專利名稱：波導(dǎo)電聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學(xué)波導(dǎo)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，更具體地說涉及波導(dǎo)具有不均勻截面面積的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。背景材料可參考美國專利4,628,528和1993年5月5日提交的題目為“頻率可選的聲學(xué)波導(dǎo)阻尼”的美國專利申請08/058474，這里將其引作參考。
本發(fā)明的重要目的是提供一種改進(jìn)的波導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于輻射聲波的波導(dǎo)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括發(fā)射聲波的低損耗波導(dǎo)。波導(dǎo)包括與揚(yáng)聲器驅(qū)動器相耦合的第一端子、適合于把所述聲波輻射到外部環(huán)境的第二端子、沿波導(dǎo)的長度走向的中心線、以及在垂直于所述中心線的平面中環(huán)繞截面面積的壁。壁是錐形的，以致于第二端子上的截面面積小于第一端子上的截面面積。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于輻射聲波的波導(dǎo)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括發(fā)射聲波的低損耗波導(dǎo)。波導(dǎo)包括與揚(yáng)聲器驅(qū)動器相耦合的第一端子、適合于把所述聲波輻射到外部環(huán)境的第二端子、中心線、在垂直于所述中心線的平面中環(huán)繞截面面積的壁、以及沿中心線的長度的多個(gè)段。每一個(gè)段具有第一端和第二端，第一端離第一端子比離第二端子更近，第二端離第二端子比離第一端子更近，每一個(gè)段具有平均截面面積。多個(gè)段中的第一段和多個(gè)段中的第二段是這樣構(gòu)造和排列的，即第一段的第二端與第二段的第一端相匹配。第一段的第二端上的截面面積基本上不同于第二段的第一端上的截面面積。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面，一種用于輻射聲波的波導(dǎo)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括發(fā)射聲波的低損耗波導(dǎo)。波導(dǎo)包括與揚(yáng)聲器驅(qū)動器相耦合的第一端子、適合于把聲波輻到外部環(huán)境的第二端子、沿波導(dǎo)的長度走向的中心線、在垂直于中心線的平面中環(huán)繞截面面積的壁、以及沿中心線的長度的多個(gè)段。每一個(gè)段具有第一端和第二端，第一端離第一端子較近，第二端離第二端子較近。多個(gè)段中的第一段和多個(gè)段中的第二段是這樣構(gòu)造和排列的，即第一段的第二端與第二段的第一端相匹配。從第一端到第二端，第一段的截面面積按照第一指數(shù)函數(shù)增大，而第一段的第二端上的截面面積大于第二段的第一端上的截面面積。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面，一種用于輻射聲波的波導(dǎo)揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括發(fā)射聲波的低損耗波導(dǎo)。波導(dǎo)具有調(diào)諧頻率，該頻率具有相應(yīng)的調(diào)諧波長。波導(dǎo)包括沿波導(dǎo)的長度走向的中心線、在垂直于中心線的平面中環(huán)繞截面面積的壁、以及沿中心線的多個(gè)段。每一個(gè)段具有大約為調(diào)諧波長的四分之一的長度，每一個(gè)段具有平均截面面積。多個(gè)段中的第一段的平均截面面積不同于多個(gè)段中相鄰段的平均截面面積。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面，一種用于輻射聲波的波導(dǎo)，具有長度約等于
的段，這里，I是波導(dǎo)的有效長度，n是正整數(shù)。每一個(gè)段具有平均截面面積。第一組交替的段的平均截面面積的乘積大于第二組交替的段的平均截面面積的乘積的二倍。
從以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，其中

