用于揚(yáng)聲器單元的衍射葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于揚(yáng)聲器單元的衍射葉片。衍射葉片包含衍射葉片主體和衍射葉片邊緣，以用于將進(jìn)入具有對角的波導(dǎo)喇叭的聲平面波拓寬。衍射葉片被設(shè)置在聲波發(fā)生器的聲衍射狹縫的特定焦距處以有效地形成細(xì)分的狹縫。由衍射葉片產(chǎn)生的被細(xì)分的波形在衍射葉片邊緣處以及當(dāng)它們在衍射葉片主體的末端處再結(jié)合時(shí)具有相同的相位/時(shí)間。因此，被細(xì)分的波形是彼此的鏡像。焦距以及衍射葉片的寬度和水平長度被選擇，以確保當(dāng)來自被細(xì)分的狹縫的聲平面波形再結(jié)合并作為被拓寬的聲平面波從波導(dǎo)喇叭的對角離開時(shí)所述聲平面波的相位和方向匹配。
【專利說明】用于揚(yáng)聲器單元的衍射葉片
[0001 ] 相關(guān)申請
本申請要求于2015年I月23日提交的美國臨時(shí)申請62/107，223的優(yōu)先權(quán)，上述申請的全部內(nèi)容以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及一種衍射葉片，所述衍射葉片調(diào)整由聲波發(fā)生器輸出的聲波的覆蓋性。更具體地，本發(fā)明拓寬進(jìn)入具有已知對角的波導(dǎo)喇叭的輸入的平面波的水平聲輻射圖樣。
[0003]出于多個(gè)原因，換能器單元(壓縮驅(qū)動器、低音擴(kuò)音器等)被耦合至波導(dǎo)(喇叭)。一個(gè)原因是為了控制聲音輻射的圖樣。第二原因是為了通過獲得從電氣輸入到聲輸出的更好的聲負(fù)載來提高效率。
[0004]有效的擴(kuò)音系統(tǒng)的目的是為了限制從一個(gè)揚(yáng)聲器(或一排揚(yáng)聲器)到聽眾區(qū)的聲音輻射。因此，需要具有不同輻射圖樣的揚(yáng)聲器。波導(dǎo)被用于通過使用用于輸入、輸出、和從輸入到輸出的過渡的不同幾何構(gòu)型來控制該輻射圖樣(即，聲音從波導(dǎo)進(jìn)行輻射所在的角度)。
[0005]用于設(shè)計(jì)波導(dǎo)或喇叭的幾何構(gòu)型的技術(shù)對于在波導(dǎo)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說是已知的，且將不會被包含在本討論中。然而為了理解本發(fā)明，對基本波導(dǎo)屬性的解釋是必要的。
[0006]波導(dǎo)具有輸入和輸出。換能器被耦合至波導(dǎo)輸入。大多數(shù)揚(yáng)聲器壓縮驅(qū)動器具有圓形輸出。由于波導(dǎo)被設(shè)計(jì)成在水平平面和豎直平面中獨(dú)立地控制聲音，因此波導(dǎo)在其輸出處通常為矩形。波導(dǎo)的輸入可以是圓形或矩形。如果不是矩形，則可能需要過渡部分以將換能器圓形輸出轉(zhuǎn)換成波導(dǎo)矩形輸入。矩形輸入的長尺寸通常處于豎直平面中，而短尺寸通常處于水平平面中。
[0007]在長尺寸(豎直平面)中，過渡部分可能具有復(fù)雜的內(nèi)部細(xì)節(jié)以使聲波成形，并且，如果這樣的話，其常被稱為聲波發(fā)生器。
[0008]波導(dǎo)僅能夠限制聲波。因此，進(jìn)入輸入的聲音必須以寬的角度輻射至波導(dǎo)中，以便波導(dǎo)能夠?qū)⒙曇粝拗朴谳椛涞念A(yù)期角度。為了實(shí)現(xiàn)此目的，輸入必須比換能器和波導(dǎo)將操作所在的聲音的波長更小。
[0009]在輸入處的聲輻射角度與聲音的頻率成反比。隨著頻率增大，在輸入處的輻射角度變窄。對于給定的波導(dǎo)輸入寬度，輻射角度隨頻率增大而減小。為了得到更寬的波導(dǎo)輻射角度，波導(dǎo)輸入必須更小。由于高頻率的波長是如此之小，因此使輸入足夠小以便在更寬的覆蓋角度上在聲學(xué)上滿足波導(dǎo)是個(gè)挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是利用聲衍射葉片以擾動在波導(dǎo)喇叭的輸入處的聲波波前并拓寬從其輸出的輻射角度。該效應(yīng)的主要機(jī)制是圍繞衍射葉片的聲波衍射。結(jié)果是衍射葉片擴(kuò)大了高頻限制，從而允許在更高的頻率下保持更寬的輻射角度，從而產(chǎn)生在聽眾區(qū)域中的均勻覆蓋性。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)目的利用在聲波發(fā)生器的輸出的前面的聲衍射葉片以使聲波衍射以拓寬從其輸出的輻射角度，從而允許在更高的頻率下保持更寬的輻射角度，從而產(chǎn)生在聽眾區(qū)域中的均勻覆蓋性。非常短的波長(高頻率)導(dǎo)致覆蓋角度減小。
