CN101461254B - 具有长端口的带通换能器系统 - Google Patents

Abstract

一种用来驱动换能器单元(20)的设备，该换能器单元(20)包括至少一个容纳在外壳(22)中的换能器(21)。该设备包括映射装置，用来将具有第一音频频率范围的输入信号分量映射到第二音频频率范围。第二音频频率范围比第一音频频率范围窄，并且第二频率范围包括换能器单元(20)的Helmholtz频率。一种用来和所述设备一起使用的换能器单元(20)被优化，以工作在Helmholtz频率(f_H)或者接近Helmholtz频率(f_H)的窄的频率范围内。

Description

具有长端口的带通换能器系统

本发明涉及高效音频换能器(transducer)。本发明尤其涉及用来在某个频率驱动换能器的方法和设备，并且涉及设计成在某个频率被驱动的换能器。

众所周知，诸如扬声器之类的音频换能器具有有限的频率范围，在该有限的频率范围内它们能够在某个最小的声级上如实地呈现声音。高保真音频系统通常具有相对小的换能器(高音喇叭)来再现高频范围，以及相对大的换能器(低音喇叭)来再现低频范围。需要用来在适当的声级上再现最低音频(接近20-100Hz)的换能器占用了大量的空间。然而，消费者通常更喜欢必定具有小型换能器的紧凑型音响。

已经建议使用诸如“虚拟音调(virtual pitch)”之类的心理声学现象来解决这个问题。通过创建低频信号成分的和声，有可能让人觉得该信号分量存在，而不用真正再现这些分量。然而这种解决方案不是实际产生的低频(低音部)信号分量的替代。

国际专利申请WO 2005/027569(Philips)公开了一种用于为诸如扬声器之类的换能器产生驱动信号的设备。该驱动信号的频率基本上等于换能器的谐振频率。通过在谐振频率驱动换能器，可以实现在低频上的非常高效的声音再现。然而，已经发现，为了在某些谐振频率上实现高声级，换能器的位移(displacement)变得非常大，有时甚至大得不可接受。

本发明的目的是提供一种用来驱动换能器的设备和方法，其设置成使用相对小的换能器和相对小的换能器位移来提供高声级。

因此，本发明提供了一种用来驱动换能器单元的设备，换能器单元包括至少一个换能器和一个外壳，在该外壳中容纳了所述的至少一个换能器，该设备包括用来将输入信号分量从第一音频频率范围映射到第二音频频率范围的映射装置，

其中，第二音频频率范围比第一音频频率范围窄，并且其中第二音频频率范围包括换能器单元的Helmholtz频率。

通过将第一频率范围映射到较窄的第二频率范围，第一频率范围的频 率分量能够在换能器效率最高的频率上再现。

通过在其Helmholtz频率上驱动换能器单元，则换能器的位移(在扬声器的情况下是圆锥体位移)最小而声级高。应当指出，在这里提及的Helmholtz频率是容纳在外壳中时换能器的“抗共鸣”频率，外壳的大小以及特征，连同换能器的特性一起决定了Helmholtz频率。

应当指出，美国专利申请US 2004/0028246公开了一种扬声器设备，其包括耦接到声室的声管，在声室中安装了扬声器。该管和室构成了Helmholtz共鸣器。然而，该公知的设备被设计成提供从Helmholtz谐振频率到声管的谐振频率的连续频带，而本发明提供的换能器单元被设计成在包括Helmholtz频率的相对窄的频带上被驱动。

所述窄的频率范围优选地在5％的Helmholtz频率之内扩展，更优选地在2％的Helmholtz频率之内扩展。即，第二频率范围从95％Helmholtz频率扩展到105％Helmholtz频率，但是优选只是从98％Helmholtz频率扩展到102％Helmholtz频率。

在本发明的驱动设备的一个优选实施方式中，映射装置包括：

检测单元，用来检测第一音频频率范围内的第一信号分量，

发生器单元，用来生成在第二音频频率范围内的第二信号分量，

幅度控制装置，用来根据第一信号分量的幅度控制第二信号分量的幅度。

这样的驱动设备允许有效地将第一频率范围映射到第二频率范围。

本发明还提供了一种换能器单元，用来与以上定义的设备一起使用，该换能器单元包括至少一个换能器和其中安装所述至少一个换能器的外壳，外壳包括末端开口的管。应当指出，本发明使用的管至少有一个在一端的开口，而开口的特定形状和管的特定形状不是必须的。虽然管优选具有恒定的直径，但是也可以使用锥形管。