圖1是本發(fā)明的波導(dǎo)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的截面圖。
圖2a和2b分別是本發(fā)明的波導(dǎo)和傳統(tǒng)的波導(dǎo)的聲功率和驅(qū)動器偏移對頻率的計(jì)算機(jī)模擬曲線。
圖3是現(xiàn)有的波導(dǎo)的截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二方面的波導(dǎo)的截面圖。
圖5a和6a是圖4所示波導(dǎo)的變型的截面圖。
圖7a是將圖5b所示的波導(dǎo)重疊在圖5a所示的波導(dǎo)上的截面圖。
圖5b、5c、6b、6c和7b分別是圖5a、6a和7a所示的波導(dǎo)的聲功率對頻率的計(jì)算機(jī)模擬曲線。
圖8是圖4所示的具有16個(gè)截面的的波導(dǎo)的聲功率對頻率的計(jì)算機(jī)模擬曲線。
圖9是將圖4所示的具有16個(gè)截面的波導(dǎo)重疊在圖7a所示的波導(dǎo)上而產(chǎn)生的波導(dǎo)的聲功率對頻率的計(jì)算機(jī)模擬曲線。
圖10是將圖4所示的具有更多個(gè)截面的若干個(gè)波導(dǎo)重疊在圖7a所示的波導(dǎo)上而產(chǎn)生的波導(dǎo)的截面圖。
圖11是駐波波導(dǎo)的截面圖，有助于說明上述各圖中波導(dǎo)的各節(jié)長度。
圖12a、12b和12c是表明本發(fā)明的其它實(shí)施例的波導(dǎo)的截面圖。
圖13是將圖1和圖4的實(shí)施例相組合的波導(dǎo)的截面圖。
圖14a-14c是類似于圖5a、6a和7a的實(shí)施例，與圖1所示的實(shí)施例相組合的截面圖。
圖15a和15b是圖10所示的實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例相組合的波導(dǎo)的截面圖。
現(xiàn)在參考附圖，更具體地是圖1，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的揚(yáng)聲器和波導(dǎo)組件。波導(dǎo)14具有第一端或端子12和第二端或端子16。波導(dǎo)14采用截面面積逐步變窄的空心管的形式。波導(dǎo)的壁為錐形，以致于第一端12的波導(dǎo)截面面積大于第二端16的截面面積。為了聲學(xué)或美觀起見，第二端16可以略喇叭張開。截面(沿圖1的A-A線，垂直于波導(dǎo)14的中心線11截取)可以是圓形、橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則的多邊形、或者一些其它的封閉輪廓。波導(dǎo)14的端部可以是封閉的或敞開的。兩端可以輻射到自由空氣中，如圖所示，或者一端可以輻射到聲學(xué)封閉空間中，如封閉或開口的體積或錐形或非錐形波導(dǎo)。
為了清楚地說明起見，圖中示出的波導(dǎo)14的壁為直線，圖中示出的波導(dǎo)14沿其整個(gè)長度具有均勻錐度。在實(shí)際實(shí)施中，波導(dǎo)可以被彎曲成所需的形狀，以與封閉空間相配合或者為了聲學(xué)效果起見使波導(dǎo)的一端相對于波導(dǎo)的另一端而定位。波導(dǎo)14的截面可以具有不同的幾何形狀，即，在沿其長度的不同點(diǎn)上具有不同的形狀或具有直線或曲線側(cè)邊。另外，波導(dǎo)的錐度可以沿波導(dǎo)的長度而變化。
電聲換能器10位于波導(dǎo)14的第一端12上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電聲換能器10是帶有陶瓷磁性電動機(jī)的圓錐型65mm驅(qū)動器，但是也可以是另一種類型的圓錐和磁性換能器或其它一些電聲換能器。電聲換能器10的任一邊可以安裝在波導(dǎo)14的第一端12中，或者電聲換能器10可以安裝在波導(dǎo)14的鄰近第一端12的壁中，將聲波輻射到波導(dǎo)14中。另外，背向波導(dǎo)14的電聲換能器10的表面如圖所示可以直接向周圍環(huán)境輻射，或者可以輻射到諸如錐形或非錐形波導(dǎo)的聲學(xué)元件或封閉的或開口的盒子中。
