CN107420680B - 一种用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，包括前接管、容腔管和后接管，容腔管的两端分别与前接管和后接管连接，容腔管内套设有环形仿生滤波片，容腔管与环形仿生滤波片之间形成共振腔室，环形仿生滤波片的两端分别与前接管和后接管对接，形成滤波通道，多空隙吸声片沿轴向从滤波通道内穿过，多个多空隙吸声片沿容腔管的中心轴线周向均匀分布，将滤波通道纵向分成多个腔室。结构简单，实现管道内全方位立体降低噪声，不受噪音频带所限，无需使用庞大的共振容腔，尤其适用于船上各个系统的复杂通风管路中，提高了降噪效果。

Description

一种用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器

技术领域

本发明涉及管路噪声控制技术领域，具体涉及一种用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器。

背景技术

作为当代世界“四大污染”之一，噪声污染的控制问题一直受到国内外研究机构的广泛关注。在日常生活环境以及工作环境中的噪声会导致人的情绪烦躁、注意力不集中，而长期暴露在高噪声环境中会对人体的听觉系统造成损伤。同样的，对于设备、机械，长期受到噪声激励而产生的结构振动现象，会降低工作精度，减少其疲劳寿命。在军事领域，机械噪声会直接影响军事装备的隐蔽性，把自己暴露给敌方，并会干扰己方声学仪器以及高精度仪器的正常工作。

在日常等环境噪声中，一个重要的组成部分是管道噪声—主辅机的进排气噪声，采暖通风与空调管道噪声等。为了减小噪声带来的危害，必须采取一系列的降噪措施。

降噪措施通过在噪声传播的三个基本环节上(噪声源、传播路径和接收对象)进行控制发挥作用。大力开发研究低噪声设备即为从源头上降低管道噪声的最直接手段，除此之外，隔绝噪声或使噪声在传播过程中衰减，即影响噪声在管道中的传播也是降噪的一个重要措施。而安装管道消声设备是阻断噪声传播路径最常用的形式。

根据是否需要外部声源，目前现有管道噪声的控制方法可以大致分为两类：主动式和被动式。被动式噪声控制机理可以分为：阻式(耗散式)和抗式(反射式)两种。一般在不明确定义低、中、高频的界限时，主动式控制方法适用于低频的线谱噪声；而中、高频的宽频噪声更适合采用被动控制中的耗散式处理，抑制宽带的低频噪声大多是通过被动控制中的抗式结构来抑制。

主动式噪声控制通常通过添加次级声源实现，通过驱动次级声源发出与管道中入射的噪声相位相反的声音，进而发生相消干涉，使得管道下游中传播的噪声降低。尽管主动控制技术在实验室实验中已经趋于完善、成熟，但是其在实际应用中仍存在问题。最大的问题是如何保证传感器(传声器)和作动器(次级声源)结构在烟尘、高湿度、高温等恶劣环境下长期稳定工作的可靠性。并且主动式控制技术主要应用方向为平面波的抑制，在管道立体空间中不够成熟。受多种条件限制，主动式降噪产品目前仅仅对单频或多个谐频噪声问题起到有效结果，对宽频噪声问题束手无策。

耗散型阻式管道噪声控制装置一般会使用吸声材料，通过噪声在吸声材料中传播中摩擦产生粘滞耗散作用，将传播的声音转化为热量耗散掉。采用以多空隙吸声材料作为管道内衬的阻式噪声控制装置在降低中-高频噪声问题领域是一种有效、成熟的解决方法，但是在低频噪声吸声上的表现却不乐观。吸声材料所吸收的声波的波长与其厚度有关，当厚度小于1/4波长时，装置几乎不起作用。

被动式抗式消声结构能够有效降低管道内的中低频声。抗式消声器通常由数个横截面尺寸不同的抗式消声元件组成，入射声波传播到抗式元件的交界面上时，将被反射回管道始端，达到减弱管道末端的透射声波的目的。实际使用中的抗式消声器结构均可以分解为常用抗式元件的组合：包括膨胀腔、Helmholtz共振器、Herschel-Quincke管、1/4波长共振器等。上述抗式消声装置共同的问题有：结构体积庞大，安装空间受限；频率选择性强，只在发生共振时才具有最佳的消声效果，频率略有偏差消声效果会大大减弱等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，结构简单，实现管道内全方位立体降低噪声，不受噪音频带所限，无需使用庞大的共振容腔，尤其适用于船上各个系统的复杂通风管路中，提高了降噪效果。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，包括前接管、容腔管、后接管和多空隙吸声片，容腔管的两端分别与前接管和后接管连接，

其中，容腔管内套设有环形仿生滤波片，容腔管与环形仿生滤波片之间形成共振腔室，环形仿生滤波片的两端分别与前接管和后接管对接，形成滤波通道，多空隙吸声片沿轴向从滤波通道内穿过，多个多空隙吸声片沿容腔管的中心轴线周向均匀分布，将滤波通道纵向分成多个腔室。

