被动定向声辐射.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200980114910.X

申请日:

2009.04.07

公开号:

CN102017654A

公开日:

2011.04.13

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04R 1/32申请日:20090407|||公开

IPC分类号:

H04R1/32; H04R1/28

主分类号:

H04R1/32

申请人:

伯斯有限公司

发明人:

C·B·伊克勒; J·简科维斯基; E·S·乔汉森; R·萨夫兰

地址:

美国马萨诸塞州

优先权:

2008.05.02 US 12/114,261

专利代理机构:

北京市金杜律师事务所 11256

代理人:

王茂华

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内容摘要

一种声学装置,所述装置包括声学驱动器,其与管道声学地耦合用以向所述管道中辐射声能。所述管道包括沿所述管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境之中。所述辐射以体积速度为特征。所述管道和所述开口被配置使得所述体积速度沿所述管道的长度基本上恒定。

权利要求书

1: 一种声学装置,包括 : 声学驱动器,与管道声学地耦合,用以向所述管道中辐射声能, 所述管道包括沿所述管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环 境之中,所述辐射以体积速度为特征,所述管道和所述开口被配置使得所述体积速度沿 所述管道的长度基本上恒定。
2: 根据权利要求 1 的声学装置,其中所述管道被配置使得沿所述管道的压力基本上恒 定。
3: 根据权利要求 1 的声学装置,还包括在所述开口中的声阻材料。
4: 根据权利要求 3 的声学装置,其中所述声阻材料的阻值沿所述管道的长度改变。
5: 根据权利要求 1 的声学装置,其中所述开口的宽度沿所述管道的长度改变。
6: 根据权利要求 5 的声学装置,其中所述开口是椭圆形的。
7: 根据权利要求 1 或权利要求 2 的声学装置,其中所述管道的横截面面积沿所述管道 的长度改变。
8: 根据权利要求 1 的声学装置,其中所述管道是弯折或弯曲的中的至少一种。
9: 根据权利要求 8 的声学装置,其中所述开口是沿其长度弯折或弯曲的中的至少一 种。
10: 根据权利要求 8 的声学装置,其中所述开口在为弯折或弯曲的中的至少一种的表 面之中。
11: 根据权利要求 1 或权利要求 7 的声学装置,所述开口位于以相对于所述声学驱动 器的轴的非零、非垂直角度与所述声学驱动器的轴相交的平面之中。
12: 根据权利要求 11 的声学装置,所述开口符合于通过以相对于所述轴的非零、非垂 直角度切割所述管道而形成的开口。
13: 根据权利要求 1 或权利要求 3 的声学装置,所述管道和所述开口被配置和确定尺 寸,以使基本上所有的由所述声学驱动器所辐射的声能都在所述声能到达所述管道的末 端之前辐射通过所述开口。
14: 一种操作扬声器设备的方法,包括 : 向管道中辐射声能 ;以及 以基本上恒定的体积速度,通过所述管道中的细长开口,从所述管道辐射声能。
15: 根据权利要求 14 的操作扬声器设备的方法,其中自所述管道的辐射包括辐射声能 以使沿所述开口的压力基本上恒定。
16: 根据权利要求 14 的操作扬声器设备的方法,还包括通过声阻材料,从所述管道通 过所述开口辐射声能。
17: 根据权利要求 14 的操作扬声器设备的方法,还包括向管道中辐射声能,所述管道 的横截面面积沿所述管道的长度改变。
18: 一种声学装置,包括 : 声学驱动器,与管道声学地耦合,用以向所述管道中辐射声能, 所述管道包括沿所述管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过所述细长开口 被辐射到环境之中,所述开口位于以相对于所述声学驱动器的轴的非零、非垂直角度与 所述声学驱动器的轴相交的平面之中。 2
19: 根据权利要求 18 的声学装置,还包括在所述开口中的声阻材料。
20: 一种声学装置,包括 : 声学驱动器,与管道声学地耦合,用以向所述管道中辐射声能 ;以及 在所述管道中的所有开口之中的声阻材料,以使所有从所述管道辐射到环境中的声 能都从所述管道通过声阻开口离开所述管道。