波導(dǎo)14的內(nèi)壁基本無聲學(xué)損耗。在波導(dǎo)中可以有少量的吸聲材料13。少量的吸聲材料13可以置于換能器10附近。正如題目為“頻率可選的聲學(xué)波導(dǎo)阻尼”的08/058478美國專利申請中所述的，以致于波導(dǎo)在低頻下是低損耗的，在高頻下具有相對平滑的響應(yīng)。少量的吸聲材料衰減了不希望有的諧振，在由波導(dǎo)所輻射的頻率范圍上提供更平滑的輸出，但不阻止在波導(dǎo)中形成低頻駐波。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，波導(dǎo)是圓錐形波導(dǎo)，其中在沿波導(dǎo)的各點(diǎn)上的截面面積由以下方程式表示A(Y)=Ainlet[1-2YB+(yB)2]]]>式中A代表面積，Y＝從入口(寬的)端口起測量的距離，
式中X＝波導(dǎo)的有效長度，
這一實(shí)施例的第一諧振或調(diào)諧頻率接近于αf＝tan βf的第一非零解，這里，
C0＝聲速。在對上述方程式進(jìn)行近似后，考慮到端部效應(yīng)和其它因素，可以采用經(jīng)驗(yàn)方式對波導(dǎo)進(jìn)行改進(jìn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，波導(dǎo)14的長度x為26英寸。第一端12處的截面面積為6.4平方英寸，在第二端16處的截面面積為0.9平方英寸，所以面積比率(定義為第一端12的截面面積除以第二端16的截面面積)約為7.1。
現(xiàn)在參考圖2a和2b，圖中示出沒有吸聲材料13和長度為26英寸的本發(fā)明的波導(dǎo)揚(yáng)聲器系統(tǒng)(曲線32)以及具有相似體積和長度為36英寸的筆直壁面無阻尼波導(dǎo)(曲線34)的輻射聲功率和驅(qū)動器偏移對頻率的計(jì)算機(jī)模擬曲線，正如從圖2a和2b看到的，低音范圍大致延伸到相同頻率(約70Hz)，本發(fā)明的波導(dǎo)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)比無錐度波導(dǎo)系統(tǒng)的響應(yīng)更平坦。利用吸聲材料(圖1中的13)能夠顯著地降低兩條曲線中的窄帶峰(以下稱為尖峰)。
現(xiàn)在參考圖3，為了表明本發(fā)明的第二方面，圖中示出一個(gè)現(xiàn)有的揚(yáng)聲器和波導(dǎo)組件。電聲換能器10’位于端部敞開的均勻截面的波導(dǎo)14’的一端40中，波導(dǎo)的長度為y。波導(dǎo)的兩端相互鄰近(即距離t很小)。當(dāng)換能器10’輻射頻率為f的聲波時(shí)，其波長等于y，來自波導(dǎo)的輻射與來自換能器的直接輻射相位相反，因此，在該頻率上能夠大大降低來自組件的輻射?，F(xiàn)在參考圖4，圖中示出一個(gè)表明本發(fā)明一個(gè)方面的揚(yáng)聲器和波導(dǎo)組件，它能夠顯著地降低圖3中所示和文中所述的波導(dǎo)端部定位問題。電聲換能器10位于敞開端部波導(dǎo)14a的一端或端子12中。電聲換能器10可以是一個(gè)如圖所示的圓錐和磁性換能器，或者是諸如靜電、壓電或聲壓波的其它源的其它一些電聲換能器。電聲換能器10可以面向波導(dǎo)14a的任一端，或者可以安裝在波導(dǎo)14a的壁中并將聲波輻射到波導(dǎo)14a中。電聲換能器10位于其中的腔體17與電聲換能器10緊密貼合。在這個(gè)實(shí)施例中，波導(dǎo)14a的內(nèi)壁是低聲學(xué)損耗的。在波導(dǎo)14a中可以有少量的吸聲材料13，使得波導(dǎo)在低頻上是低聲學(xué)損耗的，在高頻上具有相對平坦的響應(yīng)。少量的吸聲材料衰減了不希望有的諧振以及在由波導(dǎo)所輻射的頻率范圍上提供更平滑的輸出，但是不阻止在波導(dǎo)中形成駐波。波導(dǎo)14a的的第二端或端子16將聲波輻射到周圍環(huán)境中。為了美觀和聲學(xué)目的，第二端16可以向外喇叭張開。
波導(dǎo)14a沿其長度具有多個(gè)段181、182、...18n。部分181、182、...18n。中每一個(gè)段具有長度x1、x2、...xn和截面面積A1、A2、...An。下面將描述每個(gè)段的長度的確定。每個(gè)段可以具有不同于相鄰段的截面面積。在波導(dǎo)的長度上平均截面面積可以按照美國專利4,628,528中所揭示的確定或者可以采用經(jīng)驗(yàn)方法確定。在這一實(shí)施方案中，圖中示出的截面面積變化19是突變的。在其它實(shí)施方案中，截面面積變化可以是漸變的。
現(xiàn)在參考圖5a，圖中示出根據(jù)圖4的一個(gè)揚(yáng)聲器和波導(dǎo)組件，其中n＝4。當(dāng)圖5a所示的換能器輻射頻率f的聲波時(shí)，其相應(yīng)波長λ等于x，來自波導(dǎo)的輻射具有與來自換能器的輻射相反的相位，但是體積速度因而和幅度明顯不同。因此，即使波導(dǎo)14a按照如圖3所示那樣構(gòu)造，兩端緊密靠近，但是顯著地降低抵消量。
