一种双声源波前不共腔水平耦合高音波导的制作方法

本发明涉及一种声波波导，尤其是用于扬声器多个相同或者不同驱动器声源波前不共腔水平垂直方向耦合辐射的波导。

背景技术：

1、随着扩声领域对扬声器重放质量要求提高，覆盖远近场范围的声压要求要一致均匀，比传统点声源扩声性能更好的线声源逐渐推广开来。以线声源的方式扩散组成的线阵列音箱(扬声器系统)，其特点是单只扬声器垂直角度小，有效解决扬声器之间的声干涉问题，同时线阵列音箱(扬声器系统)声压衰减慢、传输距离远。

2、如图1所示，点声源2是指以点声源呈球面波的方式扩散，其特点是水平跟垂直方向覆盖角度大、声压衰减快，对于球面波，在离声源任意距离上的声强与距离平方成反比。如图1所示，当声源距离从r增加至r2，即r的两倍时，波阵面的面积从a增加至4a，声强降至1/4。距离r增加一倍，声压级衰减6db。

3、如图2所示，线声源4是由多只柱面波声源音箱系统组成，其高音驱动器一般是接近平面波的带式驱动器，例如us2007/0160233a1公开的扩音器。或者是通过相关波导装置把传统压缩驱动器转换成类似于平面波的圆柱波声源，例如us5163167a公开的声波波导。线声源扬声器的垂直高频部分指向角度非常窄，其垂直指向一般为5-10度左右，每当声源距离增加一倍圆柱波的能量会衰减3db。线声源4产生的波阵面是同轴柱面的波，被称为柱面波。柱面波是波阵面为同轴柱面的波。设想在无限均匀媒质里有一无限长的均匀线声源，它所产生的波就是理想的柱面声波。在柱面声波中，声压振幅沿轴向分布是均匀的，沿径向与距轴的距离平方根成反比。其径向声强与离轴的距离的一次方成反比。如图2所示，当声源距离从r增加至r2，即r的两倍时，波阵面的面积从a增加至2a，声强降至1/2。由于线声源音箱传输衰减小的特性，可以有着更远的扩声效率。高频耦合特性好，可以减少干涉引起的失真，有利于高质量的扩声。整串线声源音箱工作时指向性控制更佳，在垂直方向数量越多，指向性可控频率越低。

4、跟随市场的需要，各个厂家设计出基于线声源的阵列音箱产品而应用到专业音响扩声中来。例如，us7965857b2，该专利是us2007/0160233a1的同族专利。专利公布了一种适合线声源扩声应用的带式高音驱动器。根据us2007/0160233a1的说明书和附图可知，扬声器包括两个相同的金属壳体，金属壳体有2个延伸的槽或声音通道，使扬声器产生的声音向外传播。一个喇叭可以连接到扬声器，喇叭提供了一个逐渐变宽的波前。

5、此外，也有很多厂家设计出基于压缩驱动器设计接近于平面波形状的圆柱波转化的号筒波导。最早以法国heil christian为代表提出的专利us005163167a为代表。us005163167a的说明书和附图指出，波导有3个元件组成，两个元件沿着垂直平面对称并且包括固定内芯的壳体，每个壳体包括后边板和前边板并通过中心板连接，前边板之间有开口，壳体包覆内芯并有空隙。该专利公开了一种由几何学解释在压缩驱动器经圆形出口处，经由抛物面和双曲面组成的声波通道槽到长方形出口处，波前经过相位塞表面的任意时间近似于相等的，即波导中的压缩驱动器经圆型孔和波导出矩形口波前之间允许声波路径之间的路径差(δ)为：δ≤λ/4，(λ是设计目标最高可用频率的波长)误差小于或者等于最高工作频率的四分之一波长，当然不会是绝对相同。只是误差小到可产品设计工作可用频率允许的能接受范围之内。

6、在以上为代表的两种线阵列线声源只能实现单个声源音箱垂直阵列组合耦合，如us005163167a附图13所示。而且两个垂直的声源必须工作在相同频率范围，否则不能产生连续的相干声波。一个合格的线声源矩形开口尺寸w小于或者等于其设计目标最高频率波长即为：w≤λ。例如us2007/0160233a1专利中带式高音矩形出口宽度为18mm，us005163167a专利中波导矩形出口宽度为18mm，根据w≤λ可计算出其工作最高频率上限为19khz。

7、为了满足耦合条件，相邻的两个声源的中心距m应当小于或等于频率上限波长的二分之一即为：m≤λ/2。因此，高音单元的耦合上限频率fh＝18khz时，其声源中心距m可以按照fh＝18khz,声速v0＝343米/秒计算得出，m≤9.5毫米。

8、如图3a所示，当两个带式高音驱动器6水平排列时，其声源间距m为109毫米时，其对应的耦合上限频率fh＝3155hz。图3a显示了两个带式高音的干涉情况，直线表示小于3155hz频率呈平面波状传播，而大于3155hz频率的开始出现梳状滤波干涉。

9、如图3b所示，当两个压缩高音驱动器8经由如us005163167a专利中波导10水平排列时，其声源中心距m为18毫米时，其对应的耦合上限频率fh＝9555hz，图3b显示了两个波导的干涉情况，直线表示小于9555hz呈平面波状传播，而大于9555hz频率的开始出现干涉。

