本發(fā)明涉及擴(kuò)聲裝置，尤其是涉及一種同軸式柱面波號(hào)角。本號(hào)角中頻和高頻聲軸重合，構(gòu)成同軸結(jié)構(gòu)，使中頻轉(zhuǎn)換器和高頻轉(zhuǎn)換器的耦合特性得以優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了雙柱面波同軸耦合。此外，本發(fā)明還涉及一種同軸式柱面波號(hào)角的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)擴(kuò)聲系統(tǒng)，例如現(xiàn)有技術(shù)，中國(guó)專利，zl201921547041.7,披露了一種同軸揚(yáng)聲器。該專利中，低音音圈設(shè)置于盆架內(nèi)，使低音音圈與盆架同軸設(shè)置，并將高音揚(yáng)聲器設(shè)置于低音音圈內(nèi)。該發(fā)明專利技術(shù)使揚(yáng)聲器在輸出低音的同時(shí)，高音同步輸出，低音音圈與高音揚(yáng)聲器之間互不干涉，保證揚(yáng)聲器的音質(zhì)。

2、但是，前述現(xiàn)有技術(shù)僅適用于點(diǎn)聲源所發(fā)出的球面波應(yīng)用，現(xiàn)代擴(kuò)聲系統(tǒng)中線聲源和柱面波的同軸式號(hào)角還需要結(jié)合線聲源和柱面波的特性做出對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)。

3、現(xiàn)代專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)要求主要有：1、大聲壓級(jí)，需通過(guò)耦合疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)；2、低失真，需通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)；3、均勻覆蓋，需通過(guò)良好的指向控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。而要滿足上述要求，線聲源和柱面波相對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)聲源和球面波具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4、理論上，點(diǎn)聲源為球面波，線聲源為柱面波，其傳輸特性有本質(zhì)區(qū)別。如圖1所示，點(diǎn)聲源2所產(chǎn)生的波陣面為同心球面，被稱為球面波。設(shè)想在無(wú)限均勻媒質(zhì)中有一球狀聲源，其表面迅速地膨脹和收縮，且表面上的各點(diǎn)作同相位同振幅的振動(dòng)，向周圍媒質(zhì)輻射的波就是球面波。這種聲波是球?qū)ΨQ的，即聲壓的大小僅與離球心的距離有關(guān)。任何形狀的聲源，只要它的尺寸比波長(zhǎng)小的多得都可以看作點(diǎn)聲源，輻射球面波。對(duì)于球面波，在離聲源任意距離上的聲強(qiáng)與距離平方成反比，聲壓與距離成反比，聲壓與振動(dòng)速度之間的相位差與球面波的半徑對(duì)波長(zhǎng)的比值成反比。

5、如圖2所示，線聲源4產(chǎn)生的波陣面是同軸柱面的波，被稱為柱面波。柱面波是波陣面為同軸柱面的波。設(shè)想在無(wú)限均勻媒質(zhì)里有一無(wú)限長(zhǎng)的均勻線聲源，它所產(chǎn)生的波就是理想的柱面聲波。在柱面聲波中，聲壓振幅沿軸向分布是均勻的，沿徑向與距軸的距離平方根成反比。其徑向聲強(qiáng)與離軸的距離的一次方成反比。

6、由上述聲學(xué)理論分析可見(jiàn)，柱面波構(gòu)成的線聲源，其聲學(xué)特性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的點(diǎn)球面波構(gòu)成的點(diǎn)聲源具體表現(xiàn)在：1、傳輸特性---效率大一倍。2、耦合特性好，干涉引起的失真低。3、指向性控制更佳(垂直方向?yàn)閺?qiáng)指向特性)。因此，如何實(shí)現(xiàn)將球面波轉(zhuǎn)換為柱面波，成為本行業(yè)研究人員的主攻方向。

7、現(xiàn)有技術(shù)，中國(guó)專利，cn201320153532.x，披露了一種擴(kuò)聲用植入相位塞式高音號(hào)角。該技術(shù)通過(guò)植入呈梭形的相位塞，產(chǎn)生了路徑補(bǔ)償作用，使聲波的傳輸特性發(fā)生變化，由球面波轉(zhuǎn)換為柱面波。

8、現(xiàn)代聲學(xué)理論認(rèn)為，形成了球面波轉(zhuǎn)柱面波的理論條件：1、緊密排列的獨(dú)立聲源中心距離小于其工作帶寬范圍對(duì)應(yīng)頻率上限波長(zhǎng)的一半。2、多個(gè)獨(dú)立聲源為同相波陣面，且有效輻射區(qū)域面積占總面積的80％以上。理論上，滿足上述兩個(gè)條件的任一個(gè)，即可實(shí)現(xiàn)由球面波向柱面波的轉(zhuǎn)換。