在根據(jù)圖5a的組件的一個(gè)實(shí)施例中，波導(dǎo)的截面是圓形的，尺寸A1和A3為0.53平方英寸，A2和A4為0.91平方英寸。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，A2和A4的乘積是A1和A3乘積的三倍，即
關(guān)系A(chǔ)1＝A3＝0.732A和A2＝A4＝1.268A，式中A是波導(dǎo)的平均截面面積，滿足關(guān)系式。
現(xiàn)在參考圖5b，圖中示出波導(dǎo)的端部間隔5cm的波導(dǎo)系統(tǒng)的輸出聲功率對頻率的兩條計(jì)算機(jī)模擬曲線。曲線42代表圖3所示的傳統(tǒng)的波導(dǎo)，表明在約350Hz(以下稱為波導(dǎo)的抵消頻率，對應(yīng)于波長等于波導(dǎo)有效長度的頻率)處有一個(gè)明顯的輸出下降46，在抵消頻率的整數(shù)倍處有類似的下降。虛線曲線44代表圖5a所示的波導(dǎo)系統(tǒng)，表明在約350Hz和抵消頻率的奇數(shù)倍處的輸出下降已經(jīng)被大大緩解。
現(xiàn)在參考圖6a，圖中示出根據(jù)圖4的揚(yáng)聲器和波導(dǎo)組件，其中n＝8。每個(gè)段的長度為x/8，式中x是波導(dǎo)的總長度。在一個(gè)實(shí)施例中，截面面積A1、...A8滿足關(guān)系式
。如果A1、A3、A5和A7相等，A2、A4、A6和A8相等(與圖5a所示的實(shí)施例一樣，對于本發(fā)明而言這不是必須的)，那么，關(guān)系A(chǔ)1＝A3＝A5＝A7＝0.864A和A2＝A4＝A6＝A8＝1.136A，式中A是波導(dǎo)的平均截面面積，滿足關(guān)系式
。
現(xiàn)在參考圖6b，圖中示出波導(dǎo)端部間隔5cm的波導(dǎo)的輸出聲功率對頻率的兩條計(jì)算機(jī)模擬曲線。曲線52代表圖3所示的傳統(tǒng)的波導(dǎo)，表明在約350Hz處有明顯的輸出下降56，在約350Hz的整數(shù)倍處有類似的下降。虛線曲線54代表圖6a所示的波導(dǎo)，表明在抵消頻率的兩倍和抵消頻率奇數(shù)倍的兩倍處(即3、5、7...的兩倍＝6、10、14...)的輸出下降已經(jīng)被大大減小。
將圖6a的波導(dǎo)疊加在圖5a的波導(dǎo)上得到圖7a的波導(dǎo)。在圖5c所示組件的一個(gè)實(shí)施例中，A1＝A5＝0.63A，A2＝A6＝0.83A，A3＝A7＝10.9A和A4＝A8＝1.44A，每個(gè)段的長度為x/8。
現(xiàn)在參考圖7b，圖中示出波導(dǎo)端部間隔5cm的波導(dǎo)的輸出聲功率對頻率的兩條計(jì)算機(jī)模擬曲線。曲線60代表圖3所示的傳統(tǒng)波導(dǎo)，表明在約350Hz處有明顯的輸出下降64，在約350Hz的整數(shù)倍處有類似的下降。虛線曲線62代表圖7a所示的波導(dǎo)，表明在抵消頻率、抵消頻率的奇數(shù)倍(3、5、7...)和抵消頻率奇數(shù)倍的兩倍處(2、6、10、14...)的輸出下降已經(jīng)被大大減小。
現(xiàn)在參考圖8，圖中示出波導(dǎo)端部間隔5cm的波導(dǎo)的輸出聲功率對頻率的兩條計(jì)算機(jī)模擬曲線。曲線66代表圖3所示的傳統(tǒng)波導(dǎo)，表明在約350Hz處有明顯的輸出下降70，在約350Hz的整數(shù)倍處有類似的下降。虛線曲線68代表根據(jù)圖4所示的波導(dǎo)，其中n＝16(未示出)，每個(gè)段的長度為x/16，
表明在抵消頻率的四倍和抵消頻率奇數(shù)倍的四倍處(即3、5、7...的四倍＝12、20、28...)的輸出下降已經(jīng)被大大減小。
同樣，由根據(jù)圖4的波導(dǎo)，能夠顯著地減小抵消頻率的奇數(shù)倍的8、16、...倍處的輸出下降，其中n＝32、64、...，每個(gè)段的長度＝x/n，以及
。能夠按照圖7a所示對波導(dǎo)進(jìn)行疊合，將波導(dǎo)的效應(yīng)相組合。
