CN109863759B - 定向声学设备 - Google Patents

Abstract

一种定向声学设备，具有声源或声学接收器和导管，声源或声学接收器声学地耦合到该导管并且声能在该导管内在从声源或到声学接收器的传播方向上行进。导管具有辐射部分，该辐射部分具有带有泄漏开口的辐射表面，泄漏开口限定受控泄漏，从源辐射到导管中的声能可以通过这些受控泄漏而泄漏到外部环境，或者外部环境中的声能可以通过这些受控泄漏而泄漏到导管中。辐射表面具有薄片材和覆盖材料，该薄片材具有穿过片材的开口，该覆盖材料的声阻大于开口的声阻。覆盖材料覆盖开口中的至少一些开口中的至少部分，以限定进出导管的受控声学泄漏。

Description

定向声学设备

背景技术

本公开涉及定向声学设备和用于制造定向声学设备的方法。

声学设备包括扬声器和麦克风。扬声器通常包括隔膜和线性电机。当由电输入信号驱动时，线性电机移动隔膜以在空气中引起振动，从而生成声音。已经使用各种技术来控制扬声器的方向性和辐射方向图，包括声喇叭、管、槽、波导和重定向或引导所生成的声波的其他结构。在这些扬声器结构中的一些中，喇叭、管、槽或波导中的开口覆盖有声阻材料以在更宽的频率范围内改善扬声器的性能，例如，以增加扬声器的方向性。麦克风可以具有接收声音的一个或多个麦克风元件，而不是生成声音的隔膜和线性电机。

发明内容

通常，在一些方面，一种用于制造扬声器的方法包括通过将具有第一声阻的第一织物附接到具有低于第一声阻的第二声阻的第二织物来产生具有声阻的双层织物。该方法还包括将涂层材料施加到双层织物的第一部分。涂层材料在双层织物的第一部分上形成图案，该图案沿双层织物的长度和半径中的至少一个改变双层织物的声阻。

实现可以包括以下特征中的任何一个、全部或没有一个。第一声阻可以约为1,000瑞利。第一织物可以是单丝织物。第二织物可以是单丝织物。第一织物可以通过使用溶剂和粘合剂中的至少一种附接到第二织物。

将涂层材料施加到双层织物的第一部分可以包括掩蔽双层织物的第二部分，第二部分与第一部分相邻。将涂层材料施加到双层织物的第一部分还可以包括将涂层材料涂覆到双层织物的未掩蔽部分。将涂层材料施加到双层织物的第一部分可以包括选择性地沉积涂层材料以在双层织物的第一部分上形成图案。将涂层材料施加到双层织物的第一部分可以包括将预切割的材料片材附接到双层织物的第一部分。涂层材料可以包括以下中的至少一种：涂料、粘合剂和聚合物。

该方法还可以包括将双层织物热成型为以下中的至少一种：球形形状、半球形形状、圆锥形形状、环形形状、以及包括球形、锥形或环形的一部分的形状。

该方法还可以包括将双层织物附接到声波导。

该方法还可以包括将电声驱动器附接到声波导。

通常，在一些方面，一种制造扬声器的方法包括提供具有声阻的织物并且将涂层材料施加到织物的第一部分。涂层材料在织物的第一部分上形成图案，该图案沿织物的长度和半径中的至少一个改变织物的声阻。

实现可以包括以下特征中的任何一个、全部或没有一个。声阻可以约为1,000瑞利。织物可以包括单丝织物。

将涂层材料施加到织物的第一部分可以包括掩蔽织物的第二部分，第二部分与第一部分相邻。将涂层材料施加到织物的第一部分还可以包括将涂层材料施加到织物的未掩蔽部分。将涂层材料施加到织物的第一部分可以包括选择性地沉积涂层材料以在织物的第一部分上形成图案。将涂层材料施加到织物的第一部分可以包括将预切割的材料片材附接到织物的第一部分。涂层材料可以包括以下中的至少一种：涂料、粘合剂和聚合物。

该方法还可以包括将织物热成型为以下中的至少一种：球形形状、半球形形状、圆锥形形状、环形形状、以及包括球形、圆锥形或环形的一部分的形状。

该方法还可以包括将织物附接到声波导。

该方法还可以包括将电声驱动器附接到声波导。

通常，在一些方面，一种制造扬声器的方法包括通过将具有第一声阻的第一织物附接到具有低于第一声阻的第二声阻的第二织物来产生具有声阻的双层织物。该方法还包括通过融合双层织物的第一部分以在双层织物的第一部分上形成基本上不透明的图案来沿双层织物的长度和半径中的至少一个改变双层织物的声阻。