说明书


被动定向声辐射

    【技术领域】
     本说明书涉及具有被动地控制的定向辐射的扬声器。背景技术 图 1 所示的是 Holland 和 Fahy 的,“A Low-Cost End-Fire Acoustic Radiator”, 在 J.Audio Engineering Soc.Vol.39, No.7/8,1991 年 7/8 月中的图 4 所提出的现有技术端 射声学管道辐射器。 端射管道辐射器包括具有孔洞 12 的阵列的 pvc 管道 16。 如果 “声 波沿管道传播,那么每个孔洞都会充当独立的声源。 因为来自每个孔洞的输出都由于声 音沿管道的传播而被延迟大约 l/c0( 其中 l 是孔洞之间的距离,而 c0 是声速 ),所以由此产 生的阵列将会在波的传播方向上播送声音。 这种类型的辐射器实际上是用于广播和监视 的 ‘枪式’ 或 ‘强指向性’ 传声器的逆向装置。” ( 第 540 页 )
     “从数学模型中对指向性做出的预测指出,辐射器在管道的终端阻抗被设置为 特征阻抗 ρ0c0/S[ 其中 ρ0 是空气密度, c0 是声速,而 S 是管道的横截面面积 ] 时,具有
     最佳的性能。 这是假设管道在最后一个孔洞之外具有无限长度时将会存在的情况。 如果 以任何方式使得 Z0[ 终端阻抗 ] 明显不同于 ρ0c0/S,那么与辐射器主要在正向上辐射声音 不同,反射波,阻抗间断性的结果,将会导致声音同时也向后辐射 ( ‘反向’ 辐射量取 决于 Z0 与 ρ0c0/S 之间究竟存在多大的差异。 )” ( 第 543 页 )
     “两种最简单形式的管道终端,亦即开放式和封闭式,两者都具有非常不同于 ρ0c0/S 的阻抗,并因此不适合于这种系统。 ...[ 使用末端封闭式辐射器的改善的结果 ] 是 通过插入在一端拥有尖端而在另一端拥有大约两倍于管道直径的直径的开孔塑料泡沫楔 而实现的。 整个楔就简单地被推进管道的末端之中” ( 第 543 页 )
     “枪式传声器的优良示例在较宽的频率范围上实现了比所述孔洞系统更加均匀 的结果。 这是通过以流阻材料覆盖孔洞,或者有时覆盖狭缝,而实现的。 这样的效应与 [ 在文章的其他地方 ] 对于孔洞的粘性流阻所描述的效应相类似,并且其使得系统能够在 较低频率上具有较好的性能。 这种形式的处理所伴随的问题是,系统的灵敏度将会在较 高频率上受损” ( 第 550 页 )。 发明内容
     在一方面,声学装置包括声学驱动器,其与管道声学地耦合,用以向管道中辐 射声能。 管道包括沿管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境之 中。 辐射以体积速度为特征。 管道和开口被配置使得体积速度沿管道的长度基本上恒 定。 管道可被配置使得沿管道的压力基本上恒定。 横截面面积可随离声学驱动器的距离 而减小。 所述设备还可以在开口中包括声阻材料。 声阻材料的阻值可沿管道的长度改 变。 声阻材料可以是金属丝网。 声阻材料可以是烧结塑料。 声阻材料可以是织物。 管 道和开口可被配置和确定尺寸并且声阻材料的阻值可被选定,以使基本上所有的由声学 驱动器所辐射的声能都在声能到达管道的末端之前被辐射通过开口。 开口的宽度可沿管道的长度改变。 开口可以是椭圆形的。 管道的横截面面积可沿管道的长度改变。 开口 可以位于以相对于声学驱动器的轴的非零、非垂直角度与管道相交的平面之中。 管道可 以是弯折或弯曲的中的至少一种。 开口可以是沿其长度弯折或弯曲的中的至少一种。 开 口可以在为弯折或弯曲的中的至少一种的表面之中。 开口可以位于以相对于声学驱动器 的轴的非零、非垂直角度与声学驱动器的轴相交的平面之中。 开口可以符合于通过以相 对于所述轴的非零、非垂直角度切割管道而形成的开口。 管道和开口可被配置和确定尺 寸,以使基本上所有的由声学驱动器所辐射的声能都在声能到达管道的末端之前被辐射 通过开口。 声学驱动器可具有与管道声学地耦合的第一辐射面,并且声学驱动器可具有 与声学设备耦合的第二辐射面,用以向环境中辐射声能。 声学设备可以是第二管道,其 包括沿第二管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境之中。 辐射 能够以体积速度为特征。 管道和开口可被配置使得体积速度沿管道的长度基本上恒定。 声学设备可以包括用以降低来自声学围封的高频辐射的结构。 高频辐射降低结构可以包 括吸音材料。 高频辐射降低结构可以包括配置用以充当低通滤波器的端口。
     在另一方面,用于操作扬声器设备的方法包括向管道中辐射声能,并且以基本 上不变的体积速度,通过管道中的细长开口,从管道辐射声能。 从管道辐射声能可以包 括辐射声能以使沿开口的压力基本上恒定。 所述方法还可以包括通过声阻材料,从管道 通过开口辐射声能。 声阻材料的阻值可沿管道的长度改变。 所述方法可以包括通过金属 丝网从管道辐射声能。 所述方法可以包括通过烧结塑料片材从管道辐射声能。 所述方 法可以包括通过其宽度沿管道的长度改变的开口,从管道辐射声能。 所述方法可以包括 通过椭圆形开口从管道辐射声能。 所述方法可以包括向其横截面面积沿管道的长度改变 的管道中辐射声能。 所述方法可以包括向为弯折或弯曲的中的至少一种的管道中辐射声 能。 所述方法还可以包括通过为沿其长度弯折或弯曲的中的至少一种的开口,从管道辐 射声能。 所述方法还可以包括通过位于管道的为弯折或弯曲的中的至少一种的表面之中 的开口,从管道辐射声能。 所述方法还可以包括通过位于以非零、非垂直角度与声学驱 动器的轴相交的平面中的开口,从管道辐射声能。 所述方法还可以包括通过与以相对于 所述轴的非零、非垂直角度切割管道所形成的开口相符合的开口,从管道辐射声能。 所 述方法还可以包括在声能到达管道的末端之前从管道辐射基本上所有的能量。
     在又一方面,声学装置包括声学驱动器,其与管道声学地耦合,用以向管道中 辐射声能。 管道包括沿管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境 之中。 开口位于以相对于声学驱动器的轴的非零、非垂直角度与声学驱动器的轴相交的 平面之中。 所述装置还可以在开口中包括声阻材料。
     在另一方面,声学装置包括 :声学驱动器,其与管道声学地耦合,用以向管道 中辐射声能 ;以及在管道中的所有开口之中的声阻材料,以使从管道辐射到环境中的所 有声能都从管道通过声阻开口离开管道。
     其他特征、目的,以及优点将在联系以下附图阅读以下详细描述的过程中显现 出来。 在附图中 : 附图说明
     图 1 是现有技术端射声学管道辐射器 ;图 2A 和图 2B 是极坐标图 ; 图 3 是由现有技术文件所提出的定向扬声器组件 ; 图 4A- 图 4E 是定向扬声器组件的图示 ; 图 5A- 图 5G 是定向扬声器组件的图示 ; 图 6A- 图 6C 是用于定向扬声器组件的管道的等距视图 ; 图 6D 和图 6E 是定向扬声器组件的图示 ; 图 6F 和图 6G 是用于定向扬声器组件的管道的等距视图 ; 图 7A 和图 7B 是定向扬声器组件的图示 ; 图 8A 和图 8B 是定向扬声器组件的图示 ;以及 图 9 是定向扬声器组件的图示,其示例说明声波的传播方向以及定向扬声器的定向性。 具体实施方式
