CN101026895B - 波导电声换能器 - Google Patents

Abstract

一种用于辐射声波的波导系统，该系统包括发射声波的低损耗波导，其壁为锥形的，以致于出射端的所述截面面积小于入射端的截面面积。在本发明的第二方面中，一种用于辐射声波的波导，具有长度约等于的段，这里，1是所述波导的有效长度，n是正整数。第一组交替的段的乘积大于第二组交替的段的乘积，在一个实施例中为三倍。在本发明的第三方面中，使前面的两个方面相组合。

Description

波导电声换能器

本申请是申请日为1999年9月3号、申请号为99118610.9、发明名称为“波导电声换能器”的发明专利申请的方案申请。

技术领域

本发明涉及声学波导扬声器系统，更具体地说涉及波导具有不均匀截面面积的扬声器系统。

背景技术

背景材料可参考美国专利4,628,528和1993年5月5日提交的题目为“频率可选的声学波导阻尼”的美国专利申请08/058474，这里将其引作参考。

发明内容

本发明的重要目的是提供一种改进的波导。

根据本发明，一种用于辐射声波的波导扬声器系统，包括发射声波的低损耗波导。波导包括与扬声器驱动器相耦合的第一端子、适合于把所述声波辐射到外部环境的第二端子、沿波导的长度走向的中心线、以及在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁。壁是锥形的，以致于第二端子上的截面面积小于第一端子上的截面面积。

在本发明的另一个方面，一种用于辐射声波的波导扬声器系统，包括发射声波的低损耗波导。波导包括与扬声器驱动器相耦合的第一端子、适合于把所述声波辐射到外部环境的第二端子、中心线、在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁、以及沿中心线的长度的多个段。每一个段具有第一端和第二端，第一端离第一端子比离第二端子更近，第二端离第二端子比离第一端子更近，每一个段具有平均截面面积。多个段中的第一段和多个段中的第二段是这样构造和排列的，即第一段的第二端与第二段的第一端相匹配。第一段的第二端上的截面面积基本上不同于第二段的第一端上的截面面积。

在本发明的再一个方面，一种用于辐射声波的波导扬声器系统，包括发射声波的低损耗波导。波导包括：与扬声器驱动器相耦合的第一端子、适合于把声波辐到外部环境的第二端子、沿波导的长度走向的中心线、在垂直于中心线的平面中环绕截面面积的壁、以及沿中心线的长度的多个段。每一个段具有第一端和第二端，第一端离第一端子较近，第二端离第二端子较近。多个段中的第一段和多个段中的第二段是这样构造和排列的，即第一段的第二端与第二段的第一端相匹配。从第一端到第二端，第一段的截面面积按照第一指数函数增大，而第一段的第二端上的截面面积大于第二段的第一端上的截面面积。

在本发明的再一个方面，一种用于辐射声波的波导扬声器系统，包括发射声波的低损耗波导。波导具有调谐频率，该频率具有相应的调谐波长。波导包括沿波导的长度走向的中心线、在垂直于中心线的平面中环绕截面面积的壁、以及沿中心线的多个段。每一个段具有大约为调谐波长的四分之一的长度，每一个段具有平均截面面积。多个段中的第一段的平均截面面积不同于多个段中相邻段的平均截面面积。

在本发明的再一个方面，一种用于辐射声波的波导，具有长度约等于 $A\left(Y\right)=A_{\mathrm{inlet}}[1-2\frac{Y}{B}+{\left(\frac{y}{B}\right)}^2]$ 的段，这里，I是波导的有效长度，n是正整数。每一个段具有平均截面面积。第一组交替的段的平均截面面积的乘积大于第二组交替的段的平均截面面积的乘积的二倍。

