專利名稱：桿式定向聲輻射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所述的最佳實(shí)施例涉及一種外形設(shè)計(jì)呈細(xì)長形或桿形的聲音發(fā)生器，它可以用于從超聲頻至次聲頻大范圍頻譜的輻射。其具體特點(diǎn)包括具有可調(diào)節(jié)的輸入阻抗、可調(diào)節(jié)的頻譜指向性、可調(diào)節(jié)的頻譜等相線平面、可調(diào)節(jié)的效率和可調(diào)節(jié)的封閉容積。本發(fā)明所述最佳實(shí)施例中的所謂細(xì)長形定向聲輻射器可用于話音、信號(hào)和音樂的傳輸，諸如消除噪聲等的防聲處理，樂器的放大器和與此相反作用的定向傳聲器。
普通聲音發(fā)生器(如電動(dòng)揚(yáng)聲器、警笛、空氣調(diào)節(jié)裝置)通常是以單極子聲源在中頻和低頻范圍內(nèi)進(jìn)行輻射的。本發(fā)明所述系統(tǒng)卻可以單極子、偶極子、心形或結(jié)合的聲源在任何要求的指向性條件下工作。這種系統(tǒng)能夠避免高頻時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的不必要的聲音集中和分散，而且，與同尺寸的聲音發(fā)生器相比，輻射聲音的波長要小些。
本發(fā)明所述系統(tǒng)克服了許多現(xiàn)用電動(dòng)揚(yáng)聲器通常存在的問題。例如，帶有線圈和懸掛裝置的振動(dòng)薄膜會(huì)形成帶有共振的高阻尼的多彈簧裝置，這種裝置具有非線性的相位響應(yīng)。應(yīng)用以往技術(shù)的裝置的其他不利因素還包括振動(dòng)薄膜、線圈和與位移有關(guān)的懸掛力的慣性作用，振蕩薄膜的作用衰減和薄膜的不必要的部分振蕩。這些因素的組合造成了振幅和相位的非線性變化。
普通揚(yáng)聲器的傳聲效率通常不足5％。由于揚(yáng)聲器作用方法的緣故，它們的設(shè)計(jì)受到嚴(yán)格的限制。對在中頻和低頻范圍內(nèi)的大功率聲輻射來說，往往出現(xiàn)薄膜正、反兩面之間的流體動(dòng)力短路，這是必須避免的。因此，容納揚(yáng)聲器振動(dòng)薄膜的外殼必須要大，即此外殼必須有較大的容積，以確保封閉容積內(nèi)空氣的強(qiáng)度較小，進(jìn)而確保多彈簧系統(tǒng)的共振較小并能進(jìn)行低頻輻射。外殼壁必須重而堅(jiān)固以免出現(xiàn)振動(dòng)。此外，外殼應(yīng)加襯一層阻尼材料，以阻尼外殼容積內(nèi)空氣出現(xiàn)的駐波。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種細(xì)長形聲音發(fā)生器，工作于自超聲頻至次聲頻的大范圍頻譜中，并具有可調(diào)節(jié)的輸入阻抗、可調(diào)節(jié)的頻譜指向性、可調(diào)節(jié)的頻譜等相線平面、可調(diào)節(jié)的頻譜效率和可調(diào)節(jié)的外殼尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，以上目的通過以下方法實(shí)現(xiàn)提供一種桿式定向輻射器(
圖1)，它包括一個(gè)激勵(lì)器(11)，該激勵(lì)器可直接地或通過一個(gè)匹配器(12)激勵(lì)一個(gè)長桿式機(jī)械波導(dǎo)，使機(jī)械波沿波導(dǎo)軸向以頻譜速度CW運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)生局部位移ξ，機(jī)械波的如此位移經(jīng)過機(jī)械聲轉(zhuǎn)換器元件(14)轉(zhuǎn)換成衰減的局部聲輻射。波導(dǎo)的末端裝有一個(gè)阻抗終端(15)。衰減的局部聲輻射的疊加導(dǎo)致綜合聲輻射的增強(qiáng)，而且，波導(dǎo)的頻譜輸入阻抗、頻譜指向性、頻譜等相線平面和頻譜效率可以由一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)點(diǎn)、波速、波導(dǎo)的長度、局部位移、機(jī)械聲轉(zhuǎn)換器元件和阻抗終端的特性來調(diào)節(jié)。外殼容積的必要尺寸則取決于波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的特性。本發(fā)明的概述本發(fā)明的實(shí)施例具有多種物理結(jié)構(gòu)，根據(jù)以下所述公式確定的相互關(guān)系，確定了一個(gè)頻譜向量負(fù)荷Λ和一個(gè)相應(yīng)的頻譜向量位移ξ(以下所有變量若未加具體說明均指頻譜變量)。Λ＝{力、動(dòng)量……} ξ＝{距離、角度……}相應(yīng)變量(如力-距離、動(dòng)量-角度)由頻譜阻抗Z來連接，即Z=Λ/ξ.]]>諧波激發(fā)時(shí)激勵(lì)器(指示代字為“E”)的頻譜功率PE為
可作用于長桿式輻射器的有效機(jī)械功率(即PE的實(shí)用部分)取決于激勵(lì)和阻抗。對負(fù)荷激勵(lì)來說，低阻抗較有利；對位移激勵(lì)來說，高阻抗為宜；對一般激勵(lì)來說，可以使用所有已知的輻射器或激勵(lì)器，諸如電動(dòng)、壓電-電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)、液壓和熱驅(qū)動(dòng)的均衡或非均衡激勵(lì)器，諧振器，機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)器或任何振動(dòng)裝置(發(fā)動(dòng)機(jī)表面等)。
根據(jù)以下數(shù)學(xué)關(guān)系而制作的下述最基本形式的本發(fā)明實(shí)施例包括以下主要部件一個(gè)能產(chǎn)生機(jī)械波能量的激勵(lì)器或驅(qū)動(dòng)器(11)，一個(gè)細(xì)長的波導(dǎo)(13)，多個(gè)可將機(jī)械波能量轉(zhuǎn)換為作用于四周環(huán)境的聲輸出信號(hào)和一些盡可能降低前行波反射的所謂阻抗終端(14)，此外，為確保激勵(lì)器(11)發(fā)出的機(jī)械能量有效地傳導(dǎo)至波導(dǎo)(13)，還可能需要一個(gè)匹配器(12)。如此綜合組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。
從廣義上說，本發(fā)明就是要提供一種能輻射同相位和指定方向的聲學(xué)能量的發(fā)聲器。激勵(lì)器(11)提供的是機(jī)械波傳播源，所選用的匹配器(12)連接在激勵(lì)器和波導(dǎo)之間。長桿式波導(dǎo)(13)用一定材料制作成一定形狀，構(gòu)成一個(gè)能傳導(dǎo)來自激勵(lì)器的機(jī)械波的傳輸媒體。本系統(tǒng)的核心部件是沿波導(dǎo)配置的多個(gè)轉(zhuǎn)換器元件，這些轉(zhuǎn)換器元件與波導(dǎo)機(jī)械相連，其結(jié)構(gòu)視以下方面的不同而與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有別i聲學(xué)形狀；ii材料構(gòu)成；iii結(jié)構(gòu)取向；iv三維復(fù)阻抗或iv以上四方面的任一組合。各轉(zhuǎn)換器元件都有一定聲學(xué)形狀，以利于將來自波導(dǎo)的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成對向環(huán)境媒體的聲波輸出信號(hào)。為了發(fā)出單極子聲輻射信號(hào)，在組合而成的波導(dǎo)中應(yīng)至少含有一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件。阻抗終端與波導(dǎo)之間可以傳聲，阻抗終端的作用是盡量降低沿波導(dǎo)傳播的前行波的反射。
取代一個(gè)激勵(lì)器，也可在不同位置點(diǎn)或沿波導(dǎo)軸向連續(xù)配置多個(gè)激勵(lì)器。必要時(shí)，可使用現(xiàn)有的裝置和方法預(yù)先矯正激勵(lì)器發(fā)出的信號(hào)。如果激勵(lì)器的輸出阻抗和波導(dǎo)的輸入阻抗不相匹配，可以使用一個(gè)附加的匹配器使兩種阻抗相互匹配。如果輸入阻抗未加任何附加說明，則說明匹配器與波導(dǎo)的阻抗或未附加匹配器時(shí)的波導(dǎo)阻抗是平均的。
匹配器有一個(gè)輸入阻抗和一個(gè)輸出阻抗，在傳輸大功率機(jī)械能量時(shí)，在負(fù)荷激勵(lì)條件下輸入阻抗要小，而在位移激勵(lì)條件下輸入阻抗要大。匹配器的輸出阻抗必須與波導(dǎo)的輸入阻抗相匹配，如果阻抗匹配的形成沒有出現(xiàn)損耗或其他消耗，則可用下式表示(匹配器輸出和波導(dǎo)輸入均不帶指數(shù)，即x＝0)PE=12Λ^Eξ.^E=12Λ^(x=0)ξ.^(x=0)=P(x=0)]]>為了匹配和傳導(dǎo)阻抗，可以使用所有已知的硬件技術(shù)解決方法(諸如杠桿、指數(shù)曲線形喇叭、傳動(dòng)箱、齒輪、曲柄和凸輪裝置、液壓或氣動(dòng)傳動(dòng)裝置、機(jī)械網(wǎng)絡(luò)等機(jī)械傳動(dòng)裝置)。長桿式波導(dǎo)用來引導(dǎo)激勵(lì)器和匹配器形成的機(jī)械波。
波導(dǎo)用于頻譜輻射的有效長度(L)可短于波導(dǎo)的實(shí)際長度。機(jī)械波(如縱向波、準(zhǔn)縱向波、彈性波、橫向波、扭力波、彎曲波和這些波的組合波等)沿波導(dǎo)軸的正向(X)以波速CW運(yùn)動(dòng)。針對不同的特性，均勻式和準(zhǔn)均勻式波導(dǎo)(坐標(biāo)X)與分段式和準(zhǔn)分段式波導(dǎo)(分為N段，且N≥1，各段長度Li和指數(shù)i為恒量或變量)可以下述方法區(qū)分Li＝LiCWi分段式和準(zhǔn)分段式(1)均勻式波導(dǎo)沿X方向的特性不變(如導(dǎo)線、導(dǎo)帶、導(dǎo)管、通管)；(2)準(zhǔn)均勻式波導(dǎo)不發(fā)生突變，但沿X方向的特性逐漸變化(如螺旋體、喇叭、波形體)；(3)準(zhǔn)分段式波導(dǎo)沿X方向的特性發(fā)生突變，但波導(dǎo)為整體結(jié)構(gòu)(如圖6所示的截?cái)鄰椈墒秸郫B波導(dǎo))；(4)分段式波導(dǎo)波導(dǎo)特性沿波導(dǎo)軸向發(fā)生突變，波導(dǎo)由多段組成(如帶有附加物的導(dǎo)線、帶有備用附加物和彈簧的波導(dǎo))。