現(xiàn)在參考圖9，圖中示出波導(dǎo)端部間隔5cm的波導(dǎo)系統(tǒng)的輸出聲功率對頻率的兩條計(jì)算機(jī)模擬曲線。曲線71代表傳統(tǒng)波導(dǎo)系統(tǒng)，表明在約350Hz處有明顯的輸出下降74，在約350Hz的整數(shù)倍處有類似的下降。虛線曲線72代表將圖7a所示的波導(dǎo)疊合在圖4所示的波導(dǎo)上而獲得的波導(dǎo)系統(tǒng)(未示出)，其中n＝16，每個(gè)段的長度為x/16，表明在抵消頻率、抵消頻率的偶數(shù)倍、抵消頻率的奇數(shù)倍、抵消頻率的奇數(shù)倍的兩倍、以及抵消頻率的奇數(shù)倍的四倍處的輸出下降已經(jīng)明顯地減小。
當(dāng)n變大時(shí)，被疊加的波導(dǎo)開始接近于圖10所示的波導(dǎo)。在圖10中，波導(dǎo)具有兩個(gè)長度為x/2的段。波導(dǎo)的壁是這樣構(gòu)成的，在每個(gè)段的起始處截面面積為
根據(jù)關(guān)系式
(式中Y是波導(dǎo)的換能器端12之間的距離，x是波導(dǎo)的長度，A是波導(dǎo)的平均截面面積)，增大到
參考圖11，圖中示出在確定段的長度中有用的駐波的波導(dǎo)。圖11示出一個(gè)當(dāng)聲波被輻射到波導(dǎo)中時(shí)形成駐波80的側(cè)邊平行波導(dǎo)。駐波80的調(diào)諧頻率為f，相應(yīng)的波長λ等于波導(dǎo)的長度x。駐波80代表沿波導(dǎo)長度上的各點(diǎn)處的應(yīng)力。壓力駐波80在換能器處和波導(dǎo)的開口處分別壓力為零的點(diǎn)82、84，在換能器與開口之間的半路處有另一個(gè)零點(diǎn)86。當(dāng)聲波被輻射到波導(dǎo)中時(shí)形成的駐波88代表在沿波導(dǎo)長度的各點(diǎn)上的體積速度。體積速度駐波88在零壓力點(diǎn)82與84之間和零壓力點(diǎn)86與84之間分別有零體積速度點(diǎn)92、94，從零壓力起大致等距離。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖5a所示的波導(dǎo)(在本圖中以虛線表示)有四個(gè)段，段的開始與結(jié)束是由壁面平行和平均截面面積相同的波導(dǎo)的零體積速度和零壓力的位置確定的。在零體積速度92處第一段181結(jié)束和第二段182開始；在零壓力86處第二段182結(jié)束和第三段183開始；在零體積速度94處第三段183結(jié)束和第四段184開始。在筆直壁面的波導(dǎo)中，第一零壓力與第一零體積速度之間、第一零體積速度與第二零壓力之間、第二零壓力與第二零體積速度之間、以及第二零體積速度與第三零壓力之間的距離都是相等的，所以，段181、...184的長度x1...x4大致都等于波導(dǎo)長度的四分之一。
除了頻率f和波長λ的駐波外，波導(dǎo)中還存在頻率2f、4f、8f...nf的駐波，相應(yīng)的波長為λ/2、λ/4、λ/8...λ/n。頻率2f的駐波有5個(gè)零壓力。在平行側(cè)面的波導(dǎo)中，在波導(dǎo)的每一端有一個(gè)零壓力，其余的零壓力沿波導(dǎo)的長度等距離地間隔開。在零壓力之間，頻率2f的駐波有4個(gè)零體積速度，在零壓力之間等距離地間隔開。同樣，頻率4f、8f、...nf，相應(yīng)波長為λ/4、λ/8...λ/n的駐波有2n+1個(gè)零壓力和2n個(gè)零體積速度，與頻率2f和波長λ/2的駐波同樣地隔開。在不具有平行側(cè)面的波導(dǎo)中形成類似的駐波，但是零點(diǎn)的位置可以不是均勻地隔開。零點(diǎn)的位置可以用經(jīng)驗(yàn)方法確定。
參考圖12a-12c，圖中示出說明本發(fā)明其它原理的其它實(shí)施例。圖12a表明長度等于圖11的段的相鄰段可以具有相同截面面積和仍提供本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的原理。在圖12a中，段的長度是以與圖11的段相同的方式確定的。一些相鄰的段具有相同的截面面積，這些段中至少有一個(gè)具有比相鄰段更大的截面面積?？梢赃@樣選擇截面面積，即
根據(jù)圖12a的波導(dǎo)系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)與根據(jù)圖5a的波導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)相似。同樣，段的長度等于波長λ/2、λ/4、λ/8...λ/n駐波的零壓力與零體積速度之間的距離、段的平均截面面積符合關(guān)系式
