CN102158791B - 具有八个声辐射体的扬声器系统 - Google Patents

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具有八个声辐射体的扬声器系统，将八个声辐射体中的六个扬声器单元和两个无源辐射体按照一定规律依次排列，构成具有八个声辐射体的阵列的扬声器系统，两个无源辐射体排在阵列中的第一和第五位置。本发明扬声器系统，使其在工作频率范围内都具有宽辐射角，且低频频响得到改进。在工作频率范围内具备宽辐射角，辐射声场均匀，低频频响理想，且设计方法非常简单，成本低廉，便于使用。

Description

具有八个声辐射体的扬声器系统
技术领域
本发明涉及扬声器系统的设置方法和装置，尤其是涉及到声柱和声梁的设计。
背景技术
很多场合需要较高的声压级，由于单个声源(如扬声器单元)辐射声能有限，难以达到足够高的声压级，人们很自然地想到使用多个声源，在几十年前甚至出现了由数百个扬声器构成的“声墙”式扬声器系统。但遗憾的是，数量众多的扬声器所辐射的声波会产生干涉现象，且数量越多，越难以控制。后来人们发现“声柱”(sound column)式扬声器系统很实用。声柱是由多个相同的扬声器按一定结构作线状竖直排列(如直线排列、也有曲线排列)的扬声器系统。声柱一般是竖直使用的，故在水平方向有较宽的辐射角，在垂直方向有较窄的辐射角。声柱可以产生更高的声压级，但也存在无法回避的缺陷。这是因为多个扬声器之间的干涉会产生指向性图，而这种指向性图是频率的函数。在高频时，这种指向性图的主瓣变窄并会产生旁瓣，且旁瓣的位置对于频率变化非常敏感，因此使得声场分布极不均匀。另外，竖直吊挂的声柱有时安装不便且不够美观。这些必须要解决的实际问题，令声柱的应用受到局限。
为了克服频率变化导致的声场不均匀，人们提出了一些解决方法：
Keele，Jr.，D.B.，“Effective Performance of Bessel Arrays”，J.A.E.S.，Volume 38Number 10pp.723-748；October 1990.利用Bessel函数的性质，为系统中各点源分配不同的声源强度，源强正比于特定Bessel函数，从而展宽了辐射角，提高了声场的均匀程度。
Jiang Chao，Shen Yong，“An Omni-directivity Sound Source Array”，Mo.P2.11，The 18thInternational Congress On Acoustics，Kyoto，Japan，April 2004.(全指向性声源系统)，按照sinc函数规律调整源强，不仅展宽了辐射角，提高了声场的均匀程度，还改善了相位特性。
沈勇，江超，徐小兵等，利用二次剩余序列设置扬声器系统的方法及装置，专利号ZL200410044849.5，将二次剩余序列用于优化扬声器系统的指向性，为各个扬声器单元设置不同的信号延时，从而展宽了辐射角，提高了声场的均匀程度。
上述方法均可通过展宽辐射角、提高扬声器系统辐射声场均匀程度，但存在设计复杂、使用成本高等不足。
发明内容
本发明的目的是：将六个扬声器单元和两个无源辐射体按照一定规律依次排列构成具有八个声辐射体的扬声器系统，使其在工作频率范围内的指向性和低频频响得到显著改进。本发明提供了一种设计方法相对简单，辐射角明显展宽、指向性均匀性、低频频响得到明显改进的八辐射体扬声器系统的设置方法及装置，尤其是横向直线排列或近似直线的(较少弧度)弧线排列的八辐射体的扬声器系统。
