[发明专利]用于产生分散声波的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生分散声波的设备。

在诸如扬声器或位置检测器等需要有大分散角的声波的应用中，这种设备是有用的。本发明对确定房间内移动点的位置是特别有用的。

本发明还涉及一种用于确定房间内的位置的装置，包括一种根据本发明的用于产生分散声波的设备。

背景技术

声波例如可以由一个点声源或一个平面声源来产生。一个点声源朝所有方向均匀地辐射声波。该声音将球状地传播开。声波在离开声源的某一距离处的效应，即声压水平，将取决于该球形的表面积、离开声源的距离以及声源的频率。由于在增加声源表面积方面很困难，所以离开点声源的一远距离处的声波效应将相对地弱。远距离意指在3-10米的量级内。然而，一些应用中要求在离开声源一远距离处具有高效应的声波。为了增加点声源的面积，必须增加发射器的体积。这将导致制造上的问题。如果体积增加，那么将出现的又一问题是发射器的瞬变时间增加。

一个相对于其声音的波长来说具有很大面积的平面声源产生具有一个基本为平面波前的声波，这意指声波主要分布在一个方向上。对于一个平面声源，假设不存在声学能量损失，该声音的强度水平将与离该声源的距离无关。因此，在房间内一个点处的效应将只取决于声源的表面积。一个相对于其声音的波长来说具有很大面积的平面声源的示例是静电换能器。例如，一个单端的静电换能器包括两个导电层，这两个导电层也被表示成膜片(diaphragm)；一个静止膜片，以及一个被配置成可相对于静止膜片移动的可移动膜片。该静电换能器还包括一个电源，该电源将一可变交流电压施加到静止膜片和可移动膜片上，以由于作用在这些层之间的静电力变化而激发可移动膜片中的振动，借以使其发挥扬声器的作用。例如，在US7,095,864中公开了这样的静电换能器。在房间内一个点处的效应将取决于膜片的表面积，该表面积是易于增加的。与压电发射器相比，静电换能器的优点是它快许多，并且具有一个大得多的频率范围。由于静电换能器较快，因而它也具有一个较短的瞬变时间。

在一些应用中，希望可以在离开声源一远距离处的测量面积中的每个点内产生诸如至少为0.2Pa的大声压水平的、高度分散的、分散超过140°的声波。这种应用的一个示例是具有超声波发送器的位置检测系统。US5280457公开了一种用于在一个m维度的坐标系统上确定感兴趣的移动点的位置的系统。该系统包括一个安装在感兴趣的点上的超声波发送器，以及多个静止的超声波接收器，该数目至少为m+2，以及用于处理接收到的信号以及计算感兴趣的点的位置的控制装置。这种应用中通常用到的超声波发送器是压电发送器。压电发送器通常以其共振频率发送。具有35kHz以上的共振频率的压电发送器的分散角最大值为110°。

相应地，希望增加静电换能器的分散角。还希望在分散角内的所有方向上都具有几乎相同的强度。近几年已提出很多解决该问题的方案。一个方案是对换能器提供一个曲面膜片。又一个方案是在设计多扬声器系统时使用交叉网络。经常采用线性阵列的扬声器来提供增强的方向性。又一个方案是使用带状的平板扬声器。该平板扬声器由多个独立的窄条状的声音辐射区域组成。每个带可以被独立地驱动以使平板辐射模式可以被调整以及使其可在音频应用中用作方向可控的声源。对一系列电极铃配以延迟线，从而每个铃在前一铃声后的一瞬间即对电流中的变化作出响应，在膜片中产生类似于池塘中的涟波的移动。

当前所示方案所存在的问题是它们在竖直平面内的分散度比水平平面内的分散度低，以及由于声源的位置没有很好地限定，所以它们不适合用于确定房间内一个点的位置。

因此，在高频下难以产生具有高的声压水平的以及在竖直平面和水平平面内都具有大分散度的声波信号。声压水平和声音分散量都取决于声源的面积。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可以在离开声源一远距离处产生具有大声压水平的并且在竖直平面和水平平面都具有高分散度的声波的设备。

该目的通过权利要求1所限定的设备来实现。

这种设备包括一个具有抛物面状表面的散射单元，其中声波产生器和散射单元被布置成使产生的声波在所述抛物面状表面反射。该设备还包括一个开口，该开口被布置成使反射的声波可以离开该设备而分布到周围。为了实现高反射以及由此的低损耗，散射单元应该由具有高的声学阻抗的材料制成，这意指与声音在空气中的速度相比，声音在该种材料中的速度将是很大的。合适的材料的示例是金属以及紧密木材。