CN101810008A

CN101810008A - 声波导模式控制

Info

Publication number: CN101810008A
Application number: CN200880109178A
Authority: CN
Inventors: K·巴斯蒂尔; H·福酷施玛
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101810008B; JP5173381B2; JP2009089342A; JP5538502B2; WO2009042383A2; WO2009042383A3; US20090084625A1; EP2196036A2; US7886869B2; JP2013031214A

Abstract

一种声学设备，包括：具有两个开放端的第一声波导；第二声波导；以及具有第一辐射面和第二辐射面的声学驱动器，定位所述声学驱动器，使第一辐射面向第一波导进行辐射，并且第二辐射面向第二波导进行辐射。一种声学设备，包括：声学驱动器和具有两个开放端的声波导。一种用于制作声学设备的方法。

Description

声波导模式控制

技术领域

本公开涉及用于确定声波导中的换能器放置的方法，以及涉及结合所述方法的声波导系统。

发明内容

在一个方面，一种装置，包括由模式来表征的声波导。所述装置还包括多个声学驱动器，每一个由直径来表征。所述声学驱动器安装在所述波导之内，使得至少两个声学驱动器间隔至少直径的距离而安装，并且使得所述声学驱动器向所述波导内进行辐射，从而来自每个声学驱动器的辐射在所述波导中与一个模式相对应的模态函数非零的位置处激励出所述一个模式，并且使得所述一个模式的总激励实质上为零。所述多个声学驱动器可以包括两个声学驱动器，并且所述模态函数在第一声学驱动器的位置处的幅度等于所述模态函数在第二声学驱动器的位置处的幅度，并且其中，所述模态函数在所述第一声学驱动器和所述第二声学驱动器的位置处的值的符号相反。所述多个声学驱动器可以大于两个。所述多个声学驱动器可以安装在所述波导内，并且向所述波导进行辐射，使得来自每个声学驱动器的辐射在所述波导中与另一模式相对应的模态函数非零的位置处激励出所述另一模式，并且使得所述另一模式的总激励实质上为零。所述声波导可以是开放-封闭声波导；并且所述声学驱动器可以按照以下公式来定位：

{MF}_{\frac{nλ}{4}} = \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{1}) + \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{2}) + \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{3}) . . . + \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{a}) = 0,

其中n是奇数3、5、7...，a是声学驱动器的数目，l是波导的有效长度，并且x₁...x_a指示距波导的开放端的比例距离。所述声波导可以是开放-开放声波导，并且所述声学驱动器可以按照以下公式来定位：

其中n是大于1的整数，a是声学驱动器的数目，l是从一端测量的波导的有效长度，并且x₁...x_a指示距波导一端的比例距离。所述装置还可以包括：用于向每个声学驱动器传输音频信号的电路，包括用于向传输至至少两个声学驱动器的音频信号应用不同增益的电路。所述电路可以向多个声学驱动器传输共同的音频信号。所述声波导可以是开放-封闭波导，并且可以按照以下公式来放置所述声学驱动器以及选择增益：

{MF}_{\frac{nλ}{4}} = G_{1} \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{1}) + G_{2} \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{2}) + G_{3} \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{3}) . . . + G_{a} \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{a}),

其中n是奇数3、5、7...，a是声学驱动器的数目，l是波导的有效长度，x₁...x_a指示距波导的开放端的比例距离，并且G是应用于相应声学驱动器的增益。所述声波导可以是开放-开放波导，并且其中可以按照以下公式来放置所述声学驱动器以及选择增益：

{MF}_{\frac{nλ}{2}} = G_{1} \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{1}) + G_{2} \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{2}) + G_{3} \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{3}) . . . + G_{a} \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{a}),

其中n是大于1的整数，a是声学驱动器的数目，l是从一端测量的波导的有效长度，x₁...x_a指示距波导一端的比例距离，并且G是应用于相应声学驱动器的增益。波导可以是圆锥波导，并且对于每个模式，所述声学驱动器可以按照以下公式来定位：