实现可以包括以下特征中的任何一个、全部或没有一个。第一声阻可以约为1,000瑞利。第一织物和第二织物每个可以包括单丝织物。第一织物可以通过使用溶剂和粘合剂中的至少一种附接到第二织物。融合双层织物的第一部分可以包括加热双层织物。

该方法还可以包括将双层织物热成型为以下中的至少一种：球形形状、半球形形状、圆锥形形状、环形形状、以及包括球形、锥形或环形的一部分的形状。

该方法还可以包括将双层织物附接到声波导。

该方法还可以包括将电声驱动器附接到声波导。

通常，在一些方面，一种定向声学设备包括声源或声学接收器和导管，声源或声学接收器声学地耦合到导管并且声能在导管中在从声源或到声学接收器的传播方向上行进。导管具有辐射部分，该辐射部分具有带有泄漏开口的辐射表面，泄漏开口限定受控泄漏，从源辐射到导管中的声能可以通过这些受控泄漏而泄漏到外部环境，或者外部环境中的声能可以通过这些受控泄漏而泄漏到导管中。辐射表面包括薄片材和覆盖材料，薄片材具有穿过片材的多个开口，覆盖材料的声阻大于开口的声阻，其中覆盖材料覆盖至少一些开口中的至少部分，以限定进出导管的多个受控声学泄漏。

实现可以包括以下特征中的任何一个、全部或没有一个。覆盖材料可以是开放式编织材料，诸如织物材料。开放式编织材料的声阻可以约为1,000瑞利。覆盖材料的声阻可以约为1,000瑞利。薄片材可以基本上是不透声的。

实现可以包括以下特征中的任何一个、全部或没有一个。薄片材可以包括塑料片材，塑料片材可以是聚碳酸酯材料。薄片材可以具有大致圆形的分段形状。开口中穿过片材的至少一些开口可以大致为弧形。薄片材可以包括多个大致弧形的支撑肋。薄片材可以具有宽度，并且至少一些支撑肋可以在至少大部分宽度上延伸。

实现可以包括以下特征中的任何一个、全部或没有一个。覆盖材料可以例如用压敏粘合剂粘附到薄片材。覆盖材料可以完全覆盖所有穿过片材的开口。辐射表面可以安装到导管，使得辐射表面限定定向声学设备的外表面。覆盖材料可以处于拉伸状态。

通常，在一些方面，一种定向声学设备包括声源或声学接收器和导管，声源或声学接收器声学地耦合到导管并且声能在导管中在传播方向上从声源或向声学接收器行进。导管具有辐射部分，该辐射部分具有带有泄漏开口的辐射表面，泄漏开口限定受控泄漏，从源辐射到导管中的声能可以通过这些受控泄漏而泄漏到外部环境，或者外部环境中的声能可以通过这些受控泄漏而泄漏到导管中。辐射表面包括薄的不透声塑料片材和开放式编织织物覆盖材料，薄的不透声塑料片材具有顶部表面和底部表面以及从顶部表面到底部表面穿过片材的多个开口，开放式编织织物覆盖材料的声阻大于粘附到片材的顶部表面或底部表面并且完全覆盖开口中的至少大部分开口以限定进出导管的多个受控声学泄漏的开口的声阻。覆盖材料可以基本上完全覆盖片材的顶部表面或底部表面。

实现可以包括以上和/或以下特征之一、或其任何组合。根据说明书和权利要求，其他特征和优点将很清楚。

附图说明

出于说明的目的，省略了一些元件并且夸大了一些尺寸。为了便于参考，相同的附图标记在整个参考附图中表示相同的特征。

图1A是扬声器的透视图。

图1B是图1A的扬声器的正视图。

图1C是图1A的扬声器的后视图。

图2示出了用于制造图1A至图1C的扬声器的方法的流程图。

图3示出了用于制造图1A至图1C的扬声器的备选方法的流程图。

图4示出了用于制造图1A至图1C的扬声器的备选方法的流程图。

图5示出了用于制造图1A至图1C的扬声器的备选方法的流程图。

图6示出了可以在图2和图3所示的制造方法中使用的步骤的流程图。

图7A是定向辐射声学设备的平面图，并且图7B是沿线7B-7B截取的横截面。

图8A和图8B分别是用于定向接收设备的壳体的顶部和后部透视图。

图9A是用于辐射表面的薄片材的顶视图；

图9B是包括图9A的薄片材的辐射表面的顶视图；

图9C是图9B的辐射表面的放大的示意性侧视图。

具体实施方式

如图1A至图1C所示的扬声器10包括耦合到声波导14的电声驱动器12。声波导14耦合到电阻屏16，在电阻屏16上施加有声阻图案20。声阻图案20可以是施加到电阻屏16上或在电阻屏16上生成的基本上不透明和不可渗透的层。电声驱动器12、声波导14和电阻屏16一起可以安装到基部18上。基部18可以与声波导14一体地形成，或者可以单独形成。扬声器10还可以包括用于将扬声器10安装在例如天花板、墙壁或其他结构中的多个安装孔22。一个这样的扬声器10在于2015年3月31日提交的题为“Directional Acoustic Device”的美国专利申请14/674,072中有描述，其全部内容通过引用并入本文。