9、針對(duì)第一個(gè)條件，現(xiàn)有行業(yè)產(chǎn)品中，有多種結(jié)構(gòu)的波形轉(zhuǎn)換器，其基本原理為通過(guò)波導(dǎo)管(聲音通道)的彎曲調(diào)整，使各通道聲路徑相同，即實(shí)現(xiàn)等相位特性?，F(xiàn)有技術(shù)，中國(guó)專利，zl200820207136.x，披露了一種擴(kuò)聲用高頻指向性控制轉(zhuǎn)換器，通過(guò)設(shè)置若干個(gè)聲學(xué)路徑相等的傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了球面波向柱面波的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了柱面波的指向性控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種同軸式柱面波號(hào)角。本號(hào)角中頻和高頻聲軸重合，構(gòu)成同軸結(jié)構(gòu)，使中頻轉(zhuǎn)換器和高頻轉(zhuǎn)換器的耦合特性得以優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了雙柱面波同軸耦合。

2、本發(fā)明提供了一種同軸式柱面波號(hào)角,包括共用同一條軸線的中頻驅(qū)動(dòng)器、中頻相位塞、中頻柱面波轉(zhuǎn)換器、高頻驅(qū)動(dòng)器、高頻相位塞、和高頻柱面波轉(zhuǎn)換器，中頻相位塞嵌入中頻驅(qū)動(dòng)器，高頻驅(qū)動(dòng)器嵌入中頻相位塞。

3、作為改進(jìn)，中頻相位塞包括具有同一軸線的三個(gè)部分，第一部分為圓柱體，與中頻驅(qū)動(dòng)器的中心孔呈滑動(dòng)配合用于定位，第二部分為圓柱體，第三部分為圓臺(tái)，第二部分和第三部分與中頻驅(qū)動(dòng)器的振膜相匹配，并且與振膜之間保持0.5-1毫米的間隙。

4、作為改進(jìn)，中頻相位塞第三部分的圓臺(tái)呈殼體，殼體內(nèi)部有定位高頻驅(qū)動(dòng)器的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)呈圓桶狀，與中頻相位塞第三部分的圓臺(tái)具有同一軸線。

5、作為改進(jìn)，高頻相位塞呈修正的圓錐形，高頻相位塞指向高頻驅(qū)動(dòng)器的一端呈圓錐形狀，高頻相位塞指向號(hào)角開口的一端為在圓錐體底圓上并且通過(guò)圓錐體底圓中心的一條直徑線段，兩個(gè)平面通過(guò)所述直徑線段，以圓錐的軸線和直徑線段所確定的平面為基準(zhǔn)面，相互對(duì)稱，并且與圓錐相交。

6、作為改進(jìn)，兩個(gè)平面的夾角等于圓錐的頂角，修正的圓錐形由圓錐與兩個(gè)平面所圍成。

7、作為改進(jìn)，中頻柱面波轉(zhuǎn)換器由中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼和中頻柱面波轉(zhuǎn)換器外殼構(gòu)成，中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼呈修正的圓臺(tái)，圓臺(tái)的頂圓端與中頻相位塞相連，圓臺(tái)的修正在于圓臺(tái)表面和底圓部分與兩個(gè)平面相接，兩個(gè)平面各自通過(guò)與底圓直徑相平行的線段，線段與底圓直徑的距離為高頻柱面波轉(zhuǎn)換器開口的寬度和中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼的厚度之和，兩個(gè)平面以圓臺(tái)的軸線和底圓直徑所確定的平面為基準(zhǔn)面，相互對(duì)稱，修正的圓臺(tái)由圓臺(tái)和兩個(gè)平面所圍成，在修正的圓臺(tái)的表面的聲波傳播路徑的差值小于中頻驅(qū)動(dòng)器適配的頻率上限對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的四分之一。