在本发明的一个优选实施方式中，换能器单元的体积和其它特性之间的关系是良好定义的。尤其是，外壳优选在换能器和管之间定义一个容积V₁，该容积至少近似满足等式：

其中c是声音在空气中的速度，S是管的内部横截面，f_w是第二音频频率范围的中心频率(即换能器单元的工作频率，所述工作频率约等于它的 Helmholtz频率)，η是由η≈0.85·2π·f_w·r/c给出，r是管的内半径，T由T＝tan(2π·L·f_w/c)给出，并且L是管的长度。这样可以实现非常高效率的换能器。

在另一种优选实施方式中，在力因子(force factor)Bl和其它特性之间存在良好定义的关系。更具体地，换能器优选具有力因子Bl，它至少近似满足等式：

其中R_E是换能器的电阻，R_M是换能器的机械阻力。S是换能器的有效辐射面，ρ是空气密度，c是声音在空气中的速度，T由T＝tan(2π·L·f_H/c)给出，L是管的长度，η由η≈0.85·2π·f_H/c给出，m是换能器的运动质量(moving mass)，f_H是换能器单元的Helmholtz频率，f₀是没有外壳伸出到换能器和开放的空气之间时，换能器的谐振频率。如果换能器单元满足该要求，则效率得到进一步加强。

在一个替换实施方式中，外壳定义了附加容积V₂，该附加容积基本上是封闭的，容积V₁和V₂优选位于换能器的相对面。应当指出，可以存在小的泄漏来均衡容积V₂上的压力，容积V₁和V₂可以由另一个管声学地耦合而不是位于换能器的相对面。

有利的是，外壳的任何边沿或者相关的管的任何边沿基本上被圆整。这防止了任何效率损失。此外，优选基本上没有阻尼材料出现。此外，管的开口端可以有利地具有凸缘。

本发明还提供了一种换能器单元，该换能器单元还包括如上所定义的驱动设备。

本发明还提供了一种音频系统，其包括音频放大器、至少一个换能器和至少一个如上所定义的设备，该音频系统优选还包括声源。

本发明还提供了一种驱动换能器单元的方法，该换能器单元包括至少一个容纳在外壳中的换能器，该外壳具有末端开口的管，该方法包括将输入信号映射到窄频率范围上的步骤，该窄频率范围包含了换能器单元的Helmholtz频率。优选地，该窄频率范围在Helmholtz频率的5％范围内扩展，优选是在2％范围之内扩展。

本发明还提供了一种计算机程序产品，用来实施以上定义的方法。计 算机程序产品可以包括保存在数据载体上的计算机可执行指令集，所述数据载体比如是CD或者DVD。所述计算机可执行指令集允许可编程计算机来实施如上所定义的方法，也可以比如通过互联网从远端服务器上下载而得到。

下面将参照附图中说明的示范实施方式来进一步地解释本发明，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的换能器单元的第一实施方式。

图2示意性地示出了根据本发明的换能器单元的第二实施方式。

图3示意性地示出了作为频率的函数的换能器的电阻抗。

图4示意性地示出了作为输入信号的频率函数的换能器单元的声压级。

图5示意性地示出了作为频率的函数的图4换能器单元的电输入阻抗。

图6示意性地示出了作为频率的函数的图4的换能器单元的锥位移。

图7示意性地示出了优选在本发明的换能器单元中使用的管的末端。

图8示意性地示出了根据本发明的第一和第二频率范围。

图9示意性地示出了根据本发明用于驱动换能器的设备。

图10示意性地示出了根据本发明的音频系统。

只是以非限制性的例子在图1中图示的换能器单元20包括外壳22，在该外壳中安装了诸如扬声器之类的换能器21。在图1的实施方式中，外壳22包括两个腔室(chamber)以及管23，所述腔室分别定义了第一容积V₁和第二容积V₂。容积V₁和容积V₂由支撑换能器21的隔离物26分开。第一容积V₁和管23开连通，而第二容积V₂是封闭的。在图示的实施方式中，构成外壳22的完整部分的管23不凸出到任何腔室中，而换能器面对管23。应当理解，其它的布置也是可能的，例如换能器21在其中不面对管23的布置。