{MF}_{n} = \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} +

\frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)} +

. . . \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d)} = 0,

其中L表示波导的有效长度，f_n表示对应于该模式的频率，A_o表示开放端处的截面面积，A_c表示封闭端处的截面面积，x表示距开放端的比例距离，d由

给出，并且a是声学驱动器的数目。

在另一方面，一种用于操作声波导的方法，包括：由多个声学驱动器，在与一个模式相对应的模态函数为非零的位置处，向声波导内进行辐射，并且使得所述一个模式的总激励实质为零，其中至少两个所述声学驱动器间隔大于直径而放置。所述辐射可以包括由所述多个声学驱动器在所述波导中与另一模式对应的模态函数为非零的位置处进行辐射，并且使得所述另一模式的总激励实质为零。所述波导可以是开放-封闭波导，并且所述辐射可以包括在按照以下公式的位置处向所述波导中进行辐射：

{MF}_{\frac{nλ}{4}} = \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{1}) + \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{2}) + \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{3}) . . . + \sin (\frac{nπ}{4 l} x_{a}) = 0,

其中n是大于1的奇整数，表示未被激励出的模式，a是声学驱动器的数目，l是从开放端测量的波导的有效长度，并且x₁...x_a指示沿波导的比例位置。所述波导是开放-开放声波导，并且其中所述辐射包括在按照以下公式的位置处向所述波导中进行辐射：

{MF}_{\frac{nλ}{2}} = \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{1}) + \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{2}) + \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{3}) . . . + \sin (\frac{nπ}{2 l} x_{a}) = 0,

其中n是大于1的整数，a是声学驱动器的数目，l是从一端测量的波导的有效长度，并且x₁...x_a指示沿波导的比例位置。所述方法还可以包括：为每个声学驱动器提供音频信号，以及对去往至少两个所述声学驱动器的音频信号应用不同增益。所述波导可以是圆锥波导，并且对于每个模式，所述辐射可以包括在按照以下公式的位置处向所述波导中进行辐射：

{MF}_{n} = \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} +

\frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)} +

. . . \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d)} = 0,

其中L表示波导的有效长度，f_n表示对应于该模式的频率，A_o表示开放端处的截面面积，A_c表示封闭端处的截面面积，x表示距封闭端的比例距离，d由给出，并且a是声学驱动器的数目。

在另一方面，一种声学设备，包括：具有两个开放端的第一声波导；第二声波导；以及具有第一辐射面和第二辐射面的声学驱动器，所述声学驱动器可以定位为使得第一辐射面向第一波导中进行辐射，而第二辐射面向第二波导中进行辐射。第一波导的两个开放端具有共同的出口。第一波导可以环绕第二波导。所述声学驱动器还可以包括具有第一辐射面和第二辐射面的第二声学驱动器，所述第二声学驱动器可以定位为使得第一辐射面向第一波导中辐射声能。所述第二声学驱动器可以定位为使得第二声学驱动器的第二辐射面向第二波导中进行辐射。所述第二声学驱动器可以定位为使得第二声学驱动器的第二辐射面向第三波导中进行辐射。

在另一实施方式中，一种声学设备，包括：声学驱动器，以及具有两个开放端的声波导。所述两个开放端可以共享共同的出口。所述声学设备还可以包括具有两个辐射面的声学驱动器，所述声学驱动器定位为使得一个辐射面向波导中进行辐射，并且使得第二辐射面向第二声波导中进行辐射。所述声波导可以环绕第二声波导。所述声波导可以环绕第三声波导。第二声波导和第三声波导可以共享相同的开口。

在另一方面，一种声学结构，包括：挤压部件，其形成第一封闭声道，以及开放声道；第一端板(endplate)；第二端板；以及背板，其中所述第一端板和第二端板可以附接至所述挤压部件，以形成波导。所述挤压部件可以形成第二封闭声道，并且所述结构还可以包括第三端板和第四端板。所述第三端板和第四端板可以附接至所述挤压部件以形成第二波导。

在另一方面，一种用于形成声波导的方法，可以包括：挤压部件，以形成第一封闭声道和开放声道；将声学驱动器安装在挤压的部件上；以及附接第一对端板以及背板，以形成声波导。所述挤压还可以包括挤压所述部件以形成第二封闭声道，以及附接第二对端板以形成第二波导。