所謂波導(dǎo)特性是指波速、局部阻抗、出口結(jié)構(gòu)和其他已知的材料特性值或參數(shù)。分段式波導(dǎo)的每一段可由幾個(gè)機(jī)械部件組成。波導(dǎo)的局部波速可以用縱向波導(dǎo)來計(jì)算(其他波導(dǎo)的局部波速可以用類比或相同方式計(jì)算)。cW(x)=E(x)/ρ(x)]]>均勻式和準(zhǔn)均勻式cWi=LiCi/Mi]]>分段式和準(zhǔn)分段式式中，E(X)為局部頻譜彈性模數(shù)，ρ(X)為局部密度，Ci為強(qiáng)度，Mi為第i段的質(zhì)量。非反射式或非限定式縱向波導(dǎo)的局部頻譜阻抗可用下式計(jì)算(m’是均勻式或準(zhǔn)均勻式波導(dǎo)單位長度的質(zhì)量)Z(x)＝m′(x)cW(x)均勻式或準(zhǔn)均勻式Zi=MiLicWi]]>分段式或準(zhǔn)分段式波導(dǎo)起點(diǎn)的阻抗x＝0是輸入阻抗，對于單位長度質(zhì)量、波速保持恒定不變且配有不需矯正的匹配器的非反射式波導(dǎo)來說，輸入阻抗是恒定值。為傳輸大功率機(jī)械能量，單位長度的波導(dǎo)質(zhì)量和波速要高些。相對局部阻抗的輸入阻抗可通過機(jī)械聲轉(zhuǎn)換器元件的特性、輸出阻抗和匹配器的特性來調(diào)節(jié)。機(jī)械波導(dǎo)致出衰減的局部位移ξ(x，t-x/cW)，衰減時(shí)間x/cW即為機(jī)械波以波速開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)間x＝0至運(yùn)動(dòng)到達(dá)位置點(diǎn)x所經(jīng)過的時(shí)間。
通過同時(shí)使用激勵(lì)器和匹配器，可以將幾種波速不同、相互獨(dú)立的機(jī)械波(縱波和橫波)引入波導(dǎo)內(nèi)。機(jī)械聲波轉(zhuǎn)換器元件將來自波導(dǎo)的局部位移ξ(x，t)轉(zhuǎn)換成局部容積加速度dv(x，t)或作用于大氣的局部作用力dF(x，t)。局部容積速度導(dǎo)致局部的單極子輻射或局部作用力的雙極子輻射。轉(zhuǎn)換器元件可以制成均勻式或準(zhǔn)均勻式和分段式或準(zhǔn)分段式，但不一定采取波導(dǎo)相同的制作方式，例如，機(jī)械聲波轉(zhuǎn)換器元件可以部分或全部地置入波導(dǎo)中。由于可以配用一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器元件，以下一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件的舉例即可以代表多個(gè)轉(zhuǎn)換的舉例。波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件可以構(gòu)成一體，也可以分離，因此，“波導(dǎo)/轉(zhuǎn)換器元件”一語即可以分指波導(dǎo)或轉(zhuǎn)換器元件，也可以指二者組合體。在以類比方法計(jì)算作用于大氣的作用力
時(shí)，考慮以下因素是必要的，只是這里不作細(xì)述。均勻式或準(zhǔn)均勻式和分段式或準(zhǔn)分段式機(jī)械聲學(xué)“王得勒”容積加速度
和
分別為(見圖2)dV··(x,t)=W(x,ω,t,ξ(x))ξ(n•)(m′)(x,t-x/cW)dx]]>均勻式或準(zhǔn)均勻式V··i(t)=V··i*+m/2(t)=Wi(ω,t,ξi)Σj=0m(-1)jmjξi*+m-j(n•)(t-x/cW)]]>
分段式或準(zhǔn)分段式式中，n是相對時(shí)間t的第n個(gè)微分值，而m’是相對距離x的第m個(gè)微分值。在分段式或準(zhǔn)分段式條件下，作為有效分段的第(i*+m/2)分段位于第i和第(i+m)分段之間。轉(zhuǎn)換器元件的序級(jí)由W＝m+n決定，相對m的-n則表示的是相對時(shí)間t或距離x的積分。頻譜局部轉(zhuǎn)換器元件函數(shù)Wi(ω，t，ξ)或W(x，ω，t，ξ)則分別表示的是分段式和均勻式轉(zhuǎn)換器元件的局部特性，這些特性確立了上述時(shí)間和距離位移的導(dǎo)數(shù)與容積加速度之間的比例關(guān)系(見圖2(a)至(f))。轉(zhuǎn)換器元件函數(shù)中所表示的典型特性是局部輻射范圍Λ(x)，切口或窗口的寬度B(x)，亦是流體出口速度Ca(x，ξ，t)(恒定不變或與時(shí)間有關(guān))，分段長度Li，杠桿傳導(dǎo)或用來將位移轉(zhuǎn)換成容積加速度的機(jī)械網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，相反符號(hào)(如各組件沿X方向排列但順序相反)。轉(zhuǎn)換器元件函數(shù)也取決于位移ξ(如取決于位移的出口速度)，或時(shí)間t(如轉(zhuǎn)換器元件特性的低頻調(diào)制，或受控于激勵(lì)器的時(shí)間)，或主動(dòng)受控(如前饋或后饋控制信號(hào))。相對于距離和時(shí)間的微分也是可以相互轉(zhuǎn)換的。
單一轉(zhuǎn)換器元件不起振蕩系統(tǒng)的作用，但可以像波導(dǎo)那樣移動(dòng)并具備正常衰減，實(shí)際傳導(dǎo)所有機(jī)械功率。為避免流體短路，也許有必要在轉(zhuǎn)換器元件四周作一個(gè)小外殼。
波導(dǎo)利用封閉氣體的強(qiáng)度作為某一分段的附加或總體強(qiáng)度(見圖2e)，而波導(dǎo)本身卻不一定有一個(gè)固定的外殼(見圖2e)。當(dāng)波導(dǎo)的阻抗很小時(shí)(低質(zhì)量、低慣性或低強(qiáng)度)，轉(zhuǎn)換器元件外殼的強(qiáng)度對機(jī)械波的傳播有一定影響，如果外殼的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于波導(dǎo)的強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)損耗波的傳播。這種情況可用來以低頻傳輸更大的機(jī)械功率，因?yàn)樵趥鞑ハ牟〞r(shí)，波導(dǎo)阻抗會(huì)增大，這就是說，增大波導(dǎo)阻抗就可以避免這種情況的發(fā)生。為了利于正在進(jìn)行的計(jì)算，系統(tǒng)中的阻抗終端通常是非反射性的，因此，機(jī)械波只沿正X方向運(yùn)動(dòng)。
有關(guān)阻抗終端的詳情后文敘述。最終產(chǎn)生于自由空間(遠(yuǎn)場)的視角度θ而定的距離r的聲壓，可通過對沿波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件組合體的局部容積速度(假定為諧波激勵(lì))的積分來計(jì)算，如下式所示<p>表1.船速與阻力降低量的關(guān)系
表2.供給空氣量QaL/min
有效輻射長度非常短的波導(dǎo)的等相線平面類似球體的圓周面(自由場)，對某些長桿式輻射器來說，將若干聲場疊加一起便可以形成任一等相線平面，因此，只要再生出噪聲源的等相線平面，就可以從相對于噪聲源成一定角度的長桿式輻射器的任何位置消除噪聲源的噪聲。以上公式和方法對分段式或準(zhǔn)分段式波導(dǎo)也同樣適用。在單維情況下(導(dǎo)管的橫截面積為S)，長桿式輻射器的聲壓為
忽略不計(jì)阻尼且容積速度為固定值的最大聲壓為
當(dāng)函數(shù)為
則均勻式或準(zhǔn)均勻式波導(dǎo)的聲壓可示為p(r,t)=p^maxsin(γ′(r))γ′(r)ejγ′(r)ejωt-kr]]>以上公式以類比方法同樣適用于分段式或準(zhǔn)分段式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件。前行波與后行波關(guān)系式Γ0/180可類比于自由場條件(只對γ’而不對γ)。長桿式輻射器在導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行同相輻射，在單維條件下對激勵(lì)的頻率響應(yīng)聲壓是r(θ)=L2(sign(r)-cOcW)+φk]]>pΛ-ωw-2bzw.pΛ-ωw-1]]>相線平面公式可類比于自由場條件r(θ)=L2(sign(r)-cOcW)+φk]]>在導(dǎo)管內(nèi)，可用波速和波導(dǎo)長度來控制相位。當(dāng)機(jī)械波到達(dá)波導(dǎo)的尾端(x＝L)時(shí)，若機(jī)械能量尚未全部轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ㄝ椛浠蛳拇M，波導(dǎo)就要被一個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)式阻抗終端封堵，阻抗終端要與波導(dǎo)的阻抗相匹配Z(x＝L)＝ZA如果機(jī)械能量已全部轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ㄝ椛浠蛳拇M，則不再需要阻抗終端。反射波和駐波也可用來調(diào)節(jié)輻射的指向特性、等相線平面和聲壓幅度，因此，必須針對波導(dǎo)的激勵(lì)方式調(diào)節(jié)反射波的幅度和相位。
