磁波信号发生器324与该调制电路326电连接。

本实施例中，该电磁波信号发生器324为一普通光源。该发声元件330的悬空部分正对该普通光源，并与该普通光源接触或间隔设置。当普通光源与发声元件330间隔设置时，该普通光源320与该发声元件330之间的距离不限，但应确保足够强度的光能够到达作为发声元件330的碳纳米管结构表面。优选地，该普通光源与该发声元件330之间间隔小于1厘米。本实施例中，该普通光源与该发声元件330之间间隔5毫米。

该调制电路326用于接收该声电转换装置310输入的音频电信号，并根据该音频电信号频率的变化控制该电磁波信号发生器324的发光强度或频率。具体地，该调制电路326可通过根据该音频电信号的频率控制该普通光源的开关实现对该普通光源发光强度的控制。本实施例中，该普通光源为一发光二极管，该发光二极管的额定电压为3.4伏～3.6伏，额定电流为360毫安，额定功率为1.1瓦，光效为65流明/瓦，工作温度小于65度。该发光二极管的数量不限，本实施例中为16个。

该声音传输系统30在工作时，所述发声元件330中的碳纳米管结构吸收上述普通光源发出的光，并将光能转换为热能，通过上述热致发声原理加热空气发出声波。可以理解，该发声元件330的厚度越大，吸收光能的能力越好，发出的声音强度越大，因此应在保证具有足够小的单位面积热容的前提下，尽量提高该发声元件330的厚度。

本发明实施例中，所述声音传输系统中的发声元件发声的频率范围为1赫兹至10万赫兹。当发声元件中的碳纳米管结构中的碳纳米管有序排列且碳纳米管结构的厚度较薄时，发声强度就可以达到70分贝声压级(dBSPL)。当该碳纳米管结构的厚度增加时，发声强度可以进一步增强。根据是否通过光纤传输，本发明实施例中的声音传输系统可以为有线声音传输系统或无线声音传输系统。另外，本发明实施例中的碳纳米管结构具有较好的韧性和机械强度，利用所述碳纳米管结构可方便地制成各种形状和尺寸的发声元件，该发声元件可方便地应用于各种音乐设备中，如音响、手机、MP3、MP4、电视或计算机等。该发声元件可贴合于电脑、门、窗、银幕、家具或交通工具的表面。

声音传输有很多限制条件，如需要空气作为介质，并且随距离的变化衰减相当强烈。由于电磁波，尤其是激光，可以在真空中远距离传播，比如宇宙空间的传播、长距离的传播，并且在传输过程损失相当小，因此声音传输系统可以用于远距离信号传输领域，例如对激光的光强和频率进行调制，通过激光加载所需的声音信号，传输至碳纳米管结构发出声音，从而实现将声音信号通过电磁波的形式远距离传输。进一步地，由于上述发声元件通过电磁波照射即可发声，因此，当该电磁波为红外线、可见光、紫外线、微波、X射线及γ射线时，该发声元件可以在一无电的极端环境下工作。

本发明实施例提供的声音传输系统具有以下优点：其一，由于所述声音传输系统中的发声元件仅由碳纳米管结构组成，且在该声音传输系统中，由电信号转换成的电磁波信号无需转换回电信号，而是直接通过电磁波信号使发声元件发出声音被人耳感知，故该声音传输系统无需包括光电及电声转换装置，其结构较为简单，有利于降低该声音传输系统的成本。其二，由于所述由碳纳米管结构组成的发声元件可以通过输入一电磁波信号发声，因此，该发声元件可以在一无电环境下工作。其三，由于碳纳米管具有较强的电磁波吸收能力和较小的热容，并且碳纳米管结构具有较大的散热比表面积，故该碳纳米管结构具有升温迅速、热交换速度快、热滞后小的特点，可扰动周围气体或液体介质迅速膨胀和收缩，进而发出可以直接被人耳感知的声音，从而使该碳纳米管结构组成的发声元件可在无磁的条件下工作，且具有较好的发声效果。其四，由于碳纳米管具有较好的机械强度和韧性，故由碳纳米管组成的碳纳米管结构具有较好的机械强度和韧性，从而有利于制备由碳纳米管结构组成的各种形状、尺寸的发声元件，进而方便地应用于各种领域。其五，当该碳纳米管结构厚度比较小时，例如小于10微米，该碳纳米管结构具有较高的透明度，故采用该碳纳米管结构的发声元件为透明发声元件，此时，可以将该发声元件直接设置在各种显示装置、手机显示屏的显示表面或油画的上表面，从而达到节省空间的目的。其六，所述声音传输系统可进一步包括一拢音结构，该拢音结构可以反射发声元件发出的声波，增强所述声音传输系统的发声效果。

