サーモフォン
熱を利用して音を出すスピーカー
1917年のベル研究所の論文に掲載された、単純なサーモフォンの図

サーモフォンは、電気信号を熱に変換し、音に変換するトランスデューサーの一種です。機械的な振動ではなく、熱の変動を利用して音を出すスピーカーの一種と考えることができます。

サーモフォンの基本原理は19世紀から知られていました。[1]サーモフォンは20世紀以降、音響機器（マイクなど）の校正に使用されてきました。[2]近年では、サーモアコースティックスピーカーという名称も使用されています。[3]

始まり

科学者ECウェンテの肖像
20世紀のサーモフォン研究者ECウェンテ[2]

熱音響学は、熱と音の相互作用を研究する学問です。これはサーモフォンの基礎となっています。バイロン・ヒギンズは1802年、瓶の口を水素ガスの炎に当てた際に発生する「歌う炎」を報告しました。ゾンドハウス（1850年）とライケ（1859年）はさらなる実験を行いました。熱音響学の理論は、1878年にレイリー卿によって提唱されました。[4]

電気熱で音を作り出す理論と実践は19世紀後半に登場した。[5] 1880年、ウィリアム・ヘンリー・プリースは、マイクロフォン送信機をプラチナ線に接続すると音が出ることを観察した。[5]

...音響効果は、マイク送信機Mに向かって話した際に最も顕著で、励みになりました。発音はこもっていたものの明瞭で、言葉は容易に聞き取れました。[5]

1917年、ベル研究所のハロルド・D・アーノルドとアーヴィング・B・クランドール [de]は、サーモフォンの定量理論を開発しました。[4] [6]それ以来、サーモフォンはマイクロホンの校正のための精密機器として使用されてきました。しかし、効率が低かったため、他の地域では広く普及しませんでした。[4]

説明

細い導体に交流電流を流すと、導体は電流の強さの変化に応じて周期的に加熱と冷却を繰り返します。この周期的な加熱と冷却によって温度波が発生し、導体は周囲に伝播します。温度波が導体から伝播するにつれて、伝送媒体（例えば空気）の熱膨張と収縮によって、対応する音波が発生します。[6]

理想的なサーモフォンは非常に薄く、熱容量が小さい導体で作られています。[6]

現代のサーモフォン

1999年、篠田らは超音波放射用の多孔質ドープシリコンサーモフォンを発表しました。[4] 2008年には、Xiaoらがカーボンナノチューブ製のサーモフォンを報告しました。それ以来、サーモフォンと熱音響学の研究が再び活発化しています。[4]サーモフォン用の新素材の探索が進められており、 VLSIプロセス（集積回路など）を用いてサーモフォンが製造されています。[4]

参考文献

  1. ^ Bouman, Troy (2021). カーボンナノチューブ熱音響スピーカーの開発（博士論文）ミシガン工科大学. p. 52. OCLC  1255862532. 2024年4月4日閲覧。
  2. ^ ab Wente, Edward C. (1922年4月1日). 「The Thermophone」. Physical Review . 19 (4): 333– 345. doi :10.1103/PhysRev.19.333.
  3. ^ Fei, Wenwen (2014年12月15日). 「低電圧駆動グラフェンフォーム熱音響スピーカー」 . Small . 11 (19): 2252– 2256. doi :10.1002/smll.201402982 . 2024年4月4日閲覧。
  4. ^ abcdef Mayo, Nathaniel (2018年冬). 「サーモフォンの進歩：ナノスケールヒーターによる音響生成」(PDF) . Acoustics Today . 2024年4月4日閲覧.
  5. ^ abc Preece, William Henry ( 1880年4月28日). 「電流の熱的影響について」. Proceedings of the Royal Society of London . 30 : 408–411 . 2024年4月4日閲覧。
  6. ^ abc Arnold, HD (1917年7月). 「精密音源としてのサーモフォン」 . Physical Review . 10 (1). doi :10.1103/PhysRev.10.22 . 2024年4月4日閲覧。
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