本发明的目的是这样实现的：具有八个声辐射体的扬声器系统，将八个声辐射体中的六个扬声器单元和两个无源辐射体按照一定规律依次排列构成具有八个声辐射体的阵列构成的扬声器系统，两个无源辐射体排在阵列中的第一和第五位置；使其在工作频率范围内都具有宽辐射角，低频频响得到改进。在系统中有的声源相位与系统中其它声源反相，各个声源辐射正相或反相的声信号。
本发明所述的具有八个声辐射体的扬声器系统一般指直线排列或近似直线的(较少弧度)弧线排列的具有八个声辐射体的扬声器系统，也可以涉及曲线排列的扬声器系统。
本发明特别适用于将扬声器系统水平放置的“声梁”(sound girder，sound crossbeam)式横向布置使用。此时，本发明的声梁在水平方向和垂直方向均有较宽的辐射角，易于获得均匀的辐射声场，该声梁的低频频响也能得到显著改进。该声梁在某些情况下安装方便且美观，实用性强。
本发明具体而言是：在系统中各扬声器单元和无源辐射体按序排列，并根据需要将部分声源的信号调整为反相位。排列顺序中，无源辐射体的位置相对自由，具体可按照图1所示两种方式按序排列。图1给出了扬声器单元和无源辐射体的排列顺序。
本发明提供的仿真、实验数据均以直线型扬声器系统为例。而对于弯曲程度不大的扬声器系统，其优化特性基本得到保持。故可根据实际使用需要，设置直线型，或者具有较少弧度的扬声器系统。
本发明的有益效果是：具有八个声辐射体的扬声器系统，将六个扬声器单元和两个无源辐射体按照一定规律依次排列，使其在工作频率范围内都具有宽辐射角，且低频频响得到改进。指向性图给出了采用本发明优化后，具有八个声辐射体的扬声器系统在偏离主轴45度角方向范围内的频响曲线。可以看出经过优化的扬声器系统在工作频率范围内都具有宽辐射角，低频频响理想。应用本发明，具有八个声辐射体的扬声器系统在工作频率范围内具备宽辐射角，辐射声场均匀，低频频响理想，且设计方法非常简单，成本低廉，便于使用。
附图说明
图1、2是本发明具有八个声辐射体的扬声器系统中，六个扬声器单元和两个无源辐射体的两种不同的排列方式。
图3本发明应用图1中排列方式优化前后扬声器系统在偏离主轴45度角方向范围内的频响曲线。系统中声源间的中心距d＝0.05m。
具体实施方法
下面用举例的形式说明本发明的具体实现方法。
根据图1-2，将扬声器单元1和无源辐射体2(具有同扬声器单元的振动结构，但无电源驱动)依序排列。扬声器组成系统时，声源间保持等距，如取相邻声辐射体的中心距d＝0.05m。两个无源辐射体排在阵列中的第一和第五位置，或对应的第四与第八位置。
图3给出了应用图1中排列方式(a)优化前后扬声器系统在偏离主轴45度角方向范围内的频响曲线。可以看出经过优化后，具有八个声辐射体的扬声器系统在工作频率范围内具备宽辐射角，辐射声场均匀，低频频响理想。
本发明涉及横向直线排列或近似直线的(较少弧度)弧线排列的具有八个声辐射体的扬声器系统，也可以涉及曲线排列的扬声器系统。
在阵列中有的声源相位与系统中其它声源反相，各个声源辐射正相或反相的声信号。以两个无源辐射体排在阵列中的第一和第五位置为例(如无源辐射体排列在阵列第四、第八完全对称)；可以选择阵列中的一个扬声器反相，如第二、第六、第三或第五。亦可以选择阵列中的二个扬声器反相，如第一、第三，第二、第四，第五、第七或第六、第八。

Claims (1)

1.具有八个声辐射体的扬声器系统，其特征是将八个声辐射体中的六个扬声器单元和两个无源辐射体按照一定规律依次排列，即构成具有八个声辐射体的阵列的扬声器系统，两个无源辐射体排在阵列中的第一和第五位置；且将扬声器系统的八个声辐射体的阵列水平放置的“声梁”式横向布置；选择八个声辐射体的阵列中的一个扬声器反相，即第二、第六或第三位置的扬声器反相。
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