电声驱动器12通常包括机械地耦合到辐射组件的电机结构，诸如隔膜、圆锥、圆顶或其他表面。附接到圆锥的内边缘的可以是防尘盖或防尘罩，其也可以是圆顶形的。在操作中，电机结构作为线性电机工作，与引起辐射表面沿运动轴振动。这种运动引起气压变化，从而导致产生声音。电声驱动器12可以是中高频或高频驱动器，通常具有200Hz至16kHz的操作范围。电声驱动器12可以具有多种类型，包括但不限于压缩驱动器、锥形驱动器、中程驱动器、全范围驱动器和高音扬声器。尽管图1A至1C中示出了一个电声驱动器，但是可以使用任何数目的驱动器。另外，一个或多个电声驱动器12可以经由声学通道或歧管组件耦合到声波导14，诸如美国专利公开号2011-0064247中描述的那些，其全部内容通过引用并入本文。

电声驱动器12耦合到声波导14，在图1A至图1C的示例中，声波导14在径向方向上引导所生成的声波使其远离电声驱动器12。扬声器10可以是任何数目的形状，包括但不限于圆形、半圆形、球形、半球形、圆锥形、半圆锥形、环形、半环形、矩形、以及包括圆形、球形、圆锥形或环形的一部分的形状。在扬声器10具有非圆形或非球形形状的示例中，声波导14在远离电声驱动器12的方向上引导所生成的声波。声波导14可以由金属或塑料材料构成，包括但不限于热固性聚合物和热塑性聚合物树脂，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。此外，可以将包括玻璃纤维在内的各种材料的纤维添加到聚合物材料以增加强度和耐久性。声波导14可以具有基本上实心的结构，如图1A至图1C所示，或者可以具有中空部分，例如蜂窝结构。

在所生成的声波到达外部环境之前，它们穿过耦合到声波导14中的开口的电阻屏16。电阻屏16可以包括一层或多层网状材料或织物。在一些示例中，一层或多层材料或织物每个可以由单丝织物制成(即，由仅具有一根长丝的纤维制成的织物，使得长丝和纤维重合)。织物可以由聚酯制成，但是也可以使用其他材料，包括但不限于金属、棉、尼龙、丙烯酸、人造丝、聚合物、芳族聚酰胺、纤维复合材料、和/或具有相同、相似或相关属性的天然和合成材料、或其组合。在其他示例中，复丝织物可以用于一层或多层织物。

在一个示例中，电阻屏16由两层织物制成，一层由与第二层相比具有相对较高声阻的织物制成。例如，第一织物可以具有200至2,000瑞利的声阻，而第二织物可以具有1至90瑞利的声阻。第二层可以是由粗网制成的织物，以为电阻屏16提供结构完整性并且防止屏在高声压级下移动。在一个示例中，第一织物是声阻约为1,000瑞利的聚酯基织物(例如，由意大利米兰的Saati提供的

聚酯PES 10/3)，并且第二织物是由粗网制成的基于聚酯的织物(例如，也由意大利米兰的Saati提供

聚酯PES 42/10)。然而，在其他示例中，可以使用其他材料。另外，电阻屏16可以由单层织物或材料制成，诸如金属基网或聚酯基织物。并且在其他示例中，电阻屏16可以由多于两层材料或织物制成。电阻屏16还可以包括疏水涂层以使屏幕防水。

电阻屏16还包括施加到电阻屏16的表面上或在电阻屏16的表面上生成的声阻图案20。声阻图案20可以是基本上不透明且不可渗透的层。因此，在应用声阻图案20的地方，它基本上阻挡了网状材料或织物中的孔，从而产生随着所生成的声波径向向外移动通过电阻屏16(或针对非圆形和非球形形状在线性方向上向外)而变化的声阻。例如，在没有声阻图案20的电阻屏16的声阻在规定区域上约为1,000瑞利的情况下，具有声阻图案20的电阻屏16的声阻在靠近电声驱动器12的区域上可以约为10,000瑞利，并且靠近扬声器10的边缘的区域上(例如，在不包括声阻图案20的区域中)约为1,000瑞利。声阻图案20的尺寸、形状和厚度可以变化，并且在图1A至1C中仅示出一个示例。