通过结合附图阅读下文详细描述，其他特征、目的和优点将变得易见。

附图说明

图1A和图1B是波导结构的示意图；

图1C-图1E是图1A或图1B或二者的波导的声学方面的计算机仿真；

图2A-图2C、图3、图4和图5A是波导系统的示意图，以及示出相应波导系统的一个或多个声学驱动器相对于一个或多个模态函数的放置的关联图示；

图5B和图5C是对图5A的波导的声学方面的计算机仿真；

图6是一个波导系统的示意图，以及示出相应波导系统的声学驱动器相对于模态函数的放置的关联示意图；

图7A是体现某些声学驱动器放置原理并且包括某些附加元件的一个波导系统的示意图；

图7B是图7A的波导系统的声学方面的计算机仿真；

图8A是包括某些附加元件的图7A的波导系统的示意图；

图8B是图8A的波导系统的声学方面的计算机仿真；

图9是图8A的波导系统的实现的示意图；以及

图10和图11是包含图9的波导系统的实际扬声器的视图。

具体实施方式

图1A示出了一个声波导系统10A。声学驱动器(换能器)12安装在具有两个开放端16和18的声波导14A中(此后，具有两个开放端的波导将称为“开放-开放波导”)。声学驱动器可以放置在沿波导的其他位置。声学驱动器直接向环境进行辐射，并且还向波导中辐射声能。辐射到波导14A中的声能通过开放端16和18被辐射到环境中。由声波导系统向环境辐射的总声能是由声学驱动器直接向环境辐射的声能与由波导的开放端向环境辐射的声能之和。

图1B示出了一个声波导系统10B。声学驱动器12安装在具有一个开放端20和封闭端22的声波导14B中(此后，具有一个开放端和一个封闭端的波导将称为“开放-封闭波导”)。声学驱动器可以放置在沿波导的其他位置，或者其可以替代波导的部分或全部封闭端22。声学驱动器直接向环境辐射能量，并且还向波导中辐射声能。辐射到波导14B中的声能通过开放端20被辐射到环境中。由声波导系统向环境辐射的总声能是由声学驱动器直接向环境辐射的声能与由波导的开放端向环境辐射的声能之和。

波导的有效声学长度可以不同于波导的物理长度。波导的长度可以是物理长度或者可以是等效的有效声学长度，包括端效应修正。

声波导由“模式”来表征。模式由“模态函数”来描述，这将在下文讨论。开放-封闭波导的模式发生在

(此后称为模态频率)，其中n是正整数，c是声音在空气中的速度(为本说明书的目的，其是常数)，并且L是波导的有效长度，包括端效应。开放-开放波导的模式发生于

(此后称为模态频率)，其中c是声音在空气中的速度(为本说明书的目的，其是常数)，n是正整数，并且L是波导的有效长度，包括端效应。模式是通过驻波来表征的，其在波导的封闭端具有最大压力，或称波腹；而在波导的开放端处或附近具有最小压力，或称波节。通常，当声学驱动器在声学上耦合至波导时，来自声学驱动器的辐射激励出波导的模式。在沿波导的特定位置处一个或多个声学驱动器的声学耦合将影响每个模式的激励的量，这将在下文描述。

图1C示出了来自波导端20的辐射与来自声学驱动器12的辐射之间的相位差的曲线30。图1D示出了波导的开放端20的输出的dBSPL(声压水平)的曲线31A，以及来自声学驱动器的直接辐射的dB SPL的曲线31B。图1E示出了声波导的开放端20的和声学驱动器12的组合输出的幅度的曲线33。输出峰值(例如，25和27)出现在模态频率处，而输出谷值(例如，26和28)出现在波导开放端的输出与声学驱动器的输出异相(180度，540度)并且具有近似相等幅度的频率处。

峰值和谷值在声学上是不期望的，并且期望通过消除峰值和谷值从而提供平坦的频率响应曲线来平滑频率响应。消除从同相到异相以及从异相到同相的转变的一种方式是：在开放-封闭波导中，避免激励发生在频率

