反射型空气声号筒

摘要

本发明提供了一种反射型空气声号筒，包括：拢声侧壁、主反射部、管状号筒、导向板和反向器；在圆桶状拢声侧壁一端开口的边缘与圆形的主反射部的外边缘相接合；主反射部内表面呈抛物线型，抛物面的焦点在一个平面内形成环焦；管状号筒的一端与主反射部相接合，靠近另一端的外壁上设置有圆环状的导向板；反向器的内部且在底部设有尖劈，反向器以所述尖劈朝向主反射部方向安装。所述拢声侧壁、主反射部、管状号筒、导向板和反向器同轴配置。本发明能够加强气流调制式声源产生的脉动气流与空气的相互作用，使气流和声波依次经反向器及主反射部进行反射，最后以平行于主反射部轴线的方向出射，提高声波指向性、提高拢声效果以及提高声波发射效率。

权利要求

1.一种反射型空气声号筒，其特征在于，包括：拢声侧壁、主反射部、管状号筒、导向板和反向器，上述构件同轴配置；

所述拢声侧壁为圆筒形，在所述拢声侧壁一端开口的边缘与圆形的主反射部的外边缘相接合；

在所述主反射部内表面呈环焦抛物线面，中心处设置有安装部，通过安装部使所述管状号筒的一端与所述主反射部相接合，且所述管状号筒的中心轴与所述拢声侧壁的中心轴重合，所述管状号筒的另一端的外壁上设置有圆环状的导向板；

所述主反射部的底端中心为原点，朝向所述拢声侧壁的方向为坐标系Y轴正向，与Y轴正交的任意方向为坐标系X轴正向，则在坐标系XY平面上，所述主反射部的抛物面通过下式进行表示：其中，x和y分别为坐标系XY平面中X轴和Y轴上任意一点，rexit大于或等于0.15m且小于或等于0.25m，a大于或等于0.25且小于或等于0.5；

所述反向器为水杯状的圆柱体，所述反向器的内部且在底部设有尖劈，所述反向器的开口倒扣在所述管状号筒的另一端，并将所述导向板包裹在反向器内部，且所述反向器的中心轴与所述拢声侧壁的中心轴重合；

所述反向器的侧壁上设置通孔，螺栓通过所述通孔与所述管状号筒相互固定连接；

所述管状号筒为指数型号筒；

所述管状号筒与所述主反射部相连接的开口的中心为原点，沿所述管状号筒的中心轴朝向且所述管状号筒另一端的开口方向为坐标系Y轴正向，原点所在开口的面积为A0，所述管状号筒的正交于坐标系Y轴的任意截面的面积为A，则所述管状号筒通过下式进行表示：A＝A0eδy

其中，y为坐标系XY平面中Y轴上任一点，为e为自然常数，δ大于或等于0.6且小于或等于1.5。

2.根据权利要求1所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述主反射部为抛物面，抛物面的焦点在一个平面内形成环焦，焦点环位于反向器出口流道中心。

3.根据权利要求1所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述主反射部的底端部的中心设有旋转对称构造的安装部。

4.根据权利要求3所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述安装部为圆板状。

5.根据权利要求1所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述拢声侧壁的外表面设有横竖交叉的加强肋。

6.根据权利要求1所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述管状号筒与所述主反射部相连接的开口的直径小于所述管状号筒与所述反向器相连接的开口的直径。

7.根据权利要求1所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述反向器的内表面为光滑的曲面，在底部中心设有朝向主反射部一侧突出的尖劈，尖劈的尖点与管状号筒的中心轴重合。

8.根据权利要求1所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述反向器的内表面包含一次反射段，该一次反射段的起点为所述反向器的尖劈的尖点，终点为穿过所述尖点且相对于所述反向器的轴向沿45度方向延伸的直线与所述管状号筒的末端边缘的切线相交叉的交点。

9.根据权利要求8所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述反向器的一次反射段的终点处的切线斜率大于或等于0且小于或等于0.1。

10.根据权利要求8所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述反向器的声波反向流道的起始特征长度与所述管状号筒的末端部的半径的比值大于或等于0.7且小于或等于

1.2。

11.根据权利要求10所述的反射型空气声号筒，其特征在于，所述反向器的声波反向流道的起始特征点处的切线斜率大于或等于-10且小于或等于-5。

说明书

反射型空气声号筒

技术领域

[0001] 本发明涉及强声波技术领域，具体涉及一种适用于低频率高声强远距离传播的反射型空气声号筒。

背景技术

[0002] 空气声号筒一般用于对气流调制式声源的增强，能增加发声的指向性，并具有收拢声音的效果。现有的空气声号筒不足之处是低频响应差、频带较窄，容易产生非线性失真；高声强声音的远距离传输往往不能具有较好的发声的指向性，不适合远距离输送声波能量，而且容易对声源号筒背面操作人员造成声创伤。

