本发明属于扬声器，涉及一种折叠式高音号筒及其设计方法。
背景技术：
1、在扬声器系统中，为了在竖直方向上获得尖锐的指向性以达到良好的演出效果，高频段常使用由多个线声源组成的阵列。其中每个线声源由一个压缩策动单元和一个入口为圆形，出口为矩形条状的声波导组成。声波导类型众多，但基本原理均是将入口到出口的全部最短路径设计为相同长度，从而使到达出口的声波具有相同的相位。此外，为了对声波导向外辐射的声波指向性进行控制，通常还会额外增加一段号筒结构，将声波导出口与号筒的喉部相连。
2、号筒是一种常用于扬声器系统中指向性控制的特殊声波导，声波从号筒喉部进入，通过号筒内部后由口部向外辐射。经过特定形状设计的号筒能够使辐射的声波在较宽频率范围内具备恒定指向性。然而，现有的此类声波导在入口到出口的方向上本身具有一定的长度，且加上压缩单元的厚度和出口处号筒的长度后还会占据更多的空间，不利于安装在宽度和厚度较小的声柱中。此外，如需要实现非常尖锐的指向性，则需要较多的声波导和压缩策动单元的个数，进而增加了声柱或阵列的制造成本。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种折叠式高音号筒及其设计方法，可以安装在宽度和厚度较小的声柱中，并在宽频带内提供较为恒定的尖锐指向性以满足某些应用场景需求，同时该折叠式高音号筒仅需连接一个压缩策动单元，便能实现传统阵列需要多个压缩策动单元和声波导才具备的尖锐指向性。
2、本发明采用如下的技术方案。
3、本发明的第一方面提供了一种折叠式高音号筒，包括对称折叠式高音号筒结构及其口部和喉部，声波从喉部进入对称折叠式高音号筒结构中传播，再由口部向外辐射；
4、对称折叠式高音号筒结构为中空管道，该中空管道包括依次连接的压缩段、分叉段、对称的两个相同弯曲段和对称的两个相同折叠段；压缩段还与喉部连接，对称折叠段还与口部连接；
5、单个所述折叠段设有若干折叠弯曲处，除最后一个折叠弯曲处弧段的弧度小于π外，其他各折叠弯曲处弧段的弧度均等于π，且各折叠弯曲处的内沿和外沿曲线共用圆心，内沿和外沿曲线的半径之间的比例关系与弯曲段内沿和外沿曲线的半径之间的比例关系相同。
6、优选地，所述喉部上设置用于安装压缩策动单元的圆形的法兰。
7、优选地，口部为纵向的狭长矩形状出口，其纵向长度dm满足如下条件：
8、
9、其中，θ0为号筒期望覆盖角；
10、fl为号筒工作频带的下限频率；
11、常数k＝2500。
12、优选地，所述压缩段的横截面从圆形逐渐过渡到矩形，且横截面尺寸从与喉部连接处到与分叉段连接处逐渐减小；
13、且压缩段与分叉段连接处的横截面为矩形，其尺寸满足如下条件：
14、
15、其中fh为号筒指向性控制频带的上限频率；
16、c0为声速；
17、a6和b6分别为所述压缩段与分叉段连接处矩形的长和宽。
18、优选地，所述分叉段与对称的两个相同弯曲段连接，使声波传播路径在连接处改变传播方向并分为左右对称的两条路径进入对称的两个相同折叠段；
19、所述分叉段的横截面恒定。
20、优选地，所述弯曲段在其内沿8i曲线的任意点b8处的曲率半径长度r8i为：
21、
22、其中y′＝dy/dx为内沿8i曲线在任意点b8处的一阶导数；
23、y″＝d2y/dx2为内沿8i曲线在任意点b8处的二阶导数；
24、x、y分别为平面直角坐标系中的水平轴坐标和竖直轴坐标。
25、优选地，所述弯曲段在其内沿8i曲线的任意点b8算出的γ0与号筒工作频带的上限频率fh之间满足下式：
26、
27、其中γ0为弯曲段在任意点b8处刚性弯曲波导径向声场分布函数的一阶导数j′0(λ)y′0(sλ)-j′0(sλ)y′0(λ)的第2个零点；函数j′0(λ)为0阶第一类贝塞尔函数j0关于函数变量λ的一阶导数，函数y′0(λ)为0阶第二类贝塞尔函数y0关于函数变量λ的一阶导数；
28、s＝r8i/r8o为选定b8时，内沿8i曲线的半径r8i与外沿8o曲线的半径r8o的比值；
29、c0为声速。
30、优选地，所述弯曲段和折叠段的横截面均为矩形，宽度均恒为b6/2；
31、b6为压缩段与分叉段连接处的矩形横截面的宽。