[0012]當(dāng)在更高的頻率下需要非常寬的水平覆蓋圖樣時(shí)，利用衍射葉片；當(dāng)需要狹窄的覆蓋圖樣且衍射葉片是不必要的時(shí)，省去衍射葉片。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是為接近20kHz的聲波提供恒定水平覆蓋性的衍射葉片。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于拓寬進(jìn)入波導(dǎo)喇叭的聲平面波的聲輻射圖樣的細(xì)長衍射葉片，其包括:細(xì)長衍射葉片主體，所述細(xì)長衍射葉片主體具有一定長度;衍射葉片邊緣，所述衍射葉片邊緣具有大致沿所述細(xì)長衍射葉片主體的整個(gè)長度延伸的線性邊緣；以及至少兩個(gè)腿，所述至少兩個(gè)腿用于將所述細(xì)長衍射葉片固定至聲波發(fā)生器和波導(dǎo)喇叭中的至少一個(gè)，其中，所述細(xì)長衍射葉片主體相對于所述衍射葉片邊緣的任一側(cè)均是對稱的，以便將聲平面波分成兩個(gè)共線的波形。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)長衍射葉片的至少兩個(gè)腿包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的相應(yīng)端部處的端部腿，所述端部腿在與所述衍射葉片邊緣的方向大體上相對應(yīng)且橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度的方向上向外伸出。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述端部腿向外伸出超出所述衍射葉片邊緣，且包含被設(shè)置成向外超出所述衍射葉片主體的長度的安裝表面，所述安裝表面用于固定所述衍射葉片。
[0015]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述的細(xì)長衍射葉片的至少兩個(gè)腿包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的中心附近的細(xì)長中心腿，所述細(xì)長中心腿在橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度的方向上向外伸出且伸出超出所述衍射葉片邊緣，所述細(xì)長中心腿相對于所述衍射葉片邊緣是對稱的。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，用于拓寬從聲波發(fā)生器進(jìn)入波導(dǎo)喇機(jī)的聲平面波的聲福射圖樣的細(xì)長衍射葉片具有所述至少兩個(gè)腿，所述至少兩個(gè)腿被配置以在所述衍射葉片主體被設(shè)置在波導(dǎo)喇叭內(nèi)的情況下將所述細(xì)長衍射葉片固定至聲波發(fā)生器。
[0017]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種揚(yáng)聲器單元，其包括:換能器單元，所述換能器單元用于輸出聲波;聲波發(fā)生器，所述聲波發(fā)生器包含在輸出端處具有孔徑寬度的大致矩形的聲衍射狹縫，所述聲波發(fā)生器具有配置為接收來自所述換能器單元的輸出端的聲波的輸入端，所述聲波發(fā)生器配置為從所述大致矩形的聲衍射狹縫輸出聲平面波;波導(dǎo)喇叭，所述波導(dǎo)喇叭用于接收所述聲平面波，所述波導(dǎo)喇叭具有輸入端和輸出端；以及細(xì)長衍射葉片，所述細(xì)長衍射葉片包括細(xì)長衍射葉片主體和大致沿所述細(xì)長衍射葉片主體的整個(gè)長度延伸的衍射葉片邊緣，所述細(xì)長衍射葉片被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭內(nèi)并被定向成使得，所述衍射葉片邊緣面向所述聲波發(fā)生器的大致矩形的聲衍射狹縫，其中，被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭中的所述細(xì)長衍射葉片使從所述大致矩形的聲衍射狹縫輸出的聲平面波進(jìn)行衍射。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，所述衍射葉片沿所述聲波發(fā)生器的中心軸線被設(shè)置，所述細(xì)長衍射葉片提供由分割所述聲平面波的所述衍射葉片邊緣形成的兩個(gè)共線的波形，所述細(xì)長衍射葉片主體沿所述中心軸線被設(shè)置且被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭的側(cè)壁之間。
