CN109891494A - 声学部件、声学设备和声学系统 - Google Patents

声学部件、声学设备和声学系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种声学部件、声学设备和声学系统。所述声学部件(10)包括：管道(101)，其中狭槽(1013)以伸长方向沿着所述管道(101)的伸长方向配置在所述管道(101)上；以及喇叭(102)，所述喇叭(102)从所述管道(101)的第一端部(1011)延伸。所述声学设备包括：上述声学部件(10)；以及声学驱动器(20)，所述声学驱动器(20)与所述管道(101)的第二端部(1012)声学地耦合，以将波中携载的声能辐射到所述管道(101)中，其中波中携载的所述声能通过所述狭槽(1013)和所述喇叭(102)辐射到环境中。利用所述声学设备，可以增强高频下的方向性并且可以改善虚拟环绕声效果。

Description

声学部件、声学设备和声学系统
技术领域
本发明总体涉及声学部件、声学设备和声学系统。
背景技术
现有的声学系统在中频范围和低频范围内具有相对良好的虚拟环绕声效果，但在高频范围内的虚拟环绕声效果不令人满意。需要能够在高频范围内提供更好的环绕声效果的声学系统。
发明内容
在一个实施方案中，提供了一种声学部件，该声学部件包括：管道，其中狭槽以伸长方向沿着管道的伸长方向配置在管道上；以及喇叭，其从管道的第一端部延伸。
在一些实施方案中，管道的横截面积从管道的第二端部到管道的第一端部沿着管道的伸长方向逐渐减小。
在一些实施方案中，管道的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中端面是管道的第二端部处的横截面。
在一些实施方案中，狭槽的宽度可以不大于2毫米。
在一些实施方案中，狭槽的长度可以小于管道的长度。
在一些实施方案中，管道的长度、管道在第一端部处的横截面积和管道在第二端部处的横截面积在辐射到管道中的波的至少一部分被管道的内表面反射以形成穿透狭槽的反射波的条件下进行配置，其中反射波相对于狭槽形成在从约155o至约175o范围内的角度。
在一个实施方案中，提供了一种声学设备，该声学设备包括声学部件和声学驱动器，其中声学部件包括：管道，其中狭槽以伸长方向沿着管道的伸长方向配置在管道上；以及喇叭，其从管道的第一端部延伸，并且声学驱动器与管道的第二端部声学地耦合，以将波中携载的声能通过狭槽和喇叭辐射到收听环境。
在一些实施方案中，管道的横截面积从管道的第二端部到管道的第一端部沿着管道的伸长方向逐渐减小。
在一些实施方案中，管道的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中端面是管道的第二端部处的横截面。
在一些实施方案中，狭槽的宽度可以不大于2毫米。
在一些实施方案中，狭槽的长度可以小于管道的长度。
在一些实施方案中，管道的长度、管道在第一端部处的横截面积和管道在第二端部处的横截面积在辐射到管道中的波的至少一部分被管道的内表面反射以形成穿透狭槽的反射波的条件下进行配置，其中反射波相对于狭槽形成在从约155o至约175o范围内的角度。
在一个实施方案中，提供了一种声学系统，该声学系统包括至少一个声学设备和至少一个扬声器，其中每个声学设备都包括声学部件和声学驱动器，其中声学部件包括：管道，其中狭槽以伸长方向沿着管道的伸长方向配置在管道上；以及喇叭，其从管道的第一端部延伸，并且其中声学驱动器与管道的第二端部声学地耦合，以将波中携载的声能通过狭槽和喇叭辐射到收听环境。
在一些实施方案中，管道的横截面积从管道的第二端部到管道的第一端部沿着管道的伸长方向逐渐减小。
在一些实施方案中，管道的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中端面是管道的第二端部处的横截面。
在一些实施方案中，狭槽的宽度可以不大于2毫米。