     尽管附图的几种视图的元件可在框图中示为或描述为分立元件,并且可被称为 “电路”,但除非另有说明,所述元件可以实施为模拟电路、数字电路,或者一个或多 个执行软件指令的微处理器中的一个,或者实施为其组合。 软件指令可以包括数字信号 处理 (DSP) 指令。 除非另有说明,信号线可以实施为离散模拟或数字信号线、具有适当 的信号处理功能用以处理分散音频信号流的单一离散数字信号线,或者无线通讯系统的 元件。 一些处理操作可以从系数的计算与应用的方面来表示。 计算与应用系数的等效操 作可以由其他模拟或数字信号处理技术来执行,并且包括在本专利申请的范围之内。 除 非另有说明,音频信号或视频信号或者两者都可以用数字或模拟形式进行编码和发送 ; 常规数模或模数转换器可能未在图中示出。 为措辞的简单起见, “在 x 信道中辐射与音 频信号相对应的声能” 将会被称为 “辐射信道 x”。 声学驱动器的轴是在声学驱动器的 振动方向上的直线。
     本文中所使用的 “定向扬声器” 和 “定向扬声器组件” 指的是在一些方向上比 在其他方向上辐射出更多的相对于辐射面的直径较大 ( 例如为该直径的 2 倍 ) 的波长的 声能的扬声器。 定向扬声器的辐射图案通常显示为极坐标图 ( 或者,常常为一组在若干 频率上的极坐标图 )。 图 2A 和图 2B 是极坐标图的示例。 定向特征可以从最大辐射的 方向以及定向度方面来描述。 在图 2A 和图 2B 的示例中,最大辐射的方向由箭头 102 所 表示。 定向度往往以在其上辐射振幅在距最大辐射方向上的辐射振幅的某些值之内,比 如 -6dB 或 -10dB 之内的角度的相对大小为单位来进行描述。 例如,图 2A 的角度 大于 图 2B 的角度 因此图 2A 的极坐标图指示出具有比由图 2B 的极坐标图所描述的定向扬 声器低的定向性的定向扬声器,而图 2B 的极坐标图则指示出具有比由图 2A 的极坐标图 所描述的定向扬声器高的定向性的定向扬声器。 另外,扬声器的定向性趋向于随频率而 改变。 例如,如果图 2A 和图 2B 的极坐标图代表同一扬声器在不同频率上的极坐标图, 那么扬声器被描述为在图 2B 的频率上比在图 2A 的频率上具有更高的定向性。
     参考图 3,在 Holland 和 Fahy 的文章的第 6.4 章节中作为进一步研究的一种可能 性而提出的定向扬声器组件 10 包括管道 16,其具有在管道中纵向延伸的狭缝或纵向开口 18。 声能由声学驱动器辐射到管道之中,并且随着其沿管道的长度前进而通过声阻材料20 离开管道。 由于管道的横截面面积是恒定的,压力随着离声学驱动器的距离而降低。 压力降低造成通过网屏的体积速度 u 随着沿管道离声学驱动器的距离而减小。 体积速度 的减小造成扬声器系统的定向特征中的不良变化。
     在管道的末端 19 存在阻抗失配,这是由于管道被反射性壁所终止或者由于管道 的内部与自由空气之间的阻抗失配而造成的。 管道终端的阻抗失配可造成反射,并因此 在管道中形成驻波。 驻波可导致波导系统的不规则频率响应以及不良的辐射图案。 驻波 可被管道中的泡沫楔 13 所衰减。 所述楔吸收声能,因此声能既不会反射也不会辐射到环 境中。
     图 4A- 图 4E 示出定向扬声器组件 10。 声学驱动器 14 与圆形 ( 或者一些其他封 闭分段 ) 管道 16 声学地耦合。 为了解释的目的,声学驱动器 14 背向管道的一侧被示为 暴露在外。 在随后的图中的实际实施中,声学驱动器 14 背向管道的一侧被封闭起来,以 使声学驱动器只向管道 16 中辐射。 在管道中存在由管道与朝向相对于声学驱动器的轴 30 的非零、非垂直角度 Θ 的平面的交叉所描述的纵向开口 18。 在实际的实施中,可以通过 使用平面锯片以一定角度切割管道来形成开口。 在纵向开口 18 中放置了声阻材料 20。 在图 4D 和图 4E 中,在所述平面与管道的交叉处存在有平面壁,并且在平面壁中存在有 纵向开口 18。 纵向开口 18 覆盖了声阻材料 20。 在工作中,纵向开口 18 与声阻材料 20 的组合充当了被较小距离所分隔的大量声 源,并且在相对于纵向开口 18 的平面的角度 Φ 上产生由箭头 24 所指示的具有高辐射方 向的定向辐射图案。 角度 Φ 可以凭经验或者通过建模来确定,而这将在下文中进行讨 论。
     如在图 3 的波导组件中那样,声能由声学驱动器辐射到管道之中,并且随着其 沿管道的长度前进而通过声阻材料 20 从管道辐射出去。 然而,由于管道的横截面面积会 减小,压力沿管道的长度比图 3 的定向扬声器更加恒定。 更加恒定的压力产生沿管道和 通过网屏的更加均匀的体积速度,并且因此产生更可预测的定向特征。 狭缝的宽度可以 像图 4E 中那样改变,以提供沿管道的长度的更为恒定的压力,这产生沿管道的长度的更 为均匀的体积速度。
     辐射到管道中的声能通过声阻材料离开管道,因而在管道的末端 19,只有很少 的声能存在于管道之中。 另外,在管道的末端没有反射面。 这些条件的一个结果是,可 能形成的驻波的振幅低。 较低振幅的驻波的结果是,扬声器系统的频率响应比支持驻波 的扬声器系统的频率响应更为规则。 另外,驻波会影响辐射的定向性,因此对指向性的 控制得到了改善。
     较低振幅的驻波的一个结果是,管道的几何形状,特别是长度,比在支持驻波 的扬声器系统中受到更少的限制。 例如,管道从声学驱动器 14 到狭缝 18 的起始端的区 段的长度 34 可以是任何方便的尺寸。
     在一种实施中,管道 16 是标称直径为 2.54cm(1 英寸 ) 的 pvc 管道。 声学驱动器 是常规 2.54cm(1 英寸 ) 球顶高音扬声器。 角度 Θ 大约为 10 度。 声阻材料 20 是 65x552 线 /cm(165x1400 线 / 英寸 ) 的金属丝网 Dutch 斜纹织物。 其他合适的材料包括织造织物 和非织造织物、毡制品、纸张,以及烧结塑料片材,例如可从网址为 www.porex.com 的 Porex Corporation 处购得的 Porex 多孔塑料。
     图 5A- 图 5E 示出了另一扬声器组件,其除了管道 16 具有矩形横截面以外,与 图 4A- 图 4E 的扬声器组件相类似。 在图 5A- 图 5E 的实施中,狭缝 18 位于波导与定向 在相对于声学驱动器的轴 30 的非零、非垂直角度 Θ 的平面的交叉部分中。 在图 5A 和图 5C 的实施中,纵向开口是所述平面与管道的整个交叉部分。 在图 5D 的实施中,纵向开 口是所述平面与管道的交叉部分的细长矩形部分,以使管道顶部的一部分位于交叉平面 之中。 在图 5E 的实施中,纵向开口是非矩形的,在这种情况下是细长的梯形,以使纵向 开口的宽度随着离声学驱动器的距离而增加。
     由声学驱动器所辐射的声能随着其沿管道的长度前进,通过声阻材料 20 从管道 辐射出去。 然而,由于管道的横截面面积会减小,压力沿管道的长度比图 3 的定向扬声 器更加恒定。 改变管道的横截面面积是实现沿管道的长度的更为恒定的压力的一种方 式,其产生沿管道的更加均匀的体积速度,并且因此产生更可预测的定向特征。
     除了控制沿管道的压力以外,控制沿管道的体积速度的另一方法是要控制在沿 管道的点上离开管道的能量值。 控制在沿管道的点上离开管道的能量值的方法包括,改 变狭缝 18 的宽度并且为声阻材料 20 使用具有可变阻值的材料。 具有可变声阻值的材料 的示例包括具有可变大小开口的金属丝网,或者孔隙度或厚度可变的烧结塑料片材。 除了具有声阻材料 20 的狭缝 18 在平行于声学驱动器的轴 30 的壁中以外,图 5F 和图 5G 的扬声器组件类似于图 5A- 图 5E 的扬声器组件。 比如管道的壁 32 的壁不与声 学驱动器的轴 30 平行,以使管道的横截面面积在远离声学驱动器的方向上减小。 图 5F 和图 5G 的扬声器组件以类似于图 5A- 图 5E 的扬声器组件的方式工作。