具有开口的末端27的管23，其长为L，内部截面面积S，这些被选来匹配换能器的Helmholtz频率，这在下面将更加详细地解释。面积S定义了换能器21的有效辐射表面。应当指出，图示的实施方式不一定按照比例绘制。

在图2的替换实施方式中，外壳22只有一个定义了单个容积V₁的腔 室。此外，换能器21的前面(通常为扬声器的锥状部分)朝外，离开管23。然而，换能器也可以朝向管23。

在图示的两个实施方式中，外壳中没有阻尼材料，管23相对长而(第一)容积V₁相对小。然而，在一些实施方式中，可以存在少量的阻尼材料，并且管23和容积V₁的相对大小可以与图示的不同。

如上所述，外壳22的大小被选择以便换能器的工作频率f_w约等于换能器单元20的Helmholtz频率f_H。数学表达为：

f_w≈f_H (1)

到相等的偏离优选小于5％。

Helmholtz频率在图3中示出，其中换能器(图1和2中的21)的电阻抗Z_i被表示成频率f的函数(两个都在对数尺度上)。正如所见，电阻抗在第一谐振频率f₁上和第二谐振频率f₂上达到极大。在谐振频率f₁和f₂之间，电阻抗Z_i在频率f_H达到极小。该频率f_H是换能器单元的Helmholtz频率：在该频率上换能器单元20中发生所谓的抗谐振，结果导致换能器21的(局部)极小位移。

电阻抗在其它谐振频率可以达到极大值，但是为了使图示清楚，没有在图3中图示出。

应当指出，在本发明中Helmholtz频率约等于换能器的谐振频率：

0.4·f_H＜f₀＜2.5·f_H (2)

其中f_H是换能器单元20的Helmholtz频率，f₀是在没有容积(V₁)和管23时换能器21的谐振频率(在图1的实施方式中，这是在容积V₂存在的情况下的谐振频率)。在现有技术装置中，谐振频率f₀通常与Helmholtz频率f_H一致。在本发明的装置中，谐振频率f₀可以与Helmholtz频率f_H明显不同。

本发明的一个特征是，换能器单元20的工作频率约等于它的Helmholtz频率，正如在前面的等式(1)中表示的。根据本发明的另一方面，某些条件被强加到外壳22和管23的尺寸上以满足等式(1)。数学上来表示，位于换能器21和管23之间的第一容积V₁应当至少近似遵从：

在等式(3)中：

-c是声音在空气中的速度，

-S是管23的内横截面，

-f_w是换能器单元20的工作频率，

-η是由η≈0.85·2π·f_w·r/c给出的量，

-r是管23的内半径，

-T是由T＝tan(2π·L·f_w/c)给出的量，

-L是管23的长度。

正如后面参考图8和9的讨论，工作频率f_w约等于第一频率范围被映射到其上的第二音频频率范围的中心频率(图9中的II)。

当等式(3)满足时，或者至少近似满足时，等式(1)也满足，并且实现了非常有效的声音再现。如果换能器的力因子Bl至少近似满足等式(4)时，效率甚至能够进一步地提高：

在等式(4)中：

-R_E是换能器21的电阻，

-R_M是换能器的机械阻力，

-R_P是管23的机械阻力，

-S是管23的内横截面，

-ρ是空气密度，

-c是声音在空气中的速度，

-T是由T＝tan(2π·L·f_H/c)给出的量，

-f_H是换能器单元的Helmholtz频率，

-L是管23的长度，

-η是由η≈0.85·2π·f_H/c给出的量，

-m是换能器的运动质量，和

-f₀是换能器在如上所述没有外壳伸展到换能器和开放空气之间的情况下的谐振频率。

长度以米(m)表示，面积以平方米(m²)，容积以立方米(m³)表示，速度以米每秒(m/s)来表示，而频率以赫兹(Hz)表示。电阻以欧姆(′Ω)来表示，机械阻力以牛顿-秒每米(Ns/m)，而力因子(force factor)Bl以牛顿每安培(N/A)表示。

应当指出，力因子(force factor)Bl是本领域普通技术人员公知的量。该力因子是在扬声器的空气缝隙中的磁场通量密度B和它的声音线圈电线的有效长度l的积。

换能器21的电阻R_E等于扬声器线圈的DC阻抗(以′Ω计)，而机械阻力R_M(以Ns/m计)是由于扬声器的(或者如果使用另一种类型的换能器时，它的等效物)锥体悬挂而导致。机械阻力R_P(以Ns/m计)是管23的总的机械阻力，包括辐射阻力，被看作是在管23的末端27处的集总参数。