用于生成声阻图案20的材料可以根据用于电阻屏16的材料或织物而变化。在电阻屏16包括聚酯织物的示例中，用于生成声阻图案20的材料可以是涂料(例如，乙烯基涂料)、或与聚酯织物相容的某种其他涂层材料。在其他示例中，用于生成声阻图案20的材料可以是粘合剂或聚合物。在其他示例中，不是将涂层材料添加到电阻屏16，而是可以通过变换包括电阻屏16在内的材料来生成声阻图案20，例如通过加热电阻屏16以选择性地融合网状材料或织物的交叉点，从而基本上阻挡材料或织物中的孔。

图2示出了在如下示例中的用于制造图1A至图1C的扬声器10的方法100的流程图：其中电阻屏16由两层织物制成，并且涂层材料被施加到电阻屏16以形成声阻图案20。尽管图2的步骤102-112被示出为以特定顺序发生，但是应当容易理解，步骤102-112可以以与所示顺序不同的顺序发生。此外，尽管图2的步骤102-112被示出为单独发生，但是应当容易理解，某些步骤可以组合并且同时发生。如图2所示，为了开始形成电阻屏16，在步骤102中将第一织物附接到第二织物。这两种织物可以通过例如使用连结两层织物的溶剂、粘合剂或胶水层来附接。或者，可以将织物加热到允许两种织物彼此连结的温度。例如，织物可以放置在模具中，该模具将织物加热到预定温度达预定的时间长度，直到织物彼此粘附，或者可以使用激光(或其他加热设备)来向织物的部分选择性地施加热量，直到这些部分彼此粘附。或者，可以通过热成型、压力成型和/或真空成型织物来连结织物。

在步骤104中，将涂层材料(诸如涂料、粘合剂或聚合物)施加到电阻屏16以形成声阻图案20。在一个示例中，如图6所示，涂层材料可以使用模具来施加。在该示例中，可以掩蔽织物的一部分(在步骤120中)，并且可以通过例如将涂层材料喷涂或以其他方式沉积到织物的未掩蔽部分上来将涂层材料施加到织物的未掩蔽部分(在步骤122中)。在一些示例中，在施加掩模之后，可以将涂层材料(例如，粘合剂珠或聚合物珠)沉积在织物的未掩蔽部分上，并且然后经由热量的施加将涂层材料熔化到织物上。然而，除了模具之外，可以使用其他方法将涂层材料施加到电阻屏16。例如，涂层材料可以进行预先切割(例如，使用激光切割机或模切机)，并且然后可以熨烫到织物上或使用粘合剂附接。例如，涂层材料可以包括被预先切割成期望的声阻图案20的具有相同、相似或相关的性质(或其任何组合)的聚合物塑料、金属、纸或任何基本上不透明的材料片材。然后可以经由热量或粘合剂的施加将片材附接到织物。在又一示例中，可以使用可以拉出期望图案20的机器来将涂层材料直接沉积到织物上，从而选择性地仅将涂层材料施加到应当具有声阻图案20的织物的部分。另外，可以使用其他已知方法将涂层材料施加到电阻屏16，包括但不限于丝网印刷、喷漆、喷墨印刷、蚀刻、熔化、静电涂覆或其任何组合。

可选地，在步骤106中，可以通过例如以下方式来固化涂层材料：在预定温度下烘烤组件，向涂层材料施加紫外(UV)光，将涂层材料暴露于空气、或其任何组合。如果选择不需要固化的涂层材料，则省略步骤106。在一些示例中，步骤102、104和106可以组合成单个步骤。例如，第一层织物和第二层织物可以彼此叠置，并且可以将UV可固化粘合剂以期望的声阻图案20沉积在织物的一个层上。然后可以经由UV光的施加来固化粘合剂，这也会导致两层织物的粘附。

在步骤108中，将织物形成为用于扬声器10的期望形状。例如，织物可以形成为半圆形、圆形、球形、半球形、矩形、锥形、环形或包括圆形、球形、圆锥形、环形和/或矩形的一部分的形状。扬声器10也可以沿其长度弯曲和/或呈曲线，例如美国专利No.8,351,630中描述的，其全部内容通过引用并入本文。这些各种形状可以通过热成型织物(即，将其加热到柔韧的成形温度并且然后将其在模具中形成特定形状)和/或真空或压力形成织物来产生。尽管图2将步骤108示出为在将涂层材料施加到电阻屏16之后发生，但是在其他示例中，可以在施加涂层材料之前将织物形成为期望的形状。而且，步骤108可以与步骤102组合，使得成形过程也连结两层织物。

