[發明專利]用于產生分散聲波的設備

有效

• 申請號: 200710196517.2
• 申請日: 2007-11-28
• 公開（公告）號: CN101193458A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發明（設計）人: 里夫·卡爾森
• 申請（專利權）人: 里夫·卡爾森
• 主分類號: H04R1/32
• 分類號: H04R1/32;H04R19/01;G01S5/22
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 謝靜;楊勇

技術領域

本發明涉及一種用于產生分散聲波的設備。

在諸如揚聲器或位置檢測器等需要有大分散角的聲波的應用中，這種設備是有用的。本發明對確定房間內移動點的位置是特別有用的。

本發明還涉及一種用于確定房間內的位置的裝置，包括一種根據本發明的用于產生分散聲波的設備。

背景技術

聲波例如可以由一個點聲源或一個平面聲源來產生。一個點聲源朝所有方向均勻地輻射聲波。該聲音將球狀地傳播開。聲波在離開聲源的某一距離處的效應，即聲壓水平，將取決于該球形的表面積、離開聲源的距離以及聲源的頻率。由于在增加聲源表面積方面很困難，所以離開點聲源的一遠距離處的聲波效應將相對地弱。遠距離意指在3-10米的量級內。然而，一些應用中要求在離開聲源一遠距離處具有高效應的聲波。為了增加點聲源的面積，必須增加發射器的體積。這將導致制造上的問題。如果體積增加，那么將出現的又一問題是發射器的瞬變時間增加。

一個相對于其聲音的波長來說具有很大面積的平面聲源產生具有一個基本為平面波前的聲波，這意指聲波主要分布在一個方向上。對于一個平面聲源，假設不存在聲學能量損失，該聲音的強度水平將與離該聲源的距離無關。因此，在房間內一個點處的效應將只取決于聲源的表面積。一個相對于其聲音的波長來說具有很大面積的平面聲源的示例是靜電換能器。例如，一個單端的靜電換能器包括兩個導電層，這兩個導電層也被表示成膜片(diaphragm)；一個靜止膜片，以及一個被配置成可相對于靜止膜片移動的可移動膜片。該靜電換能器還包括一個電源，該電源將一可變交流電壓施加到靜止膜片和可移動膜片上，以由于作用在這些層之間的靜電力變化而激發可移動膜片中的振動，借以使其發揮揚聲器的作用。例如，在US7,095,864中公開了這樣的靜電換能器。在房間內一個點處的效應將取決于膜片的表面積，該表面積是易于增加的。與壓電發射器相比，靜電換能器的優點是它快許多，并且具有一個大得多的頻率范圍。由于靜電換能器較快，因而它也具有一個較短的瞬變時間。

在一些應用中，希望可以在離開聲源一遠距離處的測量面積中的每個點內產生諸如至少為0.2Pa的大聲壓水平的、高度分散的、分散超過140°的聲波。這種應用的一個示例是具有超聲波發送器的位置檢測系統。US5280457公開了一種用于在一個m維度的坐標系統上確定感興趣的移動點的位置的系統。該系統包括一個安裝在感興趣的點上的超聲波發送器，以及多個靜止的超聲波接收器，該數目至少為m+2，以及用于處理接收到的信號以及計算感興趣的點的位置的控制裝置。這種應用中通常用到的超聲波發送器是壓電發送器。壓電發送器通常以其共振頻率發送。具有35kHz以上的共振頻率的壓電發送器的分散角最大值為110°。

相應地，希望增加靜電換能器的分散角。還希望在分散角內的所有方向上都具有幾乎相同的強度。近幾年已提出很多解決該問題的方案。一個方案是對換能器提供一個曲面膜片。又一個方案是在設計多揚聲器系統時使用交叉網絡。經常采用線性陣列的揚聲器來提供增強的方向性。又一個方案是使用帶狀的平板揚聲器。該平板揚聲器由多個獨立的窄條狀的聲音輻射區域組成。每個帶可以被獨立地驅動以使平板輻射模式可以被調整以及使其可在音頻應用中用作方向可控的聲源。對一系列電極鈴配以延遲線，從而每個鈴在前一鈴聲后的一瞬間即對電流中的變化作出響應，在膜片中產生類似于池塘中的漣波的移動。

當前所示方案所存在的問題是它們在豎直平面內的分散度比水平平面內的分散度低，以及由于聲源的位置沒有很好地限定，所以它們不適合用于確定房間內一個點的位置。

因此，在高頻下難以產生具有高的聲壓水平的以及在豎直平面和水平平面內都具有大分散度的聲波信號。聲壓水平和聲音分散量都取決于聲源的面積。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種可以在離開聲源一遠距離處產生具有大聲壓水平的并且在豎直平面和水平平面都具有高分散度的聲波的設備。

該目的通過權利要求1所限定的設備來實現。

這種設備包括一個具有拋物面狀表面的散射單元，其中聲波產生器和散射單元被布置成使產生的聲波在所述拋物面狀表面反射。該設備還包括一個開口，該開口被布置成使反射的聲波可以離開該設備而分布到周圍。為了實現高反射以及由此的低損耗，散射單元應該由具有高的聲學阻抗的材料制成，這意指與聲音在空氣中的速度相比，聲音在該種材料中的速度將是很大的。合適的材料的示例是金屬以及緊密木材。