[0019]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述波導(dǎo)喇叭的所述輸出端具有大致矩形的形狀以輸出聲平面波，并且其中，所述波導(dǎo)喇叭的腔從所述輸入端朝向所述輸出端在寬度上對稱地?cái)U(kuò)大。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)長衍射葉片具有選定的尺寸，且所述細(xì)長衍射葉片基于所述大致矩形的聲衍射狹縫的孔徑寬度而被設(shè)置成與所述大致矩形的聲衍射狹縫相距預(yù)定距離，其中，所述細(xì)長衍射葉片的尺寸和位置拓寬在所述波導(dǎo)喇叭的輸入端處或在所述波導(dǎo)喇叭的輸入端附近的聲輻射圖樣，以擴(kuò)大所述波導(dǎo)喇叭的高頻范圍。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)長衍射葉片的尺寸由所述細(xì)長衍射葉片主體的長度、所述細(xì)長衍射葉片主體的寬度和水平長度限定，所述水平長度是從所述衍射葉片邊緣至在所述細(xì)長衍射葉片主體上距離所述衍射葉片邊緣最遠(yuǎn)的點(diǎn)的長度，且所述水平長度橫向于所述細(xì)長衍射葉片的長度。
[0022]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)長衍射葉片主體相對于所述衍射葉片邊緣的任一側(cè)均是對稱的，以便將聲平面波分成兩個(gè)共線的波形，所述細(xì)長衍射葉片主體具有至少遠(yuǎn)離所述衍射葉片邊緣處的凹形形狀。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)長衍射葉片包括至少兩個(gè)腿，所述至少兩個(gè)腿用于將所述細(xì)長衍射葉片固定至所述聲波發(fā)生器和所述波導(dǎo)喇叭中的至少一個(gè)上。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)腿包括設(shè)置到所述細(xì)長衍射葉片主體的相應(yīng)端部處的端部腿，所述端部腿在與所述衍射葉片邊緣的方向大體上相對應(yīng)且大體橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度的方向上向外伸出。在一個(gè)實(shí)施例中，所述端部腿向外伸出超出所述衍射葉片邊緣，且包含被設(shè)置成向外超出所述衍射葉片主體的長度的安裝表面，所述安裝表面與所述聲波發(fā)生器相接觸以將所述細(xì)長衍射葉片固定至所述聲波發(fā)生器。
[0024]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)腿還包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的中心附近的兩個(gè)細(xì)長中心腿，所述兩個(gè)細(xì)長中心腿橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度向外伸出且伸出超出所述衍射葉片邊緣，所述兩個(gè)細(xì)長中心腿相對于所述衍射葉片邊緣是對稱的，并且其中，所述兩個(gè)細(xì)長中心腿配置為被設(shè)置在所述聲波發(fā)生器的插槽中以將所述細(xì)長衍射葉片固定至其上。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，至少兩個(gè)腿在所述細(xì)長衍射葉片主體被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭內(nèi)的情況下將所述細(xì)長衍射葉片固定至所述聲波發(fā)生器。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)腿包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的中心附近的細(xì)長中心腿，所述細(xì)長中心腿橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度向外伸出且伸出超出所述衍射葉片邊緣，所述中心腿相對于所述衍射葉片邊緣是對稱的，并且其中，所述細(xì)長中心腿配置為被設(shè)置在所述聲波發(fā)生器的插槽中以將所述細(xì)長衍射葉片固定至其上。
[0027]本發(fā)明的其它方面通過考慮【具體實(shí)施方式】和附圖將變得明顯。
【附圖說明】
[0028]圖1示出了衍射葉片的透視圖。
[0029]圖2示出了衍射葉片的俯視圖。
[0030]圖3示出了安裝到聲波發(fā)生器的衍射葉片的透視圖。