在步骤110中，电阻屏16经由粘合剂、双面胶带、紧固件(例如，螺钉、螺栓、夹钳、卡扣、夹子、销或铆钉)或其他已知方法附接到声波导14。并且在步骤112中，电声驱动器12附接到声波导14。电声驱动器12可以经由紧固件或其他已知方法固定到声波导14。尽管图2将步骤112示出为在织物附接到声波导之后发生，但是在其他示例中，电声换能器可以在附接织物之前附接到波导。声波导14可以经由压缩模制、注塑、塑料加工或其他已知方法来构造。

图3示出了在如下示例中的用于制造图1A至1C的扬声器10的备选方法200的流程图：其中电阻屏16由单层织物制成，并且涂层材料被施加到电阻屏16以形成声阻图案20。尽管图3的步骤201-212被示出为以特定顺序发生，但是应当容易理解，步骤201-212可以以与所示顺序不同的顺序发生。此外，尽管图2的步骤201-212被示出为单独发生，但是应当容易理解，某些步骤可以组合并且同时发生。如图3所示，为了开始形成电阻屏16，在步骤201中提供织物。在步骤204中，将涂层材料(诸如涂料、粘合剂或聚合物)施加到织物以形成声阻图案20。涂层材料可以使用先前结合图2描述的方法来施加(例如，经由掩模、预切割的材料片，通过将涂层材料以期望的图案20直接沉积到织物上，或经由丝网印刷、喷漆、喷墨印刷、蚀刻、熔化、静电涂覆或其任何组合)。

可选地，在步骤206中，可以通过例如先前结合图2描述的方法来固化涂层材料(例如，在预定温度下烘烤组件，将UV光施加到涂层材料，将涂层材料暴露于空气，或其任何组合)。如果选择不需要固化的涂层材料，则省略步骤206。与图2所示的示例一样，步骤201、204和206可以组合成单个步骤。

在步骤208中，将织物形成为用于扬声器10的期望形状。如图2的示例，织物可以形成为半圆形、圆形、球形、半球形、矩形、锥形、环形或包括圆形、球形、圆锥形、环形和/或矩形的一部分的形状。扬声器10也可以沿其长度弯曲和/或呈曲线，例如美国专利No.8,351,630中描述的。这些各种形状可以通过热成型织物(即，将其加热到柔韧的成形温度并且然后将其在模具中形成特定形状)和/或真空或压力形成织物来产生。尽管图3将步骤208示出为在将涂层材料施加到电阻屏16之后发生，但是在其他示例中，可以在施加涂层材料之前将织物形成为期望的形状。

与图2的示例一样，在步骤210中，电阻屏16经由粘合剂、双面胶带、紧固件(例如，螺钉、螺栓、夹钳、卡扣、夹子、销或铆钉)或其他已知方法附接到声波导14；并且在步骤212中，电声驱动器12经由紧固件或其他已知方法附接到声波导14。尽管图3将步骤212示出为在织物附接到声波导之后发生，但是在其他示例中，电声换能器可以在附接织物之前附接到波导。与图2的示例一样，声波导14可以经由压缩模制、注塑、塑料加工或其他已知方法来构造。

图4示出了在如下示例中的用于制造图1A至1C的扬声器10的备选方法300的流程图：其中电阻屏16由两层织物制成，并且声阻图案20通过融合织物的交叉点来形成，从而基本上阻挡织物中的孔。尽管图4的步骤302-312被示出为以特定顺序发生，但是应当容易理解，步骤302-312可以以与所示顺序不同的顺序发生。此外，尽管图4的步骤302-312被示出为单独发生，但是应当容易理解，某些步骤可以组合并且同时发生。如图4所示，为了开始形成电阻屏16，在步骤302中将第一织物附接到第二织物。第一织物可以使用先前结合图2描述的方法附接到第二织物(例如，经由溶剂、粘合剂或胶水层，或者经由加热、热成型、压力成型、真空成型或其任何组合)。

在步骤303中，将织物融合以形成声阻图案20，使得织物中的孔基本上被阻挡，从而在织物上产生基本上不透明和不可渗透的层。织物可以通过例如对应当具有声阻图案20的织物部分施加热量或者通过选择性地将化学键合元素施加到应当具有声阻图案20的织物部分来融合。

与图2和3的示例一样，在步骤308中，将织物形成为用于扬声器10的期望形状(例如，经由热成型、真空成型和/或压力成型)；在步骤310中，将电阻屏16附接到声波导14；在步骤312中，将电声驱动器12附接到声波导14。这些步骤可以使用先前结合图2和3描述的方法完成。