機(jī)械波的反射是由于阻抗終端的阻抗不匹配而引發(fā)的Z(x＝L)≠ZA主動(dòng)式阻抗終端可以形成任何阻抗，而且可以用作效率倍增器，還可用作第2個(gè)激勵(lì)器(必要時(shí)可配以匹配器以變換阻抗)，這時(shí)，第一個(gè)激勵(lì)器產(chǎn)生的機(jī)械波沿X方向前行(用forward注示)，而第二個(gè)激勵(lì)器產(chǎn)生的機(jī)械波沿X方向后行(用backward注示)，各激勵(lì)器將反射和阻尼另一個(gè)激勵(lì)器所產(chǎn)生的機(jī)械波。通過這種同時(shí)的定向聲波輻射，可以產(chǎn)生第二個(gè)定向聲波信號(hào)。在自由場和同時(shí)具備前行波與后行波的情況下，聲場疊加的聲壓導(dǎo)致(諧波激勵(lì))Pres(r，θ，t)＝Pforward(r，θ，t)+Pbackward(r，θ，t)
式中，含有遠(yuǎn)場聲壓幅度的幅度關(guān)系和相位差φbackward的復(fù)式指向性系數(shù)Rbackward確定為Rbackward=(P^backwardP^forward)ejφbackward]]>指向性系數(shù)對指向特性的作用可用下式表示Fres(θ，L)＝|Γforward(θ，L)+RbackwardΓbackward(θ，L)對短波導(dǎo)(如
)來說，單極子、偶極子或心形輻射的指向特性可通過根據(jù)圖3所示數(shù)值修正Rbackward來實(shí)現(xiàn)。在單維條件下，任何長度和低波速的波導(dǎo)都可以形成無方向性的同相輻射。在自由場同時(shí)具備前行波和后行波的情況下，可以單一前行波時(shí)的類比方式對等相線平面進(jìn)行調(diào)節(jié)。
長桿式定向輻射器的聲效率可用波導(dǎo)的局部阻抗、波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件組合體的特性和阻抗終端的特性來調(diào)節(jié)。對各分段來說，聲功率可用下式計(jì)算(設(shè)各單位長度的輻射阻抗為Z’ak)dPak(x)＝1/2Z’ak(x)ξ2設(shè)空氣密度為p0，則因局部消耗而損失的聲功率為(單位長度的消耗阻抗為Z’v)dPv(x)＝1/2Z’v(x)ξ2假定位移速度ξ不變，消耗阻力Re(Z’ak)和Re(Z’v)也不變，在波導(dǎo)長度L*中全部機(jī)械功率將轉(zhuǎn)換成聲功率和消耗功率，則L*為L*=Re(Z(x=0))Re(Z′ak)+Re(Z′V))]]>由于位移速度是被假定為不變的，所以從x＝0到x＝L*長度的波導(dǎo)的阻力呈線性下降Re(Z(x))＝Re(Z(x＝0))(1-x/L*)聲效率η即為η=Re(Pak)Re(PE)=Re(Z′ak)L*Re(Z)]]>如果因消耗而損失的功率低于因聲波輻射而損失的功率(即dPak＜＜dPv)，而且長桿式輻射器的長度為L*，則聲效率η接近于1。這些考慮也同樣適用于類似的分段式或準(zhǔn)分段式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件組合體。
長桿式定向輻射器可應(yīng)用于氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)介質(zhì)之中，而且，這種長桿式輻射器還有其他輔助用途(如用作支架裝置或液體導(dǎo)管)。由于這種長桿式定向輻射器結(jié)構(gòu)輕小，所以適于在小的空間或小的封閉容器內(nèi)進(jìn)行聲波輻射(即以聲波清潔空間)，在非常靠近某結(jié)構(gòu)的地點(diǎn)或在房角處產(chǎn)生聲音，是主動(dòng)消除噪聲的重要方法。為了用聲波達(dá)到清潔的目的，長桿式輻射器可應(yīng)用于帶有小孔的細(xì)管和封閉容器之中。其他用途還包括制造工藝(如粒子工藝技術(shù))、聲測定位和大輸出功率的超聲應(yīng)用。
在相反作用方式中，長桿式輻射器可用作定向傳聲器或振動(dòng)探測器，即波導(dǎo)將接收來自四周大氣中的聲波或機(jī)械波，然后激勵(lì)器將用作振動(dòng)探測器，發(fā)出基于導(dǎo)致波導(dǎo)位移的轉(zhuǎn)換器元件聲負(fù)荷的電壓和電流。從附圖可以清楚看出，諸如靜電、電磁或壓電轉(zhuǎn)換器元件等任何普通探測器都可以用作本系統(tǒng)的探測器。
參照附圖閱讀下述各實(shí)施例的說明，可以清晰了解本發(fā)明的其他目的和內(nèi)容。
附圖的簡要說明圖1是一種長桿式輻射器的側(cè)視平面圖。
圖2中的表格以圖解方式綜合顯示了均勻式和分解式波導(dǎo)的容積速度與位移的關(guān)系。
圖3以表格方式綜合介紹了長桿式輻射器指向特性的示例，這種長桿式輻射器帶有主動(dòng)式阻抗終端，波導(dǎo)長度為L＝□/3，并且有單極子、偶極子和心形輻射特點(diǎn)。
圖4為包括有喇叭式匹配器、縱向波導(dǎo)、活塞和方形緩沖器的分段式長桿輻射器的一種實(shí)施例的剖面圖。
圖5為一種分段式長桿輻射器實(shí)施例的剖面圖，這種輻射器包括有縱向波導(dǎo)、折板、帶有可增大容積速度的杠桿效應(yīng)的圓盤和作為阻尼終端的粘滯阻尼器。
圖6為包括有機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)器、長切口和彈簧分段的準(zhǔn)分段式長桿輻射器的一種實(shí)施例的剖面圖。
圖7為使用振動(dòng)壁作激勵(lì)器、橫向波導(dǎo)和橫向配置的方形緩沖器的均勻式長桿輻射器的剖面圖。
圖8為以阻尼楔作為阻抗終端的均勻式液壓準(zhǔn)縱向波導(dǎo)的示意圖。
圖9為用非均衡旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器所激勵(lì)并配用氣動(dòng)支撐轉(zhuǎn)換器元件和摩擦阻尼器的準(zhǔn)均勻式長桿輻射器示意圖。
圖10為用旋轉(zhuǎn)軸作波導(dǎo)的準(zhǔn)均勻式氣動(dòng)支撐長桿式輻射器示意圖。
圖11為一種分段式長桿輻射器，其中包括壓電激勵(lì)器，以片簧轉(zhuǎn)換器元件或彎曲轉(zhuǎn)換器元件組成的透鏡作為波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件組合體以及調(diào)節(jié)裝置。
圖12為使用扭力波導(dǎo)的均勻式長桿輻射器的示意圖。
圖12A是沿圖12所示A-A線截?cái)嗪蟮木植繄D。
圖13是采用極化激勵(lì)和阻尼的長桿式輻射器示意圖。
圖14為帶有長度補(bǔ)償和頻率響應(yīng)的組合式長桿輻射器的示意圖。
圖15為采用環(huán)形結(jié)構(gòu)的長桿式輻射器示意圖。
圖16為采用分叉式波導(dǎo)的長桿式輻射器示意圖。
圖17是位于折疊狀外殼中并配用楔形緩沖器和穿孔喇叭的長桿式輻射器局部示意圖。
圖18是在不同距離上具有不變聲壓級(jí)的聲增強(qiáng)式長桿輻射器示意圖。
圖19是配有電動(dòng)激勵(lì)器和轉(zhuǎn)換器元件的長桿式輻射器示意圖。
圖20是多個(gè)輻射器的陣列排列圖。
圖21是以語音作激勵(lì)器、空氣作波導(dǎo)并配以楔形緩沖器的長桿式輻射器示意圖。
圖22是使用升降磁鐵作為激勵(lì)器、喇叭作為阻抗終端的高聲壓級(jí)長桿式輻射器的示意圖。
下列術(shù)語和部件代號(hào)適用于所有附圖(需將各圖編號(hào)代入“x”)x0長桿式輻射器；x1激勵(lì)器，x2匹配器；x3波導(dǎo)；x4轉(zhuǎn)換器元件；x5阻抗終端；x6和x7其他專示部件，如外殼等。換句話說，圖15和圖16中的波導(dǎo)部分分別示為153和163。在介紹單一附圖時(shí)，只在首次出現(xiàn)的部件上注有代號(hào)。
最佳實(shí)施例詳述本發(fā)明的基本意圖是提供一種方法和機(jī)械設(shè)備，以有效地傳導(dǎo)發(fā)自激勵(lì)器或能源的機(jī)械振動(dòng)，并將機(jī)械振動(dòng)傳導(dǎo)至一個(gè)波導(dǎo)中，波導(dǎo)包括由可將機(jī)械能作用于空氣、液體或固體的聲波轉(zhuǎn)換器元件所組成的一個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)。這種組合機(jī)構(gòu)如圖1所示，它包括一個(gè)啟動(dòng)器或激勵(lì)器(11)，一個(gè)匹配器(12)，一個(gè)含有多個(gè)轉(zhuǎn)換器元件裝置(圖中未顯示)的波導(dǎo)(13)和一個(gè)終端裝置(圖中未顯示)，此終端裝置用來控制穿過波導(dǎo)及其附屬的轉(zhuǎn)換器元件裝置的振動(dòng)能量。
激勵(lì)器(11)可以是任何一種振動(dòng)器、振蕩器或其他可產(chǎn)生機(jī)械波能量的能源，包括壓電換能器、靜電和磁力發(fā)生器、機(jī)械振動(dòng)器等。這種激勵(lì)器的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是它可以產(chǎn)生機(jī)械能量，而如此機(jī)械能量可通過一個(gè)匹配器傳導(dǎo)到一個(gè)波導(dǎo)中。此匹配器中有一個(gè)喇叭或其他中介體，用于在激勵(lì)器和波導(dǎo)之間有效傳導(dǎo)振動(dòng)能量。圖1所示的喇叭中介體，其半徑逐漸增大并與波導(dǎo)(13)合為一體。
從以下示例說明中可以發(fā)現(xiàn)，波導(dǎo)與轉(zhuǎn)換器元件相互配合，使振動(dòng)能量沿一定材料制品運(yùn)動(dòng)一定長度，便可以將來自波導(dǎo)的機(jī)械能量有效導(dǎo)入與大氣或四周環(huán)境相接觸的聲波轉(zhuǎn)換器元件或局部聲波轉(zhuǎn)換器元件之中。波導(dǎo)通常使用金屬或其他具有良好振動(dòng)傳導(dǎo)性能的材料制作。一般來說，波導(dǎo)的質(zhì)量和外形應(yīng)利于傳導(dǎo)機(jī)械能量，但不能將大部分機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成聲音，之所以出現(xiàn)這種能量傳導(dǎo)優(yōu)先于產(chǎn)生聲波輸出信號(hào)的情況，是因?yàn)椴▽?dǎo)的外形不適于與空氣有效接觸，使充足容積的空氣產(chǎn)生位移進(jìn)而形成聲學(xué)響應(yīng)，波導(dǎo)的作用只是將能量傳導(dǎo)至可以識(shí)別的轉(zhuǎn)換器元件中，由轉(zhuǎn)換器元件實(shí)施能量轉(zhuǎn)換的重要功能。從理論上說，本發(fā)明提供了介助波導(dǎo)內(nèi)小范圍運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換方法，即將這種小范圍運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)地轉(zhuǎn)換成組成轉(zhuǎn)換器元件的其他表面的位移。這已證明可以研制出一種極為高效的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，它能以很低的能量消耗而產(chǎn)生聲音輸出信號(hào)。