发明内容

[0003] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种反射型空气声号筒，适用于低频率高声强声波的远距离传播，提高低频率高声强声波的指向性和拢声效果。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

[0005] 本发明提供了一种反射型空气声号筒，包括：拢声侧壁、主反射部、管状号筒、导向板和反向器，上述构件同轴配置；

[0006] 所述拢声侧壁为圆筒形，在所述拢声侧壁一端开口的边缘与圆形的主反射部的外边缘相接合；

[0007] 在所述主反射部内表面呈环焦抛物线面，中心处设置有安装部，通过安装部使所述管状号筒的一端与所述主反射部相接合，且所述管状号筒的中心轴与所述拢声侧壁的中心轴重合，所述管状号筒的另一端的外壁上设置有圆环状的导向板；

[0008] 所述反向器为水杯状的圆柱体，所述反向器的内部且在底部设有尖劈，所述反向器的开口倒扣在所述管状号筒的另一端，并将所述导向板包裹在反向器内部，且所述反向器的中心轴与所述拢声侧壁的中心轴重合；

[0009] 所述反向器的侧壁上设置通孔，螺栓通过所述通孔与所述管状号筒相互固定连接。

[0010] 进一步的，所述主反射部为抛物面，抛物面的焦点在一个平面内形成环焦，焦点环位于反向器出口流道中心。

[0011] 进一步的，所述主反射部的底端部设有旋转对称构造的安装部。

[0012] 进一步的，所述安装部为圆板状。

[0013] 进一步的，所述拢声侧壁的外表面设有横竖交叉的加强肋。

[0014] 进一步的，所述管状号筒与所述主反射部相连接的开口的直径小于所述管状号筒与所述反向器相连接的开口的直径。

[0015] 进一步的，所述反向器的内表面为光滑的曲面，在底部中心设有朝向主反射部一侧突出的尖劈，尖劈的尖点与管状号筒的中心轴重合。

[0016] 进一步的，所述主反射部的底端中心为原点，朝向所述拢声侧壁的方向为坐标系Y轴正向，与Y轴正交的任意方向为坐标系X轴正向，则在坐标系XY平面上，所述主反射部的抛物面通过下式进行表示：

[0017]

[0018] 其中，x和y分别为坐标系XY平面中X轴和Y轴上任意一点， rexit大于或等于0.15m且小于或等于0.25m，a大于或等于0.25且小于或等于0.5。

[0019] 进一步的，所述管状号筒为指数型号筒。

[0020] 进一步的，所述管状号筒与所述主反射部相连接的开口的中心为原点，沿所述管状号筒的中心轴朝向且所述管状号筒另一端的开口方向为坐标系Y轴正向，原点所在开口的面积为A0，所述管状号筒的正交于坐标系Y轴的任意截面的面积为A，则所述管状号筒通过下式进行表示：

[0021] A＝A0eδy

[0022] 其中，y为坐标系XY平面中Y轴上任一点，为e为自然常数，δ大于或等于0.6且小于或等于1.5。

[0023] 进一步的，所述反向器的内表面包含一次反射段，该一次反射段的起点为所述反向器的尖劈的尖点，终点为穿过所述尖点且相对于所述反向器的轴向沿45度方向延伸的直线与所述管状号筒的末端边缘的切线相交叉的交点。

[0024] 进一步的，所述反向器的一次反射段的终点处的切线斜率大于或等于0且小于或等于0.1。

[0025] 进一步的，所述反向器的声波反向流道的起始特征长度与所述管状号筒的末端部的半径的比值大于或等于0.7且小于或等于1.2。

[0026] 进一步的，所述反向器的声波反向流道的起始特征点处的切线斜率大于或等于-10且小于或等于-5。

[0027] 由上述技术方案可知，本发明所述的一种反射型空气声号筒，能够将气流调制式声源产生的连续气流和脉动声波传导和扩散，使气流和声波经过的空气声号筒中的管状号筒后，经反向器进行反射，从而实现以平行于主反射部的轴线的方式出射，提高声波指向性以及提高拢声效果。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0029] 图1是本发明实施例提供的一种反射型空气声号筒的剖视图；

[0030] 图2是本发明实施例提供的一种反射型空气声号筒的立体图；

[0031] 图3是本发明实施例提供的一种反射型空气声号筒中反向器的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 本发明实施例提供一种反射型空气声号筒，参见图1，包括：拢声侧壁1、主反射部2、管状号筒3、导向板4和反向器5；上述构件同轴配置，即拢声侧壁1、主反射部2、管状号筒
3、导向板4和反向器 5的中心处于同一直线上。