、一些相鄰的段具有相等截面面積的波導(dǎo)具有類似于圖4所示波導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在參考圖12b，圖中表明了本發(fā)明的另一個(gè)原理。在這個(gè)實(shí)施例中，截面面積的變化19不是出現(xiàn)圖11所示的點(diǎn)上以及相應(yīng)段落中的描述。然而，如果段181、182、183和184的截面面積遵循關(guān)系式
式中A1、A2、A3和A4分別是段181、182、183和184的截面面積，上述的抵消問題可以明顯降低。
現(xiàn)在參考圖12c，圖中表明了本發(fā)明的又一個(gè)方面。在這個(gè)實(shí)施例中，截面面積不是突變，而是按照正弦或其它平滑函數(shù)平滑地變化。然而，與圖12b所示的實(shí)施例相似，如果段181、182、183和184的截面面積遵循關(guān)系式
式中A1、A2、A3和A4分別是段181、182、183和184的截面面積，上述的抵消問題可以明顯降低。在以前的圖中所示和相應(yīng)段落中所描述的實(shí)施例中，交替的各段的平均截面面積的乘積的比率為3。雖然比率取為3提供了特別有利的結(jié)果，但是，根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)系統(tǒng)，其中面積比率為大于1的一個(gè)數(shù)，例如為2，也顯示改進(jìn)的性能。
現(xiàn)在參考圖13，圖中示出將圖1和4的實(shí)施例的原理相組合的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電聲換能器10位于敞開端口的波導(dǎo)14’的端部中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電聲換能器10是一個(gè)圓錐和磁性換能器或者諸如靜電、壓電或其它聲波源的其它電聲換能器。電聲換能器10可以面向波導(dǎo)14’的任何一端，或者可以安裝在波導(dǎo)14’的壁中，將聲波輻射到波導(dǎo)14’中。電聲換能器10位于其中的腔體17緊密貼合到電聲換能器上。波導(dǎo)14’的內(nèi)壁基本上是平滑的和無聲學(xué)損耗。在波導(dǎo)14’中，可以有少量的吸聲材料13，使得波導(dǎo)是低聲學(xué)損耗的。少量的吸聲材料衰減了不希望有的諧振，在由波導(dǎo)系統(tǒng)所輻射的頻率的范圍上提供更平滑的輸出，但是并不阻止在波導(dǎo)中形成低頻駐波。
波導(dǎo)14’沿其長度上有多個(gè)段181、182、...18n。每一個(gè)段181、182、...18n具有長度x1、x2、...xn和截面面積A1、A2、...An。每一個(gè)段在離電聲換能器10最近的端部上的截面面積大于在離電聲換能器最遠(yuǎn)的端部上的截面面積。在這一實(shí)施方案中，圖中示出的截面面積的變化19是突變的。在實(shí)際的實(shí)施方案中，截面面積的變化可以是漸變的。
根據(jù)圖13所示實(shí)施例的波導(dǎo)結(jié)合了圖1和4所示實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。波導(dǎo)端部抵消問題被明顯地減小，采用圖13所示的波導(dǎo)系統(tǒng)比采用傳統(tǒng)波導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)更平坦的頻率響應(yīng)。
參考圖14a-14c，圖中示出類似于圖7a、8a和9a的實(shí)施例的波導(dǎo)系統(tǒng)，但是，截面面積向右逐漸變窄。與圖7a、8a和9a的實(shí)施例一樣，端部抵消位置問題被明顯降低；另外，能夠?qū)崿F(xiàn)與具有更長波導(dǎo)的揚(yáng)聲器組件相等效的性能。
圖14a-14c中所示的波導(dǎo)具有在相對于零壓力和零體積速度的相似地方開始和結(jié)束的段，但是，零點(diǎn)不是象在平行側(cè)面波導(dǎo)中那樣均等地定位。在圖14a-14c所示的波導(dǎo)中，零點(diǎn)的位置可以通過經(jīng)驗(yàn)方式或者通過計(jì)算機(jī)模擬方式確定。
在圖14a-14c所示的波導(dǎo)中，當(dāng)n增大時(shí)，波導(dǎo)開始接近于由以下方程式描述的波導(dǎo)的形狀
對于
對于
式中非梯級錐形波導(dǎo)的
(即面積比率)SR=2AR=1]]>