在一些实施方案中，狭槽的长度可以小于管道的长度。
在一些实施方案中，管道的长度、管道在第一端部处的横截面积和管道在第二端部处的横截面积在辐射到管道中的波的至少一部分被管道的内表面反射以形成穿透狭槽的反射波的条件下进行配置，其中反射波相对于狭槽形成在从约155o至约175o范围内的角度。
附图说明
结合附图，本发明的前述和其他特征将从以下描述和所附权利要求书中变得更充分明显。应理解，这些附图仅描绘根据本发明的若干实施方案，并因此不应被视为对本发明范围的限制，将通过使用附图来更明确且更详细地描述本发明。
图1是示出根据一个实施方案的声学设备的示意图；
图2是图1中所示的定向声学部件的剖视图；
图3至图5是根据一个实施方案的定向声学部件的示例性辐射图案；
图6是示出根据一个实施方案的声学设备的频率响应的示意图；
图7是示出根据一个实施方案的声学驱动器的频率响应的示意图；以及
图8是示出根据一个实施方案的声学系统的示意图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考了构成本文的一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则类似的符号通常标识类似的部件。在详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方案并不意味着是限制性的。可以利用其他实施方案，并且可做出其他变化，而不脱离本文提出的主题的精神或范围。将容易理解的是，如本文中大体描述和图中所示的本发明的各方面可以多种不同的配置加以布置、替换、组合和设计，所有这些不同的配置都被本发明明确涵盖并且成为本发明的一部分。
图1是示出根据一个实施方案的声学设备的示意图。
参考图1，声学设备包括定向声学部件10和与定向声学部件10声学地耦合的声学驱动器20。在一些实施方案中，定向声学部件表示扬声器，其在某些方向上比在其他方向上辐射更多的声能。
参考图1，定向声学部件10由管道101和从管道101的第一端部1011延伸的喇叭102构成。管道101的第二端部1012与声学驱动器20耦合，以实现定向声学部件10与声学驱动器20之间的声学连接。声学驱动器20被配置为将电能转换为机械能。在应用了电源和音频信号之后，声学驱动器20可以产生声能，该声能在波中携载并且由声学驱动器20辐射到管道101中。
在一些实施方案中，狭槽1013以伸长方向沿着管道101的伸长方向配置在管道101上，即，狭槽1013沿着管道101的长度的至少一部分进行配置。声能通过狭槽1013和喇叭102辐射到环境中。与沿着管道101的长度形成多个孔相比，狭槽1013可以使波在管道101内部的反射减少，并且进一步减少可能在管道101中引起不期望的辐射图案的驻波。
在一些实施方案中，狭槽1013的宽度可以不大于2毫米。所选择的宽度范围可以确保声波以平面波的形式在管道101中传播。也就是说，在所选择的宽度范围内，声波的传播模式可以不受到影响。
在一些实施方案中，狭槽1013的长度可以小于管道101的长度。
在一些实施方案中，管道101和喇叭102可包括塑料，诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS)塑料、聚酰胺(Polyamid，PA)塑料或聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)塑料。
在一些实施方案中，管道101的内表面可以是光滑的。
图2是图1所示的定向声学部件10的剖视图。
参考图2和图3，在一些实施方案中，管道101的横截面积可沿着管道101的长度变化。在一些实施方案中，管道101的横截面积可从管道101的第二端部1012到管道101的第一端部1011沿着管道101的伸长方向逐渐减小。在一些实施方案中，管道101的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中端面是管道101在管道101的第二端部处的横截面。在一些实施方案中，管道101的横截面可以为圆形，并且圆形到端面的投影可以不是同心的。此设计可使狭槽1013和喇叭102处的声能增强。