[0034] 所述拢声侧壁1为圆筒形，在所述拢声侧壁1一端开口的边缘与圆形的主反射部2的外边缘相接合；

[0035] 在所述主反射部2的内表面呈环焦抛物线面，其中心处设置有圆板状的安装部2a，通过安装部2a使所述管状号筒3的一端与所述主反射部2相接合，且所述管状号筒3的中心轴与所述拢声侧壁1的中心轴重合，所述管状号筒3的另一端的外壁上设置有圆环状的导向板4；

[0036] 所述反向器5为水杯状的圆柱体，所述反向器5的内部且在底部设有尖劈，所述反向器5的开口倒扣在所述管状号筒3的另一端，并将所述导向板4包裹在反向器5内部，且所述反向器5的中心轴与所述拢声侧壁1的中心轴重合；

[0037] 反向器5的侧壁上设置通孔，螺栓8通过通孔与管状号筒3相互固定连接。

[0038] 在具体实施时，拢声侧壁1呈圆筒形，在其外表面设有多个设有横竖交叉的加强肋1a。主反射部2为圆形或其他的旋转对称构造，其中心或旋转对称轴线均拢声侧壁1的中心轴线重合。主反射部2形成向拢声侧壁1的外部突出的抛物面，即，主反射部2以沿拢声侧壁1 的轴向朝向与拢声侧壁1相反一侧鼓出的方式，并使其外边缘与拢声侧壁1的一端开口的外边缘相接合。主反射部2的抛物面上的焦点在一个平面内形成环焦，焦点环位于反向器5的出口流道的中心。需要说明的是，拢声侧壁不仅限于圆筒形，也可以设置为其他的旋转对称的形状，主反射部能够将拢声侧壁的一个开口全部盖住即可。

[0039] 在主反射部2的的底端部的中心设有圆板状的安装部2a。主反射部2的中心或旋转轴线通过该安装部2a的中心且与该安装部2a的表面正交，管状号筒3能够安装于主反射部2的安装部2a上。安装部2a 为圆板状，但安装部2a的构造不限于此，也可以设为其他旋转对称构造。

[0040] 进一步的，在管状号筒与主反射部相连接的开口的外壁上设置有圆形的喉口凸缘3a，参见图2，喉口凸缘3a的中心在管状号筒的中心轴上，管状号筒通过喉口凸缘3a与所述安装部2a相结合。其中，喉口凸缘3a与安装部2a均采用圆环形，当喉口凸缘3a与安装部2a结合时，管状号筒的中心轴自然与主反射部的中心轴重合。

[0041] 在拢声侧壁与主反射部之间以及主反射部与管状号筒之间，相互结合的方式包括使用螺栓、卡合、焊接等方式。

[0042] 在管状号筒3的外部嵌套设置圆环状的导向板4。导向板4的内径固定在管状号筒3的外表面上。导向板4的外径偏向管状号筒3与主反射部相结合的一端，并且导向板4的外沿所处平面与反向器5的开口端部位于同一平面内，也可以相对于反向器5的开口端部朝向主反射部2延伸。

[0043] 管状号筒3上靠近导向板4一端的端部伸入到反向器5的内部。利用管状号筒3，能够将携带声能的气流从进入管状号筒3并以较小的声阻进行传导。所述管状号筒与所述主反射部相连接的开口的直径小于所述管状号筒与所述反向器相连接的开口的直径，优选管状号筒3 为指数型号筒，管状号筒3按照下述方式形成的指数型号筒。

[0044] 将管状号筒与所述主反射部相连接的开口的中心为原点，沿所述管状号筒的中心轴朝向且所述管状号筒另一端的开口方向为坐标系Y 轴正向，原点所在开口的面积为A0，所述管状号筒的正交于坐标系Y 轴的任意截面的面积为A，则所述管状号筒通过下式进行表示：

[0045] A＝A0eδy

[0046] 其中，y为坐标系XY平面中Y轴上任一点，为e为自然常数，δ表示指数型号筒的蜿蜒指数，优选蜿蜒指数δ为大于或等于0.6且小于或等于1.5。δ越大，则管状号筒沿轴线的截面积越大。管状号筒随着沿Y轴正向延伸，筒壁弯曲越明显。

[0047] 反向器5为水杯状的圆柱体，反向器5以平坦的底部朝向与主反射部2相反侧的方式收容在筒状的拢声侧壁1的内部，并且管状号筒3 上靠近导向板4一端的端部伸入到反向器5的内部，其中，反向器5 与拢声侧壁1同轴设置。反向器5的内表面形成为光滑的曲面，在底部中心设有朝向主反射部2侧突出的尖劈5a。尖劈5a的尖点与管状号筒3的出口的中心重合。

[0048] 反向器5和管状号筒3之间借助多个螺栓8连接。参见图2，螺栓 8以垂直于拢声侧壁1的中心轴的方式依次贯穿反向器5上的通孔和管状套筒3上的通孔。为了确保支承的稳定性，螺栓8至少设有3个。也可以使螺栓8以垂直于拢声侧壁1的轴线的方式依次贯穿反向器5、导向板4和管状套筒3。另外，反向器5与管状号筒3的连接方式并不限定于使用螺栓连接，也可以使用卡合、焊接等其他方式，只要能够将二者接合起来即可。

