聲波導及包括該波導的電聲系統的製作方法

2023-05-07 06:40:36

專利名稱：聲波導及包括該波導的電聲系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及聲學擴散的技術領域，具體涉及如第一權利要求的前 序部分所限定的聲波導。
背景技術：
在聲學擴散的領域中，尤其是在專業使用中，已知使用耦合到各 個聲源的聲波導，並且已知使用設有合適裝置以修正在該波導內傳播 的聲輻射的波前(wavefront)的聲波導。
例如，已知這樣的聲波導，其接收由具有圓形波前的平面波組成 的聲輻射輸入，輸出由具有通常為矩形的波前的平面波形成的聲輻射。 這樣的波導例如由歐洲專利申請EP 0 331 566進行了描述。
這些聲波導通常用於聲學擴散系統中，也就是所謂的"線性陣列"， 其中，設有這樣的聲波導的電聲擴散器垂直地互相堆疊，以便形成線 性一般相干源，從而通過將聲學能量輻射集中於垂直平面的適當約束 的部分中，來減少在垂直平面中輻射的聲學能量的分散。實際上，由 "線性陣列"擴散系統輸出的發射輻射可以被比作相干圓柱波。
EP 0 331 566所公開的具體聲波導通常由三個不同的元件形成，其 中的兩個關於垂直平面對稱。這樣的對稱元件，當耦合到一起時，限 定了用於聲波的內部傳播區域或導向管。在導向管內，容納了第三元 件，提供該第三元件以便將輸入球形波前轉換為矩形輸出波前。
兩個對稱的元件和第三元件被設計為使得導向管內的最小聲學路 徑一致(即，具有基本相等的長度)。第三元件的一般形狀為扁平的菱形或圓錐形，必須準確且精確地固定在導向管內，這使得聲波導的 構造不太容易。
另一種類型的聲波導包括用於變換聲輻射的波前的內部裝置，該
聲波導在美國專利申請No. 2003/0188920中進行了描述。特別地，在 該文檔中，公開了一種聲波導，其設有內部聲學透鏡，用於變換在波 導內傳播的聲輻射的波前。更具體地，聲學透鏡是由具有相對較小厚 度的多個橫向板即薄板形成的，其可以將傳播區域劃分為多個聲學路 徑，所有路徑都具有近似相同的長度。如果這樣的橫向板是通過例如 使用金屬材料沿著聲波導的剩餘部分模製而成的，則該製造過程包含 了由於該板的相對較小的厚度而造成的缺陷。

發明內容
本發明的目標是提供一種聲波導，其表示以上所述現有技術聲波 導的替代品，同時允許利用特別簡單和經濟的過程來製造。
該目標可以利用如所附權利要求1大體限定的聲波導而實現。根 據本發明的聲波導的有利實施例被限定在所附的從屬權利要求中。


通過參考而並非限定本發明的聲波導的例子，根據本發明的聲波 導的進一步的特徵和優點從下面的描述將變得很明顯，其中
圖1示出根據本發明特定優選實施例的聲波導的透視斜視圖2示出根據圖1的聲波導的垂直截面圖3更具體地示出圖2中所示的截面的一部分；
圖4示出表示圖1的聲波導上的實驗測量結果的圖；以及
圖5示出包括兩個圖1中所示類型的聲波導的電聲系統。
在附圖中，相同或相似的元件具有相同的參考數字。
具體實施例方式
參看附圖，尤其是參看圖1和2，通常，將根據本發明特定優選 實施例的聲波導示出為1。優選地，但非限定性地，這樣的波導被用在 聲學擴散系統中，也就是所謂的"線性陣列"，且該波導的頻率特性 具有約lkHz的下限截止頻率。
聲波導1具有內空主體2，提供有進口開口 3或進口，以及出口 開口4或出口。進口開口 3允許將聲進入輻射耦合進到聲波導中。在 特定優選實施例中，進口開口 3通常是圓形的開口，藉助於在所示例 子中的圓形的凸緣，該進口開口 3可以優選地以可移除的方式操作連 接到聲源(未示出)。例如，藉助於凸緣6，例如，藉助於螺絲釘，使 用在凸緣6中提供的相應孔7，可以將壓縮驅動器操作連接到進口開口 3。在特定優選實施例中，進口開口 3是具有約25mm的直徑的圓形開 □。
出口開口 4，在技術部分中也稱為"出口"，允許耦合進所述波 導中的聲輻射擴散到聲波導2之外。所述出口開口 4的Y軸通常限定 了聲輻射離開聲波導1的傳播方向。