附图说明

从以下结合附图所作的详细描述中，本发明的其它特征、目的和优点将是显而易见的，其中：

图1是本发明的波导扬声器系统的截面图。

图2a和2b分别是本发明的波导和传统的波导的声功率和驱动器偏移对频率的计算机模拟曲线。

图3是现有的波导的截面图。

图4是根据本发明第二方面的波导的截面图。

图5a和6a是图4所示波导的变型的截面图。

图7a是将图5b所示的波导重叠在图5a所示的波导上的截面图。

图5b、5c、6b、6c和7b分别是图5a、6a和7a所示的波导的声功率对频率的计算机模拟曲线。

图8是图4所示的具有16个截面的的波导的声功率对频率的计算机模拟曲线。

图9是将图4所示的具有16个截面的波导重叠在图7a所示的波导上而产生的波导的声功率对频率的计算机模拟曲线。

图10是将图4所示的具有更多个截面的若干个波导重叠在图7a所示的波导上而产生的波导的截面图。

图11是驻波波导的截面图，有助于说明上述各图中波导的各节长度。

图12a、12b和12c是表明本发明的其它实施例的波导的截面图。

图13是将图1和图4的实施例相组合的波导的截面图。

图14a-14c是类似于图5a、6a和7a的实施例，与图1所示的实施例相组合的截面图。

图15a和15b是图10所示的实施例与图1所示的实施例相组合的波导的截面图。

具体实施方式

现在参考附图，更具体地是图1，图中示出了根据本发明的扬声器和波导组件。波导14具有第一端或端子12和第二端或端子16。波导14采用截面面积逐步变窄的空心管的形式。波导的壁为锥形，以致于第一端12的波导截面面积大于第二端16的截面面积。为了声学或美观起见，第二端16可以略喇叭张开。截面(沿图1的A-A线，垂直于波导14的中心线11截取)可以是圆形、椭圆形、规则或不规则的多边形、或者一些其它的封闭轮廓。波导14的端部可以是封闭的或敞开的。两端可以辐射到自由空气中，如图所示，或者一端可以辐射到声学封闭空间中，如封闭或开口的体积或锥形或非锥形波导。

为了清楚地说明起见，图中示出的波导14的壁为直线，图中示出的波导14沿其整个长度具有均匀锥度。在实际实施中，波导可以被弯曲成所需的形状，以与封闭空间相配合或者为了声学效果起见使波导的一端相对于波导的另一端而定位。波导14的截面可以具有不同的几何形状，即，在沿其长度的不同点上具有不同的形状或具有直线或曲线侧边。另外，波导的锥度可以沿波导的长度而变化。

电声换能器10位于波导14的第一端12上。在本发明的一个实施例中，电声换能器10是带有陶瓷磁性电动机的圆锥型65mm驱动器，但是也可以是另一种类型的圆锥和磁性换能器或其它一些电声换能器。电声换能器10的任一边可以安装在波导14的第一端12中，或者电声换能器10可以安装在波导14的邻近第一端12的壁中，将声波辐射到波导14中。另外，背向波导14的电声换能器10的表面如图所示可以直接向周围环境辐射，或者可以辐射到诸如锥形或非锥形波导的声学元件或封闭的或开口的盒子中。

波导14的内壁基本无声学损耗。在波导中可以有少量的吸声材料13。少量的吸声材料13可以置于换能器10附近。正如题目为“频率可选的声学波导阻尼”的08/058478美国专利申请中所述的，以致于波导在低频下是低损耗的，在高频下具有相对平滑的响应。少量的吸声材料衰减了不希望有的谐振，在由波导所辐射的频率范围上提供更平滑的输出，但不阻止在波导中形成低频驻波。

在本发明的一个实施例中，波导是圆锥形波导，其中在沿波导的各点上的截面面积由以下方程式表示：

$A\left(Y\right)=A_{\mathrm{inlet}}[1-2\frac{Y}{B}+{\left(\frac{y}{B}\right)}^2]$

式中A代表面积，Y＝从入口(宽的)端口起测量的距离， $B=\frac{X\sqrt{\mathrm{AR}}}{\sqrt{\mathrm{AR}-l}}$ ，式中X＝波导的有效长度， $\mathrm{AR}=\frac{A_{\mathrm{inlet}}}{A_{\mathrm{outlet}}}$ 。这一实施例的第一谐振或调谐频率接近于αf＝tan βf的第一非零解，这里， $\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π\χ}}{C_0}\frac{\sqrt{\mathrm{AR}}}{\sqrt{\mathrm{AR}-1}}\mathrm{\β}=\frac{2\mathrm{\π\χ}}{C_0}$ ，C₀＝声速。在对上述方程式进行近似后，考虑到端部效应和其它因素，可以采用经验方式对波导进行改进。

在一个实施例中，波导14的长度x为26英寸。第一端12处的截面面积为6.4平方英寸，在第二端16处的截面面积为0.9平方英寸，所以面积比率(定义为第一端12的截面面积除以第二端16的截面面积)约为7.1。

