[发明专利]一种正弦阶梯喇叭形声换能器及换能方法

权利要求书

1.一种正弦阶梯喇叭形声换能器，其特征在于，包括连接在换能器前盖板(3)上的喇叭(4)以及垂直设置在喇叭(4)内侧的正弦阶梯(5)；

所述正弦阶梯(5)设置在喇叭(4)内侧相邻的振动节线之间，在喇叭(4)截面上，以前盖板(3)与喇叭(4)母线的交点为原点，喇叭(4)母线延伸线为x轴，过原点向正弦阶梯(5)突起方向延伸的直线为y轴，正弦阶梯(5)的表面正弦曲线为：

其中，λ为空气中声波波长，y为正弦阶梯(5)的突起高度；a为第一条振动节线与喇叭(4)母线的交点，b为与第一条振动节线相邻的第二条振动节线与喇叭(4)母线的交点，s为参量，s∈[0,1]，x为正弦阶梯(5)上任意一点在x轴的横坐标；

所述正弦阶梯(5)上任意一点的相位为πsin(πs)。

2.根据权利要求1所述的正弦阶梯喇叭形声换能器，其特征在于，所述喇叭(4)的长度L为30～100mm，张角θ为30°～75°，壁厚t为1.8～5.4mm，工作频率为15～30kHz。

3.一种基于权利要求1所述的正弦阶梯喇叭形声换能器的换能方法，其特征在于，对换能器的压电陶瓷堆(2)施加激励电压，使其产生沿轴向传递的纵向振动，纵向振动传递给喇叭(4)，喇叭(4)使纵向振动转变为与喇叭(4)面垂直的弯曲振动，在喇叭(4)的振动面上确定出振动节线，振动节线两侧区域的振动相位相反，在两两相邻的振动节线之间设置正弦阶梯(5)，利用正弦阶梯(5)使喇叭(4)的振动相位发生改变，在正弦阶梯(5)上任意一点的相位为πsin(πs)，并通过喇叭(4)内表面和正弦阶梯(5)面辐射，在喇叭(4)的中心轴向上声压叠加，使辐射声场的指向性尖锐，电压发射响应提高。

4.根据权利要求3所述的换能方法，其特征在于，所述纵向振动频率为15～30kHz。

5.根据权利要求3所述的换能方法，其特征在于，所述振动节线的位置通过有限元数值计算方法确定。

6.根据权利要求3所述的换能方法，其特征在于，所述辐射声场的指向性主瓣3dB波束宽度为4～11°；在空气中的电压发射响应TVR不小于90dB。