一种扩声用相位塞及其设计制造方法技术

一种扩声用相位塞，包括两个以上的环形的声波通道，所述声波通道的截面为指数型截面，各声波通道的输入口和输出口的面积之比相同，形成等传输比特性，声波在各声波通道中的模拟声路径相等，形成等相位特性。采用上述技术方案，采用指数型截面声波通道，降低声波传输过程中的失真，等传输比特性，使得声波通过本相位塞各声波通道后，在出口处形成传输效率相同的等效波阵面，等相位特性，实现声波通道输出的声波全效的耦合叠加。另外，本发明专利技术还公开该相位塞的设计制造方法。

A phase plug for sound reinforcement and its design and manufacturing method

The utility model relates to a phase plug for sound reinforcement, which comprises more than two circular sound channels. The cross section of the sound channel is an exponential cross section. The area ratio of the input port and the output port of each sound channel is the same, forming the equal transmission ratio characteristic. The analog sound path of the sound wave in each sound channel is the same, forming the equal phase characteristic. Using the above technical scheme, the exponential cross-section acoustic channel is adopted to reduce the distortion in the process of acoustic transmission and the characteristics of equal transmission ratio, so that after the acoustic wave passes through each acoustic channel of the phase plug, an equivalent wave array surface with the same transmission efficiency is formed at the exit, and the characteristics of equal phase are used to realize the coupling and superposition of the acoustic wave output from the acoustic channel in full effect. In addition, the invention also discloses a design and manufacturing method of the phase plug.

【技术实现步骤摘要】
一种扩声用相位塞及其设计制造方法
本专利技术涉及扩音设备领域，尤其是一种扩声用相位塞及其设计制造方法。
技术介绍
在专业扩声应用中，为了提高声压级SPL（音量的声学单位）通常采用号角结构（见图）。号角可使驱动器前负载的辐射阻增加，从而显著提高扩声的效率，使声压级大幅提升。但与此同时，也常常引起声干涉，导致失真效应，使扩声音质大幅降低。为了解决这一问题，常用的方法是加相位塞结构，以减少号角内的声干涉，改善音质。根据号角式扬声器已知的相关理论，我们可以将号角扬声器设计技术总结为：一个中心，三个基本点。一个中心——降低失真率（THD）。因为失真直接破坏扩声的音质，影响扩声的效果。三个基本点，也可以理解为优化设计的三个方向。如图1所示，1、扩声效率——取决于号角的压缩比，通常用振膜与喉口的面积比表示：S振膜/S喉口2、下限截止频率f下——f下主要取决于号角的长度（L）。但长度L过长，会使失真THD加大。且导致外形尺寸过大，运输困难。因此f下的可优化的空间有限。3、有效重放上限频率f上——f下～f上构成号角扬声器的有效工作带宽。f上取决于相位塞的结构。f上越高，则有效的工作带宽越宽。因此，f上将是号角优化设计的主攻方向。现有的相位塞，存在以下问题：第一，相位塞采用外压式，该结构虽然可改善中频干涉，但无法解决中频驱动器的高频延展问题，使号角中频的频宽较窄，可用频率范围受限。频率范围通常为300Hz-1.5kHz；通常，防尘帽下的“前腔体”在中频振膜上下振动时，其前腔区的空气将被压缩释放，形成“气垫”效应，这将影响振膜的振动特性，形成非线性振动，从而引起非线性失真；通常，扩声应用中，需要较高的声压级，以便使声音传输更远，扩大扩声覆盖范围，这将导致输入功率加大，因而中频单元承受功率也随之加大。这将导致音圈温度迅速提高，如不能有效散热，将使音圈过热“烧毁”。第二，声波通道采用平行管型，直线型，抛物线型等，传输失真高。第三，各声波通道的输入口面积和输出口面积之比不同，不能使使各通道实现等效率传输。第四，声波在各声波通道的传输时间不同，即两个或多个声波不能同时触发、同时到达，不能实现声波的全效的耦合叠加，因相位差形成局部干涉或抵消。综上所述，需要改进。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种能有效解决上述问题的一种扩声用相位塞及其设计制造方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种扩声用相位塞，包括两个以上的环形的声波通道，所述声波通道的截面为指数型截面，各声波通道的输入口和输出口的面积之比相同，声波在各声波通道中的相位相等。采用上述技术方案，声波通道的截面为指数型截面，声波沿指数型管道传输扩散，相比于平行管，直线型，抛物线型等，传输失真最低。各声波通道的输入口和输出口的面积之比相同，形成等传输比特性，这将使声波通过本相位塞各声波通道后，在出口处形成传输效率相同的等效波阵面。声波在各声波通道中的相位相等，即模拟声路径相等，因为声速为一常数，要实现相位相等，即模拟声路径要相等，则可实现声波传输时间相等，即等相位，相当于同步效应。即两个或多个声波同时触发、同时到达。理论上，等相位是构成声波全效耦合的必要条件。即：只有相同相位特性的声波，才能实现全效的耦合叠加，否则，则会因相位差形成局部干涉或抵消。进一步的，所述声波通道的截面包括靠近相位塞中心的截面线qi和靠近相位塞外侧的指数型截面曲线yi，i指由相位塞中心到外侧的第i个声波通道。进一步的，指数型截面曲线yi的函数公式为yi=ax，其中a为常数且大于1。每个声波通道必须遵循同一个y=ax的指数模型，以确保每一个通道的声波传输特性一致。这将有效的降低声波在各声波通道出口处的耦合失真。进一步的，声波在声波通道中的模拟声路径di=qi+ci，其中，所述相位塞的输入端为锥形曲面，所述锥形曲面在声波通道的截面曲线为c，Ei为qi与c的交点，ci为Ei和E1两点在截面曲线c上的路径长度。此处给出了声波在每个声波通道中的模拟声路径，因为声音传播速度是常数，所以只用每个声波通道中的模拟声路径距离相等，则可实现声波的等相位，此处将抽象的理论具体化，为声波的等相位提供了具体的实现方式。进一步的，E1为振膜的模拟声源点。驱动器作为声源，其理论声源点位于音圈的物理中心点。本相位塞输入端设有锥形曲面，其与驱动器振膜的相匹配，假设音圈及其骨架为刚体，则E1即为振膜的模拟声源点。进一步的，Si/si=b，Si为第i个声波通道的输出口面积，si为第i个声波通道的输入口面积，b为常数。若设有3个声波通道，依据等传输比原则，三个声波通道输入口和输出口的面积之比相同，则3个通道的传输比相等，则S1/s1=S2/s2=S3/s3。进一步的，所述相位塞包括锥形曲面的输入端和设在输入端中间位置的植入体，植入体的外径与中频驱动器的内径匹配，所述相位塞通过植入体植入到中频驱动器中，所述锥形曲面与中频驱动器的振膜匹配。采用植入式设计，有以下优点，第一，锥形整膜驱动器，其高频发声区域，集中在中心部位，通过植入式结构设计，可获得更多的高频响应，有效扩展频率上限f上，从而使号角的有效工作带宽加大。第二，可使振膜的活塞振动顺性最佳。避免了外压式，因凸帽内的气垫作用，而引起的非线性失真。第三，植入式可使音圈通过与植入部分形成环形通道，与外界相通。工作中，通过活塞振动，形成对流式散热。可有效降低因温升引起热损耗和过热损毁。提升系统的工作效率和可靠性。一种扩音用相位塞的设计制造方法，借助计算机CAD辅助制图软件，使相位塞上的各环形声波通道同时满足下列条件：（1）同一指数模型：声波通道的截面为指数型截面且各声波通道的指数型函数的常数a相等；（2）等相位：声波在各声波通道中的模拟声路径相等；（3）等传输比：各声波通道的输入口和输出口的面积之比相同；具体应用在设计制造中，包括下列步骤：S1：根据号角扬声器的技术要求和设计目标，确定相关参数；S1-1：参考驱动器的频响范围，结合号角扬声器的目标工作带宽f下~f上，确定号角的长度范围；S1-2：参考驱动器的灵敏度和功率，结合目标最大声压级，可计算出压缩比的范围；S1-3：由压缩比=振膜面积/喉口面积，可计算出相位塞出口（即喉口）的直径；S2：根据等效声路径模拟算法，借助计算机CAD辅助制图软件，在同时满足、等模拟声路径、等传输比以及同一指数模型三个条件下，即可确定相位塞的结构模型及相关尺寸。进一步的，在上述步骤基础上，还包括下列步骤：S3：以3D打印技术，制作出相位塞模型，匹配驱动器，过障板测试法，借助声学测试软件，分别测量各个通道的相位响应，经过反复修正相关尺寸的偏差值，最终使各通道的相位曲线趋近重合，相位曲线重合即说明相位相等，即可最终确定相位塞的精确尺寸和结构；S4：装配相应的号角，测试相关参数与设计目标参数对比，以环形垫片调节振膜和相位塞之间间隙，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扩声用相位塞，其特征在于：包括两个以上的环形的声波通道，所述声波通道的截面为指数型截面，各声波通道的输入口和输出口的面积之比相同，声波在各声波通道中的相位相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种扩声用相位塞，其特征在于：包括两个以上的环形的声波通道，所述声波通道的截面为指数型截面，各声波通道的输入口和输出口的面积之比相同，声波在各声波通道中的相位相等。