[0049] 导向板4与反向器5的内表面之间所形成的空间是气流及声波的传播通道，导向板4发挥整流作用，避免气流和声波进入反射死区。导向板4被设为圆环状，也可以设为具有流线型曲面的形状，以进一步减小气流阻力及声阻。

[0050] 以下详细说明在上述实施例中主反射部的构造，参见图1，主反射部2的一端设有圆板状的安装部2a。安装部2a的中心与主反射部2的一端的中心重合。主反射部2的自该安装部2a的端缘起以抛物线状延伸的表面形成为圆形的外边缘，该外边缘即主反射部2的外边缘。对于主反射部2的抛物面来说，通过设置上述安装部2a而在主反射部2 的内部形成假想的焦点环2b，该焦点环2b与反向器5的开口5b位于同一平面内。进而，以反向器5的开口5b的半径的1/2为半径的假想圆与焦点环2b重合，从而使经过反向器5的开口部5b流通的气流穿过焦点环2b流动，能够使主反射部2反射的声波与管状号筒3的轴线平行。

[0051] 另外，主反射部2的反射面形成为抛物面，其通过使以下式表示的抛物线绕主反射部2的顶点中心旋转而成。

[0052] 将主反射部的底端中心设为原点，穿过该底端部的中心朝向所述拢声侧壁的方向为坐标系Y轴正向，与Y轴正交的任意方向为坐标系 X轴正向，则在坐标系XY平面上，所述主反射部的抛物面通过下式进行表示：

[0053]

[0054] 其中，x和y分别为坐标系XY平面中X轴和Y轴上任意一点， rexit为焦点环半径，a为任意常数，反映了抛物面的深度。优选的，抛物线的焦点坐标设为(0，1/4a)。需要说明的是，虽然a可以设为任意常数，但a过大时，会要求反向器5的开口5b距离主反射部2的反射面非常近，导致声波脱离焦点环，引起反射后声波方向的分散。若a 过小，反向器5距离主反射部2的反射面较远，导致结构大型化，精度降低。上述式中的a，优选大于或等于0.25米且小于或等于5米。另外，式中的rexit优选大于或等于0.15米且小于或等于0.25米。rexit过大会使得有效的主反射部的反射面积减小，而rexit过小则会导致反向器5的构造小型化，从而无法将携带声能的气流顺利地传导出来。

[0055] 以下详细说明在上述实施例中反向器的构造，参见图3，反向器5 为水杯状的圆柱体，反向器5以平坦的底部朝向与主反射部2相反侧的方式收容在筒状的拢声侧壁1的内部，并且管状号筒3上靠近导向板4一端的端部伸入到反向器5的内部。

[0056] 从管状号筒3传导来的携带声能的声波经反向器5的作为反射面的内表面的至少一次反射而改变方向。反向器5的内表面包含一次反射段。如图3所示，该一次反射段的起点为反向器5的尖劈5a的尖点 O，终点为点A。另外，图3中的点C位于管状号筒3的末端部的边缘。在图3中，点A为穿过尖点O且相对于反向器5的轴向沿45度方向延伸的直线与管状号筒3的末端边缘上的点C处的切线相交叉的交点。点B位于线段OC的延长线上，且BC之间的距离|BC|与OC之间的距离即管状号筒3的末端部的半径|OC|的比值大于或等于0.7且小于或等于1.2，|BC|代表声波反向流道的起始特征长度，点B为声波反向流道的起始特征点。通过按照这种方式设定C点，能够确保经过一次反射后的气流和声波顺利地反向射出。另外，反向器5的反射面是由点O、 A、B及位于反向器5的开口端缘的点D连接而成的曲线绕点O旋转而成。
优选的是，点A处的切线斜率大于或等于0且小于或等于0.1，点B处的切线斜率大于或等于-
10且小于或等于-5。根据本实施方式的反向器5，能够避免从管状号筒3出射的气流和声波发生回流，并且能够减少声波在反向器5中的反射次数，从而避免声波被反射多次而削弱声强。

[0057] 从上述描述可知，本发明提供的一种反射型空气声号筒，能够同时将气流调制式声源产生的连续气流和脉动声波传导和扩散到周围的空气中。气流和声波经过本发明的空气声号筒中的管状号筒后，经反向器第一次反向，经过主反射部的焦点环而被主反射部反射，从而以平行于主反射部的轴线的方式出射，声波指向性和拢声效果均得到提高。

[0058] 本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本实施例中使用的结合方式包括使用螺栓、卡合、焊接等方式。本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

[0059] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。