壓電材料在暴露于電場時會改變形狀。了解我們?nèi)绾卫盟鼈儊懋a(chǎn)生聲音。

　　原子理論

　　根據(jù)玻爾模型描繪氦原子
　　根據(jù)玻爾模型描繪的氦原子。
　　原子的中心原子核由中性電荷（稱為中子）和正電荷（稱為質(zhì)子）組成。原子核周圍移動的是負(fù)電荷（稱為電子）。
　　異性電荷相互吸引，因此電子會被原子核中的質(zhì)子吸引。與此同時，同性電荷會相互排斥，因此一個區(qū)域內(nèi)過多的電子會將一個或多個電子推離。
　　電子圍繞原子不斷運動。
　　化學(xué)

　　當(dāng)多個原子彼此靠近時，電子可以在相鄰原子之間移動。電子必須遵循考慮到其恒定運動、對質(zhì)子的吸引力以及對其他電子的排斥力的路徑。平衡許多原子聚集在一起的所有這些規(guī)則有時會產(chǎn)生 規(guī)則的圖案或晶體形狀。

　　NaCl 晶體（左）和晶體結(jié)構(gòu)中的原子表示（右）NaCl 晶體（左）和晶體結(jié)構(gòu)中的原子表示（右）。NaCl 圖像由NASA提供。
　　壓電效應(yīng)
　　某些材料在特定方向上膨脹或收縮時會產(chǎn)生可測量的電位差。
　　通過擠壓、撞擊或彎曲晶體來增加或減少原子之間的空間，會導(dǎo)致電子重新分布，從而導(dǎo)致電子離開晶體，或為電子進入晶體創(chuàng)造空間。晶體上的物理力會產(chǎn)生電動勢，從而在電路中移動電荷。
　　反之亦然：對壓電晶體施加電場會導(dǎo)致電子的增加或去除，這反過來又導(dǎo)致晶體變形，從而產(chǎn)生微小的物理力。

　

　　壓縮（左）和拉伸（右）晶體結(jié)構(gòu)的表示。
　　壓電揚聲器如何移動
　　壓電效應(yīng)可用于制造薄型揚聲器，在空間受限的應(yīng)用中，這種揚聲器是傳統(tǒng)電動揚聲器的有力替代品。這些設(shè)備被稱為壓電揚聲器和陶瓷揚聲器。

　　對壓電材料施加電場，其尺寸會發(fā)生變化。隨著電荷的引入或移除，壓電材料會收縮或增大，但基底材料則不會。

　　壓電效應(yīng)
　　這會導(dǎo)致材料朝著或遠(yuǎn)離垂直于揚聲器表面的方向發(fā)生彈性變形。一旦電場從壓電材料上移除，它就會恢復(fù)到原來的形狀。
　　當(dāng)揚聲器彎曲并撞擊空氣分子時，會引起連鎖反應(yīng)，終傳到您的耳朵。如果有足夠的空氣分子撞擊您的耳朵，神經(jīng)細(xì)胞就會向您的大腦發(fā)送信號，您將該信號解讀為聲音。
　　干擾如何傳播
　　我們周圍有難以想象數(shù)量的原子和分子，它們不斷運動。這些粒子沿直線運動，直到它們撞到其他原子，方向才發(fā)生變化。單個粒子在碰撞前永遠(yuǎn)不會移動太遠(yuǎn)，但當(dāng)新粒子與相鄰粒子發(fā)生碰撞時，碰撞的影響可以傳播很遠(yuǎn)的距離。
　　想象一下，在游泳池中央滴入一滴食用色素。食用色素顆粒可能需要幾分鐘或幾小時才能到達(dá)邊緣，但一滴色素產(chǎn)生的波浪會在幾秒鐘內(nèi)到達(dá)泳池邊緣。
　　空氣粒子始終不斷隨機地撞擊我們的身體。當(dāng)碰撞不再不那么頻繁和隨機，而是開始變得更加有規(guī)律和有規(guī)律時，我們會在特定時間受到更多粒子的撞擊。我們耳朵中的某些神經(jīng)細(xì)胞可以檢測到這些增加的、有規(guī)律的碰撞并向我們的大腦發(fā)送信號，我們的大腦將這些模式解釋為聲音。

　

　
　　德州儀器的TPA2100是一款 D 類音頻放大器，可用于驅(qū)動壓電揚聲器。
　　壓電揚聲器與電動揚聲器
　　壓電揚聲器與電動揚聲器類似，它們都能將電位差轉(zhuǎn)換為運動。但它們還具有其他特性，這使得它們在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中具有重要價值。
　　傳統(tǒng)的電動揚聲器是在磁場中通過線圈來制造的。然后，導(dǎo)線和磁鐵之間產(chǎn)生的吸引力或排斥力會用于移動揚聲器錐體，從而在空氣中產(chǎn)生擾動。磁鐵、導(dǎo)線和錐體在厚度方面存在實際的物理限制，超過這一限制，它們將無法再有效地以可接受的質(zhì)量或音量傳遞聲音。壓電揚聲器可以制造得非常薄，同時仍具有可接受的聲音特性。
　　由于電動揚聲器中用于產(chǎn)生磁場的線圈的特性，在設(shè)計驅(qū)動電路時必須將這些揚聲器視為電感負(fù)載。而壓電揚聲器在設(shè)計驅(qū)動電路時則更多地被視為電容器。
　　壓電揚聲器比電動揚聲器更耐環(huán)境，可以直接與空氣以外的物質(zhì)接觸；這一特性在水下應(yīng)用等中非常有用。傳統(tǒng)的電動揚聲器必須受到保護以免受惡劣天氣的影響。
　　與電動揚聲器相比，壓電揚聲器需要更高的驅(qū)動電壓，而且它們在較高頻率下的低阻抗意味著高頻音頻信號需要大量的驅(qū)動電流。但如果多一點電壓和電流意味著我們可以購買像撲克牌一樣薄的揚聲器，我認(rèn)為這是一種公平的折衷。