CN107071663B - 宽带超薄声波扩散结构 - Google Patents

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Abstract

一种宽带超薄声波扩散结构，包括多个声波扩散单元，每个声波扩散单元包括至少一个声波传播段，并根据需要设置与声波传播段相通的声波汇聚段。其中，声波汇聚段由填充声学材料的声波汇聚型腔构成，声波汇聚型腔为变截面型腔；声波传播段由末端封闭的单连通声波传播通道构成；不同声波扩散单元的单连通声波传播通道长度不同；有声波汇聚段的声波扩散单元，其单连通声波传播通道采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，占据宽带超薄声波扩散结构的部分或全部可利用空间。其中，单连通声波传播通道最大的长度可以达到声波扩散结构厚度的几十倍甚至上百倍，能最大限度地满足低频声波扩散的要求。

Description

宽带超薄声波扩散结构
技术领域
本发明属于音响工程技术领域，涉及到一种宽带超薄声波扩散结构。
背景技术
自从20世纪70年代Schroeder扩散器问世以来，在音响工程技术领域得到了广泛的应用，特别是在音乐厅、剧院等有较高音效要求的场所。Schroeder扩散器将声能分散，使声音反射到不同的方向，防止回声和驻波，在这样的环境中，观众能大饱耳福，体验一场视听盛宴。但是由于设计原理的局限，Schroeder扩散器的厚度与声波波长成正比，所以当对低频声波提出扩散要求时，Schroeder扩散器的厚度尺寸必然很大。为了解决这一问题，本发明结合近几年发展起来的变换声学理论，公开了一种宽带超薄声波扩散结构。
发明内容
本发明采用的技术方案如下：
所述的宽带超薄声波扩散结构，包括多个声波扩散单元。其中，每个声波扩散单元包括至少一个声波传播段，并根据需要设置与声波传播段相通的声波汇聚段。
所述的声波汇聚段，由填充声学材料的声波汇聚型腔构成；所述的声波汇聚型腔为变截面型腔，变截面型腔内填充各向同性或各向异性声学材料；所述的各向异性声学材料由嵌入薄膜或丝网的声学材料构成。
所述的声波传播段，由末端封闭的单连通声波传播通道构成。
不同的声波扩散单元，其声波传播段的单连通声波传播通道长度不同；有的声波扩散单元没有声波汇聚段，仅包括声波传播段；有的声波扩散单元既包括声波汇聚段，也包括声波传播段，且声波汇聚段的声波汇聚型腔和声波传播段的单连通声波传播通道相通；包括有声波汇聚段和声波传播段的声波扩散单元，其声波传播段的单连通声波传播通道采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠等紧密布置措施，占据宽带超薄声波扩散结构中的部分或全部可利用空间。
所述的包括有声波汇聚段和声波传播段的声波扩散单元，其声波传播段的单连通声波传播通道布置方案如下：
(1)单连通声波传播通道采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，在本声波扩散单元内部，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，占据声波汇聚型腔外部的部分或全部可利用空间。
(2)单连通声波传播通道采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，在超薄声波扩散结构内部，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，除占据本声波扩散单元内部全部可利用空间外，还延伸到其它声波扩散单元，占据其它声波扩散单元内部的剩余可利用空间，特别是利用单连通声波传播通道长度短的声波扩散单元的剩余空间。
所述的薄膜是无孔薄膜或有孔薄膜，包括金属薄膜、非金属薄膜、棉布、化纤、丝绸、麻布、呢绒、混纺、皮革等；所述的丝网包括金属丝网和非金属丝网；所述的声学材料是气体材料、固体材料或液体材料，包括空气、氦气、凝胶、聚氨酯、聚酯纤维、环氧树脂、泡沫塑料、泡沫金属、软橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、玻璃棉、玻璃纤维、毛毡、丝绸、布、微穿孔板等。
与传统的Schroeder扩散器相比，本发明公开的宽带超薄声波扩散结构，无论是在设计原理上还是在结构本身，都有很大的差异。外部声波进入本发明公开的宽带超薄声波扩散结构，首先，声波在声波汇聚段被汇聚，以保证声波随后可以在细长的通道中传播；然后，被汇聚的声波进入声波传播段，在长度不同的单连通声波传播通道中传播反射。单连通声波传播通道可以根据需要设计成为细长的通道，通过迂回、弯曲、盘绕、层叠等紧密布置措施，充分利用宽带超薄声波扩散结构中全部可以利用的空间。在本发明公开的宽带超薄声波扩散结构中，单连通声波传播通道的最大长度可以达到声波扩散结构厚度的几十倍甚至上百倍，能最大限度地满足低频声波扩散的要求。
附图说明
图1是宽带超薄声波扩散结构主视图示意图。
图2是宽带超薄声波扩散结构侧视剖面示意图。
图3是声波扩散单元侧视剖面示意图。
图4是声波扩散单元侧视剖面示意图。
图5是声波扩散单元侧视剖面示意图。