32、优选地，单个所述折叠段中，声波在每一折叠弯曲处实现传播方向的180°反转，然后经过一段弯曲路径后到达下一折叠弯曲处，直到经过最后一个折叠弯曲处与另一个折叠段的最后一个折叠弯曲处实现声波路径汇合，到达口部处；
33、且最后一个折叠弯曲处到口部的截面宽度逐渐扩大。
34、优选地，单个所述折叠段中，各折叠弯曲处的折叠中心线相互平行，且对于指向性需设计为斜射的号筒，各折叠弯曲处的折叠中心线与口部所在的竖直方向之间能够存在夹角；对于无斜射指向性需求的号筒，各折叠弯曲处的折叠中心线与竖直方向平行。
35、本发明的第二方面提供了一种折叠式高音号筒的设计方法，所述方法包括：
36、步骤1：根据需求的指向性控制频带的下限频率和覆盖角θ0确定口部的纵向长度dm；
37、步骤2：将折叠段的平面展开图分为衔接段、直线扩张段和口部扩张段；
38、其中衔接段与弯曲段相连，尺寸相互匹配；
39、直线扩张段的轮廓为直线，且轮廓夹角为θi＝0.8θ0；
40、口部扩张段的轮廓曲线将直线扩张段的尺寸平滑扩张至口部；
41、步骤3：根据步骤2所述折叠段平面展开图的二维仿真结果对折叠段的平面展开图形状进行调制改进，在仿真的指向性控制频带下限高于需求下限频率时，增大口部的尺寸，在号筒指向性的斜射程度与需求有差异时，调整直线扩张段的倾斜程度；
42、步骤4：将步骤3折叠段的展开图进行三维折叠，与其它部分组成整体的三维号筒模型，通过三维仿真进行模型形状调整，确定最终的折叠式高音号筒。
43、优选地，步骤2中，直线扩张段的长度占折叠段的平面展开图中除衔接段以外总长的1/2到2/3，口部扩张段的长度占折叠段的平面展开图中除衔接段以外总长的至少1/3。
44、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
45、1、本发明的弯曲段使折叠式高音号筒允许压缩策动单元的侧向安装，即压缩策动单元的出声方向可与号筒口部的出声方向垂直，因此即使使用厚度较大的压缩策动单元也不会增加本发明在宽度和厚度方向上的尺寸。而且号筒结构本身在宽度和厚度方向上占据的空间小，相比于现有技术提供的声波导结构更易于在小尺寸声柱中使用。
46、2、本发明的折叠段可以把较长的声波的传播路径压缩到小尺寸空间中，声波在所设折叠弯曲处的传播不会产生对指向性控制不利的高阶模态，使折叠式高音号筒在压缩所占空间的同时，也保持了号筒在宽频带内指向性控制的特性。相比于现有技术所提供的波导，本发明不需要额外连接其它的声学结构即可实现较好的恒指向性，并且指向性控制的频带范围、覆盖角大小等特性可通过改变号筒的扩张形状来按需设计和制造。
47、3、本发明的折叠式高音号筒仅与一个压缩策动单元连接后即可实现竖直方向的尖锐指向性，以满足某些应用场景需求。相比于需要多个波导和压缩策动单元的组合相连形成阵列才能获得较为尖锐的指向性的现有技术，显著降低了制造成本。
48、4、本发明所设置的结构尺寸可保证波导内的声波在水平方向上的传播过程中不会因为结构尺寸的变化而产生高阶模态，进而对最终向外辐射的波阵面带来不利影响。
49、5、本发明给出了各折叠弯曲处的内沿和外沿曲线共用圆心，内沿和外沿曲线的半径之间的比例关系与弯曲段内沿和外沿曲线的半径之间的比例关系相同，以及根据号筒工作频带的上限频率设计弯曲段的方式，遵循该方式进行折叠号筒弯曲折叠部分的设计，可以使声波在传播过程中不产生复杂的高阶模态，提高号筒在高频的指向性控制性能，使得折叠号筒也能具有普通非折叠号筒的指向性控制效果。
1.一种折叠式高音号筒，其特征在于，包括对称折叠式高音号筒结构及其口部和喉部，声波从喉部进入对称折叠式高音号筒结构中传播，再由口部向外辐射；
2.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
10.根据权利要求1所述的一种折叠式高音号筒，其特征在于：
11.一种权利要求1-10任一项所述折叠式高音号筒的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
12.根据权利要求11所述的设计方法，其特征在于：