图5示出了在如下示例中的用于制造图1A至1C的扬声器10的备选方法400的流程图：其中电阻屏16由单层织物制成，并且声阻图案20通过融合织物的交叉点来形成，从而基本上阻挡织物中的孔。尽管图5的步骤401-412被示出为以特定顺序发生，但是应当容易理解，步骤401-412可以以与所示顺序不同的顺序发生。此外，尽管图5的步骤401-412被示出为单独发生，但是应当容易理解，某些步骤可以组合并且同时发生。如图5所示，为了开始形成电阻屏16，在步骤401中提供织物。

在步骤403中，将织物融合以形成声阻图案20，使得织物中的孔基本上被阻挡，从而在织物上产生基本上不透明且不可渗透的层。织物可以通过例如对应当具有声阻图案20的织物部分施加热量或者通过选择性地将化学键合元素施加到应当具有声阻图案20的织物部分来融合。

与图2至4的示例一样，在步骤408中，将织物形成为用于扬声器10的期望形状(例如，经由热成型、真空成型和/或压力成型)；在步骤410中，将电阻屏16附接到声波导14；在步骤412中，将电声驱动器12附接到声波导14。这些步骤可以使用先前结合图2至4描述的方法完成。

一个或多个声源或声学接收器可以耦合到中空结构，诸如任意形状的导管，该导管容纳来自源的声辐射并且将其传导远离源，或者将声能从该结构外部通过该结构传导到接收器。该结构具有周边壁，该周边壁被构造和布置成允许声能以受控的方式从其中泄漏(进出其)。周边壁在空间中形成3D表面。以下大部分讨论涉及定向辐射声学设备。然而，该讨论也适用于定向接收声学设备，其中接收器(例如，麦克风元件)代替声源。在接收器中，辐射通过泄漏进入结该构并且被传导到接收器。

在周边壁上的任意点处通过泄漏(即，通过泄漏离开导管或通过泄漏进入导管)而泄漏的声能的大小取决于在导管内的任意点处的声压与在导管外部的任意点处的环境压力之间的压力差、以及在任意点处的周边壁的声阻抗。相对于位于导管内的任意参考点的任意点处的泄漏能量的相位取决于从源辐射到导管中的声音从源通过导管行进到任意参考点所需要的时间与声音从声源穿过导管到达所选择的任意点所需要的时间之间的时间差。尽管参考点可以被选择为在导管内的任何位置，但是为了将来的讨论，参考点被选择为源的位置，使得通过导管周边壁上的任何点泄漏的声能将在时间上相对于声音从声源发出的时间被延迟。对于配置成从位于导管外部的源接收声输出的接收器，相对于沿泄漏表面的任何第二点的在沿泄漏表面的任何第一点处接收的声音的相位是从外部声源发出的能量到达第一点和第二点所需要的相对时间差的函数。在第一点和第二点处进入导管的声音在接收器处的相对相位取决于上述相对时间延迟、以及导管内从每个点到接收器位置的相对距离。

声能通过其泄漏的结构的周边壁表面的形状(本文中也称为“辐射部”或“辐射部分”)是任意的。在一些示例中，周边壁表面(辐射部分)可以是大致平面的。任意形状的大致平面的壁表面40的一个示例在图7A和7B中示出。壁40的交叉阴影表面41表示声体积速度通过其辐射的辐射部分。

定向辐射声学设备30包括结构或导管32，扬声器(声源)34在近端36处声学地耦合到该结构或导管32；源沿导管的2D投影形状的边缘耦合到导管。可能存在两个或更多个声源而不是所示的一个声源。在该非限制性示例中，辐射部分41是导管32的底表面，但是辐射表面可以位于大致平面导管32的顶部或顶部表面和底部表面上。箭头42描绘了指示为离开导管32通过底壁40中的泄漏部分43进入环境中的声学体积速度的表示。箭头的长度通常与所发射的体积速度的量有关。发射到外部环境的体积速度的量可以根据距离源的距离而变化。为了用作接收器，源34将被替换为一个或多个麦克风元件，并且体积速度将被接收到辐射部分41中而不是从辐射部分41发射。

