[发明专利]衍射音响系统

说明书

本发明衍射音响系统是根据波的传播原理和波的衍射现象制造的。

声波在传播过程中，会直线通过，远远大于波长的缺口，如我们站在贴有塑料布的窗前，声波会穿透塑料布，我们会很容易辨别出声源的位置，如果站在离窗户远些的地方，就只能辨别出说线可以看到的声源位置和大概距离(窗户要远大于波长，一般指500Hz以上的声波)，而其它方向来的声波或大于窗户的波长只能感觉到是从窗户发出来的。

要想得到记录时的声场，必须对各种声波进行频率、相位和振幅记录，回放时由各声道的振子按频率、相位、振幅推动振膜合成出各种声波形成声场，使我们可以听到三维声场。目前的音响系统由于声道少没有相互间的相位关系，所以确定声源的位置只能靠两个或多个喇叭之间发声的强弱来合成位置。它的缺点是定位不准，受空间限制定位也不自然，它的音源位置最多只能限制在多个喇叭组成的多边形区域内定位。两衍射音响的音源可以在振膜为X轴，上、下两组(是因为限制声道数量的原因)振膜之间为Y轴(这个轴是上、下组合成的模拟轴，根双声道定位相似)，以纵深为Z轴的三维空间上定位。如图1所示。

波传播有四要素1、方向；2、振幅；3、频率；4、传播半径。而相位是各振动点在声波中的位置量，我们确定声源的方位和远近是靠波的传播半径，如果我们制造的音响没有记录下相位和传播半径，那只能听到声响。在衍谢音响系统中方向和距离是靠每个振子记录相位和振幅，可放时由各声道的振子推动振膜合成声波。要记录波的方向和半径，就必须记录下每个振子的相位和振幅，振子要对每个波长进行相位和振幅取样，必须使振子之间的中心距离要小于记录波长的二分之一，这样回放时通过每个振子的振动，推动振膜使合成声波半径(即确定了波的圆心远近)。回放振子之间的中心距离根记录振子的中心距离要一致。由于可听音频上限定在2万赫，波长340／7万=1．7cm，(温度20度时)所以振子之间的距离就要小于0．85cm，我们把振子之间的中心距离暂时定在0．75cm。因为目前记录媒体和重放设备等价格原因，每组“母音箱”选200个声道，这样200个声道组成的振膜长度是1．5米(200×0．75cm)。当我们在120°以上的听音角度时，才感到声场的宽广，如图2，所以要在距音箱2米处以外听音时，振膜的长度要7米左右，如果每个振子的信号都全部记录，将记录800个声道，上、下两组共1600个声道，信息量将远远超过高清淅度电视的信息量，记录媒体难以容下，设备昂贵。所以目前采用折中方案，即压缩方案。在记录时只录1万以上中间的200个声道的高频信号，作“高频母信号”用，对5千-15Hz频段的信号，在0．75cm间距的振子中，采用间隔取样记录，因为1万Hz以下信号半波长大于1．7cm，所以每两个0．75cm宽的振子，只录一个振子的信号，这样记录200个声道组成的振膜长度是3米，把这段频谱信号作5千-1万Hz频段扩展的“母信号”，对5千Hz以下部份的200个声道的信号全部记录，不再分频段，因为频段分的越多技术越复杂，成本高。对5千Hz以下信号记录200个声道，振膜长度将达到6米，基本上能满足发烧友的需要。对1万-5千Hz以下信号两个频段的200个声道的信号只能穿插在1万H以下没有占用的声道中。如图3，回放时用频率分割法把1万-5千Hz信号和5千Hz以下信号还原到各自的声道中。因为1万Hz以上频段振膜只有1．5米长，1万-5千Hz频段振膜只有3米，为了把1万Hz以上和1万-5千Hz信号频段的振膜扩展到6米，需要把1万Hz以上和1万-5千Hz频段的信号作母信号，输送到各扩展音箱，使振膜扩展到所需的长度。一般家庭面积不大，所以一般只扩展到4米左右就可以了，对5千Hz以下部份没有用到的声道信号弃之不用。不足之处是扩展频段，不些方向的音源定位可能会根原始位置产生位移，不过不明显，因为听音者往往不是录音者。

记录设备必须采用数字记录方式，这到不是信噪比高的原因，是因为衍射音响振子之间必须有严格的相位关系，数字记录正好满足它的要求。如果采用模拟记录，由于记录媒体的变形，将导致振子相混乱，使定位失败。在数字记录时，对模拟信号的采样量化，要用成批法，即同时对所有声道取样，然后把各声道按顺序串行进行记录，这样在记录和重放过程中不容易产生相位失真。重放时，设备从光盘上把串行信号取出，然后按地址分别送到各自的声道解码器中，解调出模拟信号，由串行结束信号控制并行同时输出，推动功放。

衍射音箱是该项技术中的新产品，它是由振子和振膜固定箱体组成。振子(即喇叭电磁部份)把电信号转变成声音信号，振膜是把各个振子连接起来，组成一个整体，并把各个振子的信号合成声波，合成各种音源发出的声波定位在我们面前略小于180°的半个球面的空间中，(这是因为单面有衍谢音箱的原因)。振子分记录和回放振子两类。回放振子有高音振子和中低音振子两种，记录振子就是小于0．8cm宽的话筒。回故高音振子宽度是0．75cm宽，长度是10cm左右。中低音振子宽度是3cm，长度是20cm左右。回放振子由1固定架，2长方形导磁板，3长方形环形磁铁，4音圈，5定心支片，6振动粘贴画等组成。增加振子的长度一是提高灵敏度，二是使合成的声波自然些，三是减小音圈的感抗。