声波导制造技术

一种设计声波导的方法，其中沿着波导行进的声波被处理为表现出单参数行为，并且其中，波导提供在声波沿着波传播路径传播时限制声波的边界，并且具有间隔开一段距离的两个基本平行的主表面，该距离小于高频声波波长的距离。主表面可以是平面的、弯曲的或是平面部分和弯曲部分的组合。和弯曲部分的组合。和弯曲部分的组合。

【技术实现步骤摘要】
声波导
专利

[0001]本专利技术涉及用于设计波导设备的方法，以及使用这种方法生产的波导，特别是但不排他地涉及用于声波的波导。

技术介绍

[0002]为了本专利技术的目的，术语波导应当被解释为涵盖用于传送或发射声波的任何设备；这包括沿着常常为非线性的路径传送声波的设备，以及通常将声波沿着扬声器的长度引导到出口孔的扬声器、喇叭等，在出口孔处，声波被发射到环境空气中以供收听者听到。本专利技术旨在特别地但不排他地传送/发射由人工源（诸如，机电驱动器）再现的声音，该声音具有非常小的空间谱失真，从而在限定的区域上给出与原始声音源非常相似的声谱——也就是说，产生“高保真”人工声音，或者品质非常接近真实声音的声音。
[0003]典型地，人类听觉的范围被认为是在20 Hz和20 kHz之间，并且本文使用的术语低频（“LF”）和高频（“HF”）应当被解释为在这个声谱的一端处——使得以高保真处理高频的设备具有差的低频保真度，并且反之亦然。在地面水平处，20 Hz声波具有近似17 m的波长，并且20 kHz声波具有近似17 mm的波长。
[0004]存在许多波导和扬声器的不同设计。控制扬声器的方向特性对于在整个观众区域获得良好的声音品质以及控制来自房间壁的反射幅度是必要的。对于较大的房间，可使用喇叭来既实现足够的声级并且又控制声音的空间扩散。
[0005]理想声源的一种常见观点是点源在所有方向上辐射声波；在这种布置中产生的声波将是球面的，并且将不会根据频率或根据来自源压力的角度或方向而有压力变化：这种波我们称为单参数波。除了点源产生的球面声波之外，线性源产生的柱面声波都是单参数波的理论示例。这两种波都具有从源在直线上辐射的粒子速度，因此可通过从源辐射的直壁管被“引导”而不改变它们的行为。这些“波导”的最简单形式是用于引导球面波的锥体或直边棱锥，以及用于引导柱面波的棱柱形波导。
[0006]一种不太为人所知的波类型是由喇叭产生的，该喇叭的几何形状是通过围绕顶点后面的轴向点旋转锥形外展（flare）的截面来构造的。这种喇叭产生环形波，其中环形波是围绕圆形旋转图形形成的旋转表面。环形波不是单参数波，但由于其对称性，它们可以相当接近地近似。环形波的波阵面形状随频率的变化很小，并且它们可以非常紧密接近环形形状，但压力在旋转轴线附近增加。由于在这种喇叭中使用的弧角有限，所以这种压力变化几乎没有实际意义，并且许多实际装置产生环形波。
[0007]带有弯曲壁的喇叭不允许单参数传播。对于波长远大于喇叭区段尺寸（比如10倍）的低频来说，行为由边界决定。在这些低频下，波阵面必须垂直于喇叭壁，并具有恒定的平均曲率，以在波阵面上给出恒定的局部外展。波阵面的恒定外展允许压力在相继的波阵面上保持恒定。实际上，在低频下，波阵面表现得就好像它是单参数波。然而，在与喇叭尺寸相比波长为小的高频下，边界仅影响边界波长内的波。因此，固定的自由空间传播速度导致衍射，从而给出波的复杂形状和压力分布。
[0008]术语外展可应用于描述当波传播时波阵面或波阵面的任何部分或区段的面积变化。从这个意义上说，外展是面积随传播距离的变化率。这个量度也可被应用于描述自由空间中球面波和柱面波的面积扩展。在这两种情况下，外展在源附近最高，从而导致小源的低频辐射减少。由于波在二维上是弯曲的，所以来自球面源的外展更高，而柱面波仅在垂直于线性源的平面内弯曲，从而导致外展更少。
[0009]还期望在低频下实现高输出，以覆盖宽带宽，这就需要在低频下在喇叭入口孔处具有高的声阻抗。这需要带有对应曲线壁的细长喇叭来限制扩展速度，并因此限制波的外展。指数喇叭是这种喇叭的一个示例，但是存在具有不同外展规律的许多变型。然而，使用这些扩展定律的简单喇叭不允许单参数波传播，并且具有随位置变化的响应谱。喇叭外展的不连续性（诸如在有限喇叭的出口孔处）可导致纵向反射和对应的共振。喇叭口处的波还发生衍射，从而强加了方向性特性，其很大程度上由口的大小决定。
[0010]许多常规的扬声器和波导被设计成以便产生球面波，但是根据它们旨在处理的频率的广泛变化，它们具有可变的结果。一种采用球面波理论方法和方法论来实现宽扩散的扬声器是多单元喇叭，诸如US 1992268中所公开的。这种设计由一组呈指数地外展的喇叭形成，这些喇叭被布置成在出口孔处提供近似球面波。虽然这种布置提供了HF声音的宽扩散，但是由于波阵面形状中的缺陷和出口孔处的衍射，存在响应随角度的一些变化。然而，在低频下，入口处的高声阻抗给出良好的低频输出。