泄漏部分43是壁40的辐射部分41的一部分，并且被描绘为沿声音传播方向从扬声器34朝向导管周边38延伸。泄漏部分43的以下讨论也适用于壁40的辐射部分41的其他部分。为了更好地理解本文中公开的实施例的操作性质，出于讨论的目的，仅考虑部分43中出现的情况是有用的。泄漏部分43被描绘为连续的，但是可以通过沿声音传播方向(或接收器的声音接收方向)对齐的一系列泄漏来实现。泄漏部分43在图7A中示出为远离扬声器34的位置以直线延伸的矩形条带。这是简化以帮助说明壁40的辐射部分41的纵向范围。通常，重要的是或者在一些示例中，表面40的整个部分可以是辐射的，如交叉影线所示。在一些示例中，包含泄漏的表面40的部分可以根据与源(或在具有多于一个源的示例中的多个源)的位置的距离或角度或两者的变化而变化。泄漏的位置、大小、形状、声阻和其他参数是可以被考虑以实现期望结果的变量，包括但不限于声音辐射或声音接收的期望方向性。

示例性端部火壳声学接收器在图8A和8B中示出。设备50包括具有开口62和63的壳体52，每个开口容纳麦克风元件(未示出)。可以有一个、两个或更多个麦克风元件。设备50具有大致1/4圆(即，大致圆形分段)形状或轮廓，对向约90度的角度。端部/侧壁53允许设备向下倾斜，但这不是必要的特征。周边凸缘56提供刚性。突出于实心壁54上方的肋57-59与内部搁架60一起限定表面，在该表面上定位有电阻屏(未示出，但是诸如图9A-9C所示的辐射表面70)。屏幕完成泄漏。屏幕可以是任何类型，包括但不限于本文所述的那些。导管形成在该屏幕与壁54之间。可以看出，从周边壁56到麦克风位置，导管的深度逐渐增加，但是深度可以是一致的或者可以逐渐减小，或者可以具有不同的轮廓。

在图9A、9B和9C中，部分地并且作为整体描绘了辐射表面70的另一示例。辐射表面70包括具有多个开口的薄的不透声(或高度声学抗性)的片材72(图9A)(图9A中仅标记了开口90、116、124和130，仅为了便于说明)。开口穿过顶部表面73与下部表面75之间的片材厚度。片材72通常具有与其覆盖以便限定导管的辐射部分的导管的表面相同的形状。在该非限制性示例中，片材72具有由外周壁74、76、78和80限定的大致半圆形分段形状。弧形支撑肋82、84、86、88、90、92、94、96、98和100每个从面76到面78延伸。如果薄片材中存在支撑肋，则支撑肋不需要是弧形的并且不需要从一面延伸到另一面。通常位于距离中心点109的半径处的通常径向支撑肋(图9A中仅标记了肋110、112、114、120、122、126和128，仅为了便于说明)连接在弧形支撑肋之间。支撑肋(或非肋状的支撑结构)总体上限定开口，同时保持必要的刚度。在该非限制性示例中，片材72的区域包括外周壁、内支撑肋和开口。为了进一步说明这些元件的关系，在外壁80、肋100以及肋112和114之间限定开口116。开口124限定在肋96、98、120和122之间。开口130限定在肋92、94、126和128之间，开口90限定在内壁74、周边壁76、肋82和肋110之间。更一般地，由于开口是片材的有助于泄漏的特征，因此在形成开口之后剩余的片材可以包括肋或者可以具有其他形状，这样的形状对于辐射表面的操作不是关键的。在薄片材具有大致圆形分段形状的情况下，开口通常但不一定是大致弧形的，并且肋通常但不一定是弧形的并且完全或部分是径向的。

片材72通常由塑料、金属或其他材料的薄片材制成，其足够强以跨越声学设备的辐射部分而不会以不利地影响设备的功能的方式下垂，并且也是有效地不透声的。在一个非限制性示例中，片材72是1mm厚的聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或另一种塑料片材。开口可以以任何期望的方式产生，诸如通过模切、激光切割或机加工，作为三个非限制性示例。片材应当足够薄以使其基本上不影响开口的声学性能。例如，它不应当太厚以至于开口就像端口一样。

片材72中的至少一些开口中的至少部分被覆盖材料部分或完全覆盖，该覆盖材料的声阻大于开口的声阻(通常非常低或为零)。在一个非限制性示例中，图9B和9C所示的覆盖材料120是上述的约为1,000的Rayl

聚酯PES 10/3材料的片材。可以使用其他织造或非织造材料，其一些示例如上所述。其他可能性包括具有孔的图案的非常薄的实心片材，这些孔实现期望的声阻或分级声阻的图案。覆盖材料120可以覆盖片材72的整个底部表面75(如图9C所示)，或者可以以其他方式布置以覆盖片材72中的一些或全部开口中的一些或全部。如果辐射表面在定向声学设备中的使用中不平放而是弯曲，则织物(主要出于美观原因)优选地位于处于拉伸状态的一面，因此织物处于拉伸状态并且因此不太可能折叠或成束。

