CN103945304B - 利用声学微结构改善扬声器线阵列指向性的方法 - Google Patents
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Abstract
宽频均匀指向性的实现方法，利用如下声学微结构的辐射器组成阵列，单个声学微结构的辐射器在低频具有好的指向性特点，随着频率的增大，其指向性慢慢变差，高频不具有指向性；利用此辐射器组成扬声器阵列，在宽的频段上实现均匀指向性。利用具有声学微结构的辐射器在低频具有较强指向性，在高频不具有指向性的特点，组成扬声器阵列，提供扬声器阵列的指向性的均匀性特点，在较宽的频段上获得较为一致的指向性。
Description
技术领域
本发明涉及利用声学微结构材料，在扬声器线阵列上，在宽频段上实现较为均匀的指向性的方法。
背景技术
由于声波的衍射效应，波束在传播过程中不断发散，在现实应用中，需要具有一定指向性的声波辐射，比如应用在大型剧场，体育场的扩声工程中等等。声柱、扬声器线阵列因此而产生。但是，虽然这一类扬声器在中高频具有非常好的指向性，但是在较低的频率，指向性变得越来越差。这就给扩声工程带来一个严重的问题，由于这类扬声器在中高频具有很强的指向性特点，因此只有位于这些方向上的观众能够听到一致的声音。而在两边的其他角度的观众，只能听到低频的声音，而听不到高频部分。因此，设计在全频段上具有较为一致性指向性特点的扬声器，在现实应用中具有非常实际的意义。
发明内容
本发明的目的：利用声学微结构材料，在扬声器线阵列上，在宽频段上实现较为均匀的指向性。
本发明的技术方案：利用声学微结构改善扬声器线阵列的指向性的方法，利用具有级联的亥姆霍兹共鸣器的声学微结构的辐射器，使得其在低频具有较好的指向性而高频不具有指向性的特点，从而改善整个扬声器阵列的指向性均匀性。获得较为均匀的指向性特点。此方法可推广应用到电磁波情况下的天线设计。
根据乘积理论，整个阵列的指向性可以看成是同样排列的无指向性特点声源组成阵列的指向性与单个声源指向性的乘积，如图1所示。无指向性特点声源组成阵列的指向性虽然在中高频具有非常好的指向性特点，但是在低频，其指向性并不明显。对于单个声源，要么在全频段上都不具有比较好的指向性，要么在低频不具有指向性但在中高频具有较好的指向性。根据乘积理论，这样的阵列组成的整体指向性特点一定是在低频不具有指向性，而在中高频具有非常尖锐的指向性。
为了获得在较宽的频段范围较为均匀的指向性特点，可以设计特殊的指向性特点的单个声源，使其在低频具有比较好的指向性，而在高频，却不具有指向性。这样，单个声源在低频具有比较好的指向性，而同样排列的无指向性特点的声源组成的阵列在低频 不具有指向性，随着频率的变高，单个声源的指向性慢慢变差，而同样排列的无指向性特点的声源组的阵列的指向性慢慢变强，根据乘积理论，由此种声源组成的声源组阵列能够在比较宽的频率范围内有比较一致的指向性。
具有声学微结构的辐射器，在低频具有比较好的指向性，而在高频的指向性较差。利用这种辐射器实现扬声器阵列，便可以在比较宽的频率范围获得比较一致的指向性特点。
本发明的有益效果：与现有技术相比具有的特点是：利用具有声学微结构的辐射器在低频具有较强指向性，在高频不具有指向性的特点，组成扬声器阵列，提供扬声器阵列的指向性的均匀性特点，在较宽的频段上获得较为一致的指向性。
附图说明
图1乘积理论说明图；
图2单个具有声学微结构的辐射器在低频和高频的辐射特点。其中图2（a）为单个具有声学微结构的辐射器在低频的辐射特点，图2（b）为单个具有声学微结构的辐射器在高频的辐射特点。
具体实现方案
本发明中利用的单个具有声学微结构的辐射器在低频和高频的辐射特点如图2所示。图2（a）为单个具有声学微结构的辐射器在低频的辐射特点，（在100赫芝频段的主要幅射能量分布在90度内），图2（b）为单个具有声学微结构的辐射器在高频的辐射特点（在2000赫芝频段的主要幅射能量分布在150度）。可以看出此辐射器在低频具有比较好的指向性特点，随着频率的增大，其指向性慢慢变差。利用此中辐射器组成扬声器阵列，变可以在较宽的频段上实现均匀指向性的特点。
本发明中利用的单个具有声学微结构的辐射器在低频和高频的辐射特点如图2所示。图2（a）为单个具有声学微结构的辐射器在低频的辐射特点，图2（b）为单个具有声学微结构的辐射器在高频的辐射特点。可以看出此辐射器在低频具有比较好的指向性特点，随着频率的增大，其指向性慢慢变差。利用此中辐射器组成扬声器阵列，变可以在较宽的频段上实现均匀指向性的特点。
以实现220Hz以上均匀指向性辐射为例，此处的声学微结构采用亥姆霍兹共鸣器，其的腔体设计为长方体，其长与宽为6cm，高为10cm，亥姆霍兹共鸣器的颈部为圆柱体，其直径为1cm，高为0.5cm。周期排列的亥姆霍兹共鸣器的晶格常数（周期）为7cm。 将亥姆霍兹共鸣器（一般大于3个）布置于声柱的周围，便可实现220Hz以上的均匀指向性辐射。如果需要设计其他截止频率的均匀指向性辐射，只需要相应调整亥姆霍兹共鸣器的尺寸便可。
Claims (1)
1.宽频均匀指向性的实现方法，其特征是单个具有声学微结构的辐射器在低频具有好的指向性，随着频率的增大，其指向性慢慢变差，高频不具有指向性；利用具有声学微结构的辐射器组成阵列，将大于 3 个具有声学微结构的辐射器布置于声柱的周围，在220Hz 以上的频段实现均匀指向性辐射；
其中，所述具有声学微结构的辐射器采用亥姆霍兹共鸣器，亥姆霍兹共鸣器腔体设计为长方体，长与宽为6cm，高为10cm，亥姆霍兹共鸣器的颈部为圆柱体，其直径为 1cm，高为0.5cm。
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