现在参考图2a和2b，图中示出没有吸声材料13和长度为26英寸的本发明的波导扬声器系统(曲线32)以及具有相似体积和长度为36英寸的笔直壁面无阻尼波导(曲线34)的辐射声功率和驱动器偏移对频率的计算机模拟曲线，正如从图2a和2b看到的，低音范围大致延伸到相同频率(约70Hz)，本发明的波导系统的频率响应比无锥度波导系统的响应更平坦。利用吸声材料(图1中的13)能够显著地降低两条曲线中的窄带峰(以下称为尖峰)。

现在参考图3，为了表明本发明的第二方面，图中示出一个现有的扬声器和波导组件。电声换能器10’位于端部敞开的均匀截面的波导14’的一端40中，波导的长度为y。波导的两端相互邻近(即距离t很小)。当换能器10’辐射频率为f的声波时，其波长等于y，来自波导的辐射与来自换能器的直接辐射相位相反，因此，在该频率上能够大大降低来自组件的辐射。

现在参考图4，图中示出一个表明本发明一个方面的扬声器和波导组件，它能够显著地降低图3中所示和文中所述的波导端部定位问题。电声换能器10位于敞开端部波导14a的一端或端子12中。电声换能器10可以是一个如图所示的圆锥和磁性换能器，或者是诸如静电、压电或声压波的其它源的其它一些电声换能器。电声换能器10可以面向波导14a的任一端，或者可以安装在波导14a的壁中并将声波辐射到波导14a中。电声换能器10位于其中的腔体17与电声换能器10紧密贴合。在这个实施例中，波导14a的内壁是低声学损耗的。在波导14a中可以有少量的吸声材料13，使得波导在低频上是低声学损耗的，在高频上具有相对平坦的响应。少量的吸声材料衰减了不希望有的谐振以及在由波导所辐射的频率范围上提供更平滑的输出，但是不阻止在波导中形成驻波。波导14a的的第二端或端子16将声波辐射到周围环境中。为了美观和声学目的，第二端16可以向外喇叭张开。

波导14a沿其长度具有多个段18₁、18₂、...18_n。部分18₁、18₂、...18_n。中每一个段具有长度x₁、x₂、...x_n和截面面积A₁、A₂、...A_n。下面将描述每个段的长度的确定。每个段可以具有不同于相邻段的截面面积。在波导的长度上平均截面面积可以按照美国专利4,628,528中所揭示的确定或者可以采用经验方法确定。在这一实施方案中，图中示出的截面面积变化19是突变的。在其它实施方案中，截面面积变化可以是渐变的。

现在参考图5a，图中示出根据图4的一个扬声器和波导组件，其中n＝4。当图5a所示的换能器辐射频率f的声波时，其相应波长λ等于x，来自波导的辐射具有与来自换能器的辐射相反的相位，但是体积速度因而和幅度明显不同。因此，即使波导14a按照如图3所示那样构造，两端紧密靠近，但是显著地降低抵消量。

在根据图5a的组件的一个实施例中，波导的截面是圆形的，尺寸A₁和A₃为0.53平方英寸，A₂和A₄为0.91平方英寸。

在本发明的其它实施例中，A₂和A₄的乘积是A₁和A₃乘积的三倍，即 $\frac{\left(\left(A_2\right)\left(A_4\right)\right)}{\left(\left(A_1\right)\left(A_3\right)\right)}=3.$ 关系A₁＝A₃＝0.732A和A₂＝A₄＝1.268A，式中A是波导的平均截面面积，满足关系式。

现在参考图5b，图中示出波导的端部间隔5cm的波导系统的输出声功率对频率的两条计算机模拟曲线。曲线42代表图3所示的传统的波导，表明在约350Hz(以下称为波导的抵消频率，对应于波长等于波导有效长度的频率)处有一个明显的输出下降46，在抵消频率的整数倍处有类似的下降。虚线曲线44代表图5a所示的波导系统，表明在约350Hz和抵消频率的奇数倍处的输出下降已经被大大缓解。

现在参考图6a，图中示出根据图4的扬声器和波导组件，其中n＝8。每个段的长度为x/8，式中x是波导的总长度。在一个实施例中，截面面积A₁、...A₈满足关系式 $\frac{\left(\left(A_2\right)\left(A_4\right)\left(A_6\right)\left(A_8\right)\right)}{\left(\left(A_1\right)\left(A_3\right)\left(A_5\right)\left(A_7\right)\right)}=3.$ 如果A₁、A₃、A₅和A₇相等，A₂、A₄、A₆和A₈相等(与图5a所示的实施例一样，对于本发明而言这不是必须的)，那么，关系A₁＝A₃＝A₅＝A₇＝0.864A和A₂＝A₄＝A₆＝A₈＝1.136A，式中A是波导的平均截面面积，满足关系式 $\frac{\left(\left(A_2\right)\left(A_4\right)\left(A_6\right)\left(A_8\right)\right)}{\left(\left(A_1\right)\left(A_3\right)\left(A_5\right)\left(A_7\right)\right)}=3.$

