二合一：OLED 屏幕还支持基于像素的声音

目前的大多数显示器仍然需要外部条形音箱或多声道扬声器，这会增加体积并带来设计挑战，尤其是在汽车内部等紧凑环境中，很难集成多个扬声器。

为了解决这个问题，研究人员专注于将先进的声音功能直接集成到 OLED 面板中，OLED 面板以其纤薄、灵活的外形而闻名。虽然公司已经探索将激励器连接到电视背面或将 OLED 弯曲到扬声器周围，但这些方法仍然依赖于笨重的硬件，并且在准确定位声音方面面临挑战。

核心问题是传统的激励器相对较大且较重，因此很难在不干扰或损害 OLED 的薄型设计的情况下部署多个单元。此外，多个扬声器之间的声音串扰导致无法精确控制局部音频。

韩国浦项科技大学 （POSTECH） 的一个团队通过在 OLED 显示器框架中嵌入超薄压电励磁器来克服这些挑战。这些压电激励器的排列方式类似于像素，可在不占用外部空间的情况下将电信号转换为声音振动。同样值得注意的是，它们与 OLED 面板的薄型完全兼容（图 1）。

1. 振动定位压电面板扬声器的概念：（a） 配置本地化、发声的平板压电扬声器。（b） 示意图显示了在仅外边缘有框架的模型中，以及在激励器的每个区域由框架隔开的模型中，当声音信号施加到一个激励器时振膜的振动和声音的产生。（c） 两种压电扬声器型号的图片：没有和有隔离声音振动的内框。

因此，每个像素都可以充当独立的声源，从而实现基于像素的本地声音技术。研究人员还开发了一种消除声音串扰的方法，确保来自显示器不同区域的多个声音不会相互干扰——这在以前在多声道设置中是无法实现的。

振动定位方法

激励器之间的声音串扰和频率响应不均匀等问题通常会影响音频质量。为了解决这些问题，研究人员探索了基于框架的声音振动隔离策略，以定位表面振动并减少多个激励器之间的干扰。

与专注于高声压级 （SPL） 和低总谐波失真 （THD） 的传统工作不同，他们的研究并非旨在提高绝对扬声器性能。相反，它通过结构修改专注于振动定位和频率响应一致性。

他们引入了由比振膜更硬的材料制成的隔振框架，例如显示面板，以分隔激振器之间的区域。这种设计将振动限制在每个激振器的目标区域，有效地防止了干扰（图 2）。

浦泰克2. 有和没有隔振框架的扬声器响应：（a） 单元元件的 Chladni 模式，没有框架模型，有不同频率的框架模型。（b） 9 个激励器的轴上响应。（c） 共享单个振膜的激励器阵列的 THD，比较信号施加元件不同位置的有框架和无框架的情况。

面板扬声器是通过将市售的锆钛酸铅 （PZT） 元件连接到振膜上而构建的。每个 PZT 元件由三层结构组成：底部电极、PZT 材料和顶部电极。该扬声器结构中添加了框架，一个模型仅支持外边缘，另一个模型具有隔离每个激励器区域的框架，以定位声音的振动。他们的实验设计标准化为 3×3 阵列配置。

由施加到单个激励器的信号产生的波在振膜上传播，导致表面振动。虽然这些振动通常会扩散到振膜上，但框架设计将每个激振器的振动限制在其指定区域，从而减少干扰和失真。

频率响应均匀性和 THD 的测试结果

他们将实验测量和有限元法 （FEM） 仿真相结合，发现增加框架高度和宽度，以及使用具有不同声阻抗的振膜材料，可以显著提高频率响应均匀性并降低 THD。这些增强功能简化了扬声器响应补偿，确保了可靠、高质量的声音输出。

使用 Chladni 模式，他们验证了振膜表面的无串扰振动，证实了框架在隔离激励器方面的有效性。如果没有框架，振膜会根据励磁机位置显示可变频率响应。使用框架，每个激振器都在自己定义的部分内运行，实现局部振动和一致的频率响应。这种频率响应均匀性简化了补偿过程，减少了对复杂的 DSP、分频和滤波调整的需求。

[Chladni 模式以 Ernst Chladni 的名字命名，他是 18 世纪末/19 世纪初的物理学家，专门研究声学，并完成了我们仍然依赖的许多开创性工作。当平面以特定频率振动时，这些同名图案是在平坦的表面上形成的。

直到最近，这些图案都是通过在感兴趣的表面上撒上沙子或其他细小材料来可视化的，然后这些材料从波腹（振动最大的点）移开并积聚在节点（振动最小的点）。当然，现在它通常是通过基于计算机的建模来完成的，但这个名称仍然用于视觉表示——在许多情况下，仍然使用真正的沙子。

他们建模并构建了具有各种框架宽度和高度的单元，以确定尺寸的影响以及对元件截面之间声阻抗的影响。图 3 显示了他们的众多示例之一。

3. Chladni 模式和 FEM 结果显示了当施加不同频率时压电扬声器的激励器阵列上的振动。（a） 仅在外边缘有框架的扬声器。（b） 扬声器，其中元素的每个区域都由一个框架隔开。（c） 播放歌曲时连接到 OLED 面板的压电面板扬声器。

结论

框架有效地将表面振动限制在指定区域，防止传播到相邻区域并增强频率响应均匀性，从而减少了标准偏差并简化了响应补偿过程。此外，增加帧的高度和宽度提高了频率响应的均匀性，并在更宽的频率范围内降低了 THD，从而实现了更清晰、更准确的声音再现。

与振膜材料具有较大声阻抗对比的框架在振动限制和扬声器整体性能方面表现出卓越的性能。

最后，他们制造了一个逼真的 13 英寸。具有集成局部声音的 OLED 显示屏和长期可靠性测试证实，制造的扬声器保持了稳定的性能，随着输入电压和距离的变化，显示出一致且可预测的 SPL 变化。

这些发现突出了基于框架的设计在显著提高压电面板扬声器和汽车应用的音质和耐用性方面的潜力。他们指出，这种基于帧的振动定位通过将振动限制在特定区域内来缓解串扰问题，从而确保精确的声音定位。这种方法特别适用于仪表板集成的 OLED 扬声器和多区域车载音响系统，其中空间优化的音频是必不可少的。