這種轉(zhuǎn)換器元件構(gòu)成了接受來自波導(dǎo)的機(jī)械能量的機(jī)械部件，而且由于它的表面面積較大，增大了與空氣的接觸面，所以機(jī)構(gòu)能量被轉(zhuǎn)換成輻射的聲音。這里公布的一些實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)可以形成高度定向性聲音，這是以往那些直接產(chǎn)生低、中頻聲音的揚(yáng)聲器所不能達(dá)到的。不僅如此，從實(shí)際轉(zhuǎn)換成聲音輸出信號(hào)的機(jī)械能量所占的百分比來看，圖中所示結(jié)構(gòu)還提高了能量的使用率。
熟知本項(xiàng)技術(shù)的人員都會(huì)明白，本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)是可與波導(dǎo)融為一體或與波導(dǎo)相互連接的聲波轉(zhuǎn)換器元件。根據(jù)上述數(shù)碼編號(hào)規(guī)定，各轉(zhuǎn)換器元件均以附圖序號(hào)和基數(shù)4相結(jié)合的數(shù)碼來表示，即圖4～8中的轉(zhuǎn)換器元件分別用44、54、64、74、84表示，這種標(biāo)注方法同樣適用于上述其他裝置，如激勵(lì)器用41、51、61、71、81表示，匹配器用42、52、62、72、82表示，波導(dǎo)用43、53、63、73、83表示，終端裝置用45、55、65、75、85表示。所有實(shí)施例和附圖中標(biāo)注數(shù)碼的相互關(guān)系是一致的，為了便于判定，對反復(fù)敘述的裝置賦予了具體性標(biāo)示碼(42)和一般性標(biāo)示碼(x2)。一般標(biāo)示碼中，“x”表示相應(yīng)于各實(shí)施例中的所有附圖編號(hào)，“2”則表示各相關(guān)的部件或裝置(即匹配器)。因此，用(10，x0)所標(biāo)注的發(fā)聲器或長桿式輻射器，即是指圖1所示的發(fā)聲器，同時(shí)也是指所有其他附圖中的相應(yīng)的發(fā)聲器。
例如，在圖1中，激勵(lì)器(11，x1)通過一個(gè)匹配器(12，x2)將機(jī)械能量導(dǎo)入波導(dǎo)(13，x3)，機(jī)械波沿波導(dǎo)運(yùn)動(dòng)并導(dǎo)致局部位移，此位移經(jīng)與波導(dǎo)單獨(dú)連接或融為一體的機(jī)械聲轉(zhuǎn)換器元件(14，x4)轉(zhuǎn)換成聲壓。波導(dǎo)的一端裝有一個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)式阻抗終端(15，x5)。涉及位移、阻抗及波導(dǎo)或轉(zhuǎn)換器元件其他特性時(shí)使用的“局部”一詞，指的是某一小部分的特性(即波導(dǎo)或轉(zhuǎn)換器元件坐標(biāo)點(diǎn)x或第i分段的特性)。局部位移可以是波導(dǎo)最小分段或面積的位移，在這個(gè)最小面積中，波導(dǎo)的物理特性會(huì)因變化而生成理想的聲學(xué)響應(yīng)。
圖1是輻射器各部件的一般示意圖，其余各圖則顯示的是各具體的實(shí)施例，主要強(qiáng)調(diào)各種轉(zhuǎn)換器元件結(jié)構(gòu)的可能變化和各種波導(dǎo)的構(gòu)成。例如，圖2顯示的是轉(zhuǎn)換器元件的等級(jí)W相對波導(dǎo)(x3)和轉(zhuǎn)換器元件(x4)的各種可能組合的關(guān)系，并用下述能源術(shù)語和轉(zhuǎn)換器元件函數(shù)給出了相應(yīng)于容積行程的容積速度。這里還列舉了分段式和均勻式波導(dǎo)與轉(zhuǎn)換器元件組合體的示例，其中的(b)項(xiàng)和(d)項(xiàng)顯示的是以前的均勻式波導(dǎo)的相互關(guān)系，最后一欄中的公式則給出了分段式或準(zhǔn)分段式波導(dǎo)與轉(zhuǎn)換器元件組合體的局部容積加速度dv或Vi。現(xiàn)將波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的多種結(jié)合方法介紹如下。
(a)位于帶有多個(gè)開口的導(dǎo)管(24a)(此導(dǎo)管又是壓力導(dǎo)管的一部分)之上的帶有多個(gè)開口的分段式波導(dǎo)(23a)的縱向位移，導(dǎo)致各頂上開口橫截面發(fā)生變化。轉(zhuǎn)換器元件(24)是由兩個(gè)因波導(dǎo)向?qū)Ч苻D(zhuǎn)換器元件的相對運(yùn)動(dòng)而形成的活動(dòng)開口結(jié)合而成的。由于導(dǎo)管(24a)中的壓力與大氣氣壓存在壓差，所以形成了以出口速度(ca)流動(dòng)的氣流。
(b)均勻式波導(dǎo)(23b)的橫向位移使導(dǎo)管(24b)的長切口發(fā)生變化，氣流將以類似(a)的方式穿過變化的切口。
(c)波導(dǎo)(23c)由多塊介助彈簧相連接的各表面面積為Λ的一系列隔板組成，波導(dǎo)的這些隔板由轉(zhuǎn)換器元件外殼(24c)封閉，以避免流體短路(沒有轉(zhuǎn)換器元件外殼時(shí)將出現(xiàn)偶極子輻射)。彈簧穿過隔音孔而從轉(zhuǎn)換器元件外殼的反面伸出。由于隔板的位移導(dǎo)致容積的位移。機(jī)械彈簧的強(qiáng)度和封閉氣體的強(qiáng)度構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的總強(qiáng)度。例如，如果用鋼絲制作彈簧，那么彈簧的強(qiáng)度就比封閉氣體的強(qiáng)度大得多。轉(zhuǎn)換器元件外殼的容積可以縮小到最低限度，以至可視為只是活塞的位移。隔板可以十分堅(jiān)硬，可以用金屬板材等硬質(zhì)材料制作。為了調(diào)節(jié)波導(dǎo)的波速和波導(dǎo)的局部阻抗，可以變化隔板或活塞的重量、各分段導(dǎo)線的重量、各分段的長度、導(dǎo)線的橫截面積、導(dǎo)線的密度和彈性系數(shù)。
(d)均勻式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(23d，24d)包括有一塊寬度為B的軟箔片，橫向波沿此軟箔片運(yùn)動(dòng)，均勻式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(23d，24d)的位移導(dǎo)致容積的位移。
(e)分段式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(23d，24d)包括有局部面積為Λ的若干隔板或活塞，它們通過右側(cè)的一條固定桿與轉(zhuǎn)換器元件外殼相連，活塞還通過左側(cè)的彈簧與下一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件外殼相連，容積的位移與兩個(gè)相鄰部件的位移成正比。此外，可以僅僅使用氣體的壓力強(qiáng)度而無需附加彈簧，因此，氣體的封閉容積可以大大縮小。從容積加速度公式可以看出，本實(shí)施例尤其適用于超聲波能量。
(f)圖中顯示了準(zhǔn)縱向波沿均勻式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(23f，24f)運(yùn)動(dòng)的情況。由于是相鄰兩部分的垂直位移，導(dǎo)致了相應(yīng)于泊松比的橫向收斂和擴(kuò)張，而某一部分的橫向位移dx與波導(dǎo)(A)截面和泊松比相乘，便可得出容積的位移。這種波導(dǎo)不需要聲波輻射外殼。
(g)這一小節(jié)給出了適用于以上舉例((a)-(f))的一般公式，這些公式可用來計(jì)算均勻式或準(zhǔn)均勻式、分段式或準(zhǔn)分段式波導(dǎo)容積加速度的局部變化。
圖3所示表格顯示在波導(dǎo)有效輻射長度L＝0.3λ和速度CW＝CO條件下長桿式輻射器(x0)的指向特性，其中的主動(dòng)式阻抗終端(x5)又作為第二激勵(lì)器。既顯示了前行波(Γforward(θ))和后行波(Γback(θ))的指向特性，又顯示了前后輻射波疊加部分(Γres(θ))的指向特性。根據(jù)定向性系數(shù)R，便可以得到單極子或偶極子或心形輻射。
圖4所示為一個(gè)使用電動(dòng)激勵(lì)器(41)的長桿式輻射器，該激勵(lì)器通過一個(gè)喇叭匹配器(42)連接到分段式縱向波導(dǎo)(43)上。此波導(dǎo)由一條長桿或?qū)Ь€組成，長桿和導(dǎo)線上配有活塞、隔板或薄膜(以下統(tǒng)稱“活塞”)用以固定轉(zhuǎn)換器元件(44)。波導(dǎo)的位移將導(dǎo)致活塞的位移從而出現(xiàn)容積的位移。為避免活塞前、后面之間出現(xiàn)聲學(xué)短路，各活塞采用柔性固定并緊緊抵在導(dǎo)管壁(46a)上，后端由堅(jiān)固的固定板(46b)封閉，固定板上有開口用以通過波導(dǎo)，此開口是密封的，又作為壓力補(bǔ)償開口。如果氣體的強(qiáng)度比波導(dǎo)的強(qiáng)度小，則固定板和活塞之間的密封容積可以很小，如果活塞后面的封閉容積非常小，即可以使用氣體的強(qiáng)度。封閉的容積內(nèi)可充填膠皮或類似的材料制品。在本實(shí)施例中，活塞又是波導(dǎo)(43)的一部分，因?yàn)樗馁|(zhì)量、強(qiáng)度和阻尼功能會(huì)影響波速。聲音通過活塞前面的開口(46c)而離開導(dǎo)管(46a)，活塞、固定板和開口可以作成聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)或一體式聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)以增大聲波輻射，活塞或固定板或?qū)Ч軆?nèi)的補(bǔ)償開口也可用作聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)。
