CN104575483A - 一种可控吸声结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及吸声技术领域，特别是涉及一种可控吸声结构。该结构包括基体和固定设置在所述基体上的压电薄膜，两者之间设有空腔，所述压电薄膜上设有多个贯通的吸声孔；所述噪声频率采集元件用于获取环境噪声频率；所述电压调制电路通过引线与所述压力薄膜电连接，且所述电压调制电路的信号接收端口与所述噪声频率采集元件的信号输出端口连接，以施加激励电压至所述压电薄膜。与现有技术相比，工作过程中，电压调制电路可施加激励电场至压电薄膜，形变使得其上的吸声孔的孔径产生相应的改变，从而实现该吸声结构对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，扩大了该吸声结构的有效吸声频带。与现有技术相比，具有结构加工容易，生产成本低，吸声效果显著的特点。

Description

一种可控吸声结构

技术领域

本发明涉及吸声技术领域，特别是涉及一种可控吸声结构。

背景技术

在噪声控制工程中，微穿孔板共振结构是一种广泛采用的吸声技术。众所周知，微穿孔板共振吸声结构的吸声机理是，微穿孔板上的每一个穿孔与其相对应的空气层组成的系统类似于亥姆霍兹共振器，微穿孔板共振吸声结构可理解为许多亥姆霍兹共振器的并联。当声波进入小孔后便激发空腔内空气振动，如果声波频率与该结构共振频率相同时,腔内空气便发生共振，穿孔板孔颈处空气柱往复振动，速度、幅值达最大值，摩擦与阻尼也最大；此时，使声能转变为热能最多，即消耗声能最多，从而发挥高效吸声作用。

基于上述性能优势，微穿孔板共振结构在众多领域得到了广泛应用，如飞机降噪、体育馆吸声、通风管道吸声等。然而，现有传统的微穿孔板共振吸声结构，其有效吸声中心频率固定且频带窄的本质决定了它不能有效地应对上述复杂的噪声环境。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对现有微穿孔板共振结构进行优化设计，以有效克服上述缺陷，有效提升微穿孔板共振结构的可适应性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决提供一种可调控吸声性能的吸声结构。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可控吸声结构，包括基体和固定设置在所述基体上的压电薄膜，两者之间设有空腔，所述压电薄膜上设有多个贯通的吸声孔；噪声频率采集元件用于获取环境噪声频率；电压调制电路通过引线与所述压力薄膜电连接，且所述电压调制电路的信号接收端口与所述噪声频率采集元件的信号输出端口连接，以施加激励电压至所述压电薄膜。

优选地，所述压电薄膜包括双层子膜，并分别通过引线与所述电压调制电路电连接。

优选地，所述双层子膜平行设置。

优选地，所述双层子膜间隔设置。

优选地，每层子膜上的穿孔形状、尺寸和排布方式相同。

优选地，每层子膜上的穿孔形状、尺寸和排布方式相异。

优选地，所述噪声频率采集元件为传声器，并根据获取的噪声频率以电压信号的方式输出至所述电压调制电路。

优选地，所述电压调制电路配置有：存储模块，储存预设的压电薄膜上所述吸声孔的孔径与激励电压阈值的第一关系表，和噪声频率与所述吸声孔的孔径的第二关系表；比较判断模块，根据所述噪声频率依次查找所述第一关系表和所述第二关系表，获得所需施加的激励电压。

优选地，所述压电薄膜为共聚物压电薄膜、交联聚丙烯压电薄膜或聚偏二氟乙烯压电薄膜。

优选地，所述基体由刚性材料制成。

(三)有益效果

本发明提供的可控吸声结构，有效利用了压电薄膜的逆压电效应特性，其固定设置在基体上的压电薄膜上开设的吸声孔，形成微穿孔板结构。工作过程中，电压调制电路根据环境噪声频率可施加激励电场至压电薄膜，由此压电薄膜的形变使得其上的吸声孔的孔径产生相应的改变，实现该吸声结构对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，扩大了该吸声结构的有效吸声频带。与现有技术相比，具有结构加工容易，生产成本低，吸声效果显著的特点。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述可控吸声结构的整体结构示意图；

图2是图1中所示压电薄膜的俯视图。

图中：

基体1、压电薄膜2、吸声孔3、噪声频率采集元件4、引线5、电压调制电路6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1和图2，其中，图1为本实施方式所述可控吸声结构的整体结构示意图，图2为图1中所示压电薄膜的俯视图。

该可控吸声结构采用压电薄膜1作为微穿孔板，其上设有多个贯通的吸声孔3。该压电薄膜1固定在基体1的两侧，两者之间设有空腔，建立形成一微穿孔板结构。当声波进入小孔后便激发空腔内空气振动，声波频率与该结构共振频率相同时,腔内空气便发生共振，使声能转变为热能，从而发挥高效吸声作用。

本方案中，压电薄膜1包括双层子膜，如图中所示分别上下设置，并分别通过引线5与电压调制电路6电连接，电压调制电路6的信号接收端口与噪声频率采集元件4的信号输出端口连接。噪声频率采集元件4用于获取环境噪声频率，并输出至电压调制电路6，进而通过电压调制电路6向压电薄膜1施加激励电压，形成交变电场。如此设置，利用压电薄膜1的逆压电效应产生形变，使得压电薄膜1上的穿孔孔径产生相应改变，实现该吸声结构对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，扩大了该吸声结构的有效吸声频带。应当理解，前述电压调制电路6的具体元件配置可以根据现有技术实现，故本文不再赘述。