现在参考图6b，图中示出波导端部间隔5cm的波导的输出声功率对频率的两条计算机模拟曲线。曲线52代表图3所示的传统的波导，表明在约350Hz处有明显的输出下降56，在约350Hz的整数倍处有类似的下降。虚线曲线54代表图6a所示的波导，表明在抵消频率的两倍和抵消频率奇数倍的两倍处(即3、5、7...的两倍＝6、10、14...)的输出下降已经被大大减小。

将图6a的波导叠加在图5a的波导上得到图7a的波导。在图5c所示组件的一个实施例中，A₁＝A₅＝0.63A，A₂＝A₆＝0.83A，A₃＝A₇＝10.9A和A₄＝A₈＝1.44A，每个段的长度为x/8。

现在参考图7b，图中示出波导端部间隔5cm的波导的输出声功率对频率的两条计算机模拟曲线。曲线60代表图3所示的传统波导，表明在约350Hz处有明显的输出下降64，在约350Hz的整数倍处有类似的下降。虚线曲线62代表图7a所示的波导，表明在抵消频率、抵消频率的奇数倍(3、5、7...)和抵消频率奇数倍的两倍处(2、6、10、14...)的输出下降已经被大大减小。

现在参考图8，图中示出波导端部间隔5cm的波导的输出声功率对频率的两条计算机模拟曲线。曲线66代表图3所示的传统波导，表明在约350Hz处有明显的输出下降70，在约350Hz的整数倍处有类似的下降。虚线曲线68代表根据图4所示的波导，其中n＝16(未示出)，每个段的长度为x/16， $\frac{(\left(A_2\right)\left(A_4\right)...\left(A_{14}\right)\left(A_{16}\right))}{(\left(A_1\right)\left(A_3\right)...\left(A_{13}\right)\left(A_{15}\right))}=3$ 表明在抵消频率的四倍和抵消频率奇数倍的四倍处(即3、5、7...的四倍＝12、20、28...)的输出下降已经被大大减小。

同样，由根据图4的波导，能够显著地减小抵消频率的奇数倍的8、16、...倍处的输出下降，其中n＝32、64、...，每个段的长度＝x/n，以及 $\frac{(\left(A_2\right)\left(A_4\right)...\left(A_{n-2}\right)\left(A_n\right))}{(\left(A_1\right)\left(A_3\right)...\left(A_{n-3}\right)\left(A_{n-1}\right))}=3.$ 能够按照图7a所示对波导进行叠合，将波导的效应相组合。

现在参考图9，图中示出波导端部间隔5cm的波导系统的输出声功率对频率的两条计算机模拟曲线。曲线71代表传统波导系统，表明在约350Hz处有明显的输出下降74，在约350Hz的整数倍处有类似的下降。虚线曲线72代表将图7a所示的波导叠合在图4所示的波导上而获得的波导系统(未示出)，其中n＝16，每个段的长度为x/16，表明在抵消频率、抵消频率的偶数倍、抵消频率的奇数倍、抵消频率的奇数倍的两倍、以及抵消频率的奇数倍的四倍处的输出下降已经明显地减小。

当n变大时，被叠加的波导开始接近于图10所示的波导。在图10中，波导具有两个长度为x/2的段。波导的壁是这样构成的，在每个段的起始处截面面积为

根据关系式 $A\left(y\right)=\frac{{\log }_{c}3}{2}\stackrel{\‾}{A}{\left(\text{3}\right)}^{\frac{Y}{X}}$ (式中Y是波导的换能器端12之间的距离，x是波导的长度，A是波导的平均截面面积)，增大到