(其中n是大于1的整数，c是声速，并且L是波导的长度)处的模式。特别期望最小化n为2或者3处的模式，因为这些波长具有多数波导系统的操作的有用范围内的相应频率。

避免激励频率

处的模式的一种方法是：将声学驱动器放置在波导中模态函数的值(其描述了声压在特定模态频率

处的空间分布)近似为零的位置处。在图2A中，声学驱动器12位于开放-封闭波导14B中的如下位置，在该位置处，由曲线29代表的n＝2模态频率(其是

)处的模态函数的值近似为零。

如果一个声学驱动器没有提供足够的输出，则可以将单个声学驱动器替换为两个或者更多声学驱动器，其尽可能靠近地放置，使声学驱动器的声学中心位于波导中模态函数的值近似为零的位置处。例如，图2B和图2C分别示出两个和三个声学驱动器(分别为12A、12B，以及12A、12B、12C)，其尽可能靠近地放置，使声学驱动器的声学中心位于模态函数的值近似为零的位置。

在需要不止一个声学驱动器来提供足够声学输出的情况下，将声学驱动器彼此靠近放置可能是不方便的。无需将声学驱动器彼此靠近放置的、控制模式激活的另一方式是：将两个声学驱动器隔开定位，例如使得两个声学驱动器的周长(perimeter)之间的距离大于声学驱动器的直径，位于沿波导的位置，使得两个声学驱动器在所述位置处与特定的一个或多个模式相对应的模态函数的幅度(绝对值)相等，但是符号相反。所述一个或多个模式的总激励是声学驱动器在所述位置处的模态函数之和，其在这本例中为零，这归因于模态函数的相等幅度、相反符号的值。

例如，在图3中，声学驱动器12A和12B位于开放-封闭波导中的如下位置，在所述位置处，频率

处(也即，n＝2的模式)的模态函数的值具有近似相同的幅度，但是相反的符号。如果声学驱动器是间隔开的，例如，间隔距离大于声学驱动器的直径，则可以这样放置声学驱动器，使得与不止一个

频率相对应的模态函数的值具有实质上相等的幅度、但是相反的符号。例如，在图4的布置中，声学驱动器12A和12B位于这样的位置，使得来自声学驱动器的辐射在如下位置进入波导，在所述位置处，与频率

对应的模态函数具有近似相等的幅度但是相反的符号，并且与频率

对应的模态函数的值具有近似相等的幅度但是相反的符号。因此，利用声学驱动器的这种空间布置，n＝2和n＝3模式没有被激励出来，从而避免了相应模态频率的峰值，并且避免了这些模态频率处或附近的相位改变。

将模态函数驱动为零的其他方法不需要声学驱动器对具有相等的幅度和相反的符号，而是具有幅度和符号的其他组合，其和为零。

开放-封闭波导中的模态函数表达为：

其中n是奇数3、5、7...，a是声学驱动器的数目，l是从开放端测量的波导的有效长度。值x₁...x_a表示从波导的开放端沿波导的比例距离；例如x₁＝.32l表示声学驱动器应当放置在从波导的开放端起的0.32l处。继而可以选择a的值(例如，基于声学输出需求或者未激励出的模式的数目)，并且例如可以通过计算机仿真在数学上计算或者选择x₁...x_a的值，以最小化模态函数的值，并且优选地将模态函数的值驱动为零。可能难以甚至在数学上不可能将模态函数的值驱动为零；然而，通过推导将表达式近似驱动为零的x值可以取得有益的效果。对于开放-开放波导来说，模态函数表达为：

其中n是大于1的整数，a是声学驱动器的数目，并且l是波导的有效长度。值x₁...x_a表示从波导的一端沿波导的比例距离；例如x₁＝.32l表示声学驱动器应当放置在从波导的一端0.32l处。继而可以选择a的值，并且例如可以通过计算机仿真在数学上计算或者选择x₁...x_a的值，以最小化模态函数的值，并且优选地将模态函数的值驱动为零。可能难以甚至在数学上不可能将模态函数的值驱动为零；然而，通过推导将表达式近似驱动为零的x值可以取得有益的效果。