其中，双层子膜也即双层压电薄膜，优选图中所示的，两者上下平行且间隔设置形成一个微穿孔板结构，以最大限度的发挥层间吸声效果的促进，使双层压电薄膜构成的微穿孔板达到最优的吸声效果。显然，仅就微穿孔板结构的实现而言，压电薄膜并非局限于图中所示的双层，单层或其他复数层均可满足吸声功能需要。

对于双层及其他复数层的压电薄膜1，每层子膜上的穿孔形状、尺寸和排布方式可以完全相同，或者穿孔形状、尺寸和排布方式中任一者或二者选择性相同，通过电压调制电路6输出相同的激励电压，进而产生相同的孔径变化。当然，每层子膜上的穿孔形状、尺寸和排布方式也可以完全相异，具体控制时可通过电压调制电路6分别输出不同激励电压，针对不同的压电薄膜1进行调控，适应不同的应用情境。例如，吸声孔3的形状可以为图中所示的圆孔，也可以根据设置为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状；各吸声孔3可以如图中所示矩阵式排列，也可以采用其他方式布置。

当然，相比于输出相同激励电压至每个子膜的设计，理论上来说，不同激励电压输出的电压调制电路设计将相对繁琐。

其中，噪声频率采集元件4为传声器，并根据获取的噪声频率以电压信号的方式输出至电压调制电路6。用于将声音转换成电信号的传声器，技术相对成熟，在满足信号采集功能的基础上，配置成本相对较低。传声器优选设置在压电薄膜2的前侧，也即声源侧。

其中，电压调制电路6可配置为包括：存储模块和比较判断模块，该存储模块用于储存预设的压电薄膜上吸声孔的孔径与激励电压阈值的第一关系表，和噪声频率与吸声孔的孔径的第二关系表；该比较判断模块可根据噪声频率依次查找第一关系表和第二关系表，获得所需施加的激励电压。也就是说，电压调制电路6能够根据传声器接收的噪声频率，确定吸收该噪声所需的最佳微穿孔孔径；然后根据压电薄膜2自身的压电效应变化规律以及所获得的吸收该噪声所需的最佳孔径，产生所需的激励电压，并通过引线5向压电薄膜2施加激励电场。

另外，压电薄膜2可以为共聚物压电薄膜、交联聚丙烯压电薄膜或聚偏二氟乙烯压电薄膜。基体1可以为刚性基体，也即采用刚性材料制成，例如，金属、木材、玻璃、有机玻璃、陶瓷、石膏或水泥等常规材料选择，图中所示的基体1选择为壳体结构，压电薄膜1固定在其两侧外缘处即可形成空腔；可以确定的是，图中所示基体结构形式对本方案的保护范围并非构成限制。

综上，本发明具有以下优点：

(1)本发明的吸声板采用压电薄膜制成，通过电压调制电路根据环境噪声频率可施加激励电场至压电薄膜，由此压电薄膜的形变使得其上的吸声孔的孔径产生相应的改变，实现该吸声结构对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，从而提高吸声效果。

(2)本发明吸声孔的大小，受到主动吸声控制器的控制，可以根据传声器探测到的声波频率进行实时调节，进而可改变复合消声结构的吸声频带，达到主动吸声要求，满足不同场合的吸声要求，应用广泛。

(3)与现有技术相比，具有结构加工容易，生产成本低的特点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可控吸声结构，其特征在于，包括：

基体；

固定设置在所述基体上的压电薄膜，两者之间设有空腔，所述压电薄膜上设有多个贯通的吸声孔；

噪声频率采集元件，用于获取环境噪声频率；

电压调制电路，通过引线与所述压力薄膜电连接，且所述电压调制电路的信号接收端口与所述噪声频率采集元件的信号输出端口连接，以施加激励电压至所述压电薄膜。

2.根据权利要求1所述的可控吸声结构，其特征在于，所述压电薄膜包括双层子膜，并分别通过引线与所述电压调制电路电连接。

3.根据权利要求2所述的可控吸声结构，其特征在于，所述双层子膜平行设置。

4.根据权利要求3所述的可控吸声结构，其特征在于，所述双层子膜间隔设置。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的可控吸声结构，其特征在于，每层子膜上的穿孔形状、尺寸和排布方式相同。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的可控吸声结构，其特征在于，每层子膜上的穿孔形状、尺寸和排布方式相异。

7.根据权利要求1所述的可控吸声结构，其特征在于，所述噪声频率采集元件为传声器，并根据获取的噪声频率以电压信号的方式输出至所述电压调制电路。

8.根据权利要求7所术的可控吸声结构，其特征在于，所述电压调制电路配置有：

存储模块，储存预设的压电薄膜上所述吸声孔的孔径与激励电压阈值的第一关系表，和噪声频率与所述吸声孔的孔径的第二关系表；

比较判断模块，根据所述噪声频率依次查找所述第一关系表和所述第二关系表，获得所需施加的激励电压。

9.根据权利要求1所述的可控吸声结构，其特征在于，所述压电薄膜为共聚物压电薄膜、交联聚丙烯压电薄膜或聚偏二氟乙烯压电薄膜。

10.根据权利要求1所述的可控吸声结构，其特征在于，所述基体由刚性材料制成。