     根据图 3A- 图 5G 的定向扬声器的一个特征是,其在较高的频率上 ( 也就是说, 在具有远短于狭缝 18 的长度的相应波长的频率上 ) 变得更加具有定向性。 在某些情况 下,定向扬声器在较高频率上可能变得具有高于期望的定向性。 图 6A- 图 6C 示出了管 道 16 的等距视图,所述管道用于在较高频率上具有比上述定向扬声器低的定向性的定向 扬声器。 在图 6A- 图 6G 中,参考标号标识出与在其他图示中具有类似参考标号的元件 相对应的元件。 使用了图 6A- 图 6C 以及图 6F- 图 6G 的管道的扬声器可以使用压缩式驱 动器。 在压缩式驱动器结构中所常见的某些元件,如相位插头等是存在的,但未在这一 视图中示出。 在图 6A- 图 6C 的管道中,狭缝 18 是弯折的。 在图 6A 的管道中,管道的 一个表面 56 的区段 52 是相对于在管道的同一表面中的另一区段 54 弯折的,并且狭缝 18 在表面 56 中,因此狭缝是弯折的。 在高频上,指向性的方向在基本上与狭缝 18 平行的 方向上。 由于狭缝 18 是弯折的,具有根据图 6A 的管道的定向扬声器在高频上的定向性 低于具有笔直狭缝的定向扬声器。 备选地,弯折的狭缝可以位于管道的基本上平坦的表 面 58 中。 在图 6B 的实施中,狭缝具有两个区段,18A 和 18B。 在图 6C 的实施中,狭 缝具有两个区段,一个区段在表面 56 中,而另一个区段在表面 58 中。
     弯折管道的一种备选形式是弯曲管道。 可以控制狭缝的长度和管道的弯曲度, 以使指向度在扬声器设备的整个工作范围上都基本上恒定。 图 6D 和图 6E 示出了具有两 个弯曲表面 60 和 62 以及两个平坦表面 64 和 66 的管道的扬声器组件的平面图。 狭缝 18 是弯曲的。 所述弯曲可以如图 6D 中所示的那样,通过将狭缝放置在平坦表面之中并将 狭缝弯曲为大体上遵循弯曲表面的曲率而形成。 备选地,弯曲可以如图 6E 中那样,通过 将狭缝放置在弯曲表面之中而形成,以使狭缝以和弯曲表面相同的方式弯曲。 最大辐射
     的方向如箭头所指示的那样连续地变化。 在高频上,如叠加箭头 50 所指示的那样,指向 性图案的定向性低于使用笔直管道时的情况,以使扬声器组件 10 在高频上具有期望的指 向度。 在较低频率上 ( 也就是说,在具有可比于或长于狭缝 18 的投影长度的相关波长的 频率上 ),指向度是由狭缝 18 的长度所控制的。 一般而言,使用较长的狭缝会在较低频 率上产生较大的指向性,而使用较短的狭缝会在较低频率上产生较小的指向性。 图 6F 和 图 6G 是具有两个弯曲表面 ( 示出了一个弯曲表面 60) 以及两个平坦表面 ( 示出了一个平 坦表面 64) 的管道的等距视图。 狭缝 18 是弯曲的。 所述弯曲可以如图所示的那样,通 过将狭缝放置在平坦表面 64 中并将狭缝弯曲为大体上遵循弯曲表面的曲率而形成。 备选 地,狭缝 16 可以放置在弯曲表面 60 中,或者所述狭缝可以类似于图 6C 的实施,具有一 个以上的区段,并且狭缝的一个区段在平坦表面中并且狭缝的一个区段在弯曲表面中。
     为实现期望的辐射图案,通过首先确定扬声器组件的工作频率范围 ( 一般而言 可对较窄的工作频率范围进行更多的控制 ) ;然后确定期望的指向性范围 ( 一般而言,对 于较窄的工作范围可以实现较窄的指向性范围 ) ;以及对参数建模用以使用模拟声波的 传播的有限元建模来得出期望的结果,可最容易地对管道的横截面面积、狭缝的宽度、 弯折量或者曲率,以及声阻材料的阻值做出改变。
     图 7A 和图 7B 示出了图 5F 和图 5G 的扬声器组件的另一实施。 扬声器系统 46 包括用于向环境辐射声能的第一声学设备,如第一扬声器组件 10A,以及用于向环境辐 射声能的第二声学设备,如第二扬声器组件 10B。 第一扬声器子组件 10A 包括图 5F 和 图 5G 的扬声器组件的元件,并且以类似于图 5F 和图 5G 的扬声器组件的方式工作。 管 道 16A、狭缝 18A、定向箭头 25A 以及声学驱动器 14 对应于图 5F 和图 5G 的管道 16、狭 缝 18、定向箭头 25,以及声学驱动器 14。 声学驱动器 14 被安装使得一个表面 36 向管道 16A 中辐射,并且使得第二表面 38 向包括具有狭缝 18B 的管道 16B 的第二扬声器子组件 10B 中辐射。 第二扬声器子组件 10B 包括图 5F 和图 5G 的扬声器组件的元件,并且以类 似于图 5F 和图 5G 的扬声器组件的方式工作。 第一扬声器子组件 10A 在箭头 25A 所指 示的方向上是定向性的,而第二扬声器子组件 10B 在箭头 25B 所指示的方向上是定向性 的。 狭缝 18A 和 18B 由挡板 40 所分隔。 如由相邻 “+” 的箭头 25A 和相邻 “-” 的 箭头 25B 所指示的那样,来自第一子组件 10A 的辐射与来自第二组件 10B 的辐射是异相 的。 因为来自第一子组件 10A 和第二子组件 10B 的辐射是异相的,辐射在 Y 轴和 Z 方向 上趋向于破坏性地结合,因此来自图 7A 和图 7B 的扬声器组件的辐射沿一个轴,在这一 示例中,沿 X 轴,是定向性的。 扬声器组件 46 可被安装在壁 48 中,并且具有在与所述 壁的平面基本上平行的水平方向上为定向性的辐射图案。 这样的设备在一个方向上显著 地比其它方向上更长的场合中是非常有利的。 示例可以是火车站台和地铁车站。 在适当 的情况下,扬声器可被安装使得其在垂直方向上具有定向性。
     图 8A- 图 8B 示出了又一扬声器组件。 图 8A- 图 8B 的实施包括第一声学设备 10A,其与图 7A- 图 7B 的子组件 10A 相类似。 图 8A- 图 8B 还包括第二声学设备 64A、 64B,其将声学驱动器 14 的第二表面 38 与环境相耦合。 第二声学设备 64A、64B 被配置 使得比高频声能更多的低频声能被辐射出来。 在图 8A 中,第二设备 64A 包括端口 66, 其被配置用以充当如低通滤波器指示符 67 所指示的低通滤波器。 在图 8B 中,第二设备 64B 包括吸音材料 68,其减弱比其所减弱的低频声能更多的高频声能。 图 8A 和图 8B 的设备类似于图 7A 和图 7B 的设备那样地工作。 然而由于图 8A 和图 8B 的第二设备 64A 和 64B 相应地辐射比高频辐射更多的低频辐射,在较低频率上会比在较高频率上发生更 多的异相破坏性结合。 因此,图 8A 和图 8B 的设备的改善的定向效应会在较低频率上发 生。 然而,如上所述,在具有远短于狭缝 18 的长度的相应波长的较高频率上,第一子组 件在不抵消任何来自第二设备 64A 和 64B 的辐射的情况下就变得具有定向性。 因此,可 以在更宽的范围上保持期望的定向度,也就是说,不会在高频上变得具有高于期望的定 向性。
     图 9 示出了关于定向性的方向的更多详情。 图 9 示出扬声器设备 10,其类似于 图 4A- 图 4E 的扬声器设备。 一般而言,扬声器在由箭头 71 所指示的,与波的传播方向 ( 其基本上平行于狭缝 ) 平行的方向上是定向的。 在管道 16 内,靠近声学驱动器 14 之 处,波基本上是平面的,并且传播方向如波阵面 72A 和箭头 74A 所指示的那样基本上垂 直于平面波的平面。 当波阵面到达网屏 18 时,网屏 18 的声阻会减慢波速,因此波会在 箭头 74B 所指示的方向上如由波阵面 72B 所指示的那样 “倾斜”。 在图 9 中大为夸大了 倾斜量。 另外,如由波阵面 72C 和 72D 所指示的那样,波逐渐变为非平面的 ;非平面性 在箭头 74C 和 74D 所指示的方向上导致波的传播方向上的进一步 “倾斜”。 定向性方向 是由箭头 71 所指示的方向与由箭头 74B、74C 和 74D 所指示的倾斜的总和。 因此,由箭 头 93 所指示的定向性方向相对于和狭缝 18 的平面平行的方向 71,呈角度 Φ。 角度 Φ 可以通过有限元建模来确定,并且凭经验来确认。 角度 Φ 随频率变化。
     其他实施例在权利要求书之中。