按上述技术方案，前接管和后接管的端部外壁上分别套设有前盖板和后盖板，前接管通过前盖板与容腔管的一端连接，后接管通过后盖板与容腔管的另一端连接，前盖板与容腔管之间设有前橡胶垫圈，后盖板与容腔管之间设有后橡胶垫圈。

按上述技术方案，容腔管、前接管、后接管、前盖板和后盖板均为船用钢制成，以便于适应管路工作高温和高湿的环境。

按上述技术方案，前接管、后接管、前盖板、后盖板、前橡胶垫圈、后橡胶垫圈和环形仿生滤波片的内径一致，均与通风管的管径相同，减少了管径突变引起的二次噪声。

按上述技术方案，所述的多空隙吸声片的个数为4个，将滤波通道分成四个相同的腔室，共振腔室的四个区域分别与滤波通道的四个腔室对接，形成四个相同的亥姆霍茨共振腔。

按上述技术方案，环形仿生滤波片包括多个仿生滤膜和固定骨架，固定骨架为环形，套装于容腔管内，固定骨架上设有通气窗口，多个仿生滤膜沿通气窗口间隔排列分布，仿生滤膜的两端固定于固定骨架上，相邻两个仿生滤膜之间的间隙形成阻尼间隙。

按上述技术方案，通气窗口为梯形窗口。

按上述技术方案，仿生滤膜选自不同长度、宽度和厚度的硅橡胶或聚醚酰亚胺弹性膜片。

按上述技术方案，固定骨架的两端分别与容腔管的两端铆接。

按上述技术方案，共振腔室内填充有多空隙吸声材料。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明结构简单，通过仿生滤波片和多空隙吸声片在容腔管中模拟出人工耳蜗结构，通过仿生滤波片的振动消耗噪声能，实现管道内全方位立体降低噪声，通过仿生滤波片实现全频带降噪，不受噪音频带所限，无需使用庞大的共振容腔，有效降低了消声器的体积，尤其适用于船上各个系统的复杂通风管路中，提高了降噪效果。

2、通过仿生滤膜振动消耗噪声能量的消声功能，实现通风管道的高效降噪，并且可根据管路工作环境噪音频带组合最优滤波膜片尺寸、调节仿生滤膜在固定骨架上预紧力，能够有效实现全频带降噪，基本不受工作环境所限；根据常见管路工作环境的频带分析，可提供常用标准化仿生滤膜组以及共振容腔内径供选择，满足同时解决船上各个系统复杂通风管路消声频带、管路尺寸要求，实现标准化造船。

附图说明

图1是本发明实施例中用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器的立面图；

图2是本发明实施例中用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器的立面剖视图；

图3是本发明实施例中用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器的平面剖视图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明实施例中环形仿生滤波片的展开示意图；

图6是本发明实施例中在某通风管路中用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器的工作示意图；

图中，1-前接管，2-前盖板，3-前橡胶垫圈，4-容腔管，5-共振腔室，6-后橡胶垫圈，7-后盖板，8-后接管，9-螺栓螺母，10-仿生滤波片，11-多空隙吸声片，12-多空隙吸声材料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图6所示，本发明提供的一个实施例中的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，包括前接管1、容腔管4、后接管8和多个多空隙吸声片11，容腔管4的两端分别与前接管1和后接管8连接，前接管1和后接管8分别用于前后通风管路的对接；

其中，容腔管4内套设有环形仿生滤波片10，容腔管4与环形仿生滤波片10之间形成共振腔室5，共振腔室5内填充有吸声材料，环形仿生滤波片10的两端分别与前接管1和后接管8对接，形成滤波通道，多空隙吸声片11沿轴向从滤波通道内穿过，多个多空隙吸声片11沿容腔管4的中心轴线周向均匀分布，将滤波通道纵向分成多个腔室；多空隙吸声片11的外端与环形仿生滤膜的内壁接触，容腔管4与环形仿生滤波片10同心设置，容腔管4的管径大于前接管1和后接管8的管径，通风管中的气流通过仿生滤波片10进入到共振腔室5中，经降噪后再经仿生滤波片10出来，从另一端出去。

进一步地，前接管1和后接管8的端部外壁上分别套设有前盖板2和后盖板7，前接管1通过前盖板2与容腔管4的一端连接，后接管8通过后盖板7与容腔管4的另一端连接，前盖板2与容腔管4之间设有前橡胶垫圈3，后盖板与容腔管4之间设有后橡胶垫圈6。