在特別有利的實施例中，所述出口開口 4具有通常為矩形的形狀， 或者類似"槽"的形狀，並具有兩個垂直主側4a、 4c和兩個水平輔側 4b、 4d。優選地，主側4a和4c具有的尺寸是輔側4b、 4d尺寸的至少 三倍。更優選地，主側4a、 4c比輔側4b、 4d長至少四倍。
在示出的特定例子中，前板8環繞出口開口4，該前板8允許聲 波導被固定到面板上，或者更優選地，被固定到通常稱為"喇叭口" 的終端喇叭部分。如己知的，喇叭口的功能是影響聲波導1的水平方 向性。
在特別有利的實施例中，如附圖中所示，主垂直側4a、 4c通常幾
乎沿著前板8的整個垂直擴展而延伸。作為所示聲波導1的一個合適
的例子，板8的高度約為110.6 mm，出口開口 4的主側4a為ca. 102 mm 長，並且出口開口 4的輔側4b為ca.25mm長(注意，相對於主側4a 的比率為1:4)。
中空主體2在進口開口 3和出口開口 4之間限定了擴口聲導管9， 其可以向出口開口 4傳播通過開口 3接收到的聲輻射。這個聲導管9 在圖2中示出，其中，以沿著包含圖1的Y軸的垂直面的截面來示出 圖1的聲波導1。
在圖中所示的特定優選實施例中，該擴口聲導管9最初具有圓形 截面，該圓形界面逐漸地變為矩形。優選地，該擴口聲導管9用於借 助於兩個相對的壁(圖1中，只示出了壁11)將圓形進口開口 3接合 到出口開口 4的主側4a、 4c，其中兩個相對的壁通常互相平行且優選 地接近進口開口3，略微向聲導管9內部彎曲，以便提供輕微的阻塞。 而且，擴口聲導管9用於藉助於兩個互相傾斜的壁12、 13將進口開口 3接合到出口開口 4的輔側，其中這兩個互相傾斜的壁12、 13在與開 口3相對的擴口區域之後，通常變得垂直於相對的平行壁11，相反壁 11被接合到出口開口 4的主側4a和4c。
如圖2所示，聲導管9內的聲波導1包括多個不連續元件， L,，..丄w，其可能干擾在聲導管9內傳播的聲輻射。有利地，如圖2所 示，多個聲學不連續元件..丄w包括間隔開的管腳5的陣列，其相對 於聲導管9橫向地布置。
在本說明書中，短語"聲學不連續元件"包括具有物理特徵(形 狀、尺寸、材料)的物體，這些物理特徵允許該物體在被聲導管9內 傳播的聲波撞到時修改所述聲波的傳播路徑。
在特定優選實施例中，管腳5被分布在管腳的行Li，…Ln中。例 如，在圖2中，可以注意到，管腳5沿著N行(本例中N二7)布置， 其中第一行L,包括九個管腳，第N行Ln (其是"退化"行)只包括一 個管腳。更優選地，管腳5的L,，..丄w行彼此平行。
在圖2的特定優選實施例中，從進口開口 3向出口開口 4看去， 管腳行L,,..丄n包括數目增加的管腳5。
圖3示出根據不同觀察方向的圖2中所示的截面的一部分，用來 更清楚地示出管腳5在行L,，..丄n中的排列的特定優選但非限定性的 示例。如該示例所示，屬於一行(例如行L2)的管腳5相對於鄰近行 的管腳5 (例如，相對於鄰近行L2的行L3和Li的管腳)偏移。更優選 地，屬於一行(例如L2)的管腳5相對於鄰近行(例如，相對於鄰近 於行L2的行L3和L,)的管腳5而交錯。而且，有利地，在行L，，..丄n 中，行中的管腳5沿著所述行的軸的部分的尺寸Ap基本上等於鄰近管 腳行的管腳之間的最小距離。
在有利的實施例中，管腳5具有由在兩個頂點處相交的兩個弧形 成的外輪廓。優選地，這樣的管腳具有基本上為"杏仁"形狀的橫截 面。
管腳可以具有不同類型的形狀例如，管腳可以具有圓形、橢圓 形或菱形的截面。
管腳5的排列可以被設計為使得管腳的陣列L,，..丄w限定在聲導 管內部、在進口開口 3和出口開口 4之間的基本上相同長度的多個聲 學路徑。
要注意的是，由於由相同管腳提供的聲學不連續性的存在，其中 布置有管腳陣列L,，..丄n的聲導管9的區域可能接近於其中聲波傳播 速度小於在聲導管的其他部分中的該聲波的傳播速度的聲導管9的區
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域。優選地，這些速度之比在1.1到1.4之間。更優選地，在聲導管的 剩餘部分中的聲波傳播速度比陣列Lh ..丄N所佔據的聲導管的部分中