图6是声波汇聚段的剖面示意图。
图7是声波汇聚段的剖面示意图。
图8是声波汇聚段的剖面示意图。
图9是声波汇聚段的剖面示意图。
图10是声波汇聚段的剖面示意图。
图11是声波传播段的单层示意图。
图12是声波传播段的单层示意图。
图13是声波传播段的单层示意图。
图14是声波传播段的单层示意图。
图15是声波传播段的单层示意图。
图16是声波传播段的单层示意图。
图中：1声波扩散单元；2声波汇聚段；3声波传播段；4声波汇聚型腔中填充的声学材料；5声学材料中嵌入的薄膜或丝网；6声波汇聚型腔的壁；7属于不同声波扩散单元的单连通声波传播通道之间的隔壁；8单连通声波传播通道；9单连通声波传播通道的壁；10层叠布置的单连通声波传播通道相邻层之间的连通孔；
图中的箭头表示声波的传播方向，其中带箭头的实线表示声波在本声波扩散单元内部的声波汇聚型腔和单连通声波传播通道8中传播；带箭头的虚线表示当其它声波扩散单元的单连通声波传播通道8延伸到本声波扩散单元中时，声波在其中的传播。
具体实施方式
实施例1：
多个声波扩散单元沿物体表面排布，构成宽带超薄声波扩散结构，如图1和图2所示。其中，每个声波扩散单元1包括至少一个声波传播段3，并根据需要设置与声波传播段3相通的声波汇聚段2。
声波汇聚段2由填充声学材料的声波汇聚型腔构成，其剖面示意图如图6所示。声波汇聚型腔为变截面型腔，型腔端面为六边形，变截面型腔内填充一般声学材料4，并在其中按照等间距嵌入多层薄膜5。
声波传播段3由末端封闭的单连通声波传播通道8构成，其单层示意图如图11和图12所示。不同的声波扩散单元1，其声波传播段的单连通声波传播通道8长度不同。
在宽带超薄声波扩散结构中，不同声波扩散单元的单连通声波传播通道8布置方案如下：
(1)有的声波扩散单元1，其单连通声波传播通道8的长度短，如图5中带箭头的实线所占据的浅腔区域。这些声波扩散单元1没有声波汇聚段2，仅包括声波传播段3，且声波传播段3仅占据声波扩散单元1的部分可利用空间；
(2)有的声波扩散单元1包括声波汇聚段2和声波传播段3，其单连通声波传播通道8的长度长，这些单连通声波传播通道8被设计成为细长的通道，采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，在本声波扩散单元内部，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，占据声波汇聚型腔外部的部分可利用空间，如图3和图12的声波传播段3中带箭头的实线所占据的区域。图中，10是层叠布置的单连通声波传播通道8相邻层之间的连通孔；
(3)有的声波扩散单元1包括声波汇聚段2和声波传播段3，其单连通声波传播通道8的长度较长，这些单连通声波传播通道8被设计成为细长的通道，采用多层或空间螺旋的结构型式，在本声波扩散单元内部，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，占据声波汇聚型腔外部的全部可利用空间，如图4和图11所示。图中，10是层叠布置的单连通声波传播通道8相邻层之间的连通孔；
(4)有的声波扩散单元1包括声波汇聚段2和声波传播段3，其单连通声波传播通道8的长度更长，这些单连通声波传播通道8被设计成为细长的通道，采用多层或空间螺旋的结构型式，在超薄声波扩散结构内部，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，除占据本声波扩散单元内部全部可利用空间外，还延伸到其它声波扩散单元，占据其它声波扩散单元内部的剩余可利用空间，特别是利用单连通声波传播通道8长度短的声波扩散单元的剩余空间，如图2、图3、图5和图12所示，其中在声波传播段3中带箭头的虚线所占据的区域，就是其它声波扩散单元的单连通声波传播通道8在本声波扩散单元中的延伸。图中，7是本声波扩散单元和其它声波扩散单元的单连通声波传播通道8之间的隔壁。
对于本宽带超薄声波扩散结构，首先，外部声波进入声波汇聚段2，经过声波汇聚型腔和腔内填充的声学材料，被汇聚；然后，被汇聚的声波进入声波传播段3，在长度不同的单连通声波传播通道8中传播反射，其中单连通声波传播通道8最大的长度可以是宽带超薄声波扩散结构厚度的几十倍。
实施例2：
本实施例与实施例1大致相同，区别是：(1)声波汇聚段如图7所示，型腔端面为四边形，型腔中填充的材料为一般声学材料4，并在其中按照相同间距嵌入多层化纤5；(2)声波传播段3的单连通声波传播通道8，其单层示意图如图13和图14所示。
实施例3：
本实施例与实施例1大致相同，区别是：(1)声波汇聚段如图8所示，型腔端面为圆形，型腔中填充的材料为一般声学材料4，并在其中按照不同间距嵌入多层丝绸5；(2)声波传播段3的单连通声波传播通道8，其单层示意图如图15和图16所示。
实施例4：
本实施例与实施例1大致相同，区别是：声波汇聚段如图9所示，型腔端面为五边形，型腔中填充的材料为一般声学材料4，并在其中按照相同间距嵌入多层金属丝网5。
实施例5：
本实施例与实施例1大致相同，区别是：声波汇聚段如图10所示，型腔端面为椭圆形，型腔中填充的材料为一般声学材料4，并在其中按照不同间距嵌入多层布5。

