[发明专利]适用于声场主动重塑的二进制空间声学调制器

说明书

空间声学调制器可由一组可控单元结构组成，每个单元尺寸约为目标频率声波波长的一半。空间声学调制器可与至少一个反馈信号相关联以实现对声场的有效调控。空间调制器单元包含一个固定在框架上的薄膜，一个贴于薄膜上的磁片，一个正对磁片且于磁片上方的电磁铁，一个置于薄膜上方的平台，其中磁片与电磁铁之间的电磁力能够使得薄膜与平台贴触。薄膜与平台保持一定的距离时为第一状态，与平台相贴触时为第二状态，从而通过改变相位因子对波场进行编码。

技术领域

本发明涉及一种用于调控空气中传播的可听频域的声场分布的二进制相位调制器。它可以用来编码具有特定相位分布的声场，从而重塑声场的空间分布。采用基于实时测量的反馈机制和优化方案实现声场的局部优化。

背景技术

从音乐厅到办公室，对于可听频域的声混响腔是非常常见的。由于混响场的复杂性，已有的用于调控可听频域混响场的方法只能提供非常有限的功能。改变一个房间的“声学质量”通常等于改变混响。传统上，实现混响效果的改变是通过添加有损材料(如减弱声音的天花板、地毯、窗帘等)增加房间的耗散，或者增加散射结构以增加模态密度。这也是为什么在建筑设计阶段必须考虑“音质”以满足房间的预定功能，而在建造完成后的改变通常意味着对室内装饰的彻底翻修。对混响声场的精确控制依旧是一个挑战。

混响环境本质上是一个大而复杂的声腔。声学腔两个最重要的性质是它的本征模及质量因子。一个空腔的本征模是驻波，其特征是由一个以上的节点和反节点组成的空间模式。其直接后果是腔内声场密度分布不均匀。对于三维谐振腔，在更高的频率下模态密度更大。由于本征模的品质因子决定了模态的耗散，因此本征模存在一定程度的频率展宽。当频率足够高时，模态之间的频率间隔会非常接近。由于耗散引起的展宽效应，区分每个单独的模态变得不可能。基于以上这些原因，具有足够高频率的波将会同时激发多种模态。有了足够多的模态，它们之间的干涉最终会产生空间变化相对较小的波场。当这种情况发生时，空腔被认为处于混响状态。

丰富的模态提供了非常大的自由度，对其调控能够改变腔内的波场分布。本质上，调控是通过改变各本征模的相位来实现的。通过改变相位，各模态间的干涉可以被调控成在一个或多个位置上是相干增强的或相干相消的，从而导致场强的增强或减少。这种调制相当于利用这些模态中的能量，在空间上实现重新分布以形成所需的模态。

发明内容

本发明提供了一种新颖且优越的空间声学调制器，其包含固定在框架上的薄膜和放置在膜上方的平台，从而实现相位的调控和声场的重塑。

在一个实施方案中,一个空间声场调制单元包含一个贴有薄膜的框架、贴于薄膜上的磁片、置于薄膜上方且正对薄膜的电磁铁以及一个置于薄膜上方的环状平台，磁片与电磁铁之间的磁力能够使得薄膜与其上方的环状平台相接触。

在另一个实施方案中,一个声学装置包含一个框架、一个第一边界在框架上的薄膜、一个置于薄膜中心处的磁片以及一个置于磁片上方的电磁铁，这样一个声学装置利用电磁铁移动磁片从而具有两种不同的状态。

在又一个实施方案中,一个空间声学调制器包含一个由多个单元构成的二维阵列、一个用于测量声场和提供反馈的探头以及一个根据反馈信号调控每一组单元所处的状态的微型控制器。其中每一个单元包含一个框架、一个第一边缘在框架上的薄膜、一个贴于薄膜中心处的磁片、一个置于磁片上方的电磁铁、一个薄膜上方的环状平台以及一个支撑电磁铁和环状平台的支架，磁片的运动使得薄膜与环状平台相贴，薄膜的第二边缘位于环状平台处。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施方案的封闭声学环境中的空间声学相位调制器。

图2显示了根据本发明的一个实施方案的空间声学调制器单元。

图3显示了根据本发明的一个实施方案的空间声学调制器单元的横截面。

图4显示了根据本发明的一个实施方案的处于断开和接通状态时的空间声学调制器单元。