在一些实施方案中，管道101的长度、管道101在第一端部1011处的横截面积和管道101在第二端部1012处的横截面积在辐射到管道101中的波的至少一部分(在图2中用带有箭头的虚线表示)被管道101的内表面反射以形成穿透狭槽1013的反射波的条件下进行配置，其中反射波相对于狭槽形成在从约155o至约175o范围内的角度α，即相对于垂直于狭槽101的参考位置形成在从约65o至约85o范围内的角度(下文中，此角度被称为相对角度)。
在一个实施方案中，管道101的长度可以是20厘米，管道101在第二端部1012处的直径可以是4厘米，并且管道101在第一端部1011处的横截面积与管道101在第二端部1012处的横截面积的比可以在0.1至0.6的范围内。
应该指出的是，当声学设备在操作时，喇叭102面向物体(例如，墙壁)，而狭槽1013面向听众。通过采用上述具有狭槽1013的管道101，听众可以听到来自不同方向的声音，具体地，听众可以感觉到在从约65°至约85°的相对角度上，声能相对较强。也就是说，在约65°至85°上，方向性增强。狭槽1013可以被认为是线源，其在不同的频率下形成不同的方向性图案，并因此可以形成宽大空间的错觉。
如果在管道的端部处不形成喇叭，则声波可能存在于具有相对小的横截面积的管道中并且辐射到具有无穷大横截面积的大气中。在这种情况下，发生阻抗失配，并且许多声波可能不会辐射到大气中，而大部分声能可能被反射到管道中形成驻波，这些驻波可能会影响辐射的方向性。
为使管道中的反射声波减少，管道内部的阻抗应与管道外部(即，在大气中)的阻抗匹配。喇叭的横截面积逐渐变化，这可以确保阻抗匹配。在具有喇叭102的情况下，管道101内部的阻抗与管道101外部的阻抗匹配，反射声波可以大大减少，因此驻波减少。
此外，喇叭102可以大大增强声音的方向性。当喇叭102在操作中面向墙壁时，在约85°至约90°的相对角度上，声能可以基于墙壁的反射而增加。而且听众可以感觉到声音来自墙壁的方向。因此，在约85°至约90°的相对角度上，方向性增强。
在一些实施方案中，定向声学部件的方向性性能由辐射图案表示。一般来讲，定向声学部件的辐射图案通常显示为极坐标图或不同频率下的一组极坐标图。可以根据最大辐射的方向和方向性的程度来描述方向特性。
图3至图5是根据一个实施方案的定向声学部件的示例性辐射图案。图3示出X-Y平面上的辐射图案，图4示出X-Z平面上的辐射图案，并且图5示出Y-Z平面上的辐射图案，其中X轴沿着管道101的宽度方向延伸(X轴的正方向与狭槽1013的开口方向相同)，Y轴沿着管道101的长度延伸(Y轴的正方向与喇叭102的开口方向相同)，并且Z轴沿着管道101的高度延伸。在一些实施方案中，辐射图案可以由麦克风测量。
参考图3，示出了四个频率下的四个极坐标图。分贝数越大，存在的辐射越强。从极坐标图中，在每个频率下，在从约65°至约90°的范围内的角度上，辐射相对较强，即，定向声学部件的方向性在这些度数中体现。在X-Y平面上，所述角度相对于参考线，所述参考线穿过管道101的中心并垂直于狭槽1013。在0°上，用于测量的麦克风正对着狭槽1013。在约85°至约90°上，麦克风指向喇叭102面对的平面，因此接收很多声能。此外，如上所述，由于管道101的内表面的反射，一部分辐射波以从约65°至85°的角度辐射到空气中。这就是X-Y平面上的辐射从从约65°至90°相对较强的原因。由于在从约65°至90°的角度上，声能相对较强，因此面向狭槽1013的听众可以感觉到声音来自从约65°至90°的角度。因此，虚拟环绕声效果得到改善。此外，从极坐标图中，基于四个极坐标图，频率越高，定向声学部件的方向性越强。也就是说，定向声学部件在高频下提供更强的方向性。