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1、10申请公布号CN102017654A43申请公布日20110413CN102017654ACN102017654A21申请号200980114910X22申请日2009040712/114,26120080502USH04R1/32200601H04R1/2820060171申请人伯斯有限公司地址美国马萨诸塞州72发明人CB伊克勒J简科维斯基ES乔汉森R萨夫兰74专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人王茂华54发明名称被动定向声辐射57摘要一种声学装置,所述装置包括声学驱动器,其与管道声学地耦合用以向所述管道中辐射声能。所述管道包括沿所述管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其。

2、被辐射到环境之中。所述辐射以体积速度为特征。所述管道和所述开口被配置使得所述体积速度沿所述管道的长度基本上恒定。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010102686PCT申请的申请数据PCT/US2009/0397092009040787PCT申请的公布数据WO2009/134591EN2009110551INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图13页CN102017666A1/2页21一种声学装置,包括声学驱动器,与管道声学地耦合,用以向所述管道中辐射声能,所述管道包括沿所述管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境之中,。

3、所述辐射以体积速度为特征,所述管道和所述开口被配置使得所述体积速度沿所述管道的长度基本上恒定。2根据权利要求1的声学装置,其中所述管道被配置使得沿所述管道的压力基本上恒定。3根据权利要求1的声学装置,还包括在所述开口中的声阻材料。4根据权利要求3的声学装置,其中所述声阻材料的阻值沿所述管道的长度改变。5根据权利要求1的声学装置,其中所述开口的宽度沿所述管道的长度改变。6根据权利要求5的声学装置,其中所述开口是椭圆形的。7根据权利要求1或权利要求2的声学装置,其中所述管道的横截面面积沿所述管道的长度改变。8根据权利要求1的声学装置,其中所述管道是弯折或弯曲的中的至少一种。9根据权利要求8的声学装。

4、置,其中所述开口是沿其长度弯折或弯曲的中的至少一种。10根据权利要求8的声学装置,其中所述开口在为弯折或弯曲的中的至少一种的表面之中。11根据权利要求1或权利要求7的声学装置,所述开口位于以相对于所述声学驱动器的轴的非零、非垂直角度与所述声学驱动器的轴相交的平面之中。12根据权利要求11的声学装置,所述开口符合于通过以相对于所述轴的非零、非垂直角度切割所述管道而形成的开口。13根据权利要求1或权利要求3的声学装置,所述管道和所述开口被配置和确定尺寸,以使基本上所有的由所述声学驱动器所辐射的声能都在所述声能到达所述管道的末端之前辐射通过所述开口。14一种操作扬声器设备的方法,包括向管道中辐射声能。

5、;以及以基本上恒定的体积速度,通过所述管道中的细长开口,从所述管道辐射声能。15根据权利要求14的操作扬声器设备的方法,其中自所述管道的辐射包括辐射声能以使沿所述开口的压力基本上恒定。16根据权利要求14的操作扬声器设备的方法,还包括通过声阻材料,从所述管道通过所述开口辐射声能。17根据权利要求14的操作扬声器设备的方法,还包括向管道中辐射声能,所述管道的横截面面积沿所述管道的长度改变。18一种声学装置,包括声学驱动器,与管道声学地耦合,用以向所述管道中辐射声能,所述管道包括沿所述管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过所述细长开口被辐射到环境之中,所述开口位于以相对于所述声学驱动器的轴的非。

6、零、非垂直角度与所述声学驱动器的轴相交的平面之中。权利要求书CN102017654ACN102017666A2/2页319根据权利要求18的声学装置,还包括在所述开口中的声阻材料。20一种声学装置,包括声学驱动器,与管道声学地耦合,用以向所述管道中辐射声能;以及在所述管道中的所有开口之中的声阻材料,以使所有从所述管道辐射到环境中的声能都从所述管道通过声阻开口离开所述管道。权利要求书CN102017654ACN102017666A1/7页4被动定向声辐射技术领域0001本说明书涉及具有被动地控制的定向辐射的扬声器。背景技术0002图1所示的是HOLLAND和FAHY的,“ALOWCOSTENDF。

7、IREACOUSTICRADIATOR”,在JAUDIOENGINEERINGSOCVOL39,NO7/8,1991年7/8月中的图4所提出的现有技术端射声学管道辐射器。端射管道辐射器包括具有孔洞12的阵列的PVC管道16。如果“声波沿管道传播,那么每个孔洞都会充当独立的声源。因为来自每个孔洞的输出都由于声音沿管道的传播而被延迟大约L/C0其中L是孔洞之间的距离,而C0是声速,所以由此产生的阵列将会在波的传播方向上播送声音。这种类型的辐射器实际上是用于广播和监视的枪式或强指向性传声器的逆向装置。”第540页0003“从数学模型中对指向性做出的预测指出,辐射器在管道的终端阻抗被设置为特征阻抗0C。

8、0/S其中0是空气密度,C0是声速,而S是管道的横截面面积时,具有最佳的性能。这是假设管道在最后一个孔洞之外具有无限长度时将会存在的情况。如果以任何方式使得Z0终端阻抗明显不同于0C0/S,那么与辐射器主要在正向上辐射声音不同,反射波,阻抗间断性的结果,将会导致声音同时也向后辐射反向辐射量取决于Z0与0C0/S之间究竟存在多大的差异。”第543页0004“两种最简单形式的管道终端,亦即开放式和封闭式,两者都具有非常不同于0C0/S的阻抗,并因此不适合于这种系统。使用末端封闭式辐射器的改善的结果是通过插入在一端拥有尖端而在另一端拥有大约两倍于管道直径的直径的开孔塑料泡沫楔而实现的。整个楔就简单地。

9、被推进管道的末端之中”第543页0005“枪式传声器的优良示例在较宽的频率范围上实现了比所述孔洞系统更加均匀的结果。这是通过以流阻材料覆盖孔洞,或者有时覆盖狭缝,而实现的。这样的效应与在文章的其他地方对于孔洞的粘性流阻所描述的效应相类似,并且其使得系统能够在较低频率上具有较好的性能。这种形式的处理所伴随的问题是,系统的灵敏度将会在较高频率上受损”第550页。发明内容0006在一方面,声学装置包括声学驱动器,其与管道声学地耦合,用以向管道中辐射声能。管道包括沿管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境之中。辐射以体积速度为特征。管道和开口被配置使得体积速度沿管道的长度基本上恒定。管。