8、本發(fā)明還提供了一種同軸式柱面波號(hào)角的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：步驟1：選定中頻驅(qū)動(dòng)器和高頻驅(qū)動(dòng)器，使中頻驅(qū)動(dòng)器的規(guī)格大于或等于高頻驅(qū)動(dòng)器規(guī)格的2-4倍；步驟2：根據(jù)同壓縮比原則，計(jì)算中頻相位塞直徑，設(shè)計(jì)中頻相位塞；步驟3：根據(jù)中頻驅(qū)動(dòng)器盆架的尺寸，計(jì)算中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼在開口處的高度；步驟4：根據(jù)中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼在開口處的高度，計(jì)算高頻相位塞的高度；步驟5：根據(jù)高頻相位塞的高度，選定高頻相位塞的長(zhǎng)度為高頻相位塞高度的0.8至1.2；步驟6：根據(jù)中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼對(duì)高頻相位塞的包容關(guān)系，選定中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼長(zhǎng)度；步驟7：根據(jù)高頻相位塞的長(zhǎng)度和高度，設(shè)計(jì)高頻相位塞；步驟8：根據(jù)中頻相位塞直徑、中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼在開口處的高度、和中頻柱面波轉(zhuǎn)換器的長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼體；步驟9：根據(jù)高頻相位塞、和中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼，設(shè)計(jì)高頻柱面波轉(zhuǎn)換器；步驟10：根據(jù)中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼、中頻驅(qū)動(dòng)器盆架的尺寸，設(shè)計(jì)中頻柱面波轉(zhuǎn)換器外殼體。

9、作為改進(jìn)，步驟2具體為：步驟2.1：計(jì)算高頻驅(qū)動(dòng)器的壓縮比；步驟2.2：根據(jù)同壓縮比原則，計(jì)算中頻相位塞直徑；步驟2.3：根據(jù)選定的中頻驅(qū)動(dòng)器、高頻驅(qū)動(dòng)器的規(guī)格、和中頻相位塞直徑，設(shè)計(jì)中頻相位塞。

10、作為改進(jìn)，步驟7具體為：步驟7.1：設(shè)計(jì)以高頻相位塞高度為底圓直徑，以高頻相位塞長(zhǎng)度為高度的圓錐；步驟7.2：在圓錐的底圓上，取一個(gè)半圓，做出一系列與底圓直徑和底圓相切的內(nèi)切圓；步驟7.3：從各內(nèi)切圓的圓心，與圓錐中心線平行，向圓錐頂點(diǎn)方向做內(nèi)切圓的軸線；步驟7.4：各內(nèi)切圓軸線與圓錐的表面相交，各交點(diǎn)構(gòu)成了通過(guò)底圓直徑的平面與圓錐的表面相接的相貫線，相貫線與直徑確定了與圓錐相交的第一平面；步驟7.5：以所述圓錐的軸線和底圓直徑線段所確定的平面為基準(zhǔn)面，經(jīng)過(guò)底圓直徑線段，與第一平面相對(duì)稱，做出第二平面并且與圓錐表面相交。

11、作為改進(jìn)，步驟8具體為：步驟8.1：設(shè)計(jì)以中頻相位塞直徑為頂圓直徑，以中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼體在開口處的高度為底圓直徑的圓臺(tái)；步驟8.2：在圓臺(tái)的底圓上，取一個(gè)半圓，在與底圓直徑平行，并且相距底圓直徑一定距離做第三平行線，該距離為高頻柱面波轉(zhuǎn)換器開口的寬度和中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼的厚度之和；步驟8.3：通過(guò)第三平行線，做第三平面并且與圓臺(tái)表面相交；8.4：校核并計(jì)算圓臺(tái)表面的聲波傳播路徑，使在圓臺(tái)的表面的聲波傳播路徑的差值小于中頻驅(qū)動(dòng)器適配的頻率上限對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的四分之一；步驟8.5：在圓臺(tái)的底圓上，取另一個(gè)半圓，在與底圓直徑平行，并且相距底圓直徑一定距離做第四平行線，該距離為高頻柱面波轉(zhuǎn)換器開口的寬度和中頻柱面波轉(zhuǎn)換器內(nèi)殼的厚度之和；步驟8.6：以圓臺(tái)的軸線和底圓直徑線段所確定的平面為基準(zhǔn)面，經(jīng)過(guò)第四平行線，與第三平面相對(duì)稱，做出第四平面并且與圓臺(tái)表面相交。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來(lái)的有益效果是：(1)中頻柱面波轉(zhuǎn)換器和高頻柱面波轉(zhuǎn)換器采用相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，使中頻和高頻聲波通過(guò)各自獨(dú)立的等路徑波導(dǎo)管，在出口處實(shí)現(xiàn)等相耦合，從而完成波型由球面波想柱面波的轉(zhuǎn)換。(2)采用嵌入式同軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高頻和中頻的同步擴(kuò)散，使其指向性更均勻。(3)采用中頻和高頻同比壓縮的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了兩者的等效傳輸。使中頻和高頻聲波在有效傳輸范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)特性一致的傳播。(4)高頻和中頻的同波型傳播，有效提高了兩者的傳輸效率，使其所覆蓋的聲場(chǎng)，聲學(xué)特性一致。