Claims (4)

1.一种宽带声波扩散结构，其特征是：包括多个不同的声波扩散单元，每个声波扩散单元包括至少一个声波传播段，并根据需要设置与声波传播段相通的声波汇聚段；
所述的声波汇聚段，由填充声学材料的声波汇聚型腔构成；所述的声波汇聚型腔为变截面型腔，变截面型腔内填充各向同性或各向异性声学材料；
所述的声波传播段，由末端封闭的单连通声波传播通道构成；
不同的声波扩散单元，其声波传播段的单连通声波传播通道长度不同；有的声波扩散单元没有声波汇聚段，仅包括声波传播段；有的声波扩散单元包括声波汇聚段和声波传播段，且声波汇聚段的声波汇聚型腔和声波传播段的单连通声波传播通道相通；包括有声波汇聚段和声波传播段的声波扩散单元，其声波传播段的单连通声波传播通道采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，占据宽带声波扩散结构中的部分或全部可利用空间；
所述的包括有声波汇聚段和声波传播段的声波扩散单元，其声波传播段的单连通声波传播通道布置方案如下：
（1）单连通声波传播通道采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，在本声波扩散单元内部，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，占据声波汇聚型腔外部的部分或全部空间；
（2）单连通声波传播通道采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，在声波扩散结构内部，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠紧密布置，除占据本声波扩散单元内部全部可利用空间外，还延伸到其它声波扩散单元，占据其它声波扩散单元内部的剩余可利用空间，利用单连通声波传播通道长度短的声波扩散单元的剩余空间。
2.如权利要求1所述的宽带声波扩散结构,其特征是：所述的各向异性声学材料由嵌入薄膜或丝网的声学材料构成。
3.如权利要求2所述的宽带声波扩散结构,其特征是：所述薄膜是无孔薄膜或有孔薄膜，包括金属薄膜、棉布、化纤、丝绸、麻布、呢绒、混纺或皮革；所述丝网包括金属丝网和非金属丝网。
4.如权利要求1-3任一所述的宽带声波扩散结构，其特征是：所述声学材料是气体材料、固体材料或液体材料，包括空气、氦气、凝胶、聚氨酯、聚酯纤维、环氧树脂、泡沫塑料、泡沫金属、硅橡胶、丁基橡胶、玻璃棉、玻璃纤维、毛毡、丝绸、布或微穿孔板。
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