[0011]采用环形波理论方法和方法论的扬声器设计是双径向喇叭，其由具有不同轴线和中心的旋转曲线形成，如US4308932中。这种设计具有窄槽，该窄槽沿具有两个不同的波阵面曲率中心的两个不同的半径均等地打开，其打开成准锥形端部区段；该槽近似环形源。由于锥形区段在低频下不提供高声阻抗，所以这种设计在槽处的面积扩展中存在不连续性。这种不连续性导致喇叭内引导到槽的驻波以及喇叭入口处的不规则声阻抗；一般来说，这种类型的设计可以提供良好的声学方向性或低频输出，但不能提供这两者。更近期地，使用单独单元的设计已经被用于形成环形波（特宝声有限公司的Polyhorn*（“Polyhorn”是一个注册的英国商标，现在以英国Blast Loudspeakers有限公司的名义注册）。在FR 2890481、CN 105244019和US 9392358中公开了试图对它们发射的声波进行整形的其它设计，但是这些设计具有如已经描述的类似缺点，和/或它们是难以廉价制造的相对复杂的设计。
[0012]替代方法是采用柱面波理论方法和方法论。这可通过使用波形形成器产生由棱柱形喇叭终止以提供方向性控制的柱面波来实现。棱柱形外展模式比锥形外展扩展得慢，但由于导致波形形成器端部处的不连续性的负载而具有类似的问题。一种这样的设计被称为VDOSC或V-DOSC扬声器（V-DOSC是法国塞纳河河畔阿斯尼尔的声学公司（L
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Acoustics SA of Asni
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res-sur
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Seine）的商标），它将球面声波转换成近似柱面波。这是借助于锥形区段和平面区段来实现的，这两个区段在于波导上对角地延伸的弯角处连接。波导沿着所考虑的换能器的轴线安装在扬声器的输出处，在膜的前面或压缩室的孔口的前面，并且包括从其入口扩展到其出口的管道。波导的出口孔口的区域是平面的和长方形的，并且其管道包括在入口孔和输出区域之间的通道，该通道适于沿着一般方向引导波，从该方向开始，一个或多个通道中所允许的最短路径的所有长度从管道的入口孔到出口孔实际上是相同的。US 5163167公开了一种线性阵列V-DOSC布置，其中具有矩形入口孔的棱柱形喇叭与VDOSC的矩形出口孔相匹配。这种波导和喇叭布置可以用在线性阵列中，以形成大的柱面波源。这
种设计旨在为大的区域提供声音。已经发现，利用这些设计，扬声器出口上的声压发生变化，在某些频率下，波导内会形成驻波，并且总的声音保真度令人失望，特别是在低频下。
[0013]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设计波导的方法，所述波导用于将声波沿着波传播路径通过所述波导从波导入口传送到波导出口，所述波导提供在声波沿着所述波传播路径行进时限制声波的边界，并且被配置成将一维中的波的大小限制在小于高频声波的波长的距离，所述方法包括以下步骤：（1）根据预定的外展和波导输入阻抗，限定所述波导入口处和所述波导出口处的边界形状，以及限定所述波导入口和波导出口之间的距离和相对取向；（2）限定用以将所述波导入口连接到所述波导出口的概念上的波导形状，使得所述波导传播路径的边界形状和/或方向的任何变化沿着所述波导传播路径是渐进的；（3）从所述波导的概念上的形状导出沿着所述波导传播路径延伸并在平行于所述一维的方向上划分波导的理论设计表面；（4）沿着通过所述波导的波传播路径限定一系列三个或更多个间隔的点；（5）在所述一系列点中的每个点处导出均匀波阵面表面及其在所述波导内的形状；（6）垂直于设计表面，使每对相继的间隔的点之间的设计表面的形状变形一段距离，使得在两个间隔的点处导出的波阵面表面之间的传播距离基本恒定；（7）通过使变形的设计表面偏移小于所述间隔的点处的波长的所述距离来在平行于所述一个维度的方向上调整所述概念上的波导形状，以及（8）计算所述间隔的点中的每个点处的导出的波阵面表面的外展，并在平行于所述一维的方向上调整局部边界尺寸，使得相继的所导出的波阵面表面的外展适合于预定的声负载，以及（i）所述导出的波阵面表面的外展在整个所述导出的波阵面表面上是恒定的，抑或（ii）所述外展在所述导出的波阵面表面上平滑且逐渐地变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波导入口处和所述波导出口处的边界形状是参照所期望的波形来限定的。3.根据权利要求1或2的方法，对于具有用以限制波在所述一维中扩展的主表面和限制波在第二维中扩展的次级表面的波导，其中，所述方法包括通过假设如下内容来导出所述均匀波阵面表面的形状：i． 每个波阵面都具有恒定的外展，和ii．...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：GP声学国际有限公司，
类型：发明
国别省市：