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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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正方形 Icon 創新之鑰 Innovation

紙喇叭帶著走 動人樂章處處飄

王秀芳

談到音響喇叭,多數人印象都是「沈重的大木箱」,
不過工研院電子與光電研究所研發的可撓式超薄揚聲器
(Flexible Speaker),或稱「紙喇叭」,
讓喇叭造型薄如紙片,甚至可以做成壁紙、陽傘,或是燈罩,
也可以輕便地隨身帶著走。說不定未來,除了行動上網
和影音平台外,行動劇院也可以隨時趴趴走。

乍見所謂的「紙喇叭」,許多人都不免心頭嘀咕二句:這東西可以當喇叭?會響嗎?但看見研發工程師輕巧地接上MP3 播放器,一張A2尺寸(60cm×44cm)大小的紙片,真的就放出音樂了!

工研院電光所奈米電子技術組研發組長陳明道說,當初研發團隊在尋找製造超薄揚聲器時,考慮過很多種材料,包括與電傳導最相關的金屬材質,或是軟電基板的塑膠。直到有一天,腦海中靈光一閃,「為什麼不用隨手可得,而且又是現成材料的紙張呢?」隨手翻起辦公桌上的一疊紙張,陳明道笑著說。電光所所長詹益仁聽到這個創意,也是大為興奮,當時的第一個反應就是:趕快著手研發!

陳明道進一步解釋,紙喇叭主要是以厚度不到1mm的紙張為主要材質,只需用兩張紙,在上面鋪以金屬薄膜當電極,並在中間夾入一層帶靜電荷的振動膜,而聲音的電子訊號在電極所產生之電場,就能讓振動膜產生吸引或排斥,進而壓縮空氣產生聲音。

平面可撓,省電成本低

規模不大的紙喇叭研發團隊,歷經一代金屬與二代塑膠機板材質的研發階段後,成功開發出創新且應用範圍廣的紙質平面揚聲器。(圖左一為工研院電光所奈米電子技術組研發組長陳明道)
規模不大的紙喇叭研發團隊,歷經一代金屬與二代塑膠機板材質的研發階段後,成功開發出創新且應用範圍廣的紙質平面揚聲器。(圖左一為工研院電光所奈米電子技術組研發組長陳明道)

紙喇叭是工研院的軟電技術研發領域的一項計畫,它不僅具有平面化、可撓曲、大面積及可任意裁切等優點,相較於傳統動圈式喇叭,紙喇叭具有數倍高的電能轉換聲能效率。陳明道表示,紙喇叭雖需幾十伏特到一百多伏特的工作電壓(依應用而有所不同),但電流很小,相對的整體功耗就低,可節省許多用電。這讓紙喇叭在綠色潮流趨勢中,又增添了幾分優勢。

紙喇叭的另一項優勢,則是可採用低成本的連續式生產。陳明道解釋,採用Roll-to-Roll(捲繞式)製程的紙喇叭,可便於大量連續生產。這種捲繞式製程類似印刷技術,利用這種連續生產的特性,在生產時,自然可以節省許多成本。

陳明道說,發展可撓式超薄揚聲器的想法,最早是從工研院的軟性電子前瞻計畫開始醞釀。當時研發的方向朝人類兩大感官需求——聽覺、視覺去構思。其中聽覺部分,希望發展出薄型化、平面化、軟性、大面積的喇叭,以配合相關軟性電子產品的應用。因此,最後決定以平面揚聲器為研發基調。

以紙為材,令人驚豔

這個規模不大的團隊,開發出紙質揚聲器,已經是第三代的產品了。2006年與工研院材料與化工研究所合作,研發出金屬材質的小型平面揚聲器,是為第一代產品;接下來的第二代,則是以塑膠基板為主要材質。

至於第三代的紙喇叭,在殷切的期盼下,研發團隊不僅以半年左右的時間完成了產品原型,亮相之後,也很快地就引起傳統喇叭廠商以及系統廠商的興趣,頻頻與工研院接觸。陳明道表示,囿於人力因素,無法一一回應廠商的客製化需求,但目前已與國內的汽車電子廠商進行商用化的合作。

事實上,紙喇叭的應用範圍廣,而且相當創新。經過多次與外部創意設計團隊腦力激盪後,目前已初步定出幾個應用面向,包括建築/傢飾應用(例如壁紙)、3C應用、交通應用、紡織應用及其他。

以技術分類,紙喇叭屬於平面揚聲器的一環,但是因為加入創意巧思──紙張為材料,所以更具輕、薄的競爭優勢。而且可以大面積製作的紙喇叭,還富於變化,能配合客製化的需求,裁成任意尺寸與形狀。在發聲效率上,紙喇叭的效果也比傳統喇叭好,也更為省電。

強化低音效果

陳明道強調,紙喇叭訴求的是輕巧、方便、易攜帶,所以產品走的路線將和傳統揚聲器不同紙喇叭訴求的是輕巧、方便、易攜帶,所以產品走的路線將和傳統揚聲器不同。
陳明道強調,紙喇叭訴求的是輕巧、方便、易攜帶,所以產品走的路線將和傳統揚聲器不同紙喇叭訴求的是輕巧、方便、易攜帶,所以產品走的路線將和傳統揚聲器不同。

雖然紙喇叭已擁有許多技術以及創新應用的優勢,但是陳明道不諱言,在低音音質的呈現上,紙喇叭仍有改善空間。由於平面揚聲器的音波產生是透過壓縮空氣而來,而低音則需要較大的振動空間,這是體積輕薄的紙喇叭目前聲音表現上有所限制的原因。目前研發團隊在結構方面將持續改進,以提升低音效果。

依據陳明道的規劃,除了持續提升音質外,將製程由人工組裝導入Roll-to-Roll(捲繞式),亦是現階段研發的重點,以便大量生產降低成本,並可依產品需求,裁成不同大小及形狀。而可靠度環境測試,也是另一項重要的課題,目前已與廠商合作,以車用級應用為測試目標,著手進行環測和改善。

至於「紙張」給人觀感是較為脆弱、容易損壞的想法,陳明道解釋,紙喇叭雖以紙張為主要材料,但與傳統動圈式喇叭之圓錐盆類似,視應用需要可在紙喇叭的外部包覆包材,不用擔心紙張脆弱的問題。

對於紙喇叭未來的發展,陳明道分析,紙喇叭最大的市場潛力在於創新應用,像是3C 產品、交通或是應用在大面積的商品上。畢竟,紙喇叭訴求的是輕巧、方便、易攜帶,所以產品走的路線將和傳統揚聲器不同。

就現階段與廠商接觸的經驗來看,「紙喇叭應用的想像空間其實很大,只是需要花時間與力氣去說服傳統3C 應用廠商改變觀念。」陳明道衷心期望,紙喇叭的未來,在投入更多市場分析與商品應用的研究資源後,開發出更多貼近生活,以及與使用者連結的創新應用。

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