[0031]圖4示出了包括換能器單元、聲波發(fā)生器和波導(dǎo)喇叭的揚(yáng)聲器單元的透視圖。
[0032]圖5是揚(yáng)聲器單元的主視圖。
[0033]圖6是在圖5的V1-VI處截取的揚(yáng)聲器單元的橫截面圖。
[0034]圖7是在圖6中示出的衍射葉片區(qū)域的放大圖，其示出了衍射葉片主體、聲衍射狹縫和波導(dǎo)喇叭的相對尺寸和位置。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不將其應(yīng)用局限于在以下描述中闡述或在以下附圖中示出的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)和部件的布置中。本發(fā)明能夠有其它實(shí)施例，以及能夠以各種方式被實(shí)踐或執(zhí)行。
[0036]圖1示出了用于拓寬聲平面波的聲輻射圖樣的細(xì)長衍射葉片20。細(xì)長衍射葉片20包含衍射葉片主體22，所述衍射葉片主體22包含衍射葉片邊緣24，所述衍射葉片邊緣24具有沿衍射葉片主體22的基本上整個(gè)長度延伸的線性邊緣。衍射葉片主體22相對于衍射葉片邊緣24的任一側(cè)均是對稱的，以便將聲平面波分成兩個(gè)共線的聲平面波形。此外，衍射葉片主體22具有至少遠(yuǎn)離衍射葉片邊緣24的凹形形狀。
[0037]細(xì)長衍射葉片20包含至少兩個(gè)腿，通常是至少兩個(gè)細(xì)長中心腿30，以用于將衍射葉片固定至聲波發(fā)生器和波導(dǎo)喇叭中的至少一個(gè)上。兩個(gè)細(xì)長中心腿30設(shè)置在細(xì)長衍射葉片主體22的中心附近，且在橫向于衍射葉片主體22的長度的方向上向外地伸出。細(xì)長中心腿30延伸到衍射葉片邊緣24之外，且如圖2所示，中心腿相對于衍射葉片邊緣的長度是對稱的。中心腿30包含用于將衍射葉片20固定在聲波發(fā)生器的插槽中的安裝元件32。
[0038]衍射葉片20包含至少兩個(gè)細(xì)長端部腿34，其設(shè)置在細(xì)長衍射葉片主體22的相應(yīng)端部處。細(xì)長端部腿34在大體上橫向于細(xì)長衍射葉片主體22的長度的方向上向外地伸出，且向外伸出超過衍射葉片邊緣24。另外，細(xì)長端部腿34包含向外地超出衍射葉片主體22的長度設(shè)置的安裝表面36，以用于固定衍射葉片20。圖2示出了衍射葉片20的俯視圖，其中，端部腿34也少量向外伸出超出衍射葉片主體22的長度。
[0039]圖3示出了安裝到聲波發(fā)生器40的衍射葉片20。聲波發(fā)生器40包含基本上矩形的聲衍射狹縫42，所述聲衍射狹縫42具有孔徑寬度。聲波發(fā)生器40部分地由兩個(gè)半部44形成，所述兩個(gè)半部44以螺栓/螺紋或其他方式固定在一起。在圖3中，示出了被設(shè)置在聲波發(fā)生器40之內(nèi)的凸起部46和可選的薄墊片48。聲波發(fā)生器40與在共同擁有的于2014年10月28日提交的美國專利申請序號14/525874中公開的用于將聲波成形的波導(dǎo)類似，該專利申請的公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
[0040]在圖3中，在聲波發(fā)生器40中在聲衍射狹縫42的每個(gè)端部處形成有唇緣(未示出)。當(dāng)安裝到聲波發(fā)生器40的表面上時(shí)，衍射葉片20的端部腿34彎曲以允許其插入至聲衍射狹縫42中，且然后在相應(yīng)安裝表面36與相應(yīng)唇緣保持面對面接觸的情況下安置在衍射狹縫的端部處。另外，聲波發(fā)生器40包含設(shè)置在聲衍射狹縫42的相對兩側(cè)上的向內(nèi)開口且面向的插槽(未示出)。衍射葉片20的相應(yīng)中心腿30的安裝元件32被配置為設(shè)置在聲波發(fā)生器40的插槽中。因此，如圖3所示，衍射葉片20被牢固地固定至聲波發(fā)生器40，衍射葉片主體22與聲衍射狹縫42隔開預(yù)定距離。
[0041]圖4是包含換能器單元52的揚(yáng)聲器單元50的透視圖，所述換能器單元52在輸出端處固定至聲波發(fā)生器40的輸入端。因此，聲波發(fā)生器40在其輸入端處接收換能器單元輸出。另外，圖4示出了具有輸入端的波導(dǎo)喇叭60，所述輸入端固定至聲波發(fā)生器40的輸出端，以便接收來自聲波發(fā)生器40的聲平面波。如圖4所示，波導(dǎo)喇叭60具有帶有第一波導(dǎo)喇叭側(cè)壁62和第二波導(dǎo)喇叭側(cè)壁64的矩形形狀。第二側(cè)壁64比第一側(cè)壁62以更大的角度開口。如圖4-6的實(shí)施例所示，側(cè)壁62、64和波導(dǎo)喇叭端壁66形成腔68，所述腔68在波導(dǎo)喇叭60的輸出端處具有基本上矩形的開口 70。波導(dǎo)喇叭60的腔68從其輸入端朝向其輸出端在寬度上對稱地?cái)U(kuò)大。