换能器的有效辐射面S通常等于管23的横截(内)面面积。管23的长度L的范围优选从λ₀/8到λ₀/4，其中λ₀是与上述谐振频率f₀相对应的波长：λ₀＝c/f₀，其中c是声音在空气中的速度。

如果等式(4)精确地满足，那么得到最优的Bl_opt结果。已经发现，如果：

0.5·Bl_opt＜Bl＜2·Bl_opt (5)

那么仍然能得到满意的结果。然而，Bl优选落在以下范围内：

0.75·Bl_opt＜Bl＜1.5·Bl_opt (6)

换言之，力因子(force factor)Bl优选大于以上等式(4)给出的值的3/4，并且小于所述值的1倍。

本发明措施的效果将进一步参考图4、5和6来说明。图4示出了作为频率f的函数的换能器单元(图1、2中的20)的声压级(SPL)。SPL是以分贝(dB)表示，频率具有对数尺度。曲线A示出了换能器单元(即安装在具有管的外壳中的换能器，如在图1和2中所示)的SPL，而曲线B示出了参考腔室的SPL，该参考腔室有单独的封闭容积，该容积等于V₁、V₂和管23的内部容积之和，同样的换能器(图1和2中的21)被安装在参考腔室中。曲线C示出了换能器的SPL，该换能器安装在不定的(infinite)隔板中，并且具有与换能器单元(图1和2中的20)中相同的、作为频率的函数的位移。应当指出，曲线C是通过(根据频率)以这样的方式驱动换能器获得的，即获得与具有管的外壳可以获得的位移相同的位移。

当换能器的锥位移减小时，换能器的声压级(SPL)(曲线C)在接近55Hz处，即换能器单元的Helmholtz频率f_H处急剧下降。然而当安装在适当设计的外壳中时，声压级在该频率处急剧上升。换言之，在该频率可 以获得非常大的SPL，正如在曲线A中所示。

换能器阻抗Z_i的相应的绝对值|Z_i|在图5中图示，其中|Z_i|被表示出具有两个波峰和一个波谷，该波谷处于这两个波峰之间。波谷发生在Helmboltz频率f_H处。

换能器相应的锥位移在图6中图示。锥位移d(以毫米计)被表示成频率f的函数。曲线E表示了安装在隔板上的换能器在大约55Hz的频率f_H (在本例中)上，获得与图4的曲线A中一样的声压级(SPL)(接近84dB)所必须的位移。根据曲线E，要求的锥位移大约为14mm，这需要相对昂贵的换能器。然而在本发明的调谐到Helmholtz频率的布置中，要求的锥位移小于2mm，如曲线F所示。换言之，本发明允许以很小的锥位移获得高的声压级。

根据本发明又一个方面，外壳22和/或管23具有圆形的边缘。这在图7中图示，其中图示出了管23的一部分。在图6所示的实施方式中，管23的末端27具有凸缘或者隔板25。该凸缘25用来降低外壳的总的机械阻力Rp。这个量Rp是机械阻力，被看作是在管的末端27的集总参数。由于边缘24是圆的，所以从管23到凸缘25的过渡是平滑的。

如上所述，在本发明的优选实施方式中，外壳22中以及相关联的管23中基本上没有出现声学阻尼材料。

在图8中，示意性地描绘了表示音频频率分布的曲线。曲线30表示音频信号在特定频率f(水平轴)的幅度Amp(垂直轴)。如图所示，音频信号实质上不包含约10Hz以下的信号分量。由于下面将着重讨论曲线30的低频部分，为了清楚起见，已经省略了曲线的中频和高频部分。

根据本发明，第一频率范围被映射到更小的第二频率范围，第二频率范围优选地包含在第一频率范围内。在图8的非限制性例子中，第一频率范围I是从20Hz到120Hz的范围，而第二频率范围II是在60Hz左右的范围，例如55-65Hz。该第一范围I基本上覆盖了音频信号的“低频”部分，而图8的第二范围II被选定以对应于特定换能器单元，比如扬声器单元，并且将取决于换能器单元的特性。根据本发明的一个重要的方面，第二范围II优选与换能器在其上效率最高的频率相对应，从而得到最高的声音产出。