在图4中，在每个频率下，在约0°上，辐射最强。X-Z平面穿过参考线，所述参考线穿过管道101的中心并垂直于狭槽1013，并且与由管道101的高度和宽度限定的平面平行。在0°上，用于测量的麦克风正对着狭槽1013，而在其他角度上，麦克风相对远离狭槽1013。这就是X-Z平面上的辐射在角度0°上达到最大值的原因。此外，与图3类似，在图4中，频率越高，定向声学部件的方向性越强。
在图5中，在每个频率下，在约90°上，辐射最强。在Y-Z平面上，在90°上，用于测量的麦克风正对着喇叭102，而在其他角度上，麦克风相对远离喇叭102。这就是Y-Z平面上的辐射在角度90°上达到最大值的原因。此外，与图3类似，在图5中，频率越高，定向声学部件的方向性越强。
基于图3至图5，定向声学部件在较高频率下提供更强的方向性。因此，听众可以获得更好的虚拟环绕声效果。
图6是示出根据一个实施方案的声学设备的频率响应的示意图，并且图7示意性地示出根据一个实施方案的声学驱动器的频率响应。
参考图6和图7，分别示出在0°、30°、60°和80°的相对角度上声学设备的频率响应，其中分贝数随频率变化。可以看出，图6中的高频下的分贝数远大于图7中的高频下的分贝数。也就是说，与独立的声学驱动器相比，包括定向声学部件10和声学驱动器20的声学设备增强了高频下的方向性。
从上面看，在操作中，管道和喇叭的组合增强了方向性并改善了高频下的虚拟环绕声效果。
图8是示出根据一个实施方案的声学系统的示意图。参考图8，声学系统包括两个声学设备20、四个扬声器30。
每个声学设备20都包括：定向声学部件，其包括管道201和从管道201的第一端部延伸的喇叭202；以及声学驱动器203，其与管道201的第二端部声学地耦合以将声能辐射到管道201中。狭槽2011在管道201上以伸长方向沿着管道201的伸长方向进行配置。
两个声学设备20的声学驱动器203和四个扬声器30的输入端子可以与功率放大器的输出端子电耦合。在一些实施方案中，功率放大器的输入端子可以通过导线与信号发生器的输出端子电耦合。在一些实施方案中，功率放大器可以与信号发生器无线地耦合。在一些实施方案中，信号发生器可以是计算机、移动电话等。
参考图8，在操作中，四个扬声器30和两个狭槽2011面向听众，并且两个喇叭202分别面向两个墙壁。
在一些实施方案中，管道201的横截面积可以沿着管道201的长度变化。在一些实施方案中，管道201的横截面积可以从管道201的第二端部到管道201的第一端部沿着管道201的伸长方向逐渐减小。在一些实施方案中，管道201的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中端面是管道201在管道201的第二端部处的横截面。在一些实施方案中，管道201的横截面可以为圆形，并且圆形到端面的投影可以不是同心的。
在一些实施方案中，狭槽2011的宽度可以不大于2毫米。在一些实施方案中，管道201的长度、管道201在第一端部处的横截面积和管道201在第二端部处的横截面积在辐射到管道201中的波的至少一部分被管道201的内表面反射以形成穿透狭槽2011的反射波的条件下进行配置，其中反射波相对于狭槽2011形成在从约155°至约175°范围内的角度。
利用上述结构，声学设备20可以在高频下提供增强的方向性和更好的虚拟环绕声效果。
在一些实施方案中，扬声器30可以是常见的扩音器，其在中频和低频具有良好的虚拟环绕声效果。
应该指出的是，扬声器30的数量不限于四个而是取决于实际需求。声学设备20和扬声器30的布置不限于图8中所示的方式。
在操作中，由于声学设备20和扬声器30的组合，声学系统可以在低频、中频和高频下提供良好的虚拟环绕声效果。
虽然本文已经公开了各个方面和实施方案，但是其他方面和实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施方案是用于说明的目的而无意进行限制，真正的范围和精神由权利要求书指出。

Claims (18)