因輻射阻尼和消耗而導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)機(jī)械波位移量下降，可用波導(dǎo)的特性來補(bǔ)償，而波導(dǎo)的特性則視距離x和隨距離x而變化的轉(zhuǎn)換器元件函數(shù)有所不同，例如，隨波導(dǎo)呈指數(shù)或線性下降的阻抗和輻射面積的增大而有所不同。波導(dǎo)的阻抗終端是一個(gè)方形緩沖器(45)，它由幾層不同強(qiáng)度、阻尼性能和慣性的材料組成。為實(shí)現(xiàn)與頻率無關(guān)的指向特性，可以使用上述方法，為此，還可以對活塞前面的封閉容積和開口進(jìn)行一番設(shè)計(jì)，例如，開口的大小不同，開口上的薄膜多少不同，開口或其他聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)前的導(dǎo)管長度不同等。
開口必須盡量小一些，并部分或全部地用箔片或格網(wǎng)罩住，并避開灰塵、水，防止受損或遭到機(jī)械、環(huán)境、化學(xué)作用的影響或用于其他目的。整個(gè)長桿式輻射器或它的每個(gè)組成部件可通過氣流或水流沖洗并與熱源保持一定距離。為便于導(dǎo)管內(nèi)的直接輻射，可將長桿式輻射器置入導(dǎo)管或部分導(dǎo)管中或固定在導(dǎo)管附近，以使聲音通過開口或附加的連接管直接輻射出去。
圖5所示的分段式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(53)由彈性護(hù)帽或護(hù)板(53a)、中間固定環(huán)(53b)、中間固定桿(53c)組成，由于單塊板一側(cè)的中間固定桿的壓力和另一側(cè)中間固定環(huán)的反作用壓力的作用，該板發(fā)生彎曲。由于杠桿原理，該板外緣的位移大于該板中段的位移。每兩塊相鄰板中間用環(huán)定環(huán)分隔，但由一個(gè)作為轉(zhuǎn)換器元件(54)的底端橡膠制品相連接。因相鄰兩板位移的不同而造成的彎曲位移，改變了兩板封閉的中間容積的大小。這種波導(dǎo)的末端用一個(gè)粘滯阻尼器作為阻抗終端。因?yàn)檫@種波導(dǎo)使用的是彎曲彈簧，其一端有可能形成較大位移，而由于彎曲彈簧的位移較小，因而這些彈簧的作用成線性。
圖6所示為作為機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)器的激勵(lì)器(61)，由一個(gè)本體和一個(gè)彈簧組成，而準(zhǔn)分段式波導(dǎo)(63)由一個(gè)切口彈簧組成。由于切口的存在，波速有所下降。如轉(zhuǎn)換器元件(64)一樣，這些切口也可以用箔片覆蓋或者填入軟泡沫橡膠。由于相鄰切口的位移不同，被封閉的容積大小發(fā)生變化從而形成聲輻射。阻抗終端(65)是一個(gè)消耗因數(shù)較大的喇叭。由于結(jié)構(gòu)簡單(只有一個(gè)部件)，所以這種切口彈簧異常堅(jiān)固，容易加工成理想尺寸并易于反復(fù)環(huán)繞。
圖7所示為用作振動(dòng)源的激勵(lì)器(71)，如振動(dòng)壁或振動(dòng)面。匹配器(72)包括機(jī)械彈簧組、本體和阻尼器，用來擴(kuò)大振動(dòng)源和長桿式輻射器所輻射的聲信號(hào)之間的相對相位。匹配器可以改變激勵(lì)方式(從縱向運(yùn)動(dòng)變?yōu)闄M向運(yùn)動(dòng))。用這種匹配器可以激勵(lì)兩個(gè)帶有隔板或箔片的均勻式波導(dǎo)與轉(zhuǎn)換器元件(73)。根據(jù)波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的抗彎強(qiáng)度，橫向波或彎曲波將沿波導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。由于阻抗終端(76)使用了橫向配置的方形緩沖器，所以兩個(gè)波導(dǎo)相互阻尼。兩個(gè)波導(dǎo)之間封閉的容積充滿了吸能材料或高聲速氣體(如氦氣)，所以可以避免因內(nèi)部輻射、駐波或波導(dǎo)的相互激勵(lì)而產(chǎn)生的聲學(xué)反應(yīng)。
圖8所示是含有一個(gè)活塞的匹配器(82)。這種均勻式準(zhǔn)縱向波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件分別是一個(gè)管子或一個(gè)軟導(dǎo)管，內(nèi)中充滿液體。當(dāng)受到活塞的激勵(lì)時(shí)，準(zhǔn)縱向波波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，因液體體積保持恒定不變，所以管子表面膨脹，引發(fā)容積位移進(jìn)而形成聲波輻射信號(hào)。波速可通過管子的厚度、內(nèi)橫截面面積、制作材料、內(nèi)部壓力、液體中的氣體含量及液體密度的變化來調(diào)節(jié)。阻抗終端(85)是一個(gè)□/4的緩沖楔，裝在波導(dǎo)的尾端并對準(zhǔn)激勵(lì)器(819)。在類似的阻抗終端里，波導(dǎo)也可以使機(jī)械波運(yùn)動(dòng)的方向拐彎。
圖9所示為配用非均衡式激勵(lì)器(91)的長桿式輻射器，它需要以氣壓動(dòng)力提供壓縮氣體，匹配器(92)通過長缺口(93)激勵(lì)準(zhǔn)均勻式波導(dǎo)，并向轉(zhuǎn)換器元件供應(yīng)壓縮氣體(94)?；陂L缺口的相對位移，空氣將穿過轉(zhuǎn)換器元件和波導(dǎo)的開口向外運(yùn)動(dòng)，空氣的出口速度將取決于位移的大小、時(shí)間的長短和內(nèi)壓的大小。阻抗終端(95)包括一個(gè)摩擦阻尼器。壓縮氣體的泄出與第二級(jí)能量的釋放相一致，還可以釋放機(jī)械、液壓、熱能或其他能量。對大功率聲波輻射來說，還可以使用膨脹的可燃?xì)饬骰蛩鳌?br>
圖10所示是一個(gè)扭力激勵(lì)器(101)，用于激勵(lì)作為準(zhǔn)均勻式波導(dǎo)(103)的均勻式螺旋長切口轉(zhuǎn)子。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，螺旋長切口作為機(jī)械波以波速CW沿波導(dǎo)軸線運(yùn)動(dòng)。位于轉(zhuǎn)子之下的帶有外殼(104)的轉(zhuǎn)換器元件有一個(gè)長開口，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致位移并調(diào)節(jié)波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的通用開口。此波導(dǎo)有一個(gè)由軸承固定的阻抗終端。除轉(zhuǎn)子以外，還可以使用諸如活塞驅(qū)動(dòng)、凸輪驅(qū)動(dòng)、鏈條驅(qū)動(dòng)、齒輪驅(qū)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)等裝置。
圖11所示為由彎曲部件組成的分段式波導(dǎo)(113)，其中，壓電啟動(dòng)器(111)作為固定于各分段之內(nèi)或附近的激勵(lì)器。波導(dǎo)可由單個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)器激勵(lì)，啟動(dòng)器可以在一個(gè)或多個(gè)局部中同時(shí)或滯后工作。由于由多個(gè)啟動(dòng)器激勵(lì)，只需使用低功率便可驅(qū)動(dòng)波導(dǎo)。
激勵(lì)器還可用于其他目的，如在波導(dǎo)尾端阻尼機(jī)械波，調(diào)節(jié)波速(在高電壓情況下波導(dǎo)變得更堅(jiān)硬時(shí))。激勵(lì)器可以在波導(dǎo)的兩端或中部位置激勵(lì)波導(dǎo)，可使用位移的反饋或前饋電路或波速或加速度來調(diào)節(jié)單一分段的阻抗，使用框架和松緊裝置(116)來調(diào)節(jié)波速或波導(dǎo)的長度。如果機(jī)械波到達(dá)波導(dǎo)的尾端，則機(jī)械波將沿作為另一個(gè)波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的框架裝置返回到主波導(dǎo)的起點(diǎn)，被激勵(lì)器吸收或消除。作為定向傳聲器的壓電啟動(dòng)器可以同時(shí)記錄第二級(jí)聲壓，因而可以不使用附加的傳聲器進(jìn)行消聲。
圖12所示為通過喇叭匹配器(122)激勵(lì)均勻式扭力波導(dǎo)(123)的扭力激勵(lì)器(121)，利用機(jī)械網(wǎng)絡(luò)(如杠桿)時(shí)還可以使用縱向激勵(lì)器。作為轉(zhuǎn)換器元件使用的扭力波導(dǎo)安裝有翼(124a)，該翼的一側(cè)附有泡沫橡膠(124b)和薄板(124c)，為的是避免流體短路。為了同樣目的，扭力波導(dǎo)也可以罩以外殼。這種波導(dǎo)上設(shè)有由喇叭匹配器(125a)和激勵(lì)器(125b)組成的主動(dòng)式阻抗終端。第二個(gè)激勵(lì)器也能激勵(lì)波導(dǎo)，兩個(gè)激勵(lì)器可以同時(shí)激勵(lì)并構(gòu)成任何理想的阻抗終端。通過這種方式便可取得圖3所示的指向特性。