2.根据权利要求1所述的扩声用相位塞，其特征在于：所述声波通道的截面包括靠近相位塞中心的截面线qi和靠近相位塞外侧的指数型截面曲线yi，i指由相位塞中心到外侧的第i个声波通道。


3.根据权利要求2所述的扩声用相位塞，其特征在于：指数型截面曲线yi的函数公式为yi=ax，其中a为常数且大于1。


4.根据权利要求2所述的扩声用相位塞，其特征在于：声波在声波通道中的模拟声路径di=qi+ci，其中，所述相位塞的输入端为锥形曲面，所述锥形曲面在声波通道的截面曲线为c，Ei为qi与c的交点，ci为Ei和E1两点在截面曲线c上的路径长度。


5.根据权利要求4所述的扩声用相位塞，其特征在于：E1为振膜的模拟声源点。


6.根据权利要求2所述的扩声用相位塞，其特征在于：Si/si=b，Si为第i个声波通道的输出口面积，si为第i个声波通道的输入口面积，b为常数。


7.根据权利要求1所述的扩声用相位塞，其特征在于：所述相位塞包括锥形曲面的输入端和设在输入端中间位置的植入体，植入体的外径与中频驱动器的内径匹配，所述相位塞通过植入体植入到中频驱动器中，所述锥形曲面与中频驱动器的振膜匹配。


8.一种扩音用相位塞的设计制造方法，其特征在于：借助计算机CAD辅助制图软件，使相位塞上的各环形声波通道同时满足下列条件：
（1）同一指数模型：声波通道的截面为指数型截面且各声波通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥奎，
申请(专利权)人：张祥奎，
类型：发明
国别省市：广东;44