可以如下制造辐射表面70。用压敏粘合剂122在一个表面(在这种情况下为面75)上覆盖1mm厚的聚碳酸酯片(图9C)。然后模切片材以形成开口。然后经由粘合剂将Saatifil织物粘附到片材。织物覆盖片材72的所有或基本上全部的侧面75。

如上所述，其他材料可以用于薄片材。而且，可以使用其他类型的粘合剂，诸如RTV等。覆盖材料(例如，织物)可以可选地覆盖薄片材中的仅一些开口中的一些或全部。覆盖材料可以包括一片材料或分别耦合到薄片材的材料的两个或更多个部分。例如，覆盖材料可以以不同于经由粘合剂的方式耦合到薄片材，例如通过机械紧固件。

已经描述了很多实现。然而，应当理解，在不脱离本文中描述的发明构思的范围的情况下，可以进行另外的修改，并且因此其他实施例也在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种定向声学设备，包括：

声源或声学接收器；以及

导管，所述声源或所述声学接收器声学地耦合到所述导管，并且声能在所述导管内在从所述声源或到所述声学接收器的传播方向上行进，其中所述导管具有辐射部分，所述辐射部分具有带有泄漏开口的辐射表面，所述泄漏开口限定受控泄漏，从所述声源辐射到所述导管中的声能能够通过所述受控泄漏而泄漏到外部环境，或者所述外部环境中的声能能够通过所述受控泄漏而泄漏到所述导管中；

其中所述辐射表面包括片材和覆盖材料，所述片材具有穿过所述片材的多个开口，所述覆盖材料具有比开口的声阻大的声阻，其中所述覆盖材料覆盖所述开口中的至少一些开口的至少部分，以限定进出所述导管的多个受控声学泄漏，以及

其中所述片材具有大致圆形的分段形状，并且所述声源或声学接收器设置在所述大致圆形的分段的中心点处。

2.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料包括开放式编织材料。

3.根据权利要求2所述的定向声学设备，其中所述开放式编织材料包括织物材料。

4.根据权利要求2所述的定向声学设备，其中所述开放式编织材料的声阻为1,000瑞利。

5.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料具有1,000瑞利的声阻。

6.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述片材是不透声的。

7.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述片材包括塑料片材。

8.根据权利要求7所述的定向声学设备，其中所述塑料片材包括聚碳酸酯材料。

9.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述片材包括多个大致弧形的支撑肋。

10.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中穿过所述片材的所述开口中的至少一些开口为大致弧形。

11.根据权利要求9所述的定向声学设备，其中所述片材具有宽度，并且所述支撑肋中的至少一些支撑肋在所述宽度的至少大部分上延伸。

12.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料被粘附到所述片材。

13.根据权利要求12所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料利用压敏粘合剂被粘附到所述片材。

14.根据权利要求12所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料完全覆盖穿过所述片材的所述开口中的所有开口。

15.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料完全覆盖穿过所述片材的所述开口中的所有开口。

16.根据权利要求1所述的定向声学设备，其中所述辐射表面被安装到所述导管，使得所述辐射表面限定所述定向声学设备的外表面。

17.根据权利要求16所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料处于拉伸状态。

18.一种定向声学设备，包括：

声源或声学接收器；以及

导管，所述声源或所述声学接收器声学地耦合到所述导管，并且声能在所述导管中在从所述声源或到所述声学接收器的传播方向上行进，其中所述导管具有辐射部分，所述辐射部分具有带有泄漏开口的辐射表面，所述泄漏开口限定受控泄漏，从所述声源辐射到所述导管中的声能能够通过所述受控泄漏而泄漏到外部环境，或者所述外部环境中的声能能够通过所述受控泄漏而泄漏到所述导管中；

其中所述辐射表面包括不透声塑料片材和开放式编织织物覆盖材料，所述不透声塑料片材具有顶部表面和底部表面、以及从所述顶部表面到所述底部表面穿过所述片材的多个开口，所述开放式编织织物覆盖材料具有比粘附到所述片材的所述顶部表面或底部表面的开口的声阻大的声阻，并且所述开放式编织织物覆盖材料完全覆盖所述开口中的至少大部分开口，以限定进出所述导管的多个受控声学泄漏，以及

其中所述片材具有大致圆形的分段形状，并且所述声源或声学接收器设置在所述大致圆形的分段的中心点处。

19.根据权利要求18所述的定向声学设备，其中所述覆盖材料完全覆盖所述片材的所述顶部表面或所述底部表面。

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