圖13所示的兩個(gè)激勵(lì)器(131，131a)，通過各自的匹配器(132，132a)與波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(133，134)相連接，但相互獨(dú)立并在不同的位置上。使用這兩種不同的機(jī)械波，縱、橫向波或極化波沿波導(dǎo)軸線運(yùn)動(dòng)。這種激勵(lì)裝置也可以用作阻抗終端(135，135a)。
圖14所示為一種具有長度補(bǔ)償、移相和變頻能力的匹配器(142)，它可以同時(shí)激勵(lì)4個(gè)波導(dǎo)(144)。4個(gè)波導(dǎo)以這樣方式排列定位各波導(dǎo)的中心(L/2)均在所標(biāo)記的垂直線的中心，再調(diào)節(jié)長度的差異和匹配器的附加移相，使所有波導(dǎo)可以同相地在垂直線處作用，因而所有波導(dǎo)可以同相地在遠(yuǎn)場輻射。如果所有波導(dǎo)以相同頻率驅(qū)動(dòng)，通過賦予切比雪夫加權(quán)或其他已知的聲壓、振幅或相位或各波導(dǎo)之間的距離的加權(quán)，或通過波導(dǎo)在空間的定位與定向，則根據(jù)“屏蔽轉(zhuǎn)換器元件陣列理論bzw波束的形成”，在主、副瓣聲壓比例較高時(shí)即可以得到更好的指向特性。
圖15所示為帶有波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(153，154)的圓形長桿式輻射器(150)，其指向特性取決于圓形角(α)。波速較高時(shí)，波導(dǎo)像雙活塞那樣輻射。如果圓形的橫截面直徑小于波長，則出現(xiàn)近似單極子輻射。波導(dǎo)/轉(zhuǎn)換器元件還可以制成平面形狀或特殊的螺旋形狀(軸線與紙面垂直)，螺旋形狀能傳導(dǎo)相應(yīng)于直徑的波速和螺旋的坡度。這種長桿式輻射器還具備簡單的波形。圓形或螺旋形或其他形狀的長桿式輻射器還可以裝配到旋轉(zhuǎn)部件(如車輪、發(fā)動(dòng)機(jī))上或用作房頂揚(yáng)揚(yáng)聲器。
圖61所示的波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(163，164)分開成兩個(gè)波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件。如果將大量波導(dǎo)和輻射器配置成輻射狀，即可得到理想的單極子輻射。從理論上說，波導(dǎo)與轉(zhuǎn)換器元件的每一點(diǎn)都可作為附加波導(dǎo)的起點(diǎn)。
圖17所示為置入導(dǎo)管或其他外殼內(nèi)的長桿式輻射器(170)，其中，外殼對指向特性具有很大作用。如果長桿式輻射器整體及其阻抗終端都在導(dǎo)管之內(nèi)，即可以得到理想的單極子輻射。導(dǎo)管也可以較短或有兩個(gè)開口或只能保護(hù)波導(dǎo)的一部分。為了將長桿式輻射器裝入一個(gè)外殼，也可將此輻射器以任意角度折疊或彎曲(例如，若波導(dǎo)的兩端被固定在一塊平板的同一側(cè)，可取180°的折角)。所有已知的具有抗力性或反應(yīng)性的部件，如亥姆霍茲諧振器、λ/4諧振器、聲學(xué)透鏡、拋物面反射鏡、聲學(xué)環(huán)、聲學(xué)板或空心錐體或?qū)~，都可以配置在波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件上。圖中所示的外殼中的波導(dǎo)是折疊式的，為使聲音離開外殼，導(dǎo)管的截面大于波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的截面。為使導(dǎo)管的阻抗與外界空氣相適應(yīng)，使用了一個(gè)聲學(xué)喇叭(176b)，此喇叭越靠近外界空氣的部位上有數(shù)量趨于增多的小孔(只從切面上可以看到)，用于防止反射。為防止產(chǎn)生駐波，導(dǎo)管或外殼用一個(gè)楔形緩沖器作為終端。為取得更好的指向特性，波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的一部分伸出外殼的開口。外殼還可具備其他用途，如用作房間裝飾品，這時(shí)，其結(jié)構(gòu)外形猶如家具、燈飾和壁掛品。波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件還可以置入其他物體中或采取柔性結(jié)構(gòu)(如軟管)。
圖18所示為安裝在房頂或長桿上的、與房間的垂直線成一定角度(a)的活動(dòng)型長桿式輻射器(180)，這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以對傳播的聲音進(jìn)行方向控制，由于它的指向特性和可調(diào)整的角度(a)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)理想的(如相同的)聲壓等級(jí)(例如火車站站臺(tái)、露天運(yùn)動(dòng)場、音樂會(huì)會(huì)場和群眾集會(huì)場)。如果將這種長桿式輻射器懸掛在墻上或墻角(如圖所示)，可合理利用指向特性或避免聲反射，也可用已知的聲學(xué)方法避免聲反射。
圖19所示的長桿式輻射器(190)使用薄膜作為轉(zhuǎn)換器元件(191)，此轉(zhuǎn)換器元件位于波導(dǎo)的起端，具體位置為x＝0。薄膜的位移即相當(dāng)于波導(dǎo)的位移。系統(tǒng)的輸入阻抗是恒定不變的，不存在截止頻率，而且可以全頻率進(jìn)行同相位輻射。此外，此薄膜可用一外殼(196)封閉，以避免流體短路。由于波導(dǎo)沒有下限截止頻率，所以封閉的容積可以小一些。利用一種非線性頻率特性將波導(dǎo)與以往使用的振蕩發(fā)聲器相連接(如電動(dòng)揚(yáng)聲器)，也可以形成圖19所述的響應(yīng)效果。如果使用的是準(zhǔn)分段式或分段式波導(dǎo)，就可通過截止頻率或機(jī)械網(wǎng)絡(luò)在帶有近似線性相位響應(yīng)(低通)的高頻范圍中切斷頻率響應(yīng)。通過使用一個(gè)帶匹配器的機(jī)械網(wǎng)絡(luò)(如一個(gè)本體)，也可以得到一個(gè)下限截止頻率(高通)，并會(huì)影響波幅響應(yīng)的梯度。以上措施已取代了已知的變相電動(dòng)和電子裝置。
圖20顯示的是長桿式輻射器(200a、b、c、d)的陣列排列。采用十字形交叉的長桿式輻射器(200a，200b)，可以得到四向性或非常好的指向性。采用平行排列或?qū)⒏鬏椛淦飨嗷コ山嵌萢排列(200c，200d)，可以得到類似同相線列那樣好的指向特性(主瓣很窄)。如果采取一接一的排列方式(200a，200c)，并在相應(yīng)于大氣中聲速的一個(gè)延遲時(shí)間后啟動(dòng)，將增大波導(dǎo)的有效輻射長度，并可實(shí)現(xiàn)低頻定向輻射。采取在指定角度范圍內(nèi)三個(gè)輻射器相互垂直的排列方法，便可得到任何需要的指向特性和等相線平面。對立體聲音響設(shè)備來說，最少要有兩個(gè)向不同方向輻射的相互獨(dú)立的波導(dǎo)，其中，從四壁反射的回聲到達(dá)聽眾的雙耳從而形成立體聲效果。
圖21所示為定向?qū)υ捴惺褂玫拈L桿式輻射器(210)，激勵(lì)器(211)就是人的口腔，送話口即作為匹配器(212)?；蛘?，也可以使用一個(gè)激勵(lì)器，以電動(dòng)方式增強(qiáng)話音信號(hào)。波導(dǎo)(213)包含有用外殼(216)封閉的空氣。聲波沿波導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，激勵(lì)置入外殼的并作為轉(zhuǎn)換器元件(214)的薄膜。波導(dǎo)的截面逐漸減小，因此，盡管存在輻射的損耗，但波導(dǎo)各截面的密度卻是相同的。在外殼的末端有一個(gè)楔形緩沖器，它以非反射的方式封閉充氣的波導(dǎo)。
圖22所示為產(chǎn)生高聲功率級(jí)時(shí)使用的長桿式輻射器(220)。激勵(lì)器(221a，221b，221c)采用了Hubmagnet結(jié)構(gòu)或類似的結(jié)構(gòu)，包括一條長鐵棒(221b)的柱形線圈(221a)，鐵棒上套有一個(gè)鐵環(huán)(221c)，與柱形線圈上有電流通過時(shí)，鐵環(huán)即以通常的方式加速運(yùn)動(dòng)并撞擊喇叭形匹配器(222)，后者將脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于匹配器材料彈性的不同頻率范圍。均勻式波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件(223，224)采用的是均勻式長桿(如橡膠桿)。阻抗終端包括一個(gè)細(xì)長形的、緊定的螺旋喇叭。
權(quán)利要求
1.一種可以同相和定向地輻射聲能量的長形發(fā)聲器，它包括具有機(jī)械波傳播源的激勵(lì)器部件；用成形材料制作的細(xì)長形波導(dǎo)，傳導(dǎo)，為來自激勵(lì)器的機(jī)械波提供傳輸媒體，此波導(dǎo)與激勵(lì)器相連接；沿波導(dǎo)周邊配置的多個(gè)轉(zhuǎn)換器元件元件，各轉(zhuǎn)換器元件元件與波導(dǎo)機(jī)械連接，并且各轉(zhuǎn)換器元件元件的結(jié)構(gòu)視下述方面的不同而與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有別(i)聲學(xué)形狀；(ii)材料構(gòu)成；(iii)結(jié)構(gòu)取向；(iv)三維復(fù)阻抗或(iv)上述聲學(xué)形狀、材料構(gòu)成、結(jié)構(gòu)取向、三維復(fù)阻抗的任何組合，各轉(zhuǎn)換器元件的聲學(xué)形狀有利于將來自波導(dǎo)的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成對向環(huán)境媒體的聲波輸出，至少有一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件要與波導(dǎo)相結(jié)合以發(fā)出單極子聲波輻射。與波導(dǎo)聲學(xué)連接的阻抗終端裝置，用于盡量降低沿波導(dǎo)傳播的前行波的反射。
