專利名稱：聲音裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種聲音裝置，尤其是使用共振彎曲波模式的那種聲音裝置。
背景技術(shù)：
WO 97/09842中描述了一種先前的共振彎曲波裝置。該文獻(xiàn)描述了一種在板區(qū)域中具有共振彎曲波模式的板?？稍诎迳嫌脕砑?lì)共振模式的優(yōu)選位置處設(shè)置一個(gè)換能器，而產(chǎn)生一揚(yáng)聲器或換能器。這樣的一種裝置被稱為分布模式揚(yáng)聲器。
US3 347 335描述的一種揚(yáng)聲器中，沿著一個(gè)梁來發(fā)送彎曲波。在這個(gè)裝置中，在梁的一端激勵(lì)彎曲波，而在梁的另一端設(shè)置一個(gè)非反射終端。因這種終端為非反射性的，故彎曲波將沿著梁傳播并被吸收，而不會(huì)反射回來形成共振模式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種聲音裝置，這種聲音裝置包括一個(gè)具有一個(gè)模式軸線和多個(gè)非模式軸線的元件。在該模式軸線上有多個(gè)共振彎曲波模式，非模式軸線垂直于模式軸線。其中，沿每一非模式軸線的共振模式的基頻為沿模式軸線的共振模式的基頻的五倍。
優(yōu)選地，共振模式沿每一非模式軸線的基頻至少為沿模式軸線的十倍。與沿模式軸線的基頻相比，沿非模式軸線的基頻越高，該聲音裝置就越能夠被稱為“一維”的。
上述的元件可以是一種板，其模式軸線沿著板的長度方向，而一個(gè)非模式軸線沿著板的寬度方向。這種板不一定是平的。
當(dāng)在一板激勵(lì)出彎曲波模式時(shí)，這種彎曲波模式將使板在其板面上產(chǎn)生小量位移。這種位移量將隨板面中的一個(gè)方向變化。當(dāng)說一個(gè)彎曲波模式沿著一個(gè)特定方向時(shí)，該方向指的是位移發(fā)生變化的方向，而不是位移本身的方向。
沿一特定軸線的基頻為沿該軸線的最低彎曲波模式的頻率。沿一軸線的模式密度與沿該軸線的基頻相關(guān)在一寬頻率范圍內(nèi)，沿著基頻低的軸線比沿著基頻高的軸線將有更多的共振模式。
為了進(jìn)行比較，現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)WO 97/09842教導(dǎo)沿長、短軸線進(jìn)行模式頻率的交錯(cuò)，這要求這些基頻需要相近似。該文獻(xiàn)教導(dǎo)使用縱橫比為1.134或1.41的各向同性板?？v橫比1.134和1.41分別對(duì)應(yīng)于基頻比1.285和2。
沿板的一個(gè)軸線上的基頻fo可與板彎曲剛度B(繞著一個(gè)垂直的軸線)及沿該軸線的板長度L成下面的比例關(guān)系(假定每單位面積的質(zhì)量恒定)(fo)2∝B/L4可以看出，為了實(shí)現(xiàn)寬度方向軸線上的基頻與長度方向軸線上的基頻之比為一個(gè)高的比值，寬度可以小于長度的一半，優(yōu)選地，小于長度的三分之一。
在沿著模式軸線而不是非模式軸線激勵(lì)出共振彎曲波模式的那些頻率處，板發(fā)出的聲音為各向異性的。在這樣的頻率范圍內(nèi)，聲音優(yōu)先地發(fā)射到一個(gè)通過模式軸線并垂直于板的平面內(nèi)，而在通過非模式軸線并垂直于板平面中有較少的聲音。這樣，在這些頻率處就能夠增強(qiáng)通過模式軸線的平面內(nèi)的聲音。因此，這種板可能特別適于同壓電換能器一起使用。壓電換能器的頻率響應(yīng)在低頻會(huì)變小。增加的低頻聲音輸出能補(bǔ)償激勵(lì)的這種尾曳而產(chǎn)生一個(gè)總體說來更均勻的聲音。
在某些具體的應(yīng)用場合，優(yōu)先地將聲音輻射到單一平面內(nèi)也是有用的。例如導(dǎo)引聲音進(jìn)入一房間中的一水平平面內(nèi)，避免將過多聲音發(fā)送于房間的天花板或地板。
將聲音優(yōu)先發(fā)射到一個(gè)平面內(nèi)，對(duì)平板來說才是最有意義的，而不是桿。而且這種優(yōu)先發(fā)射隨著寬度的增加而增加。然而，這種情況是假定能夠維持這種一維性，而且，沒有激勵(lì)出板非模式軸線上的模式。后一個(gè)條件要求寬度要窄。為了能夠滿足一維特性但是板的寬度又很大的互相矛盾的要求，可以使用高度各向異性的板。