参考图11，图中示出在确定段的长度中有用的驻波的波导。图11示出一个当声波被辐射到波导中时形成驻波80的侧边平行波导。驻波80的调谐频率为f，相应的波长λ等于波导的长度x。驻波80代表沿波导长度上的各点处的应力。压力驻波80在换能器处和波导的开口处分别压力为零的点82、84，在换能器与开口之间的半路处有另一个零点86。当声波被辐射到波导中时形成的驻波88代表在沿波导长度的各点上的体积速度。体积速度驻波88在零压力点82与84之间和零压力点86与84之间分别有零体积速度点92、94，从零压力起大致等距离。在本发明的一个实施例中，如图5a所示的波导(在本图中以虚线表示)有四个段，段的开始与结束是由壁面平行和平均截面面积相同的波导的零体积速度和零压力的位置确定的。在零体积速度92处第一段18₁结束和第二段18₂开始；在零压力86处第二段18₂结束和第三段18₃开始；在零体积速度94处第三段18₃结束和第四段18₄开始。在笔直壁面的波导中，第一零压力与第一零体积速度之间、第一零体积速度与第二零压力之间、第二零压力与第二零体积速度之间、以及第二零体积速度与第三零压力之间的距离都是相等的，所以，段18₁、...18₄的长度x₁...x₄大致都等于波导长度的四分之一。

除了频率f和波长λ的驻波外，波导中还存在频率2f、4f、8f...nf的驻波，相应的波长为λ/2、λ/4、λ/8...λ/n。频率2f的驻波有5个零压力。在平行侧面的波导中，在波导的每一端有一个零压力，其余的零压力沿波导的长度等距离地间隔开。在零压力之间，频率2f的驻波有4个零体积速度，在零压力之间等距离地间隔开。同样，频率4f、8f、...nf，相应波长为λ/4、λ/8...λ/n的驻波有2n+1个零压力和2n个零体积速度，与频率2f和波长λ/2的驻波同样地隔开。在不具有平行侧面的波导中形成类似的驻波，但是零点的位置可以不是均匀地隔开。零点的位置可以用经验方法确定。

参考图12a-12c，图中示出说明本发明其它原理的其它实施例。图12a表明长度等于图11的段的相邻段可以具有相同截面面积和仍提供本发明优点的原理。在图12a中，段的长度是以与图11的段相同的方式确定的。一些相邻的段具有相同的截面面积，这些段中至少有一个具有比相邻段更大的截面面积。可以这样选择截面面积，即 $\frac{\left(\left(A_2\right)\left(A_4\right)\right)}{\left(\left(A_1\right)\left(A_3\right)\right)}=3.$ 根据图12a的波导系统具有的优点与根据图5a的波导的优点相似。同样，段的长度等于波长λ/2、λ/4、λ/8...λ/n驻波的零压力与零体积速度之间的距离、段的平均截面面积符合关系式 $\frac{(\left(A_2\right)\left(A_4\right)...\left(A_{n-2}\right)\left(A_n\right))}{(\left(A_1\right)\left(A_3\right)...\left(A_{n-3}\right)\left(A_{n-1}\right))}=3$ 、一些相邻的段具有相等截面面积的波导具有类似于图4所示波导系统的优点。

现在参考图12b，图中表明了本发明的另一个原理。在这个实施例中，截面面积的变化19不是出现图11所示的点上以及相应段落中的描述。然而，如果段18₁、18₂、18₃和18₄的截面面积遵循关系式 $\frac{\left(\left(A_2\right)\left(A_4\right)\right)}{\left(\left(A_1\right)\left(A_3\right)\right)}=3,$ 式中A₁、A₂、A₃和A₄分别是段18₁、18₂、18₃和18₄的截面面积，上述的抵消问题可以明显降低。

现在参考图12c，图中表明了本发明的又一个方面。在这个实施例中，截面面积不是突变，而是按照正弦或其它平滑函数平滑地变化。然而，与图12b所示的实施例相似，如果段18₁、18₂、18₃和18₄的截面面积遵循关系式 $\frac{\left(\left(A_2\right)\left(A_4\right)\right)}{\left(\left(A_1\right)\left(A_3\right)\right)}=3,$ 式中A₁、A₂、A₃和A₄分别是段18₁、18₂、18₃和18₄的截面面积，上述的抵消问题可以明显降低。在以前的图中所示和相应段落中所描述的实施例中，交替的各段的平均截面面积的乘积的比率为3。虽然比率取为3提供了特别有利的结果，但是，根据本发明的波导系统，其中面积比率为大于1的一个数，例如为2，也显示改进的性能。