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。

Claims (27)

1.一种声音传输系统，其包括：

一声电转换装置，该声电转换装置将声音信号转换为电信号；

一电波转换装置，该电波转换装置与该声电转换装置电连接，该电波转换装置将声电转换装置产生的电信号转换为电磁波信号；以及

一发声元件，

其特征在于，该发声元件包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其任意组合，该碳纳米管膜为有序的碳纳米管膜或无序的碳纳米管膜，该有序的碳纳米管膜中的碳纳米管有序排列，该无序碳纳米管膜中的碳纳米管无序排列且碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，该碳纳米管结构与一介质接触，该电波转换装置传递电磁波信号至该碳纳米管结构，使该碳纳米管结构通过吸收该电磁波信号发热，从而加热该介质发出声波。

2.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管结构将电磁波信号转变为热，通过加热改变碳纳米管结构周围介质密度发出声波。

3.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管结构为层状结构，所述碳纳米管结构的厚度为0.5纳米～1毫米。

4.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管结构为线状结构，直径为0.5纳米～100微米。

5.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管结构包括均匀分布的碳纳米管。

6.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管膜中的碳纳米管各向同性排列。

7.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管膜中的碳纳米管基本相互平行且并排设置。

8.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，且基本沿一固定方向择优取向排列。

9.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个层叠设置的碳纳米管膜。

10.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管首尾相连组成束状结构或绞线结构。

11.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，该声音传输系统进一步包括一支撑结构，所述发声元件通过该支撑结构固定设置。

12.如权利要求11所述的声音传输系统，其特征在于，所述支撑结构为一平面或曲面结构，并具有一表面，所述发声元件直接设置并贴合于该支撑结构的表面。

13.如权利要求11所述的声音传输系统，其特征在于，所述支撑结构为一框架结构、杆状结构或不规则形状结构，所述发声元件通过该支撑结构部分悬空设置。

14.如权利要求13所述的声音传输系统，其特征在于，该声音传输系统进一步包括一拢音结构，所述拢音结构设置于发声元件远离电磁波信号输入装置的一侧，与所述发声元件相对并间隔设置。

15.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，该声音传输系统进一步包括一拢音结构，所述拢音结构包括一亥姆霍兹共振腔，所述发声元件通过该拢音结构固定设置。

16.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述声电转换装置包括麦克风、话筒或压力传感器。

17.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述电磁波信号为无线电波、红外线、可见光、紫外线、微波、X射线及γ射线中的一种或多种。

18.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述电磁波信号的平均功率密度为1μW/mm²～20W/mm²。

19.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述电波转换装置进一步包括一调制装置及一电磁波发生器，该电磁波发生器产生电磁波，该调制装置对该电磁波进行强度或频率的调制，产生一强度或频率与电信号成比例变化的电磁波信号。

20.如权利要求19所述的声音传输系统，其特征在于，所述调制装置与所述电磁波发生器集成设置，或者设置于所述电磁波发生器产生的电磁波的传播路径上。

21.如权利要求19所述的声音传输系统，其特征在于，所述电磁波发生器为一激光发生器，所述电磁波信号为一光信号，该光信号的波长范围为从紫外区至远红外区之间。

22.如权利要求21所述的声音传输系统，其特征在于，所述电波转换装置进一步包括一光纤，该光纤一端与所述激光发生器连接，另一端延伸至所述碳纳米管结构附近，所述光信号通过光纤传递至所述发声元件。

23.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述碳纳米管结构的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。

24.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，该碳纳米管结构的比表面积大于100平方米每克。

25.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述介质为气体或液体。

26.如权利要求1所述的声音传输系统，其特征在于，所述电波转换装置进一步包括一调制电路及一电磁波发生器，该电磁波发生器产生电磁波，该调制电路与所述声电转换装置电连接，并根据该声电转换装置输入的音频电信号控制该电磁波发生器发出的电磁波信号的强度和/或频率的变化。

27.如权利要求26所述的声音传输系统，其特征在于，所述电磁波发声器为至少一普通光源。

Images