10、由此可见，由于物理结构问题无论是带式高音，还是以法国heil christian为代表申请的相关圆柱波转换装置，由于物理结构上的原因而不能实现多个驱动器水平方向上的完美耦合，期望的可用频率小于10khz，远远小于单个垂直耦合工作时的18khz。

技术实现思路

1、针对以上为代表的目前行业线声源技术不能水平面完美耦合的问题，而本发明在实现水平面完美耦合时还同时实现以下目的：

2、本发明的另一个目的是提供一种潜望式反射号筒，以通过特定的反射声波通道槽使两个或者多个声源(高音或者中音)声源在水平位置波前不共腔耦合，并转换声波为平面波形状且无声学干扰的波前。

3、本发明的另一个目的是提供一种增大声压级输出方法，在音箱内有同时工作相同频率的有多个驱动器波导波前不共腔耦合，相对于目前行业内现有技术单个驱动器垂直耦合的波导最大声压级会增加≥6db。

4、本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法允许在相同频率范围内工作的多个驱动器声源在水平位置相同波前不共腔产生公共波前耦合，而且几乎为零声学干扰

5、本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法允许在不同频率范围内工作的多个驱动器声源在水平位置相同波前不共腔产生公共耦合，而且几乎为零声学干扰

6、本发明的另一个目的是提供一种在音箱内的一个或多个频率范围内产生一个或多个波前的方法，该波前将线阵列吊挂相邻音箱中的相同频率范围的声波耦合并且无声学干扰。

7、本发明提供了一种双声源波前不共腔水平耦合高音波导，波导呈u形，包括呈水平设置的两条波导通道，第一条波导通道用于连接球面波高音驱动器，第一条波导通道由依次连接的第一通道，第一反射面，第二通道，第二反射面，和第三通道组成，第一通道为抛物面构成，第一反射面为椭圆面，第二通道为双曲面构成，第二反射面为矩形面构成，第三通道为矩形面构成，第二条波导通道用于连接柱面波高音驱动器，第二条波导通道由依次连接的第四通道，第三反射面，第五通道，第四反射面，和第六通道组成，第四通道，第三反射面，第五通道，第四反射面，和第六通道均为直角矩形面。

8、作为改进，第一通道由一对相互拟合的凸抛物面和凹抛物面组成，第一通道由两个抛物面之间的空间构成，凹抛物面其末端抛物面截面抛物线为第一反射面椭圆面截面部分抛物线，第一反射面椭圆面末端截面抛物线为第二通道的其一双曲面截面部分抛物线，凸抛物面部分为直角圆锥体一部分，其顶点角度小于或者等于90°，其末端抛物面截面抛物线为第二通道的其二双曲面截面部分抛物线。

9、作为改进，第二通道通过第一反射面与第一通道相连，第二通道通过第二反射面与第三通道相连，第二通道位于第一反射面和第二反射面之间，第一反射面是位于第一通道的末端，第一反射面呈椭圆面反射表面，第二反射面呈矩形平面，在水平剖面图上第二通道由相互平行内壁和外壁构成，第二通道内壁入口端与凸抛物面相连，第二通道外壁入口端与第一反射面相连，第二通道内壁出口端与第二反射面相连。

10、作为改进，声波射线经过第一通道，第一反射面、第二通道，第二反射面，和第三通道，经第一反射面和第二反射面的声波射线符合反射定律即入射角等于反射角：θi1＝θr1＝θi2＝θr2。其声波经过第一波导通道之间的路径差(δ)为：δ≤λ/4。

11、作为改进，在水平剖面图上第三通道由第三通道内壁和第三通道外壁构成，第三通道内壁入口端与第二反射面相连，第三通道外壁入口端与第二通道外壁相连，第一通道的中心线，第三通道内壁，均平行于与波导中心线，第三通道外壁呈折线状，第三通道外壁的入口段与第三通道内壁平行，第三通道外壁的出口段一端连接第三通道外壁的入口段，一端连接第三通道的出口。

12、作为改进，在水平剖面图上第四通道由第四通道内壁和第四通道外壁组成，第五通道由第五通道内壁和第五通道外壁组成，第六通道由第六通道内壁和第六通道外壁组成，第四通道内壁，第五通道内壁，第四反射面和第六通道内壁依次连接构成了第二波导通道的内壁，第四通道外壁，第三反射面，第五通道外壁，和第六通道外壁依次连接构成了第二波导通道的外壁。

13、作为改进，在水平剖面图上第四通道内壁与第四通道外壁相互平行并长度相等，第五通道内壁与第五通道外壁相互平行并长度相等，第三反射面与第四反射面相互平行并长度相等，第四通道的中心线，第六通道内壁，均平行于波导中心线，第六通道外壁呈折线状，第六通道外壁的入口段与第六通道内壁平行，第六通道外壁的出口段一端连接第六通道外壁的入口段，一端连接第六通道的出口。

14、作为改进，声波射线经过第四通道，第三反射面、第五通道、第四反射面，和第六通道，其声波射线经第三反射面和第四反射面的声波射线符合反射定律即入射角等于反射角：θi3＝θr3＝θi4＝θr4。其声波经过第二波导通道之间的路径差(δ)为：δ≤λ/4。

15、本发明还提供了一种高音号角，包括前述的一种双声源波前不共腔水平耦合高音波导，和安装在波导通道入口端的两个高音驱动器。

16、本发明还提供了一种音箱，包括前述的一种高音号角，在高音号角两侧呈水平对称配置的两个中低音号角，和箱体。