2.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件中至少包括一個(gè)復(fù)式功能的頻譜轉(zhuǎn)換器元件，該轉(zhuǎn)換器元件包括一個(gè)可以復(fù)式方式針對來自連接的波導(dǎo)運(yùn)動(dòng)的傳送運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件至少包括一個(gè)頻譜轉(zhuǎn)換器元件，其結(jié)構(gòu)能在波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的組合中形成對機(jī)械能量的阻尼。
4.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件至少包括一個(gè)頻譜轉(zhuǎn)換器元件，其結(jié)構(gòu)能在波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的組合中形成對機(jī)械能量的存貯。
5.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件中的機(jī)械能量包含著與復(fù)合頻率相關(guān)的頻譜波速。
6.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件連續(xù)排列在波導(dǎo)的至少一段上。
7.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件連續(xù)排列在整個(gè)波導(dǎo)上。
8.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件斷續(xù)排列在波導(dǎo)的各分散點(diǎn)上。
9.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件與波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)是以單極子輸出為主聲波輻射的結(jié)構(gòu)。
10.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，至少有一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件結(jié)構(gòu)是可以相對波導(dǎo)作物理運(yùn)動(dòng)的。
11.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，至少有一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件被固定在相對于波導(dǎo)的適當(dāng)位置上。
12.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件部分地依靠為波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件提供相關(guān)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)將機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成聲波輸出。
13.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件包括杠桿裝置，該裝置可以變向和轉(zhuǎn)化相連波導(dǎo)位移的幅度與相位。
14.權(quán)利要求12所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件的相關(guān)運(yùn)動(dòng)，是通過能使至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件產(chǎn)生物理運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的。
15.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件元件包括一系列用彈簧裝置分離的組塊。
16.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件的聲波輸出包括有第二級(jí)能量，第二級(jí)能量相對激勵(lì)器直接產(chǎn)生的機(jī)械能量有一定滯后時(shí)間。
17.權(quán)利要求16所述發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)包含有用來控制由轉(zhuǎn)換器元件傳導(dǎo)的第二級(jí)能量的產(chǎn)生速度的結(jié)果。
18.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件的聲波輸出中包括有第三級(jí)能量，第三級(jí)能量是獨(dú)立于波導(dǎo)中產(chǎn)生的機(jī)械能量的派生能量。
19.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件是以固定關(guān)系連接的。
20.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)具有由周圍環(huán)境條件控制的局部阻抗的結(jié)構(gòu)。
21.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)和轉(zhuǎn)換器元件包括機(jī)械裝置，該機(jī)械裝置可以下述關(guān)系式將波導(dǎo)的局部位移轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換器元件的局部容積加速度對均勻式或準(zhǔn)均勻式波導(dǎo)結(jié)構(gòu)而言dV··(x,t)=W(x,ω,t,ξ(x))ξ(n•)(m′)(x,t)dx]]>
22.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，上述機(jī)械裝置是從由機(jī)械表面、機(jī)械網(wǎng)絡(luò)、氣動(dòng)致動(dòng)器、液壓致動(dòng)器、機(jī)械容積和封閉容積構(gòu)成的一組物體中選定的。
23.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中還包括包圍著轉(zhuǎn)換器元件的物理外殼，以防止聲波輸出的流體短路并為轉(zhuǎn)換器元件提供結(jié)構(gòu)性保護(hù)。
24.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件是從由氣壓彈簧、可壓縮的聚合物材料、柔性隔板、導(dǎo)管、機(jī)械彈簧、可壓縮的隔板陣列。扭桿、帶槽陣列、液體容積、線性排列的空腔構(gòu)成的一組中選定的。
25.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件的結(jié)構(gòu)適于形成單極子和偶極子聲波輻射輸出的組合。
26.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件的結(jié)構(gòu)適于形成心形聲波輻射輸出。
27.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，激勵(lì)器是從由電動(dòng)致動(dòng)器、電轉(zhuǎn)換器元件、機(jī)械發(fā)射器、氣動(dòng)發(fā)射器、熱發(fā)射器和液壓發(fā)射器構(gòu)成的一組中選定的。
28.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，還包括沿波導(dǎo)配置的多個(gè)激勵(lì)器。
29.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，還包括位于波導(dǎo)相對兩端的至少兩個(gè)激勵(lì)器。
30.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，還包括位于被導(dǎo)管中部的附加激勵(lì)器，用來在波導(dǎo)內(nèi)形成極化振動(dòng)的傳播。
31.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，激勵(lì)器還包括調(diào)節(jié)波導(dǎo)內(nèi)局部阻抗的裝置。
32.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，激勵(lì)器還包括調(diào)節(jié)波導(dǎo)內(nèi)局部波速的裝置。
33.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，調(diào)節(jié)波導(dǎo)內(nèi)局部阻抗的裝置包括局部位移的前向環(huán)路或后向環(huán)路。
34.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，激勵(lì)器包括預(yù)矯輸入信號(hào)的裝置，以補(bǔ)償波導(dǎo)或轉(zhuǎn)換器元件頻率響應(yīng)的變化值。