现在参考图13，图中示出将图1和4的实施例的原理相组合的本发明的一个实施例，电声换能器10位于敞开端口的波导14’的端部中。在本发明的一个实施例中，电声换能器10是一个圆锥和磁性换能器或者诸如静电、压电或其它声波源的其它电声换能器。电声换能器10可以面向波导14’的任何一端，或者可以安装在波导14’的壁中，将声波辐射到波导14’中。电声换能器10位于其中的腔体17紧密贴合到电声换能器上。波导14’的内壁基本上是平滑的和无声学损耗。在波导14’中，可以有少量的吸声材料13，使得波导是低声学损耗的。少量的吸声材料衰减了不希望有的谐振，在由波导系统所辐射的频率的范围上提供更平滑的输出，但是并不阻止在波导中形成低频驻波。

波导14’沿其长度上有多个段18₁、18₂、...18_n。每一个段18₁、18₂、...18_n具有长度x₁、x₂、...x_n和截面面积A₁、A₂、...A_n。每一个段在离电声换能器10最近的端部上的截面面积大于在离电声换能器最远的端部上的截面面积。在这一实施方案中，图中示出的截面面积的变化19是突变的。在实际的实施方案中，截面面积的变化可以是渐变的。

根据图13所示实施例的波导结合了图1和4所示实施例的优点。波导端部抵消问题被明显地减小，采用图13所示的波导系统比采用传统波导能够实现更平坦的频率响应。

参考图14a-14c，图中示出类似于图7a、8a和9a的实施例的波导系统，但是，截面面积向右逐渐变窄。与图7a、8a和9a的实施例一样，端部抵消位置问题被明显降低；另外，能够实现与具有更长波导的扬声器组件相等效的性能。

图14a-14c中所示的波导具有在相对于零压力和零体积速度的相似地方开始和结束的段，但是，零点不是象在平行侧面波导中那样均等地定位。在图14a-14c所示的波导中，零点的位置可以通过经验方式或者通过计算机模拟方式确定。

在图14a-14c所示的波导中，当n增大时，波导开始接近于由以下方程式描述的波导的形状：

$A\left(Y\right)=A_{\mathrm{inlet}}{(1-\frac{Y}{B})}^2{\mathrm{SR}}^{\frac{2Y}{X}}$ 对于 $0\≤Y\≤\frac{X}{2}$

$A\left(Y\right)={\mathrm{Ai}}_{\mathrm{nlet}}{(1-\frac{Y}{B})}^2\frac{{\mathrm{SR}}^{\frac{2Y}{X}}}{\mathrm{SR}}$ 对于 $\frac{Y}{2}\≤Y\≤X$

式中：非梯级锥形波导的 $\mathrm{AR}=\frac{A_{\mathrm{outlet}}}{A_{\mathrm{inlet}}}$

(即面积比率)

$\mathrm{SR}=2\sqrt{\mathrm{AR}}=1$

$B=\frac{X\sqrt{\mathrm{AR}}}{\sqrt{\mathrm{AR}-l}}.$ 这种波导的例子如图1、5a(AR＝4)和15b(AR＝9)所示。应当注意，如果面积比率为1(表示非锥形波导)，那么，波导如图10所示和文中相应段落所述。其它的实施例包含在权利要求书中。

Claims (28)