[0042]在圖4和圖5中，衍射葉片20延伸聲衍射狹縫42的整個(gè)長度。出于最小化與所述發(fā)明不相關(guān)的細(xì)節(jié)的數(shù)量的目的，在圖5-7中未示出凸起部、換能器開口、和設(shè)置在聲波發(fā)生器40內(nèi)并穿過聲衍射狹縫42可見的其它元件。
[0043]圖6是從圖5截取的橫截面圖，示出了換能器單元52、聲波發(fā)生器40、衍射葉片主體22和波導(dǎo)喇叭60之間的關(guān)系。出于說明的目的，衍射葉片20的腿在圖6和圖7中未被示出，且因此在其中僅示出了衍射葉片主體22。在圖6和圖7中示出了波導(dǎo)喇叭60的形狀、和側(cè)壁62、64相對于彼此及相對于聲衍射狹縫42的特定角度。圖7是截取的揚(yáng)聲器單元50的部分的放大圖，其中基本上矩形的聲衍射狹縫42開口至圖6的波導(dǎo)喇叭60中的位置。因此，圖7清楚地示出了衍射葉片主體22與聲波發(fā)生器40的基本上矩形的聲衍射狹縫42的關(guān)系。而且，示出了波導(dǎo)喇叭60對準(zhǔn)聲波發(fā)生器40的聲衍射狹縫42的匹配。
[0044]圖7還詳細(xì)示出了衍射葉片主體22相對于聲波發(fā)生器40的聲衍射狹縫42及相對于波導(dǎo)喇叭60的第一側(cè)壁62的相對位置和尺寸。波導(dǎo)喇叭60開口成由側(cè)壁62限定的第一對角Θ。圖7示出了從聲衍射狹縫42延伸的中心軸線X，所述聲衍射狹縫42具有孔或狹縫孔徑寬度A。衍射葉片主體22以中心軸線X為中心且衍射葉片邊緣24在中心軸線X上并且面向衍射狹縫42。衍射葉片主體22沿中心軸線X對稱地設(shè)置。因此，細(xì)長衍射葉片20被設(shè)置在波導(dǎo)喇叭60內(nèi)并被定向成使得，衍射葉片邊緣24面向聲波發(fā)生器40的矩形聲衍射狹縫42。另外，衍射葉片邊緣24與聲波發(fā)生器40的聲衍射狹縫42的端部隔開預(yù)定間隙或焦距B，在該端部處，波導(dǎo)喇叭60的側(cè)壁62以角度Θ開口。圖7示出了具有水平長度H和橫跨衍射狹縫42的開口的寬度C的衍射葉片主體22。水平長度是從衍射葉片邊緣24至在衍射葉片主體22上距離衍射葉片邊緣最遠(yuǎn)的點(diǎn)的長度，且水平長度橫向于衍射葉片20的長度。
[0045]圖7示出了，波導(dǎo)喇叭60的基本上矩形的狹縫輸入與矩形的聲衍射狹縫42無縫地匹配。根據(jù)衍射理論來計(jì)算從基本上矩形的聲衍射狹縫42涌入至波導(dǎo)喇叭60中的波前的聲輻射圖樣。該理論指出，聲輻射圖樣隨著頻率增加而減少。若狹縫孔徑寬度A過寬，則從該狹縫涌出的聲音將過窄且將不會提供在波導(dǎo)喇叭60的對角Θ的整個(gè)范圍上的覆蓋性。在實(shí)踐中，當(dāng)波導(dǎo)喇叭60的角度Θ非常寬時(shí)，該效應(yīng)在非常高的音頻(通常為SkHZ以上)下發(fā)生。因此，在沒有衍射葉片20的情況下，揚(yáng)聲器單元50在低于SkHZ的頻率下通常是完全可操作的。
[0046]為了在高的音頻下操作揚(yáng)聲器單元50，如圖3所示，衍射葉片20被固定至聲波發(fā)生器40，且波導(dǎo)喇叭60也被固定至所述聲波發(fā)生器。
[0047]操作
在操作中，圖7所示的衍射葉片主體22將由波導(dǎo)喇叭60從聲衍射狹縫42接收的聲平面波分割至兩個(gè)狹縫中。狹縫由波導(dǎo)喇叭60的各自的第一側(cè)壁62以及將聲波分割的衍射葉片邊緣24和衍射葉片主體22限定。因此，為分離的聲平面波提供兩個(gè)分離的狹縫/路徑。圖7示出了由衍射葉片20產(chǎn)生的新形成的狹縫，所述狹縫每一個(gè)都基本上延伸衍射葉片的整個(gè)長度，且因此是長的且狹窄的。兩個(gè)狹縫用作用于聲平面波前的兩個(gè)新的獨(dú)立的聲源，且在圖7中是對稱的且為彼此的鏡像。兩個(gè)狹縫得到從波導(dǎo)喇叭60輸出的兩個(gè)新的波前，由于其寬度減小，每個(gè)波前都具有以更高的頻率輻射至更寬的對角中的能力。因此，新的波前在更高的頻率下匹配波導(dǎo)喇叭60的對角Θ。
[0048]由于存在的衍射葉片20以聲干涉圖樣的形式從兩個(gè)新的子波的形成產(chǎn)生了不想要的偽影(artifact)，因此遍及所需的頻率范圍不容易獲得所需的波前。這些干涉圖樣通常指的是聲輻射圖樣中的“凸角”，且能產(chǎn)生比波導(dǎo)喇叭60的對角Θ更寬的聲輻射圖樣，從而引起從波導(dǎo)喇叭側(cè)壁62、64的聲反射。因此，選擇衍射葉片20的各種選定的尺寸和距離以考慮到該情況。
[0049]還選擇衍射葉片20的形狀、大小和位置以避免象散的極性特性。當(dāng)從兩個(gè)細(xì)分的狹縫輻射的聲波不具有相同的焦距(即聲波不在同一平面上)時(shí)，發(fā)生象散的行為。若離開細(xì)分的狹縫的聲波的相位在衍射葉片20之后的再結(jié)合點(diǎn)處不匹配，則也將發(fā)生象散的行為。
