扬声器可以薄到什么程度？近日，麻省理工学院（MIT）团队展示了其新成果，他们制造了一种新型扬声器，不仅轻薄如纸，并且还能保持低能耗、高音质。
这种新型扬声器很轻，每 100 平方厘米的质量只有 2 克，类似于一角硬币的重量。并且这种新型扬声器可贴在物品表面使用，其产生的高质量音频不受物品表面特征的影响。
相关论文以《基于压电微圆顶阵列的超薄柔性扬声器》（AN ULTRA-THIN FLEXIBLE LOUDSPEAKER BASED ON A PIEZOELECTRIC MICRO-DOME ARRAY）为标题发表在IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS上[1]。
薄膜扬声器通常基于静电、压电或热声传导的原理产生声音。其中，压电扬声器具备结构简单、成本低、能耗低、可扩展性好等优势。
相比生活中常见的音箱，MIT 团队研发的新型扬声器利用成形压电薄膜，使扬声器的结构和加工简化了很多。该薄膜扬声器产生声音的过程，可以理解为“施加电压-薄膜移动-空气振动-形成声音”。
该薄膜扬声器具有超轻超薄、可大面积、低成本加工的优势，并能贴附在不同物体表面使用。正因为这些特点，或可应用于现阶段普通扬声器无法适用或成本过高的场景。
该论文第一作者、MIT 电机电子工程与计算机科学技术系博士后研究员韩金池举例说道：“比如将这些薄膜铺满在房间墙壁上，形成立体分布的扬声器阵列，配合特定的控制算法，不需要我们佩戴任何设备就能获得局部区域的主动降噪。”
反之，也可以实现局部空间音频的增强，而区域外则听不到，可以未来配合 AR/VR 提供沉浸式体验，同时也不担心打扰到家人休息。
此外，这些薄膜还可以贴在汽车内饰表面和飞机坐舱中，提高旅行舒适性或提供定制化的音频娱乐体验。
韩金池指出，由于这种薄膜也具备麦克风、超声换能器的功能，同一张薄膜可划分成多个区域，形成兼具扬声器、麦克风和声纳的阵列，这将呈现出更多有趣的应用。例如机器人智能皮肤、柔性消费电子设备、人机声学接口、超声测距与成像、触觉传感等。
据悉，MIT 团队研发薄膜声学器件的初衷是希望它能真正地走进人们日常生活，满足特定应用场景对超轻超薄、大面积、低成本扬声器的需求，同时也能为未来音频设备的设计和开发提供新的思路。
因此，韩金池在该研究前期阶段想了很多方案，遵循的原则是使用常见的材料、简单的方法、通过设计上的创新实现可贴在物体表面使用的声学薄膜。
在经过逐一对比后，他最终选择了聚偏二氟乙烯（POLYVINYLIDENE FLUORIDE，PVDF）这种常见的压电薄膜，然后再用多孔聚酯（PERFORATED POLYESTER，PET）塑料膜封装。
值得关注的是，由于薄膜扬声器产生声音的前提是自由弯曲振动，如果把薄膜扬声器安装在物体表面上，则会阻碍薄膜振动、并妨碍声音的形成。而之前薄膜扬声器的设计，依赖于大面积压电薄膜整体的弯曲振动产生声音。为实现薄膜自由弯曲，这些设计都要求薄膜悬空。因此，并不太适合贴在物体表面使用。
而 MIT 团队的压电扬声器通过在 12 微米厚的 PVDF 压电薄膜上构造一系列微小的悬空结构，每一个都是发声单元，上下两层多孔 PET 塑料膜分别起到保护和垫高这些发声单元的作用。这样，即便贴在硬物表面，这些微小的压电结构也可以自由振动产生声音。
“它们的存在也改善了扬声器的高频性能，在超声频段依然可以使用。制作这种薄膜扬声器只需要比较常见和廉价的材料、简单的工艺方法，还能获得不错的性能。”韩金池说。
该技术被报道后，受到不同领域国际知名公司的广泛关注，并收到合作与投资意向。据了解，该团队正在推进该技术的成果转化，并希望通过不断改善设计、改进工艺来获得更好的性能。
韩金池表示，从扬声器的角度看，现在低音频段的灵敏度还有待提升，团队正在通过改进压电微结构的设计进行相关优化。
“我们也在改善团队现有的实验条件，并将薄膜面积扩大到平米级别，之后就可以对薄膜做分区，实现兼具扬声器、麦克风、声纳功能的相控阵列，探索更多有趣的应用，特别是现在消费类音频设备不适用的场景。”他说。