10、道可被配置使得沿管道的压力基本上恒定。横截面面积可随离声学驱动器的距离而减小。所述设备还可以在开口中包括声阻材料。声阻材料的阻值可沿管道的长度改变。声阻材料可以是金属丝网。声阻材料可以是烧结塑料。声阻材料可以是织物。管道和开口可被配置和确定尺寸并且声阻材料的阻值可被选定,以使基本上所有的由声学驱动器所辐射的声能都在声能到达管道的末端之前被辐射通过开口。开口的宽度可沿管说明书CN102017654ACN102017666A2/7页5道的长度改变。开口可以是椭圆形的。管道的横截面面积可沿管道的长度改变。开口可以位于以相对于声学驱动器的轴的非零、非垂直角度与管道相交的平面之中。管道可以是弯折或弯曲的。

11、中的至少一种。开口可以是沿其长度弯折或弯曲的中的至少一种。开口可以在为弯折或弯曲的中的至少一种的表面之中。开口可以位于以相对于声学驱动器的轴的非零、非垂直角度与声学驱动器的轴相交的平面之中。开口可以符合于通过以相对于所述轴的非零、非垂直角度切割管道而形成的开口。管道和开口可被配置和确定尺寸,以使基本上所有的由声学驱动器所辐射的声能都在声能到达管道的末端之前被辐射通过开口。声学驱动器可具有与管道声学地耦合的第一辐射面,并且声学驱动器可具有与声学设备耦合的第二辐射面,用以向环境中辐射声能。声学设备可以是第二管道,其包括沿第二管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境之中。辐射能够以体。

12、积速度为特征。管道和开口可被配置使得体积速度沿管道的长度基本上恒定。声学设备可以包括用以降低来自声学围封的高频辐射的结构。高频辐射降低结构可以包括吸音材料。高频辐射降低结构可以包括配置用以充当低通滤波器的端口。0007在另一方面,用于操作扬声器设备的方法包括向管道中辐射声能,并且以基本上不变的体积速度,通过管道中的细长开口,从管道辐射声能。从管道辐射声能可以包括辐射声能以使沿开口的压力基本上恒定。所述方法还可以包括通过声阻材料,从管道通过开口辐射声能。声阻材料的阻值可沿管道的长度改变。所述方法可以包括通过金属丝网从管道辐射声能。所述方法可以包括通过烧结塑料片材从管道辐射声能。所述方法可以包括通。

13、过其宽度沿管道的长度改变的开口,从管道辐射声能。所述方法可以包括通过椭圆形开口从管道辐射声能。所述方法可以包括向其横截面面积沿管道的长度改变的管道中辐射声能。所述方法可以包括向为弯折或弯曲的中的至少一种的管道中辐射声能。所述方法还可以包括通过为沿其长度弯折或弯曲的中的至少一种的开口,从管道辐射声能。所述方法还可以包括通过位于管道的为弯折或弯曲的中的至少一种的表面之中的开口,从管道辐射声能。所述方法还可以包括通过位于以非零、非垂直角度与声学驱动器的轴相交的平面中的开口,从管道辐射声能。所述方法还可以包括通过与以相对于所述轴的非零、非垂直角度切割管道所形成的开口相符合的开口,从管道辐射声能。所述方。

14、法还可以包括在声能到达管道的末端之前从管道辐射基本上所有的能量。0008在又一方面,声学装置包括声学驱动器,其与管道声学地耦合,用以向管道中辐射声能。管道包括沿管道的长度的至少一部分的细长开口,声能通过其被辐射到环境之中。开口位于以相对于声学驱动器的轴的非零、非垂直角度与声学驱动器的轴相交的平面之中。所述装置还可以在开口中包括声阻材料。0009在另一方面,声学装置包括声学驱动器,其与管道声学地耦合,用以向管道中辐射声能;以及在管道中的所有开口之中的声阻材料,以使从管道辐射到环境中的所有声能都从管道通过声阻开口离开管道。0010其他特征、目的,以及优点将在联系以下附图阅读以下详细描述的过程中显现。

15、出来。在附图中附图说明0011图1是现有技术端射声学管道辐射器;说明书CN102017654ACN102017666A3/7页60012图2A和图2B是极坐标图;0013图3是由现有技术文件所提出的定向扬声器组件;0014图4A图4E是定向扬声器组件的图示;0015图5A图5G是定向扬声器组件的图示;0016图6A图6C是用于定向扬声器组件的管道的等距视图;0017图6D和图6E是定向扬声器组件的图示;0018图6F和图6G是用于定向扬声器组件的管道的等距视图;0019图7A和图7B是定向扬声器组件的图示;0020图8A和图8B是定向扬声器组件的图示;以及0021图9是定向扬声器组件的图示,其。

16、示例说明声波的传播方向以及定向扬声器的定向性。具体实施方式0022尽管附图的几种视图的元件可在框图中示为或描述为分立元件,并且可被称为“电路”,但除非另有说明,所述元件可以实施为模拟电路、数字电路,或者一个或多个执行软件指令的微处理器中的一个,或者实施为其组合。软件指令可以包括数字信号处理DSP指令。除非另有说明,信号线可以实施为离散模拟或数字信号线、具有适当的信号处理功能用以处理分散音频信号流的单一离散数字信号线,或者无线通讯系统的元件。一些处理操作可以从系数的计算与应用的方面来表示。计算与应用系数的等效操作可以由其他模拟或数字信号处理技术来执行,并且包括在本专利申请的范围之内。除非另有说明。

17、,音频信号或视频信号或者两者都可以用数字或模拟形式进行编码和发送;常规数模或模数转换器可能未在图中示出。为措辞的简单起见,“在X信道中辐射与音频信号相对应的声能”将会被称为“辐射信道X”。声学驱动器的轴是在声学驱动器的振动方向上的直线。0023本文中所使用的“定向扬声器”和“定向扬声器组件”指的是在一些方向上比在其他方向上辐射出更多的相对于辐射面的直径较大例如为该直径的2倍的波长的声能的扬声器。定向扬声器的辐射图案通常显示为极坐标图或者,常常为一组在若干频率上的极坐标图。图2A和图2B是极坐标图的示例。定向特征可以从最大辐射的方向以及定向度方面来描述。在图2A和图2B的示例中,最大辐射的方向由。

18、箭头102所表示。定向度往往以在其上辐射振幅在距最大辐射方向上的辐射振幅的某些值之内,比如6DB或10DB之内的角度的相对大小为单位来进行描述。例如,图2A的角度大于图2B的角度因此图2A的极坐标图指示出具有比由图2B的极坐标图所描述的定向扬声器低的定向性的定向扬声器,而图2B的极坐标图则指示出具有比由图2A的极坐标图所描述的定向扬声器高的定向性的定向扬声器。另外,扬声器的定向性趋向于随频率而改变。例如,如果图2A和图2B的极坐标图代表同一扬声器在不同频率上的极坐标图,那么扬声器被描述为在图2B的频率上比在图2A的频率上具有更高的定向性。0024参考图3,在HOLLAND和FAHY的文章的第6。