[0050]為了避免像散情況，第一標(biāo)準(zhǔn)是必須將衍射葉片邊緣24以將原始孔以相等的整數(shù)倍分割成兩個(gè)(或更多)均勻隔開且在同一平面中的狹縫的方式置于原始孔中，以使其具有包含沿衍射葉片邊緣24的長度的長度的相同的焦距B。在圖7中，一個(gè)衍射葉片主體22將原始輸入狹縫孔徑寬度分割成兩半(A/2)。由于兩個(gè)相等的被細(xì)分的狹縫是在垂直于聲音傳播方向的同一平面中，因此每個(gè)狹縫輻射在相同相位中在相同方向中具有相同能量的聲波場?？梢酝ㄟ^添加附加的衍射葉片來完成附加的分割，只要得到的被分割的聲波場具有相同的焦距。
[0051]被引入到波導(dǎo)喇叭60的輸入孔中的衍射葉片20必須具有極小的初始輪廓、或者尖銳狹窄的衍射葉片邊緣24，其對正在進(jìn)入的波場提供最少的干擾。僅僅衍射葉片主體22的存在就確保將發(fā)生衍射。
[0052]用于衍射葉片20的第二標(biāo)準(zhǔn)是離開波導(dǎo)喇叭60的兩個(gè)波場必須以一致的方式再結(jié)合。選擇衍射葉片20的焦距B、衍射葉片主體22的形狀、寬度C、以及衍射葉片主體的水平長度H以便:I)用于兩個(gè)離開或被分割的波形的壓力壓縮和稀薄區(qū)在衍射葉片邊緣24處以及當(dāng)它們在衍射葉片主體22的末端處再結(jié)合時(shí)具有相同的相位/時(shí)間；以及2)當(dāng)兩個(gè)被分割的波形在衍射葉片主體22的末端處再結(jié)合時(shí)它們的相鄰邊緣是共線的(沿波導(dǎo)的軸線基本上平行于彼此)。結(jié)果是，兩個(gè)被分割的波形在再結(jié)合的接縫處是彼此的鏡像、同相并且共線的。因此，波導(dǎo)喇叭60的側(cè)壁62和沿中心軸線X設(shè)置的衍射葉片20在衍射葉片邊緣24處將單個(gè)波分成兩個(gè)分離的波。衍射葉片20的在長度H范圍上從葉片的邊緣24到主體22的末端的形狀使各個(gè)波形成形，以便當(dāng)所述波形重新結(jié)合以近似成單個(gè)波形時(shí)，它們是同相并共線的，所述單個(gè)波形以比在分割之前的單個(gè)波形更寬的角度輻射。因此，衍射葉片20具有選定的尺寸，且基于孔徑寬度A與基本上矩形的聲衍射狹縫42以預(yù)定距離被設(shè)置。
[0053 ]在衍射葉片20感興趣的頻率下，側(cè)壁64對由波導(dǎo)喇叭60輸出的平面聲波沒有較大影響。然而，在更低的頻率下，側(cè)壁64對從波導(dǎo)喇叭60輸出的平面波具有顯著影響。
[0054]另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是衍射葉片20的寬高比的值，所述寬高比的值由衍射葉片20的寬度C對比其水平長度H確定。寬高比的值直接取決于狹縫孔徑寬度A、波導(dǎo)喇叭的對角Θ、和操作的所需頻率范圍。因此，改變尺寸和間隔以獲得用于衍射葉片20的操作的所需頻率范圍。
[0055]在有限的頻率范圍(大約二分之一倍頻程)上實(shí)現(xiàn)了衍射葉片20拓寬在波導(dǎo)喇叭60的輸入處或在波導(dǎo)喇叭60的輸入附近的聲輻射圖樣的益處。在一個(gè)實(shí)施例中，在低于其8Khz的操作范圍的更低的頻率下，衍射葉片20的存在在揚(yáng)聲器單元50的操作中是可忽略的。在高于其操作范圍的更高的頻率下，比如20Khz以上，衍射葉片20引入相消干涉圖樣，其引起凸角和減少的同軸靈敏度。在不仔細(xì)選擇選定的尺寸B、C和H的情況下，出現(xiàn)相消干涉圖樣。
[0056]總之，所選尺寸B、C和H以及衍射葉片20的位置都被仔細(xì)選擇以拓寬在波導(dǎo)喇叭60的輸出處或在波導(dǎo)喇叭60的輸出附近的聲輻射圖樣，從而允許波導(dǎo)喇叭被聲波圖樣完全照亮并擴(kuò)大波導(dǎo)喇叭60的操作的高頻范圍。與不帶有衍射葉片的揚(yáng)聲器單元相比，安裝衍射葉片20使揚(yáng)聲器單元50能夠以更寬的角度在更高的頻率下輸出聲波。因此，衍射葉片20擴(kuò)展了波導(dǎo)喇叭60的高頻范圍。
[0057]在另一個(gè)實(shí)施方式中，衍射葉片20與波導(dǎo)喇叭60的輸入端相鄰地安裝到波導(dǎo)喇叭60。除了上面闡述的用于衍射葉片20的帶有腿30、34的安裝結(jié)構(gòu)以外，也可構(gòu)思出其它安裝實(shí)施例。這樣的實(shí)施例包括緊固件、卡入至孔中的腿、和粘合劑，以便將衍射葉片固定至聲波發(fā)生器40和波導(dǎo)喇叭60中的一個(gè)上。在另一個(gè)實(shí)施例中，衍射葉片20與波導(dǎo)喇叭60—體地形成。