图5A中示出了将模态函数驱动为零的一种方法。在图5A的示例中，定位四个声学驱动器12A、12B、12C和12D，使得与频率对应的模态函数的值近似为零，使得与频率

对应的模态函数的值近似为零，使得与频率

时应的模态函数的值近似为零，并且使得与频率

对应的模态函数的值近似为零。

这里给出的公式假设：声学驱动器是声学辐射的点声源。在实践实现中，声学驱动器具有的辐射面具有有限维度，并且并非在所有频率处都充当点声源。然而，如果声学驱动器的辐射面的某些部分定位在波导的所描述位置，则可以获得模式激励的有益降低，并由此降低输出峰值和谷值的效应。例如，如果声学驱动器具有直径为10cm(半径5cm)的圆形辐射面，并且声学驱动器的指示位置距离波导的一端是0.32l，其中l＝1.7m＝170cm从而0.32l＝54.4cm，如果辐射面的中心在距波导一端53.9cm与54.9cm之间，使得声学驱动器的辐射面的某些部分定位在距波导一端54.4cm处，则存在有关降低输出峰值和谷值的有益效果。

图5B是图5A布置的一米处的dB SPL的图32。在约40Hz到约550Hz的范围内(几乎4个八音度的范围)没有明显的谷值或者峰值。可以通过至少两种方法来利用这一宽范围。一种方法是将低音模块的范围扩展到通常由中音或者高音扩音器辐射的频率中。另一方法是将低音模块的范围向下扩展，以便将低音提供至低于其他低音模块所能提供的频率。

图5C示出：在非常宽的频率范围上，除了某些小偏离之外，声学驱动器的辐射与波导出口之间的相位差34为零(或者零的等效值，例如360度、720度等)。

通过将声学驱动器放置在之前示出的模态函数的幅度不相等的位置，可以提高在开放-封闭波导中放置两个声学驱动器的灵活性。在先前讨论的系统中，应用于两个声学驱动器的电增益被假设为相等。通过为提供给声学驱动器12A和12B的信号指派模态频率处的增益G₁和G₂，模态函数的形式如下：

以及

图6示出了类似于图3配置的配置，但是声学驱动器位于使得带增益模态函数等于零的位置。图6还示出了带增益的n＝2模态函数的两个项，G₁＝1(曲线90)以及G₂＝1.5(曲线92)。应用增益G₂的声学驱动器位置处的模态函数(等同于曲线90)的幅度94小于应用增益G₁的声学驱动器位置处的模态函数的幅度96。然而，因为增益G₂大于G₁，因此应用增益G₂的声学驱动器位置处的带增益模态函数的幅度98等于应用增益G₁的声学驱动器位置处的带增益模态函数的幅度96。由于符号是相反的，因此n＝2模式的净激励近似为零。如果需要，每个驱动器的G_a在每个模态频率处可以不同。通过针对开放-封闭波导的每个模式n使用以下通用模态函数公式，可以将该方法扩展到任意数目的带有不同增益的声学驱动器：

类似地，针对其声学驱动器具有不同增益的开放-开放波导的模态函数的形式如下：

在进一步细化中，可以将声学驱动器的敏感程度考虑在内。

确定声学驱动器的放置不限于具有描述已知模态频率处压力分布的已知模态函数的声波导或系统。模态频率和模态函数可以使用建模技术(诸如，集总元建模、有限元建模以及其他)来找到，或者可以根据经验来找到。一旦通过建模或者其他技术找到了模态函数(通常表达为压力分布查找表)，便可以使用上文描述的技术来定位声学驱动器。

可以将避免激励模式的原理扩展到圆锥波导，这是通过首先找到模态频率f_n来实现的，该频率f_n是满足以下公式的频率：

其中c是声速，A_c是(较大)封闭端处的波导面积，A_o是(较小)开放端处的波导面积，并且L是有效波导长度。对于锥形波导而言，对于每个声学驱动器，第n个模态频率处的模态函数表达为：

其中x表示0到L之间的比例位置，并且d由

给出。对于两个声学驱动器，一个在x₁处，一个在x₂处，表达式如下：

{MF}_{n} = \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} + \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)} +

\tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)},

其中x₁和x₂表示距开放端的比例位置，并且d由

给出。例如，如果对于2∶1锥形波导

位于0.491l和0.911l处的两个声学驱动器最小化第n个模式的激励。对于每个模式，公式可以更一般地表达为：

{MF}_{n} = \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{1} + d)} +

\frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{2} + d)} +

. . . \frac{\sin (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d)} + \tan \frac{(\frac{2 π}{c} f_{n} L)}{\sqrt{\frac{A_{c}}{A_{o}}} - 1} \frac{\cos (\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d))}{\frac{2 π}{c} f_{n} (x_{a} + d)},

其中a是驱动器的数目。该方法可以按照上文列出的类似方式扩展为包含最多4个声学驱动器和4个模式，或者更多。

图7A示出了上文描述原理的波导系统实施方式，其具有添加的特征。安装声学驱动器12A、12B、12C和12D，使其在图中指出的位置向开放-开放波导14中进行辐射。波导14具有开放端16和18。波导14具有两个部分，其在点37和39处突然变细。突然变细降低了波导的n＝1模式调谐频率。图7B中一米处的dB SPL的仿真图36示出：从60Hz到大约480Hz，由波导系统辐射的SPL实质上是平坦的(除了模态函数被少量激励的模态频率处的某些小偏离)。

图8A示出了图7A的组装，其具有附加的特征和一个提到的实施方式的维度。取代直接向环境进行辐射，声学驱动器12A和12B向开放-封闭波导38中进行辐射。声学驱动器12C和12D向开放-封闭波导40中进行辐射。开放-封闭波导38和40共享共同的出口42。图8B示出了图8A的组装一米处的dB SPL。图8B的图44示出了在大约220Hz处的衰落(roll off)，在模态函数被少量激励的频率处存在某些小的扰动。该衰落在实际的扬声器中是有益的，因为其简化了跨交网络的设计，并且因为其简化了均衡电路的设计。通过美国专利6,278,789中描述的方法，可以显著降低在高频处导致非零模态函数值的驱动器位置所引起的高频峰值46和48。

图9示出了图8A的实施方式的实现。波导14是合拢的，使其包波导38和40，并且使两个开放端16和18共享共同的出口50。定向(波导38和40的)共同出口42，使得开口与页面垂直。

图10示出了按照图9的实现的实际扬声器，其中参考标号代表之前附图中相应元件的物理实现。声学驱动器52是高频声学驱动器，其为波导系统提供高频辐射，此前未对其进行描述。波导结构可以包括挤压部分54、背面板56以及端板(此视图中未示出)。

图11示出了实现图10的扬声器的结构元件的结构。波导14、38和40包括挤压部分54，例如铝。挤压部分54定义开放声道68以及封闭声道70和72。声道70没有贯穿挤压部件54的整个长度，而声道72贯穿挤压部件54的整个长度。背面板56可以机械地紧固至挤压部分。开口42和50可以通过机械槽刨而形成在挤压部分54中。端板可以附接至封闭声道72的端，以形成开放-封闭波导38和40。可以在预定的点处在孔中将声学驱动器定位和安装至挤压部分。背板56和端板可以附接至挤压部分以形成波导14。图11的组装允许向挤压部分容易地插入和机械上固定声学驱动器。可以插入吸音材料66，以衰减高频峰值，如上所述。

尽管附图的多个视图的元件已被示出和描述为框图中的离散元件，并且可以称为“电路”(除非另行指出)，但是元件可以实现为以下之一或其组合：模拟电路、数字电路或者执行软件指令的一个或多个微处理器。软件指令可以包括数字信号(DSP)指令。除非另行指出，信号线可以实现为离散的模拟或数字信号线，实现为具有适当信号处理以处理离散音频信号流的单线，或者实现为无线通信系统的元件。某些处理操作可以按照系数的计算和应用来表示。计算和应用系数的等效项可以由其他模拟或数字信号处理技术来执行，并且包括在本专利申请的范围之内。除非另行指出，否则音频信号或视频信号或二者可以按照数字或者模拟模式来编码和传输；传统的数模或者模数转换器可能在图中省略。为简便，措辞“辐射与声道x中的音频信号相对应的声能”称为“辐射声道x”。在本说明书中，“频率”和“波长”可以互换使用，因为