。這種波導(dǎo)的例子如圖1、5a(AR＝4)和15b(AR＝9)所示。應(yīng)當(dāng)注意，如果面積比率為1(表示非錐形波導(dǎo))，那么，波導(dǎo)如圖10所示和文中相應(yīng)段落所述。其它的實(shí)施例包含在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
7.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述第一段的所述平均截面面積基本上不同于所述第二段的平均截面面積。
8.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述第一段的截面面積基本上為常量。
9.如權(quán)利要求7所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述第二段的截面面積基本上為常量。
10.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于段的數(shù)目為偶數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于第一組交替的段的平均截面面積的乘積大致為第二組交替的段的平均截面面積的乘積的三倍。
12.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述的壁是錐形的，以致于所述第一段的所述第二端上的截面面積小于所述第一段的所述第一端上的截面面積。
13.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述的壁是錐形的，以致于所述第二段的所述第二端上的截面面積小于所述第二段的所述第一端上的截面面積。
14.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述的壁是錐形的，以致于所述第一段和所述第二段的所述第二端上的截面面積小于所述第一段和所述第二段的所述第一端上的截面面積。
15.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述波導(dǎo)這樣構(gòu)造和排列，以形成波長基本上等于所述低損耗波導(dǎo)的有效長度l的壓力駐波，所述壓力駐波具有零值點(diǎn)，這里，所述匹配是這樣定位的，即它與所述零壓力之一相重合。
16.如權(quán)利要求15所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述波長基本上等于
這里，n是一個(gè)大于1的整數(shù)。
17.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述波導(dǎo)這樣構(gòu)造和排列，以形成波長基本上等于所述低損耗波導(dǎo)的有效長度l的體積速度駐波，所述體積速度駐波具有零值點(diǎn)，這里，所述匹配是這樣定位的，即它與所述零體積速度之一相重合。
18.如權(quán)利要求17所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述波長基本上等于
這里，n是一個(gè)大于1的整數(shù)。
19.如權(quán)利要求6所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述波長具有一個(gè)諧振頻率，所述頻率具有相關(guān)波長λ，這里，所述多個(gè)段中每個(gè)段的長度大致等于
這里，n是一個(gè)整數(shù)。
20.一種用于輻射聲波的波導(dǎo)系統(tǒng)，所述波導(dǎo)系統(tǒng)包括發(fā)射聲波的低損耗波導(dǎo)，所述波導(dǎo)包括適合于耦合到所述聲波源的第一端子；適合于把所述聲波輻到外部環(huán)境的第二端子；沿所述波導(dǎo)的長度走向的中心線；在垂直于所述中心線的平面中環(huán)繞截面面積的壁；沿所述中心線的長度的多個(gè)段，每個(gè)所述段具有第一端和第二端，所述第一端離所述第一端子較近，所述第二端離所述第二端子較近；其特征在于所述多個(gè)段的第一段和所述多個(gè)段的第二段是這樣構(gòu)造和排列的，即所述第一段的第二端與所述第二段的第一端相匹配；這里，從所述第一端到所述第二端，所述第一段的截面面積按照第一指數(shù)函數(shù)增大；這里，所述第一段的所述第二端上的截面面積大于所述第二段的所述第一端上的截面面積。
21.如權(quán)利要求20所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于從所述第一端到所述第二端，所述第二段的所述截面面積按照第一指數(shù)函數(shù)增大。