的傳播速度快ca. 1.13倍。
實驗測量結果證明，上述類型的管腳陣列可以在聲導管內限定聲 學透鏡，尤其是能夠將進入的球形聲波波前(諸如由壓縮驅動器作為 聲輻射的輸出)變換成基本上平面或圓柱形的波前的聲學透鏡。在任 何一種情況下，可以根據特定需要而提供形成聲學透鏡的管腳排列， 其使得在聲導管9內傳播的波前以不同於前面所述的特定類型的方式 進行變換。
參考圖1和2，在特別有利的實施例中，聲波導(1)的主體(2) 可以由兩個通常為貝殼狀的部分形成，這兩個部分基本上相同並且彼 此連接。例如，這兩個部分中的每一個基本上對應於圖2的聲波導1 的截面。在這種情況下，管腳5的每一個都可以由連接到所述部分之 一的第一管腳子部件和連接到所述部分的另一個的第二管腳子部件形 成。
這兩個部分例如可以使用諸如輕型鋁合金的金屬材料使用模製而 形成。可選擇地，所述部分是由模製塑料材料製成的。兩個部分隨後 可以通過例如使用固定裝置而接合，或者可以被焊接或粘合在一起。 關於聲波導的功能性，如果如上所述，每一個管腳都由兩個管腳子部 件形成的話，甚至可能容忍在兩個管腳子部件之間的小縫隙，以避免 對於用於製造這兩個部分的非常精確的模製過程的需要。
實驗測試顯示出，從功能的觀點來看，根據本發明的聲波導提供 了上述現有技術波導的有效替代方案，同時只需要非常簡單和經濟的 製造過程，諸如對兩個基本上相同的部件的模製及其後續的粘合。
圖4示出了關於實驗測量結果的圖，該實驗測量結果是在到達均
勻分布在聲波導1的出口開口 4前面以及近場區域的八個不同點的聲 波之間的最大相位之差(縱坐標，單位為度)，作為頻率(橫坐標，
單位為Hz)的函數。這樣的測量結果表示由聲波導1輸出的波前的距 離平面性條件的偏差。從圖4的曲線可以推知， 一直到15kHz，有可 能獲得低於90。的最大相位差。還要注意，將最大相位約束在90。以 下的條件表示在線性陣列系統中使用聲波導的要求之一。
最後，圖5示出了電聲系統30的例子，包括 -根據本發明的兩個聲波導1， -操作連接到各個聲波導1的兩個壓縮驅動器31; -固定在聲波導1的前側的喇叭口 32。
電聲系統30可以例如設有諧振箱，以便形成電聲擴散器(可能包 括不同類型的附加喇叭)，用於線性陣列類型的擴散系統中。
為了滿足偶然和特定的需要，本領域技術人員可以顯然地引入對 上述聲波導的各種修改和變化，其中，這些修改和變化都被包括在所 附權利要求所限定的保護範圍中。
權利要求
1.一種聲波導(1)，包括內空的主體(2)，提供有用於進入聲輻射的開口(3)和用於擴散所述輻射到所述波導(1)之外的出口開口(4)，所述主體(2)限定擴口聲導管(9)，用於在所述進口開口(3)和所述出口開口(4)之間傳播所述聲輻射，多個聲學不連續元件(L1，...，LN)，提供在所述進口開口(3)和所述出口開口(4)之間的所述聲導管(9)內，使得與在所述聲導管(9)內傳播的所述聲輻射發生幹擾，其特徵在於所述多個聲學不連續元件包括橫貫所述聲導管(9)的間隔開的管腳(5)的陣列。
2. 根據權利要求1所述的聲波導(1)，其中，所述陣列包括沿 著管腳的行(Llv..，LN)分布的管腳(5)。
3. 根據權利要求2所述的聲波導(1)，其中，所述管腳的行 (L!，…,Ln)互相平行。
4. 根據權利要求2或3所述的聲波導(1)，其中，從所述進口 開口 (3)朝所述出口開口 (4)，所述管腳的行(L1;...，LN)的管腳(5)的數目在增加。
5. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，在 所述管腳的行(L,，...,Ln)中，屬於一行的管腳(5)相對於屬於鄰近 行的管腳(5)偏移。
6. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，在 所述管腳的行(L,，...,Ln)中，屬於一行的管腳(5)相對於屬於鄰近行的管腳(5)交錯。