1.一种声学部件，其特征在于，包括：
管道，其中狭槽以伸长方向沿着所述管道的伸长方向配置在所述管道上；以及
喇叭，所述喇叭从所述管道的第一端部延伸。
2.根据权利要求1所述的声学部件，其特征在于，所述管道的横截面积从所述管道的第二端部到所述管道的所述第一端部沿着所述管道的所述伸长方向逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的声学部件，其特征在于，所述管道的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中所述端面是所述管道在所述管道的所述第二端部处的横截面。
4.根据权利要求2所述的声学部件，其特征在于，所述管道的长度、所述管道在所述第一端部处的横截面积和所述管道在所述第二端部处的横截面积在辐射到所述管道中的波的至少一部分被所述管道的内表面反射以形成穿透所述狭槽的反射波的条件下进行配置，其中所述反射波相对于所述狭槽形成在从155°至175°范围内的角度。
5.根据权利要求1所述的声学部件，其特征在于，所述狭槽的宽度不大于2毫米。
6.根据权利要求1所述的声学部件，其特征在于，所述狭槽的长度小于所述管道的长度。
7.一种声学设备，其特征在于，包括：
声学部件，所述声学部件包括：
管道，其中狭槽以伸长方向沿着所述管道的伸长方向配置在所述管道上；以及
喇叭，所述喇叭从所述管道的第一端部延伸；以及
声学驱动器，所述声学驱动器与所述管道的第二端部声学地耦合，以将波中携载的声能通过所述狭槽和所述喇叭辐射到收听环境。
8.根据权利要求7所述的声学设备，其特征在于，所述管道的横截面积从所述管道的所述第二端部到所述管道的所述第一端部沿着所述管道的所述伸长方向逐渐减小。
9.根据权利要求8所述的声学设备，其特征在于，所述管道的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中所述端面是所述管道在所述管道的所述第二端部处的横截面。
10.根据权利要求8所述的声学设备，其特征在于，所述管道的长度、所述管道在所述第一端部处的横截面积和所述管道在所述第二端部处的横截面积在辐射到所述管道中的波的至少一部分被所述管道的内表面反射以形成穿透所述狭槽的反射波的条件下进行配置，其中所述反射波相对于所述狭槽形成在从155°至175°范围内的角度。
11.根据权利要求7所述的声学设备，其特征在于，所述狭槽的宽度不大于2毫米。
12.根据权利要求7所述的声学设备，其特征在于，所述狭槽的长度小于所述管道的长度。
13.一种声学系统，其特征在于，包括：
声学部件，所述声学部件包括：
管道，其中狭槽以伸长方向沿着所述管道的伸长方向配置在所述管道上；以及
喇叭，所述喇叭从所述管道的第一端部延伸；
声学驱动器，所述声学驱动器与所述管道的第二端部声学地耦合，以将波中携载的声能通过所述狭槽和所述喇叭辐射到收听环境；以及
至少一个扬声器。
14.根据权利要求13所述的声学系统，其特征在于，所述管道的横截面积从所述管道的所述第二端部到所述管道的所述第一端部沿着所述管道的所述伸长方向逐渐减小。
15.根据权利要求14所述的声学系统，其特征在于，所述管道的至少两个横截面的中心到端面的投影位于不同的位置，其中所述端面是所述管道在所述管道的所述第二端部处的横截面。
16.根据权利要求14所述的声学系统，其特征在于，所述管道的长度、所述管道在所述第一端部处的横截面积和所述管道在所述第二端部处的横截面积在辐射到所述管道中的波的至少一部分被所述管道的内表面反射以形成穿透所述狭槽的反射波的条件下进行配置，其中所述反射波相对于所述狭槽形成在从155°至175°范围内的角度。
17.根据权利要求13所述的声学系统，其特征在于，所述狭槽的宽度不大于2毫米。
18.根据权利要求13所述的声学系统，其特征在于，所述狭槽的长度小于所述管道的长度。
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