這種板繞著模式軸線的剛性可以大于繞著非模式軸線的剛性。板繞著模式軸線的彎曲剛度可以是繞著非模式軸線的彎曲剛度的至少1.5倍，更優(yōu)選地，至少為2倍那么硬。因沿一個(gè)軸線的共振彎曲波模式導(dǎo)致繞著一個(gè)垂直軸線的彎曲，故如果板繞著模式軸線的剛性更大時(shí)，沿非模式軸線的模式數(shù)目將會(huì)減少。
具有各向異性彎曲剛度的板可以用具有波紋狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的材料制造，這些網(wǎng)格或者波紋沿著非模式軸線分布在板面中。
在實(shí)施例中，可以采用換能器來激勵(lì)共振彎曲波模式。換能器可以優(yōu)先放置的位置是與沿模式方向的較低模式的節(jié)點(diǎn)相分開的。為此，可將換能器沿元件長度方向設(shè)置于一優(yōu)選位置，例如沿模式軸線上大約為4/9、3/7或5/13長度處。這些位置與WO 97/09842所教導(dǎo)的位置相似，只是在該文獻(xiàn)中，這些優(yōu)選位置具有兩個(gè)方向的坐標(biāo)值。換能器不一定要置于模式軸線上，但可以設(shè)置于模式軸線的一側(cè)。
可以設(shè)置多個(gè)換能器。為了在一個(gè)較佳位置提供多個(gè)換能器，多個(gè)換能器可以在板的整個(gè)寬度上并列設(shè)置。這種設(shè)置能夠增加輸出。另一種方式為，一單個(gè)換能器可在一較佳位置延伸通過板寬度。這種換能器即使僅導(dǎo)致沿一個(gè)軸線的彎曲，也是有效的。
當(dāng)用在空間范圍不能太大的二維板上時(shí)，橫跨板寬度的彎曲換能器能夠提供的功率大于單獨(dú)的點(diǎn)式換能器。
也可以在次優(yōu)選位置處激勵(lì)板，例如比優(yōu)選位置更接近一端的位置?？梢匝啬Ｊ捷S線改變彎曲剛度，使得上述位置以外的其他位置變?yōu)閮?yōu)選的。另一種方式為，可以按照某些方式來阻尼或者夾緊板，甚至當(dāng)板在次優(yōu)選位置被激勵(lì)是，也能夠改善板的效果。


為了更好地理解本發(fā)明，下面將僅僅以舉例的方式，參照附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。其中，圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一聲音裝置；圖2所示為圖1所示板在垂直于板的一個(gè)平面內(nèi)，在模式方向上沿三個(gè)方向的、作為頻率函數(shù)的輸出；
圖3所示為圖1所示板在垂直于板的一個(gè)平面內(nèi)，在非模式方向上沿三個(gè)方向的、作為頻率函數(shù)的輸出。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，長方形板1大致為扁平的，沿x(長度方向)及y(寬度方向)方向。該板對(duì)于彎曲剛度來說為各向異性的，并相對(duì)于其長度來說窄得多。該板繞著x軸線的剛性也比繞著y軸線的剛性大得多。因此，x軸線，即模式軸線上的基頻遠(yuǎn)小于非模式y(tǒng)軸線上的基頻。因此，沿x軸線比沿y軸線具有更多的共振彎曲波模式。
多個(gè)換能器5沿著一條橫跨板寬度的直線3在y方向相互分開地設(shè)置。這條直線3在x方向上沿著板長度方向距板的一端為九分之四長度。多個(gè)換能器比用單個(gè)換能器能夠輸入的功率多。將多個(gè)換能器用在本發(fā)明設(shè)備中，與將多個(gè)換能器用在根據(jù)WO 97/09842教導(dǎo)的分布模式板中相比，約束更加少，因?yàn)檫@種二維板中，換能器的位置被限制在優(yōu)選的區(qū)域，而在一維板中，這種區(qū)域僅僅被限制在沿板長度方向的一個(gè)優(yōu)選距離。
換能器5通過導(dǎo)線7連接于一傳統(tǒng)放大器。這些換能器為傳統(tǒng)的彎曲波換能器。這些換能器可以是壓電換能器。
對(duì)這種板產(chǎn)生的作為頻率的函數(shù)并以dB為單位的聲壓級(jí)，進(jìn)行了測量。圖2示出了“軸線上”，即垂直于板面的聲壓級(jí)，以及從該軸線向著x方向偏離45°、60°的另外兩個(gè)方向上的聲壓級(jí)。圖3示出了“軸線上”，即垂直于板面的聲壓級(jí)，以及從該軸線向著y方向偏離45°、80°的另外兩個(gè)方向上的聲壓級(jí)。于是，圖3示出的是側(cè)向發(fā)出的聲壓級(jí)，而圖2示出的是沿板長度方向發(fā)出的聲壓級(jí)。在距離板1m處測量聲壓級(jí)。