1.一种用于辐射声波的波导系统，所述波导系统包括：

发射声波的低损耗波导，所述波导包括：

适合于耦合到声波源的第一端子；

适合于把所述声波辐射到外部环境的第二端子；

沿所述波导的长度走向的中心线；

在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁；

其特征在于：所述的壁是锥形的，以致于位于所述第二端的截面面积小于位于所述第一端的截面面积，

所述声波源的第一表面辐射到所述波导中，所述声波源的第二表面辐射到所述环境中，

其中位于所述第二端的截面面积小于位于所述第一端的截面面积的二分之一。

2.如权利要求1所述的波导系统，其特征在于：所述截面面积作为从所述第一端起的距离的函数而逐步减小。

3.一种用于辐射声波的波导系统，所述波导系统包括：

发射声波的低损耗波导，所述波导包括：

适合于耦合到声波源的第一端子；

适合于把所述声波辐射到外部环境的第二端子；

沿所述波导的长度走向的中心线；

在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁；

其特征在于：所述的壁是锥形的，以致于位于所述第二端的截面面积小于位于所述第一端的截面面积；

其中，所述截面面积作为从所述第一端起的距离的函数而逐步减小；

其中，所述截面面积按照方程式

而变化，这里A是截面面积，A_inlet是位于所述第一端的截面面积，Y是从所述第一端起测量的距离，以及

这里X是波导的长度，AR是位于所述第一端的截面面积除以位于所述第二端的截面面积。

4.一种用于辐射声波的波导系统，所述波导系统包括：

发射声波的低损耗波导，所述波导包括：

适合于耦合到所述声波源的第一端子；

适合于把所述声波辐射到外部环境的第二端子；

中心线；

在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁；

沿所述中心线的长度的多个段，每个所述段具有第一端和第二端，所述第一端离所述第一端子较近，所述第二端离所述第二端子较近，每一个所述段具有平均截面面积；

其特征在于：所述多个段的第一段和所述多个段的第二段是这样构造和排列的，即所述第一段的第二端与所述第二段的第一端相匹配；

这里，所述第一段的所述第二端上的截面面积基本上不同于所述第二段的第一端的截面面积，

其中位于所述第二端的截面面积小于位于所述第一端的截面面积的二分之一。

5.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：所述第一段的所述平均截面面积基本上不同于所述第二段的平均截面面积。

6.如权利要求5所述的波导系统，其特征在于：所述第二段的截面面积基本上为常量。

7.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：所述第一段的截面面积基本上为常量。

8.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：段的数目为偶数。

9.如权利要求8所述的波导系统，其特征在于：第一组交替的段的平均截面面积的乘积大致为第二组交替的段的平均截面面积的乘积的三倍，其中第一组交替的段为偶数段，第二组交替的段为奇数段。

10.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：所述的壁是锥形的，以致于所述第一段的所述第二端上的截面面积小于所述第一段的所述第一端上的截面面积。

11.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：所述的壁是锥形的，以致于所述第二段的所述第二端上的截面面积小于所述第二段的所述第一端上的截面面积。

12.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：所述的壁是锥形的，以致于所述第一段和所述第二段的所述第二端上的截面面积小于所述第一段和所述第二段的所述第一端上的截面面积。

13.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：所述波导这样构造和排列，以形成波长基本上等于所述低损耗波导的有效长度1的压力驻波，所述压力驻波具有零值点，这里，所述匹配是这样定位的，即它与所述零值点之一相重合。

14.如权利要求4所述的波导系统，其特征在于：所述波导这样构造和排列，以形成波长基本上等于所述低损耗波导的有效长度1的体积速度驻波，所述体积速度驻波具有零值点，这里，所述匹配是这样定位的，即它与所述零值点之一相重合。

15.一种用于辐射声波的波导系统，所述波导系统包括：

发射声波的低损耗波导，所述波导包括：

适合于耦合到所述声波源的第一端子；

适合于把所述声波辐射到外部环境的第二端子；

中心线；

在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁；

沿所述中心线的长度的多个段，每个所述段具有第一端和第二端，所述第一端离所述第一端子较近，所述第二端离所述第二端子较近，每一个所述段具有平均截面面积；

其特征在于：所述多个段的第一段和所述多个段的第二段是这样构造和排列的，即所述第一段的第二端与所述第二段的第一端相匹配；

其中，所述第一段的所述第二端上的截面面积基本上不同于所述第二段的第一端的截面面积；

其中，所述波导具有一个谐振频率，所述频率具有相关波长λ，这里，所述多个段中每个段的长度大致等于

这里A是截面面积，A_inlet是位于所述第一端的截面面积，Y是从所述第一端起测量的距离，以及

这里X是波导的长度，AR是位于所述第一端的截面面积除以位于所述第二端的截面面积。

16.一种用于辐射声波的波导系统，所述波导系统包括：

发射声波的低损耗波导，所述波导包括：

适合于耦合到所述声波源的第一端子；

适合于把所述声波辐到外部环境的第二端子；

沿所述波导的长度走向的中心线；

在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁；

沿所述中心线的长度的多个段，每个所述段具有第一端和第二端，所述第一端离所述第一端子较近，所述第二端离所述第二端子较近；

其特征在于：所述多个段的第一段和所述多个段的第二段是这样构造和排列的，即所述第一段的第二端与所述第二段的第一端相匹配；

这里，从所述第一端到所述第二端，所述第一段的截面面积按照第一指数函数减小，所述第一指函数接近于 $A\left(Y\right)=A_{\mathrm{inlet}}{(1-\frac{Y}{B})}^{2}S{R}^{\frac{2Y}{X}},$ 其中， $0\≤Y\≤\frac{X}{2},$ 这里A是截面面积，A_inlet是位于所述第一端的截面面积，Y是从所述第一端起测量的距离，这里X是波导的长度，AR是位于所述第一端的截面面积除以位于所述第二端的截面面积，以及