应当理解，第二频率范围II的大小(带宽)也可以根据一个或多个换能器的特征而定。具有在其上最有效的较宽范围的频率(有可能是多个谐 振频率)的换能器或者换能器阵列可以从较宽的第二频率范围II中获益。具有单个最有效频率(比如Helmholtz频率f_H)的换能器或者换能器阵列，可以从特别窄的第二频率范围II中获益，因为这将在所述单个频率上集中所有能量。

应当指出，在所示例子中第二范围II位于第一范围I之中。这意味着第一范围I被有效地压缩并且在第一范围I之外没有频率受到影响。

根据本发明的设备10，只是以非限制的实例的方式在图9中示出，它包括带通滤波器11、检测器12、(可选的)低通滤波器13、乘法器14和发生器15。滤波器11具有与第一范围I对应的通带，因此消除了第一范围I之外的所有频率。检测器12检测从滤波器11接收的信号V_F。检测器12优选是本身已知的峰值检测器，但是也可以是本身已知的包络检测器。在一个非常经济的实施方式中，检测器可以由二极管构成。

检测器12产生的信号V_E代表在第一范围I(见图8)中出现的组合信号的幅度。乘法器14将该信号与频率为f_w的信号V₀相乘。该信号V₀ 可以由适当的发生器15生成。乘法器的14的输出信号V_M具有约等于f_w 的平均频率，而其幅度取决于包含在第一频率范围I中的信号。通过改变发生器频率f_w，平均频率以及由此第二音频频率范围II的位置能够被改变。

根据本发明的音频系统示意性地在图10中图示。用来驱动换能器的设备1被显示为包括频率映射设备10和并行设置的处理单元19。由声源2产生的输入信号V_in被馈送给所述设备10和处理单元19两者。如图9所示，频率映射设备10选择一个频率范围，例如低音频率范围，并且将该频率范围映射到第一换能器单元20的Helmholtz频率(示意性表示)。处理单元19可以包括放大器来放大所有的频率，并将得到的信号馈送到(示意性表示的)第二换能器单元29。此外，或者可替换地，处理单元19可以包括滤波器，用来过滤某些频率。

在一个优选实施方式中，处理单元19包括延迟元件，用来延迟馈送到第二换能器单元29的信号，使得第一换能器单元20的声压约等于第二换能器单元29的声压，尤其是在某个瞬间。在该实施方式中，处理单元19引入等于由设备10引入的任何延迟的延迟。

第一换能器单元20优选是根据本发明被设计成在其Helmholtz频率工作的换能器单元，而第二换能器单元29可以是具有一个或多个换能器的常规换能器。

声源2可以由任何合适的声源构成，诸如无线电调谐器、CD或者DVD播放器、MP3或者AAC播放器、互联网终端和/或具有合适的音频存储装置的计算机。

本发明是基于这样的见识，即当换能器在其Helmholtz频率被驱动时能够以最小的锥位移产生最大量的声音。本发明得益于进一步的见识，即频率范围能够被映射到另一个较窄的频率范围，该较窄的频率范围包含了Helmholtz频率以便以最大效率来呈现原始频率范围。

本发明不限于常规的具有磁体、线圈和圆锥体的电磁扬声器，而是也可以应用到其它音频换能器，比如静电扬声器。

应当指出，在本文献中使用的任何术语都不应当被解释成是对本发明范围的限制。特别地，词“包括”和“包含”并不意味着排除了没有特别指出的任何元件。单个(电路)元件可以用多个(电路)元件或者以它们的等同物替代。

本领域普通技术人员应当理解，本发明并不限于以上所示的实施方式，并且可以做出许多的修改和添加而不脱离所附的权利要求书所限定的本发明的范围。在本上下文中，应当指出，在权利要求中限定的特征的各种组合在本发明的范围之内也是可能的。因此本发明还包括了这些组合。

Claims (18)

1.一种用来驱动换能器单元(20)的设备(1)，该换能器单元(20)包括至少一个换能器(21)和外壳(22)，在外壳(22)中容纳所述的至少一个换能器，该设备包括映射装置(10)，用来将输入信号分量从第一音频频率范围(I)映射到第二音频频率范围(II)，

