CN105244019A - 一种球面声波转成柱面声波的声学波导 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球面声波转成柱面声波的声学波导，包括一组配合使用的上、下壳体，壳体内设有供声源传播的波导通道，在波导通道内设有波阵面校正装置，波阵面校正装置包括安装于下壳体内的凸几何体和与凸几何体相配合使用并对应嵌设于上壳体上的凹几何体，凹几何体为底部开口、内部中空且与凸几何体的形状结构相一致；凸几何体以垂直于波导通道的直线作为中心对称轴、并在中心对称轴的两边对称设置第一导向面和第二导向面，第一导向面、第二导向面及第一导向面与第二导向面之间的几何面光滑连接且一体成型。采用上述设有波面校正装置的声学波导应用于音箱设备中，能显著提高声音的保真度，还能实现远距离传声，结构简单、实用性强。

Description

一种球面声波转成柱面声波的声学波导

技术领域

本发明涉及一种声学传播扩散的零部件，具体涉及一种球面声波转成柱面声波的声学波导。

背景技术

研究声波在有限空间中的传播，例如在线、面、管、孔等形状的腔体中传播，其特征是声波被限制在一定空间中传播，此空间称之为波导。在声学的传播扩散中为提高声音的传播距离及声音的保真度常常会采用到波导。

声源在空间上仅有明确位置而无范围的声源称为点声源(pointSource)。而有指向的声源传播得到的一个球面，称之为球面波(sphericalwaves)。点声源是以球面波的形式辐射声波，辐射声波的声压幅值与声波传播距离(r)成反比，当距离从R增加到2R时，球面面积由A增加到4A。根据辐射声波能量守恒，声压值衰减6db。那么，有什么方法可以使声压值不衰减那么大吗？下面，就介绍柱面声波。

在了解柱面声波之前，先要了解线声源，线声源是一种声音机械设备。它的运用是基于其非常小的垂直指向角，当其垂直指向为0度时，这就是我们所说的“圆柱声波”；当线声源取一定的水平夹角时(如45°)，即得到“柱面声波”。柱面声波距离由R增加到2R时，柱面面积由A增加到2A，根据声波能量守恒，声压值衰减3db。因此，传播的声波能量相同情况下，将声波传播由球面波转为柱面声波传播将会大大提高声波的远距离传播；而将多个柱面声波单元紧密排列在一起时，就组成线阵列。

然而，线声源只是理想中的，现有的生产技术能力，线声源还没运用到户外扩声领域，传统的扩声还是以点声源喇叭单元为主，即以“球面声波”为主。即使将多个号角堆叠一起工作，最后输出的声波还是以球面波的形式传播，在此传播过程还会发生严重的“干涉现象”，声音出现失真。

发明内容

针对上述的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高声源传播距离，提升声音保真度的球面声波转成柱面声波的声学波导。

为解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种球面声波转成柱面声波的声学波导，包括一组配合使用的上、下壳体，所述壳体内设有供声源传播的波导通道，在波导通道内设有波阵面校正装置，所述波阵面校正装置包括安装于下壳体内的凸几何体和与凸几何体相配合使用并对应嵌设于上壳体上的凹几何体，所述凹几何体为底部开口、内部中空且与凸几何体的形状结构相一致；所述凸几何体是以垂直于波导通道的直线作为中心对称轴、并在中心对称轴的两边对称设置第一导向面和第二导向面，第一导向面、第二导向面及第一导向面与第二导向面之间的几何面光滑连接且一体成型；其中，第一导向面为以波导通道的宽度作为半径作圆、然后以该圆60°圆心角所对应的弧长及弦长所围成的平面为第一导向面且第一导向面在水平逆时针方向倾斜120°角。

上述方案中，第一导向面和第二导向面在中心对称轴上有重合处且重合处的任意一点的截面图呈等边三角形结构。

本发明的有益效果为：

本发明通过在波导通道内设置波面校正装置，该波面校正装置主要由相配合使用的凸几何体和凹几何体构成，所述凸几何体采用两个对称设置的第一导向面和第二导向面，且第一导向面具体为圆心角为60度的弧形面并在水平逆时针方向倾斜120度。采用上述设有波面校正装置的球面声波转成柱面声波的声学波导应用于音箱设备中，能使曲线声波的声源变为线性直线声波，与传统结构的音箱波导相比：不仅能提高声音保真度，还能实现远距离传声，具有结构简单、成本低廉、实用性强的特点。