这里，所述第一段的所述第二端上的截面面积大于所述第二段的所述第一端上的截面面积。

17.如权利要求16所述的波导系统，其特征在于：从所述第一端到所述第二端，所述第二段的所述截面面积按照第一指数函数减小，所述第一指函数接近于 $A\left(Y\right)=A_{\mathrm{inlet}}{(1-\frac{Y}{B})}^{2}S{R}^{\frac{2Y}{X}},$ 其中， $0\≤Y\≤\frac{X}{2},$ 这里A是截面面积，A_inlet是位于所述第一端的截面面积，Y是从所述第一端起测量的距离，

这里X是波导的长度，AR是位于所述第一端的截面面积除以位于所述第二端的截面面积，以及 $\mathrm{SR}=2\sqrt{\mathrm{AR}}=1.$

18.如权利要求16所述的波导系统，其特征在于：从所述第一端到所述第二端，所述第二段的所述截面面积按照第二指数函数减小，所述第二指函数接近于 $A\left(Y\right)=A_{\mathrm{inlet}}{(1-\frac{Y}{B})}^2\frac{{\mathrm{SR}}^{\frac{2Y}{X}}}{\mathrm{SR}},$ 其中， $\frac{X}{2}\≤Y\≤X,$ 这里A是截面面积，A_inlet是位于所述第一端的截面面积，Y是从所述第一端起测量的距离，

这里X是波导的长度，AR是位于所述第一端的截面面积除以位于所述第二端的截面面积，以及 $\mathrm{SR}=2\sqrt{\mathrm{AR}}=1.$

19.一种用于辐射声波的波导系统，所述波导系统包括：发射声波的低损耗波导，所述声波具有调谐频率，所述频率具有相应的波长，所述波导包括：沿所述波导的长度走向的中心线；

在垂直于所述中心线的平面中环绕截面面积的壁；

沿所述中心线的多个段，每个所述段的长度大约为所述波长的四分之一，每个所述段具有平均截面面积；

其特征在于：所述多个段的第一段的平均截面面积不同于所述多个段中相邻段的平均截面面积。

20.如权利要求19所述的波导系统，其特征在于：所述第一段的截面面积基本上是常量。

21.如权利要求20所述的波导系统，其特征在于：所述相邻段的截面面积基本上是常量。

22.如权利要求19所述的波导系统，其特征在于：第一组交替的段的所述平均截面面积的乘积大致为第二组交替的段的所述平均截面面积的乘积的三倍，其中第一组交替的段为偶数段，第二组交替的段为奇数段。

23.一种用于辐射声波的波导系统，

其中，所述波导具有长度约等于

的段，这里，A是截面面积，A_inlet是位于第一端的截面面积，Y是从所述第一端起测量的距离，以及

这里X是波导的长度，AR是位于所述第一端的截面面积除以位于第二端的截面面积，1是所述波导的有效长度，每个所述段具有平均截面面积，其中，第一组交替的段的平均截面面积的乘积大于第二组交替的段的平均截面面积的乘积的二倍，其中第一组交替的段为偶数段，第二组交替的段为奇数段。

24.如权利要求23所述的波导系统，其特征在于：所述第一组交替的段的所述平均截面面积的所述乘积大致为所述第二组交替的段的所述平均截面面积的三倍。

25.如权利要求23所述的波导系统，其特征在于：所述段中的一个段的平均截面面积大于相邻段中任何一个段的截面面积。

26.一种用于辐射声波的波导，为形成压力驻波和体积速度驻波而构造和排列，

所述体积速度驻波的波长基本上等于所述波导的有效长度1，所述体积速度驻波具有零体积速度；

所述压力驻波的波长基本上等于所述波导的有效长度1，所述压力驻波具有零压力，所述零压力出现在所述零体积速度之间；

所述零体积速度和所述零压力划出所述波导的多个段的界限，每个所述段具有平均截面面积；

其特征在于：第一组交替的段的平均截面面积的乘积大于第二组交替的段的平均截面面积的乘积的二倍，其中第一组交替的段为偶数段，第二组交替的段为奇数段。

27.如权利要求26所述的波导，其特征在于：所述第一组交替的段的所述平均截面面积的所述乘积大约为所述第二组交替的段的所述平均截面面积的三倍，其中第一组交替的段为偶数段，第二组交替的段为奇数段。

28.如权利要求26所述的波导，其特征在于：所述段中的一个段的平均截面面积大于相邻段中任何一个段的截面面积。

Images