[0058]在一些實(shí)施例中，衍射葉片20是模制塑料材料。由于為腿30、34提供了在負(fù)載下的一定靈活性以協(xié)助將衍射葉片20安裝到聲波發(fā)生器40，因此該材料通常不是完全剛性的。
[0059]雖然示出了單個(gè)衍射葉片20，但其它實(shí)施例提供了隔開并平行的多個(gè)衍射葉片，以將聲波分割成多個(gè)波前。由多個(gè)衍射葉片提供的路徑均具有相同的屬性B、C、H。
[0060]因此，本發(fā)明提供了與揚(yáng)聲器單元50—起提供的衍射葉片20，以使聲波能夠以更寬的角度在更高的頻率下輸出。在所附的權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種細(xì)長衍射葉片，所述衍射葉片用于拓寬進(jìn)入波導(dǎo)喇叭的聲平面波的聲輻射圖樣，所述衍射葉片包括: 細(xì)長衍射葉片主體，所述細(xì)長衍射葉片主體具有長度； 衍射葉片邊緣，所述衍射葉片邊緣具有大致沿所述細(xì)長衍射葉片主體的整個(gè)長度延伸的線性邊緣；以及 至少兩個(gè)腿，所述至少兩個(gè)腿用于將所述細(xì)長衍射葉片固定至聲波發(fā)生器和波導(dǎo)喇叭中的至少一個(gè)， 其中，所述細(xì)長衍射葉片主體相對于所述衍射葉片邊緣的任一側(cè)均是對稱的，以便將聲平面波分成兩個(gè)共線的波形。2.如權(quán)利要求1所述的細(xì)長衍射葉片，其中，所述至少兩個(gè)腿包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的相應(yīng)端部處的端部腿，所述端部腿在與所述衍射葉片邊緣的方向大體上相對應(yīng)且橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度的方向上向外伸出。3.如權(quán)利要求2所述的細(xì)長衍射葉片，其中，所述端部腿向外伸出超出所述衍射葉片邊緣，且包含被設(shè)置成向外超出所述衍射葉片主體的長度的安裝表面，所述安裝表面用于固定所述衍射葉片。4.如權(quán)利要求1所述的細(xì)長衍射葉片，其中，所述至少兩個(gè)腿包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的中心附近的細(xì)長中心腿，所述細(xì)長中心腿在橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度的方向上向外伸出且伸出超出所述衍射葉片邊緣，所述細(xì)長中心腿相對于所述衍射葉片邊緣是對稱的。5.如權(quán)利要求1所述的細(xì)長衍射葉片，用于拓寬從聲波發(fā)生器進(jìn)入波導(dǎo)喇叭的聲平面波的聲輻射圖樣，其中，所述至少兩個(gè)腿被配置以在所述衍射葉片主體被設(shè)置在波導(dǎo)喇叭內(nèi)的情況下將所述細(xì)長衍射葉片固定至聲波發(fā)生器。6.一種揚(yáng)聲器單兀，其包括: 換能器單元，所述換能器單元用于輸出聲波； 聲波發(fā)生器，所述聲波發(fā)生器包含在輸出端處具有孔徑寬度的大致矩形的聲衍射狹縫，所述聲波發(fā)生器具有配置為接收來自所述換能器單元的輸出端的聲波的輸入端，所述聲波發(fā)生器配置為從所述大致矩形的聲衍射狹縫輸出聲平面波； 波導(dǎo)喇叭，所述波導(dǎo)喇叭用于接收所述聲平面波，所述波導(dǎo)喇叭具有輸入端和輸出端；以及 細(xì)長衍射葉片，所述細(xì)長衍射葉片包括細(xì)長衍射葉片主體和大致沿所述細(xì)長衍射葉片主體的整個(gè)長度延伸的衍射葉片邊緣，所述細(xì)長衍射葉片被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭內(nèi)并被定向成使得，所述衍射葉片邊緣面向所述聲波發(fā)生器的大致矩形的聲衍射狹縫， 其中，被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭中的所述細(xì)長衍射葉片使從所述大致矩形的聲衍射狹縫輸出的聲平面波進(jìn)行衍射。7.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述衍射葉片沿所述聲波發(fā)生器的中心軸線被設(shè)置，所述細(xì)長衍射葉片提供由分割所述聲平面波的所述衍射葉片邊緣形成的兩個(gè)共線的波形，所述細(xì)長衍射葉片主體沿所述中心軸線被設(shè)置且被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭的側(cè)壁之間。8.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述波導(dǎo)喇叭的所述輸出端具有大致矩形的形狀以輸出聲平面波，并且其中，所述波導(dǎo)喇叭的腔從所述輸入端朝向所述輸出端在寬度上對稱地?cái)U(kuò)大。