并且其中f是声波的频率，λ是声波的波长，c是声速(为本说明书之目的，其是常数)。因此，例如“100Hz的波长”表示“对应于100Hz频率的波长”，而“波导长度4倍的频率”表示“与波导长度4倍的波长相对应的频率”。除非另行指出，否则图中的曲线是计算机仿真。

其他实施方式在权利要求之中。

Claims

1.一种声学设备，包括：

具有两个开放端的第一声波导；

第二声波导；以及

具有第一辐射面和第二辐射面的声学驱动器，定位所述声学驱动器，使得第一辐射面向所述第一波导中进行辐射，并且第二辐射面向所述第二波导中进行辐射。

2.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第一波导的两个开放端共享共同出口。

3.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第一波导环绕所述第二波导。

4.根据权利要求1所述的声学设备，进一步包括具有第一辐射面和第二辐射面的第二声学驱动器，定位所述第二声学驱动器，使得第一辐射面向所述第一波导中辐射声能。

5.根据权利要求4所述的声学设备，其中定位所述第二声学驱动器，使得所述第二声学驱动器的所述第二辐射面向所述第二波导中进行辐射。

6.根据权利要求4所述的声学设备，其中定位所述第二声学驱动器，使得所述第二声学驱动器的所述第二辐射面向第三波导中进行辐射。

7.一种声学设备，包括具有两个开放端的声波导，其中所述两个开放端共享共同出口。

8.根据权利要求7所述的声学设备，进一步包括：具有两个辐射面的声学驱动器，定位所述声学驱动器，使得一个辐射面向所述波导中进行辐射，并且使得第二辐射面向第二声波导中进行辐射。

9.根据权利要求7所述的声学设备，其中所述声波导环绕第二声波导。

10.根据权利要求9所述的声学设备，其中所述声波导环绕第三声波导。

11.根据权利要求10所述的声学设备，其中所述第二声波导和所述第三声波导共享共同开口。

12.一种声学结构，包括：

挤压部件，其形成第一封闭声道，以及开放声道；

第一端板；

第二端板；以及

背板，其中所述第一端板和所述第二端板可附接至所述挤压部件以形成波导。

13.根据权利要求12所述的声学结构，所述挤压部件形成第二封闭声道，所述结构进一步包括：第三端板和第四端板，其中所述第三端板和所述第四端板可附接至所述挤压部件以形成第二波导。

14.一种用于形成声波导的方法，包括：

挤压部件，以形成第一封闭声道和开放声道；

将声学驱动器安装在挤压的所述部件上；以及

附接第一对端板以及背板，以形成声波导。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述挤压进一步包括：挤压所述部件以形成第二封闭声道；以及

附接第二对端板，以形成第二波导。

16.一种装置，包括：

由模式来表征的声波导；

多个声学驱动器，每一个由直径来表征，所述声学驱动器安装在所述波导之内，使得至少两个所述声学驱动器隔开至少直径的距离而安装，并且使得所述声学驱动器向所述波导内进行辐射，使得来自每个声学驱动器的辐射在所述波导中与一个模式相对应的模态函数为非零的位置处激励出所述一个模式，并且使得所述一个模式的总激励基本上为零。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述多个声学驱动器包括两个声学驱动器，

其中所述模态函数在第一声学驱动器的位置处的幅度等于所述模态函数在第二声学驱动器的位置处的幅度，并且其中，所述模态函数在所述第一声学驱动器和所述第二声学驱动器的位置处的值的符号相反。

18.根据权利要求16所述的装置，其中所述多个大于两个。

19.根据权利要求16所述的装置，其中所述多个声学驱动器安装在所述波导内，并且向所述波导中进行辐射，使得来自每个声学驱动器的辐射在所述波导中与另一模式相对应的模态函数为非零的位置处激励出所述另一模式，并且使得所述另一模式的总激励实质上为零。

20.根据权利要求16所述的装置，其中所述声波导是开放-封闭声波导；以及

其中所述声学驱动器按照以下公式来定位：