19、4章节中作为进一步研究的一种可能性而提出的定向扬声器组件10包括管道16,其具有在管道中纵向延伸的狭缝或纵向开口18。声能由声学驱动器辐射到管道之中,并且随着其沿管道的长度前进而通过声阻材料说明书CN102017654ACN102017666A4/7页720离开管道。由于管道的横截面面积是恒定的,压力随着离声学驱动器的距离而降低。压力降低造成通过网屏的体积速度U随着沿管道离声学驱动器的距离而减小。体积速度的减小造成扬声器系统的定向特征中的不良变化。0025在管道的末端19存在阻抗失配,这是由于管道被反射性壁所终止或者由于管道的内部与自由空气之间的阻抗失配而造成的。管道终端的阻抗失配可造成反射,。

20、并因此在管道中形成驻波。驻波可导致波导系统的不规则频率响应以及不良的辐射图案。驻波可被管道中的泡沫楔13所衰减。所述楔吸收声能,因此声能既不会反射也不会辐射到环境中。0026图4A图4E示出定向扬声器组件10。声学驱动器14与圆形或者一些其他封闭分段管道16声学地耦合。为了解释的目的,声学驱动器14背向管道的一侧被示为暴露在外。在随后的图中的实际实施中,声学驱动器14背向管道的一侧被封闭起来,以使声学驱动器只向管道16中辐射。在管道中存在由管道与朝向相对于声学驱动器的轴30的非零、非垂直角度的平面的交叉所描述的纵向开口18。在实际的实施中,可以通过使用平面锯片以一定角度切割管道来形成开口。在纵。

21、向开口18中放置了声阻材料20。在图4D和图4E中,在所述平面与管道的交叉处存在有平面壁,并且在平面壁中存在有纵向开口18。纵向开口18覆盖了声阻材料20。0027在工作中,纵向开口18与声阻材料20的组合充当了被较小距离所分隔的大量声源,并且在相对于纵向开口18的平面的角度上产生由箭头24所指示的具有高辐射方向的定向辐射图案。角度可以凭经验或者通过建模来确定,而这将在下文中进行讨论。0028如在图3的波导组件中那样,声能由声学驱动器辐射到管道之中,并且随着其沿管道的长度前进而通过声阻材料20从管道辐射出去。然而,由于管道的横截面面积会减小,压力沿管道的长度比图3的定向扬声器更加恒定。更加恒定。

22、的压力产生沿管道和通过网屏的更加均匀的体积速度,并且因此产生更可预测的定向特征。狭缝的宽度可以像图4E中那样改变,以提供沿管道的长度的更为恒定的压力,这产生沿管道的长度的更为均匀的体积速度。0029辐射到管道中的声能通过声阻材料离开管道,因而在管道的末端19,只有很少的声能存在于管道之中。另外,在管道的末端没有反射面。这些条件的一个结果是,可能形成的驻波的振幅低。较低振幅的驻波的结果是,扬声器系统的频率响应比支持驻波的扬声器系统的频率响应更为规则。另外,驻波会影响辐射的定向性,因此对指向性的控制得到了改善。0030较低振幅的驻波的一个结果是,管道的几何形状,特别是长度,比在支持驻波的扬声器系统。

23、中受到更少的限制。例如,管道从声学驱动器14到狭缝18的起始端的区段的长度34可以是任何方便的尺寸。0031在一种实施中,管道16是标称直径为254CM1英寸的PVC管道。声学驱动器是常规254CM1英寸球顶高音扬声器。角度大约为10度。声阻材料20是65X552线/CM165X1400线/英寸的金属丝网DUTCH斜纹织物。其他合适的材料包括织造织物和非织造织物、毡制品、纸张,以及烧结塑料片材,例如可从网址为WWWPOREXCOM的POREXCORPORATION处购得的POREX多孔塑料。说明书CN102017654ACN102017666A5/7页80032图5A图5E示出了另一扬声器组件。

24、,其除了管道16具有矩形横截面以外,与图4A图4E的扬声器组件相类似。在图5A图5E的实施中,狭缝18位于波导与定向在相对于声学驱动器的轴30的非零、非垂直角度的平面的交叉部分中。在图5A和图5C的实施中,纵向开口是所述平面与管道的整个交叉部分。在图5D的实施中,纵向开口是所述平面与管道的交叉部分的细长矩形部分,以使管道顶部的一部分位于交叉平面之中。在图5E的实施中,纵向开口是非矩形的,在这种情况下是细长的梯形,以使纵向开口的宽度随着离声学驱动器的距离而增加。0033由声学驱动器所辐射的声能随着其沿管道的长度前进,通过声阻材料20从管道辐射出去。然而,由于管道的横截面面积会减小,压力沿管道的长。

25、度比图3的定向扬声器更加恒定。改变管道的横截面面积是实现沿管道的长度的更为恒定的压力的一种方式,其产生沿管道的更加均匀的体积速度,并且因此产生更可预测的定向特征。0034除了控制沿管道的压力以外,控制沿管道的体积速度的另一方法是要控制在沿管道的点上离开管道的能量值。控制在沿管道的点上离开管道的能量值的方法包括,改变狭缝18的宽度并且为声阻材料20使用具有可变阻值的材料。具有可变声阻值的材料的示例包括具有可变大小开口的金属丝网,或者孔隙度或厚度可变的烧结塑料片材。0035除了具有声阻材料20的狭缝18在平行于声学驱动器的轴30的壁中以外,图5F和图5G的扬声器组件类似于图5A图5E的扬声器组件。。

26、比如管道的壁32的壁不与声学驱动器的轴30平行,以使管道的横截面面积在远离声学驱动器的方向上减小。图5F和图5G的扬声器组件以类似于图5A图5E的扬声器组件的方式工作。0036根据图3A图5G的定向扬声器的一个特征是,其在较高的频率上也就是说,在具有远短于狭缝18的长度的相应波长的频率上变得更加具有定向性。在某些情况下,定向扬声器在较高频率上可能变得具有高于期望的定向性。图6A图6C示出了管道16的等距视图,所述管道用于在较高频率上具有比上述定向扬声器低的定向性的定向扬声器。在图6A图6G中,参考标号标识出与在其他图示中具有类似参考标号的元件相对应的元件。使用了图6A图6C以及图6F图6G的管。

27、道的扬声器可以使用压缩式驱动器。在压缩式驱动器结构中所常见的某些元件,如相位插头等是存在的,但未在这一视图中示出。在图6A图6C的管道中,狭缝18是弯折的。在图6A的管道中,管道的一个表面56的区段52是相对于在管道的同一表面中的另一区段54弯折的,并且狭缝18在表面56中,因此狭缝是弯折的。在高频上,指向性的方向在基本上与狭缝18平行的方向上。由于狭缝18是弯折的,具有根据图6A的管道的定向扬声器在高频上的定向性低于具有笔直狭缝的定向扬声器。备选地,弯折的狭缝可以位于管道的基本上平坦的表面58中。在图6B的实施中,狭缝具有两个区段,18A和18B。在图6C的实施中,狭缝具有两个区段,一个区段。