被測板是用以“Correx”商標(biāo)出售的波紋狀聚合物制成的。這種板繞著模式軸線的剛性比繞著非模式軸線的剛性，約硬2.83倍。
聲能在模式軸線的平面中并不是很有方向性(如圖2所示)。高頻被輻射成非常寬的角度，中頻偏離軸線時(shí)僅略為減小。該曲線與獲自例如WO97/09842教導(dǎo)的傳統(tǒng)分布模式板的曲線相似。
相較下，非模式軸線的平面中，在高頻處聲壓級(jí)隨著偏離軸線而被顯著減小，而在中頻段聲壓級(jí)維持(見圖3)。測量結(jié)果表明，很少量的聲音從側(cè)面發(fā)出來。
為增加這種效果，可以增加板的寬度。當(dāng)板很寬時(shí)，波前變成圓柱形而低頻輸出隨著頻率的降低，每倍頻程升高3dB。這樣就能夠補(bǔ)償壓電驅(qū)動(dòng)器在這些頻率處輸出的降低。然而，從上面給出的關(guān)系可以看出，對(duì)板的寬度是有限制的，以便各基頻保持足夠的區(qū)別來實(shí)現(xiàn)有效的一維特性。
權(quán)利要求
1.一種能夠在預(yù)定頻率范圍內(nèi)工作的聲音裝置，包括一個(gè)具有一個(gè)模式軸線和一個(gè)垂直于該模式軸線的非模式軸線的元件，其中，所述元件能夠支持沿所述模式軸線的預(yù)定頻率范圍內(nèi)的多個(gè)共振彎曲波模式，沿所述非模式軸線的共振彎曲波模式的基頻至少為沿所述模式軸線的共振彎曲波模式的基頻的五倍。
2.如權(quán)利要求1所述的聲音裝置，其特征在于，沿所述非模式軸線的共振彎曲波模式的基頻至少為沿所述模式軸線的共振彎曲波模式的基頻的十倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的聲音裝置，其特征在于，所述元件為具有長度和寬度的板，其中，所述模式軸線沿著所述板的長度方向，所述非模式軸線沿著所述板的寬度方向。
4.如權(quán)利要求3所述的聲音裝置，其特征在于，所述板的寬度小于所述板的長度的二分之一。
5.如權(quán)利要求3或4所述的聲音裝置，其特征在于，所述板繞著所述模式軸線的彎曲剛度是所述板繞著所述非模式軸線的彎曲剛度的至少1.5倍。
6.如權(quán)利要求5所述的聲音裝置，其特征在于，所述板波紋狀或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)格或者波紋沿著所述非模式軸線分布。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的聲音裝置，其特征在于，還包括一個(gè)換能器，結(jié)合到所述元件上，以激勵(lì)彎曲波模式。
8.如權(quán)利要求7所述的聲音裝置，其特征在于，所述換能器放置的位置是與預(yù)定的多個(gè)低頻共振彎曲波模式的節(jié)點(diǎn)相分開的。
9.如權(quán)利要求8所述的聲音裝置，其特征在于，所述換能器放置的位置是沿著所述元件模式軸線，距離所述元件一個(gè)端部大致為4/9、3/7或5/13的所述長度處。
10.如權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)所述的聲音裝置，其特征在于，所述換能器是壓電換能器。
11.如權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)所述的聲音裝置，其特征在于，包括多個(gè)換能器。
12.如權(quán)利要求3到6中任一項(xiàng)所述的聲音裝置，其特征在于，還包括橫跨所述板的寬度所設(shè)置的多個(gè)換能器。
全文摘要
一種聲音裝置,具有沿著一個(gè)元件(1)的長度方向的多個(gè)共振彎曲波模式。在垂直于該長度的方向上的共振彎曲波模式的基頻要高得多,使得低頻彎曲波模式基本上為單一方向的。在沿著板(1)的優(yōu)選位置(3)處,橫跨所述元件(1)的寬度可以相互分開地設(shè)置多個(gè)換能器(5)。
文檔編號(hào)H04R7/04GK1356015SQ0080780
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月10日
發(fā)明者格雷厄姆·班克, 尼爾·哈里斯 申請(qǐng)人:新型轉(zhuǎn)換器有限公司