9.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述細(xì)長衍射葉片具有選定的尺寸，且所述細(xì)長衍射葉片基于所述大致矩形的聲衍射狹縫的孔徑寬度而被設(shè)置成與所述大致矩形的聲衍射狹縫相距預(yù)定距離，其中，所述細(xì)長衍射葉片的尺寸和位置拓寬在所述波導(dǎo)喇叭的輸入端處或在所述波導(dǎo)喇叭的輸入端附近的聲輻射圖樣，以擴(kuò)大所述波導(dǎo)喇叭的高頻范圍。10.如權(quán)利要求9所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述細(xì)長衍射葉片的尺寸由所述細(xì)長衍射葉片主體的長度、所述細(xì)長衍射葉片主體的寬度和水平長度限定，所述水平長度是從所述衍射葉片邊緣至在所述細(xì)長衍射葉片主體上距離所述衍射葉片邊緣最遠(yuǎn)的點(diǎn)的長度，且所述水平長度橫向于所述細(xì)長衍射葉片的長度。11.如權(quán)利要求10所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述細(xì)長衍射葉片主體相對于所述衍射葉片邊緣的任一側(cè)均是對稱的，以便將聲平面波分成兩個(gè)共線的波形，并且其中，所述細(xì)長衍射葉片主體具有至少遠(yuǎn)離所述衍射葉片邊緣處的凹形形狀。12.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述細(xì)長衍射葉片包括至少兩個(gè)腿，所述至少兩個(gè)腿用于將所述細(xì)長衍射葉片固定至所述聲波發(fā)生器和所述波導(dǎo)喇叭中的至少一個(gè)上。13.如權(quán)利要求12所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述至少兩個(gè)腿包括設(shè)置到所述細(xì)長衍射葉片主體的相應(yīng)端部處的端部腿，所述端部腿在與所述衍射葉片邊緣的方向大體上相對應(yīng)且大體橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度的方向上向外伸出。14.如權(quán)利要求13所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述端部腿向外伸出超出所述衍射葉片邊緣，且包含被設(shè)置成向外超出所述衍射葉片主體的長度的安裝表面，所述安裝表面與所述聲波發(fā)生器相接觸以將所述細(xì)長衍射葉片固定至所述聲波發(fā)生器。15.如權(quán)利要求14所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述至少兩個(gè)腿還包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的中心附近的兩個(gè)細(xì)長中心腿，所述兩個(gè)細(xì)長中心腿橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度向外伸出且伸出超出所述衍射葉片邊緣，所述兩個(gè)細(xì)長中心腿相對于所述衍射葉片邊緣是對稱的，并且其中，所述兩個(gè)細(xì)長中心腿配置為被設(shè)置在所述聲波發(fā)生器的插槽中以將所述細(xì)長衍射葉片固定至其上。16.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器單元，其中，至少兩個(gè)腿在所述細(xì)長衍射葉片主體被設(shè)置在所述波導(dǎo)喇叭內(nèi)的情況下將所述細(xì)長衍射葉片固定至所述聲波發(fā)生器。17.如權(quán)利要求12所述的揚(yáng)聲器單元，其中，所述至少兩個(gè)腿包括設(shè)置在所述細(xì)長衍射葉片主體的中心附近的細(xì)長中心腿，所述細(xì)長中心腿橫向于所述細(xì)長衍射葉片主體的長度向外伸出且伸出超出所述衍射葉片邊緣，所述中心腿相對于所述衍射葉片邊緣是對稱的，并且其中，所述細(xì)長中心腿配置為被設(shè)置在所述聲波發(fā)生器的插槽中以將所述細(xì)長衍射葉片固定至其上。18.如權(quán)利要求7所述的揚(yáng)聲器單元，其中，由分割所述聲平面波的所述衍射葉片邊緣形成的所述兩個(gè)共線的波形是彼此的鏡像。
【文檔編號】H04R9/02GK105828256SQ201610042534
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】M.德萊
【申請人】羅伯特·博世有限公司