7. 根據權利要求6所述的聲波導(1)，其中，行中管腳沿著所 述行的軸的部分的尺寸(Ap)基本上對應於在鄰近行的管腳之間的最小距離(Ap)。
8. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，所 述管腳(5)具有由在兩個頂點處相交的兩個弧所形成的外輪廓。
9. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，所 述管腳(5)具有基本上為杏仁形狀的橫截面。
10. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1),其中，在 所述聲導管(9)內的管腳的所述陣列在所述進口開口 (3)和所述出 口開口 (4)之間限定了具有基本上相等長度的多個聲學路徑。
11. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，裡 面布置有所述陣列的所述聲導管(9)的區域可能接近於這樣的導管區 域在所述區域中的聲波傳播速度小於在所述聲導管的剩餘部分中的 所述聲波的傳播速度。
12. 根據權利要求11所述的聲波導(1)，其中，在所述聲導管 的所述剩餘部分中的聲波的傳播速度與在裡面布置有所述陣列的所述 區域中的所述聲波的傳播速度之間的比率在1.1到1.4之間。
13. 根據權利要求12所述的聲波導，其中，所述比率約為1.13。
14. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，所 述管腳的陣列在所述聲導管內限定聲學透鏡。
15. 根據權利要求14所述的聲波導(1)，其中，所述聲學透鏡 將進入聲輻射的球形波前變換成基本上平面的或圓柱形的波前。
16. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，所 述主體由兩個互相連接且基本上相同的貝殼形部分形成。
17. 根據權利要求16所述的聲波導(1)，其中，管腳(5)的每一個都由連接到所述部分之一的管腳子部件和連接到所述部分的另一 個的第二管腳子部件形成。
18. 根據前面權利要求中任意一項所述的聲波導(1)，其中，所 述出口開口 (4)是矩形開口，包括兩個輔側(4b、 4d)和兩個主側(4a、 4c)，並且其中，所述管腳(5)垂直於所述主側(4a、 4c)。
19. 根據權利要求18所述的聲波導，其中，所述主體(2)包括 兩個內部相對的壁(11)，其分別在所述出口開口 (4)附近，基本上 平坦且平行，並且被連接到所述主側(4a、 4c)，而且其中，所述管腳 在所述內部相對的壁之間延伸且連接到所述內部相對的壁。
20. 包括電聲換能器的電聲系統，其特徵在於，其包括根據前面 權利要求中任何一項所述的聲波導(1)，所述聲波導(1)具有操作 連接到所述電聲換能器的所述進口開口 (3)。
21. "線性陣列"型聲學擴散系統，包括多個聲波導(1)，所述 多個聲波導(1)垂直排列且根據權利要求1 19中任意一項而形成。
22. —種根據前面權利要求1~19中任意一項所述的聲波導(1) 在"線性陣列"型聲學擴散系統中的使用。
全文摘要
本發明公開一種聲波導及包括該波導的電聲系統。聲波導(1)包括內空的主體(2)，提供有用於進入聲輻射的開口(3)和用於擴散所述輻射到所述波導(1)之外的出口開口(4)，所述主體(2)限定擴口聲導管(9)，用於在進口開口(3)和出口開口(4)之間傳播所述聲輻射；多個聲學不連續元件(L1，…，LN)，提供在進口開口(3)和出口開口(4)之間的聲導管(9)內，以致於與在聲導管(9)內傳播的所述聲輻射發生幹擾；其特徵在於所述多個聲學不連續元件包括橫貫聲導管(9)的間隔開的管腳(5)的陣列。
文檔編號G10K11/00GK101192403SQ200710196619
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月29日 優先權日2006年11月30日
發明者羅伯託·馬加洛蒂 申請人:B&C揚聲器股份公司