28、在表面56中,而另一个区段在表面58中。0037弯折管道的一种备选形式是弯曲管道。可以控制狭缝的长度和管道的弯曲度,以使指向度在扬声器设备的整个工作范围上都基本上恒定。图6D和图6E示出了具有两个弯曲表面60和62以及两个平坦表面64和66的管道的扬声器组件的平面图。狭缝18是弯曲的。所述弯曲可以如图6D中所示的那样,通过将狭缝放置在平坦表面之中并将狭缝弯曲为大体上遵循弯曲表面的曲率而形成。备选地,弯曲可以如图6E中那样,通过将狭缝放置在弯曲表面之中而形成,以使狭缝以和弯曲表面相同的方式弯曲。最大辐射说明书CN102017654ACN102017666A6/7页9的方向如箭头所指示的那样连续地。

29、变化。在高频上,如叠加箭头50所指示的那样,指向性图案的定向性低于使用笔直管道时的情况,以使扬声器组件10在高频上具有期望的指向度。在较低频率上也就是说,在具有可比于或长于狭缝18的投影长度的相关波长的频率上,指向度是由狭缝18的长度所控制的。一般而言,使用较长的狭缝会在较低频率上产生较大的指向性,而使用较短的狭缝会在较低频率上产生较小的指向性。图6F和图6G是具有两个弯曲表面示出了一个弯曲表面60以及两个平坦表面示出了一个平坦表面64的管道的等距视图。狭缝18是弯曲的。所述弯曲可以如图所示的那样,通过将狭缝放置在平坦表面64中并将狭缝弯曲为大体上遵循弯曲表面的曲率而形成。备选地,狭缝16可以。

30、放置在弯曲表面60中,或者所述狭缝可以类似于图6C的实施,具有一个以上的区段,并且狭缝的一个区段在平坦表面中并且狭缝的一个区段在弯曲表面中。0038为实现期望的辐射图案,通过首先确定扬声器组件的工作频率范围一般而言可对较窄的工作频率范围进行更多的控制;然后确定期望的指向性范围一般而言,对于较窄的工作范围可以实现较窄的指向性范围;以及对参数建模用以使用模拟声波的传播的有限元建模来得出期望的结果,可最容易地对管道的横截面面积、狭缝的宽度、弯折量或者曲率,以及声阻材料的阻值做出改变。0039图7A和图7B示出了图5F和图5G的扬声器组件的另一实施。扬声器系统46包括用于向环境辐射声能的第一声学设备,。

31、如第一扬声器组件10A,以及用于向环境辐射声能的第二声学设备,如第二扬声器组件10B。第一扬声器子组件10A包括图5F和图5G的扬声器组件的元件,并且以类似于图5F和图5G的扬声器组件的方式工作。管道16A、狭缝18A、定向箭头25A以及声学驱动器14对应于图5F和图5G的管道16、狭缝18、定向箭头25,以及声学驱动器14。声学驱动器14被安装使得一个表面36向管道16A中辐射,并且使得第二表面38向包括具有狭缝18B的管道16B的第二扬声器子组件10B中辐射。第二扬声器子组件10B包括图5F和图5G的扬声器组件的元件,并且以类似于图5F和图5G的扬声器组件的方式工作。第一扬声器子组件10A。

32、在箭头25A所指示的方向上是定向性的,而第二扬声器子组件10B在箭头25B所指示的方向上是定向性的。狭缝18A和18B由挡板40所分隔。如由相邻“”的箭头25A和相邻“”的箭头25B所指示的那样,来自第一子组件10A的辐射与来自第二组件10B的辐射是异相的。因为来自第一子组件10A和第二子组件10B的辐射是异相的,辐射在Y轴和Z方向上趋向于破坏性地结合,因此来自图7A和图7B的扬声器组件的辐射沿一个轴,在这一示例中,沿X轴,是定向性的。扬声器组件46可被安装在壁48中,并且具有在与所述壁的平面基本上平行的水平方向上为定向性的辐射图案。这样的设备在一个方向上显著地比其它方向上更长的场合中是非常有。

33、利的。示例可以是火车站台和地铁车站。在适当的情况下,扬声器可被安装使得其在垂直方向上具有定向性。0040图8A图8B示出了又一扬声器组件。图8A图8B的实施包括第一声学设备10A,其与图7A图7B的子组件10A相类似。图8A图8B还包括第二声学设备64A、64B,其将声学驱动器14的第二表面38与环境相耦合。第二声学设备64A、64B被配置使得比高频声能更多的低频声能被辐射出来。在图8A中,第二设备64A包括端口66,其被配置用以充当如低通滤波器指示符67所指示的低通滤波器。在图8B中,第二设备64B包括吸音材料68,其减弱比其所减弱的低频声能更多的高频声能。图8A和图8B的说明书CN1020。

34、17654ACN102017666A7/7页10设备类似于图7A和图7B的设备那样地工作。然而由于图8A和图8B的第二设备64A和64B相应地辐射比高频辐射更多的低频辐射,在较低频率上会比在较高频率上发生更多的异相破坏性结合。因此,图8A和图8B的设备的改善的定向效应会在较低频率上发生。然而,如上所述,在具有远短于狭缝18的长度的相应波长的较高频率上,第一子组件在不抵消任何来自第二设备64A和64B的辐射的情况下就变得具有定向性。因此,可以在更宽的范围上保持期望的定向度,也就是说,不会在高频上变得具有高于期望的定向性。0041图9示出了关于定向性的方向的更多详情。图9示出扬声器设备10,其类似。

35、于图4A图4E的扬声器设备。一般而言,扬声器在由箭头71所指示的,与波的传播方向其基本上平行于狭缝平行的方向上是定向的。在管道16内,靠近声学驱动器14之处,波基本上是平面的,并且传播方向如波阵面72A和箭头74A所指示的那样基本上垂直于平面波的平面。当波阵面到达网屏18时,网屏18的声阻会减慢波速,因此波会在箭头74B所指示的方向上如由波阵面72B所指示的那样“倾斜”。在图9中大为夸大了倾斜量。另外,如由波阵面72C和72D所指示的那样,波逐渐变为非平面的;非平面性在箭头74C和74D所指示的方向上导致波的传播方向上的进一步“倾斜”。定向性方向是由箭头71所指示的方向与由箭头74B、74C和。

36、74D所指示的倾斜的总和。因此,由箭头93所指示的定向性方向相对于和狭缝18的平面平行的方向71,呈角度。角度可以通过有限元建模来确定,并且凭经验来确认。角度随频率变化。0042其他实施例在权利要求书之中。说明书CN102017654ACN102017666A1/13页11说明书附图CN102017654ACN102017666A2/13页12图3说明书附图CN102017654ACN102017666A3/13页13说明书附图CN102017654ACN102017666A4/13页14图4D图4E说明书附图CN102017654ACN102017666A5/13页15说明书附图CN1020。

37、17654ACN102017666A6/13页16图5D图5E说明书附图CN102017654ACN102017666A7/13页17说明书附图CN102017654ACN102017666A8/13页18说明书附图CN102017654ACN102017666A9/13页19图6D图6E说明书附图CN102017654ACN102017666A10/13页20图6F图6G说明书附图CN102017654ACN102017666A11/13页21说明书附图CN102017654ACN102017666A12/13页22图8A图8B说明书附图CN102017654ACN102017666A13/13页23图9说明书附图CN102017654A。

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