35.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，還包括其第一端與激勵(lì)器相連接另一端與波導(dǎo)相連接的適配器，該適配器的制作材料與形狀能有效地將來自激勵(lì)器的機(jī)械波傳導(dǎo)至波導(dǎo)。
36.權(quán)利要求35所述的發(fā)聲器，其中，匹配器包括至少一個(gè)阻抗轉(zhuǎn)換裝置，該裝置是從喇叭、氣動(dòng)裝置、液壓裝置、阻尼裝置和機(jī)械裝置構(gòu)成的組中選定的。
37.權(quán)利要求35所述的發(fā)聲器，其中，匹配器包括波導(dǎo)的至少一部分。
38.權(quán)利要求35所述的發(fā)聲器，其中，匹配器具有能至少向兩個(gè)不同方向分配機(jī)械能量的裝置。
39.權(quán)利要求35所述的發(fā)聲器，其中，匹配器上設(shè)有支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與支撐裝置相接以將發(fā)生器穩(wěn)定在理想的位置。
40.權(quán)利要求35所述的發(fā)聲器，其中，匹配器包括可將流體至少引入波導(dǎo)或轉(zhuǎn)換器元件之一的裝置。
41.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)包括頻譜結(jié)構(gòu)，以從通過帶有阻尼特性的低通、高通、帶通和全通濾波器中選擇一種濾波器來控制局部的頻譜波。
42.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，所述波導(dǎo)與多個(gè)波導(dǎo)相連接。
43.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)形成有曲度的形狀，因此波導(dǎo)的實(shí)際長度超過波導(dǎo)兩端之間的距離。
44.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)是用具有復(fù)合彈性系數(shù)的柔性材料制作的。
45.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)包括一種結(jié)構(gòu)，是從以下一組裝置中選定的活動(dòng)隔板、凸輪軸、齒輪驅(qū)動(dòng)裝置、鏈條驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子-定子裝置、導(dǎo)線、導(dǎo)帶、導(dǎo)管、長桿、切口彈簧和膨脹箱。
46.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)包括一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是從以下一組結(jié)構(gòu)中選定的均勻結(jié)構(gòu)式和準(zhǔn)均勻結(jié)構(gòu)，分段結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)分段結(jié)構(gòu)。
47.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，轉(zhuǎn)換器元件包括一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是從以下一組結(jié)構(gòu)中選定的均勻結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)均勻結(jié)構(gòu)，分段式和準(zhǔn)分段式。
48.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，波導(dǎo)和與波導(dǎo)組合的轉(zhuǎn)換器形成一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是從以下一組結(jié)構(gòu)中選定的均勻結(jié)構(gòu)式和準(zhǔn)均勻結(jié)構(gòu)，分段結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)分段結(jié)構(gòu)。
49.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，阻抗終端裝置包括一種結(jié)構(gòu)，是從以下一組裝置中選定的塊狀吸收器、喇叭、摩擦阻尼器、粘性摩擦阻尼器、振動(dòng)緩沖器和可與任何理想阻抗相匹配的激勵(lì)器。
50.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，阻抗終端裝置與一個(gè)匹配器相連接，而匹配器則連接在阻抗終端和波導(dǎo)之間。
51.權(quán)利要求35所述的發(fā)聲器，其中，阻抗終端裝置與第二匹配器相連接，而第二匹配器則連接在阻抗終端和波導(dǎo)之間。
52.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中還包括可調(diào)節(jié)該發(fā)聲器頻譜指向性的裝置。
53.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，其中，發(fā)聲器至少部分地位于導(dǎo)管內(nèi)并且由導(dǎo)管封閉一端。
54.權(quán)利要求53所述的發(fā)聲器，還包括一種結(jié)構(gòu)裝置，該裝置可以相對導(dǎo)管來移動(dòng)發(fā)聲器以調(diào)節(jié)發(fā)聲器的聲學(xué)特性。
55.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，還包括至少一個(gè)亥姆霍茲共振器，該共振器位于發(fā)聲器附近，用以增強(qiáng)聲波輸出。
56.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，還包括至少一個(gè)同權(quán)利要求1所述相同的附加發(fā)聲器，兩個(gè)發(fā)聲器相互靠近配置，以協(xié)同增強(qiáng)聲波輸出信號(hào)。
57.權(quán)利要求54所述的發(fā)聲器，其中，多個(gè)發(fā)聲器構(gòu)成了三維陣列。
58.權(quán)利要求54所述的發(fā)聲器，還包括與各發(fā)聲器的激勵(lì)器相連接的聲源，用來形成部分聲波輸出的立體聲輸出。
59.權(quán)利要求1所述的發(fā)聲器，還包括一個(gè)作為詹納斯結(jié)構(gòu)的一部分而配置的第二激勵(lì)器，以使機(jī)械能量能雙向傳播。
60.產(chǎn)生同相和有向的聲學(xué)能量的方法包括以下步驟選擇一定材料制作的細(xì)長形的波導(dǎo)，使其外形構(gòu)成一個(gè)傳輸媒體，用于傳輸來自激勵(lì)器部件的機(jī)械波，將機(jī)械波導(dǎo)入波導(dǎo)，通過沿波導(dǎo)周邊配置的多個(gè)轉(zhuǎn)換器元件處理機(jī)械波，每個(gè)轉(zhuǎn)換器元件元件與波導(dǎo)機(jī)械連接，并且各轉(zhuǎn)換器元件的結(jié)構(gòu)視下述方面的不同而與波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)有別(i)聲學(xué)形狀；(ii)材料的構(gòu)成；(iii)聲學(xué)形狀和材料構(gòu)成的組合，各轉(zhuǎn)換器元件的聲學(xué)形狀有利于將來自波導(dǎo)的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成對向環(huán)境媒體的聲波輸出，至少有一個(gè)轉(zhuǎn)換器元件元件與波導(dǎo)相結(jié)合以發(fā)出單極子聲波輻射，將沿波導(dǎo)傳播的前行波的反射降至最低，以避免沿被導(dǎo)管傳播的機(jī)械能量的損耗，從波導(dǎo)發(fā)出基于轉(zhuǎn)換器元件轉(zhuǎn)換的機(jī)械能量而形成的聲學(xué)能量。
61.一種細(xì)長形的聲學(xué)探測器，用以探測到四周各個(gè)方向的聲學(xué)能量，這種探測器包括可將傳播的機(jī)械波轉(zhuǎn)換成電壓的探測器部件，用一定材料制作的細(xì)長形波導(dǎo)，其形狀構(gòu)成適于傳導(dǎo)波導(dǎo)接受的聲學(xué)能量的傳導(dǎo)媒體，一端與探測器部件相連另一端與波導(dǎo)相連的匹配器，此匹配器用材料制作，其外形適于將來自波導(dǎo)的機(jī)械波有效傳導(dǎo)至探測器部件，沿波導(dǎo)配置的多個(gè)轉(zhuǎn)換器元件元件，每個(gè)轉(zhuǎn)換器元件與波導(dǎo)機(jī)械連接，其結(jié)構(gòu)視下述方面的不同而與波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)有別(i)聲學(xué)形狀；(ii)材料構(gòu)成；(iii)聲學(xué)形狀和材料構(gòu)成的組合，各轉(zhuǎn)換器元件的聲學(xué)形狀有利于將來自四周環(huán)境的聲學(xué)能量轉(zhuǎn)換成能沿波導(dǎo)內(nèi)腔傳播的機(jī)械能量，與波導(dǎo)相連接的阻抗終端用以盡量降低波導(dǎo)內(nèi)傳播能量的反射。
全文摘要
一種細(xì)長形聲波輻射器(又稱長桿式定向輻射器或桿式發(fā)聲器)包括一個(gè)激勵(lì)器或振蕩發(fā)生器(11),此發(fā)生器可以直接地或通過選擇的匹配器(12)向長桿式機(jī)械波導(dǎo)傳播機(jī)械波運(yùn)動(dòng),因此,機(jī)械波可沿波導(dǎo)軸線以波速C
文檔編號(hào)G10K13/00GK1245005SQ9718138
公開日2000年2月16日 申請日期1997年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月26日
發(fā)明者漢斯－喬基姆·萊達(dá), 奧斯卡·弗雷德里奇·博斯科爾 申請人:美國技術(shù)公司