其中第二音频频率范围(II)比第一音频频率范围(I)窄，并且其中第二音频频率范围(II)包括换能器单元(20)的Helmholtz频率(f_H)，

其中外壳(22)限定了换能器(21)和管(23)之间的容积V₁，所述容积满足等式：

其中c是声音在空气中的速度，S是管的内部横截面，f_w是第二音频频率范围(II)的中心频率，η由η≈0.85·2π·f_w·r/c给出，r是管的内半径，T由T＝tan(2π·L·f_w/c)给出，并且L是管(23)的长度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述窄的频率范围(II)在Helmholtz频率(f_H)的5％以内扩展。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述窄的频率范围(II)在Helmholtz频率(f_H)的2％以内扩展。

4.根据权利要求1所述的设备，其中映射装置(10)包括：

检测单元(12)，用来检测第一音频频率范围(I)内的第一信号分量，

发生器单元(15)，用来产生在第二音频频率范围(II)内的第二信号分量，

幅度控制装置(14)，用来根据第一信号分量的幅度控制第二信号分量的幅度。

5.根据权利要求1所述的设备，还包括第二换能器单元(29)和处理单元(19)，该处理单元(19)包括延迟元件，用来延迟馈送到第二换能器单元(29)的信号，使得所述换能器单元(20)的声压约等于第二换能器单元(29)的声压。

6.一种音频系统，包括根据权利要求1所述的设备(1)以及换能器单元(20)，该换能器单元(20)包括至少一个换能器(21)和外壳(22)，在外壳(22)中安装了所述的至少一个换能器，该外壳包括一个末端开口的管(23)，

其中外壳(22)限定了换能器(21)和管(23)之间的容积V₁，所述容积满足等式：

其中c是声音在空气中的速度，S是管的内部横截面，f_w是第二音频频率范围(II)的中心频率，η由η≈0.85·2π·f_w·r/c给出，r是管的内半径，T由T＝tan(2π·L·f_w/c)给出，并且L是管(23)的长度。

7.根据权利要求6所述的音频系统，其中换能器(21)具有力因子Bl，该力因子Bl满足等式：

其中R_E是换能器的电阻，R_M是换能器的机械阻力，R_p是所述管(23)的机械阻力，S是换能器的有效辐射面面积，ρ是空气密度，c是声音在空气中的速度，T由T＝tan(2π·L·f_H/c)给出，L是管(23)的长度，η由η≈0.85·2π·f_H/c给出，m是换能器的运动质量，f_H是换能器单元的Helmholtz频率，f₀是在没有外壳伸展到换能器和开放空气之间的情况下换能器的谐振频率。

8.根据权利要求6所述的音频系统，其中外壳(22)限定了附加的容积V₂，该附加的容积V₂是封闭的。

9.根据权利要求8所述的音频系统，其中，所述容积V₁和附加的容积V₂位于换能器(21)的相对侧。

10.根据权利要求6所述的音频系统，其中任何的边缘(24)都是圆形的。

11.根据权利要求6所述的音频系统，其中不存在阻尼材料。

12.根据权利要求6所述的音频系统，其中管(23)的开口端设置有凸缘(25)。

13.一种音频系统，包括音频放大器、至少一个换能器(21)和至少一个根据权利要求1所述的设备(1) 。

14.根据权利要求13所述的音频系统，其中，该音频系统还包括声源(2)。

15.一种驱动换能器单元(20)的方法，所述换能器单元(20)包括至少一个容纳在外壳(22)中的换能器(21)，所述外壳(22)设置有末端开口的管(23)，该方法包括将输入信号从第一音频频率范围(I)映射到第二音频频率范围(II)的步骤，其中第二音频频率范围(II)比第一音频频率范围(I)窄，其中第二音频频率范围(II)包括换能器单元的Helmholtz频率(f_H)，

其中外壳(22)限定了换能器(21)和管(23)之间的容积V₁，所述容积满足等式：

其中c是声音在空气中的速度，S是管的内部横截面，f_w是第二音频频率范围(II)的中心频率，η由η≈0.85·2π·f_w·r/c给出，r是管的内半径，T由T＝tan(2π·L·f_w/c)给出，并且L是管(23)的长度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二频率范围(II)在Helmholtz频率(f_H)的5％以内扩展。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二频率范围(II)在Helmholtz频率(f_H)的2％以内扩展。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述映射步骤包括子步骤：

检测第一音频频率范围(I)内的第一信号分量，

产生在第二音频频率范围(II)内的第二信号分量，

根据第一信号分量的幅度控制第二信号分量的幅度。