22.如權(quán)利要求20所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于從所述第一端到所述第二端，所述第二段的所述截面面積按照第二指數(shù)函數(shù)增大。
23.一種用于輻射聲波的波導(dǎo)系統(tǒng)，所述波導(dǎo)系統(tǒng)包括發(fā)射聲波的低損耗波導(dǎo)具有調(diào)諧頻率，所述頻率具有相應(yīng)的波長，所述波導(dǎo)包括沿所述波導(dǎo)的長度走向的中心線；在垂直于所述中心線的平面中環(huán)繞截面面積的壁；沿所述中心線的多個(gè)段，每個(gè)所述段的長度大約為所述波長的四分之一，每個(gè)所述段具有平均截面面積；其特征在于所述多個(gè)段的第一段的平均截面面積不同于所述多個(gè)段中相鄰段的平均截面面積。
24.如權(quán)利要求23所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述第一段的截面面積基本上是常量。
25.如權(quán)利要求24所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述相鄰段的截面面積基本上是常量。
26.如權(quán)利要求23所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于第一組交替的段的所述平均截面面積的乘積大致為第二組交替的段的所述平均截面面積的乘積的三倍。
27.一種用于輻射聲波的波導(dǎo)系統(tǒng)，所述波導(dǎo)具有長度約等于
的段，這里，l是所述波導(dǎo)的有效長度，n是正整數(shù)，每個(gè)所述段具有平均截面面積，其特征在于第一組交替的段的平均截面面積的乘積大于第二組交替的段的平均截面面積的乘積的二倍。
28.如權(quán)利要求27所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述第一組交替的段的所述平均截面面積的所述乘積大致為所述第二組交替的段的所述平均截面面積的三倍。
29.如權(quán)利要求27所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述段中的一個(gè)段的平均截面面積大于相鄰段中任何一個(gè)段的截面面積。
30.一種用于輻射聲波的波導(dǎo)，為形成壓力駐波和體積速度駐波而構(gòu)造和排列，所述體積速度駐波的波長基本上等于所述波導(dǎo)的有效長度l，所述體積速度駐波具有零體積速度；所述壓力駐波的波長基本上等于所述波導(dǎo)的有效長度l，所述壓力駐波具有零壓力，所述零壓力出現(xiàn)在所述零體積速度之間；所述零體積速度和所述零壓力劃出所述波導(dǎo)的多個(gè)段的界限，每個(gè)所述段具有平均截面面積；其特征在于第一組交替的段的平均截面面積的乘積大于第二組交替的段的平均截面面積的乘積的二倍。
31.如權(quán)利要求30所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述第一組交替的段的所述平均截面面積的所述乘積大約為所述第二組交替的段的所述平均截面面積的三倍。
32.如權(quán)利要求30所述的波導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于所述段中的一個(gè)段的平均截面面積大于相鄰段中任何一個(gè)段的截面面積。
全文摘要
一種用于輻射聲波的波導(dǎo)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括發(fā)射聲波的低損耗波導(dǎo),其壁為錐形的,以致于出射端的所述截面面積小于入射端的截面面積。在本發(fā)明的第二方面中,一種用于輻射聲波的波導(dǎo),具有長度約等于上式的段,這里,l是所述波導(dǎo)的有效長度,n是正整數(shù)。第一組交替的段的乘積大于第二組交替的段的乘積,在一個(gè)實(shí)施例中為三倍。在本發(fā)明的第三方面中,使前面的兩個(gè)方面相組合。
文檔編號H04R1/28GK1258185SQ99118610
公開日2000年6月28日 申請日期1999年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月3日
發(fā)明者J·赫夫勒, J·H·文德爾, R·P·帕克, T·A·弗勒舍爾, W·P·施賴伯 申請人:伯斯有限公司