附图说明

图1、图2为本球面声波转成柱面声波的声学波导的一种结构示意图。

图3为凸几何体的一种结构示意图。

图4为基于图3结构的凸几何体在图1中A-A线的横截面图。

图5为凸几何体的另一种结构示意图。

图6为基于图5结构的凸几何体在图1中A-A线的横截面图。

图7为本球面声波转成柱面声波的声学波导的传播原理分析示意图

图中标号为：1-1、下壳体；1-2、上壳体；2、波导通道；3、凸几何体；3-1、第一导向面；3-2、第二导向面；4、凹几何体；5、固定件；6、扬声器；

直线L为凸几何体或凹几何体的中心对称轴。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种球面声波转成柱面声波的声学波导，包括一组配合使用的上、下壳体(1-2、1-1)，上、下壳体(1-2、1-1)通过固定件5固定。所述壳体内设有供声源传播的波导通道2，在波导通道2内设有波阵面校正装置，所述波阵面校正装置包括安装于下壳体1-2内的凸几何体3和与凸几何体3相配合使用并对应嵌设于上壳体1-1上的凹几何体4，所述凹几何体4为底部开口、内部中空且与凸几何体3的形状结构相一致。当然，在使用过程，凹几何体4与凸几何体3的安装位置也可以互换。

如图3所示，为凸几何体3的一种结构示意图。所述凸几何体3是以垂直于波导通道2的直线L作为中心对称轴、并在中心对称轴的两边对称设置第一导向面3-1和第二导向面3-2，第一导向面3-1、第二导向面3-2及第一导向面3-1与第二导向面3-2之间的几何面光滑连接且一体成型。其中，第一导向面3-1为以波导通道2的宽度作为半径作圆、然后以该圆60°圆心角所对应的弧长及弦长所围成的平面为第一导向面3-1。应用如图3结构的凸几何体3时，则图1中A-A线的横截面图如图4所示，当第一导向面3-1和第二导向面3-2在中心对称轴上无重合时，凸几何体3上A-A线的横截面图为等腰梯形，基于第一导向面在水平逆时针方向倾斜120°角，即图中的角θ1、θ2均为120°。

如图5所示，为凸几何体3的另一种结构示意图。即当第一导向面3-1和第二导向面3-2在中心对称轴上有重合处且重合处的任意一点的截面图呈等边三角形结构。应用如图5结构的凸几何体3时，在图1中A-A线的横截面图如图6所示，由于横截面图中的三角形为等边三角形，则图中的角θ1、θ2均为120°。

本发明在使用时，扬声器6发出的声音为点声源、随着传播变为球面波，也成为曲线声波。工作时，声源在波导通道2内进行传播，当曲线声波经过波导通道2内的波阵面校正装置时，即经过凸几何体3和凹几何体4后，输出的是多个直线波，即线阵列，不仅提高了扩音距离，还减少了输出波的“干涉现象”，提高了声音的保真度。其具体的实现原理如图7所示：以S点作为声源，发出连续不断的曲线波，当曲线波经过凸几何体3、凹几何体4，图7中仅作出曲线波经过凸几何体后的效果图。将图中曲线波分解为多个连续的点声源。从众多点声源中任选a1～h1点，由于第一导向面3-1在水平逆时针方向倾斜120°，第二导向面3-2与第一导向面3-1对称、则第二导向面3-2在水平顺时针方向倾斜120°，从几何算法得出，图中每一个点声源在传播过程中，在凸几何体3和凹几何体4上所走的路程长度一样，因此使得输出的是多个直线波，即线阵列。

本结构的球面声波转成柱面声波的声学波导可作为声音传播的扩音部件，具体可作为一般音箱设备中。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种球面声波转成柱面声波的声学波导，包括一组配合使用的上、下壳体(1-2、1-1)，所述壳体内设有供声源传播的波导通道(2)，其特征在于：在波导通道(2)内设有波阵面校正装置，所述波阵面校正装置包括安装于下壳体(1-1)内的凸几何体(3)和与凸几何体(3)相配合使用并对应嵌设于上壳体(1-2)上的凹几何体(4)，所述凹几何体(4)为底部开口、内部中空且与凸几何体(3)的形状结构相一致；所述凸几何体(3)是以垂直于波导通道(2)的直线作为中心对称轴、并在中心对称轴的两边对称设置第一导向面(3-1)和第二导向面(3-2)，第一导向面(3-1)、第二导向面(3-2)及第一导向面(3-1)与第二导向面(3-2)之间的几何面光滑连接且一体成型；其中，第一导向面(3-1)为以波导通道(2)的宽度作为半径作圆、然后以该圆60°圆心角所对应的弧长及弦长所围成的平面为第一导向面(3-1)且第一导向面(3-1)在水平逆时针方向倾斜120°角。

2.根据权利要求1所述的球面声波转成柱面声波的声学波导，其特征在于：第一导向面(3-1)和第二导向面(3-2)在中心对称轴上有重合处且重合处的任意一点的截面图呈等边三角形结构。