进一步地，前端盖板和后盖板通过螺栓分别与容腔管4的两端连接，前接管1和后接管8均为阶梯型中空圆柱体。

进一步地，容腔管4、前接管1、后接管8、前盖板2和后盖板7均为船用钢制成，以便于适应管路工作高温和高湿的环境。

进一步地，前接管1、后接管8、前盖板2、后盖板7、前橡胶垫圈3、后橡胶垫圈6和环形仿生滤波片的内径一致，均与通风管的管径相同，减少了管径突变引起的二次噪声。

进一步地，所述的多空隙吸声片11的个数为4个，将滤波通道分成四个相同的腔室，共振腔室5的四个区域分别与滤波通道的四个腔室对接，形成四个相同的亥姆霍茨共振腔；多空隙吸声片11采用多空隙吸声材料为填充材料，将滤波通道分为四个相同的腔室Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ—Ⅳ，共振腔室5分成四个相同的腔室Ⅴ—Ⅵ—Ⅶ—Ⅷ，可增加通风管路中气体流动阻尼，促进气体与仿生滤波片10接触，增加对气体的降噪效果。

进一步地，环形仿生滤波片10包括多个仿生滤膜和固定骨架，固定骨架为环形，套装于容腔管4内，固定骨架上设有通气窗口，多个仿生滤膜沿通气窗口间隔排列分布，仿生滤膜的两端固定于固定骨架上，相邻两个仿生滤膜之间的间隙形成阻尼间隙。

进一步地，通气窗口为梯形窗口；本发明所述的仿生滤膜12，仿生滤膜12两端固定在两片中间开有梯形窗口的刚性夹板的固定骨架14上，安装在梯形窗口内的弹性膜片根据工作环境的频带选择最优预紧大小，达到工作管路最优消声效果。

进一步地，阻尼间隙为条状开口，通风管内的气体经环形仿生滤波片10进入共振腔内。

进一步地，仿生滤膜选自不同长度、宽度和厚度的硅橡胶或聚醚酰亚胺弹性膜片。

进一步地，固定骨架的两端分别与容腔管4的两端铆接；本发明所述的铆接结构15，能够减少由于气体流动可能造成的振动强度问题，增加消声器的疲劳寿命。

进一步地，共振腔室5内的吸声材料为多空隙吸声材料12。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

一种用于通风管路管道噪声控制的人工耳蜗消声器，该结构主要由3个功能部分组成：结构壳体、滤波通道、仿生滤波片10；包括前接管1、前盖板2、前橡胶垫圈3、容腔管4、共振腔室5、后橡胶垫圈6、后盖板7、后接管8、螺栓螺母9、仿生滤波片10以及多空隙吸声片11等具体结构。前接管1、前盖板2、前橡胶垫圈3、容腔管4、后橡胶垫圈6、后盖板7、后接管8连接，形成结构壳体。

其中仿生滤波片结构由若干个仿生滤膜固定在固定骨架上。仿生滤膜为宽度各异、厚度各异的硅橡胶或者聚醚酰亚胺弹性膜片。由于其不同的宽度和厚度结构特征而具有不同的共振频率，每个仿生滤膜单元两端采用不同大小预紧力，固定在开有梯形窗口的刚性板的固定骨架上。固定时使弹性膜片沿纵向呈不同程度的张紧状态，获得具有不同共振频率的防身滤波片结构，各膜片之间留有微小的阻尼缝隙，使得膜片各自振动相互独立。每个仿生单元中长度较小的膜片等效刚度高、长度较大的膜片的等效刚度小，当气体经过滤波通道，持续作用在位于通风管路中的仿生膜片时，其按对应频率做振动，与气体发生共振达到大量消耗其能量的目的，膜片间隙之间的气体流动亦产生阻尼，形成一个“质量－弹簧－阻尼”组合结构，并在共振容腔中经过多空隙吸声材料12进一步降低噪声。

综上所述，本发明的通风管路管道系统仿耳蜗型消声器结构清晰简单，易于制造。这种采用仿生耳蜗理论为基础的各向异性滤波膜片能够有效提高通风管路管道系统降噪效果，基本不受噪音频带所限。仿耳蜗型消声器结构尺寸根据具体实施管道普遍频带，可调节容腔等体积，有效解决传统抗式消声方法装置体积庞大的问题；由于本发明中采用仿生耳蜗结构的滤波膜片，使得降噪频带可以根据管道实际情况合理调整，提高了降噪效果，改善降噪结果。

本发明的用于通风管路管道噪声控制的人工耳蜗消声器结构清晰简单，易于制造。结构主要由三大功能部分，以及一些具体结构部件组成，能够适用于船上各个系统的复杂通风管路。本发明的用于通风管路管道噪声控制的人工耳蜗消声器，主要通过仿生滤波片实现全频带降噪，无需使用庞大的共振容腔，有效解决传统抗式消声方法体积庞大的问题。本发明的用于通风管路管道噪声控制的人工耳蜗消声器采用仿生耳蜗理论为基础，通过根据管路工作环境噪音频带组合最优滤波膜片尺寸、调节仿生滤膜在固定骨架上预紧力，能够有效实现全频带降噪，基本不受工作环境所限。本发明的用于通风管路管道噪声控制的人工耳蜗式消声器，根据常见管路工作环境的频带分析，可提供常用标准化仿生滤膜组以及共振容腔内径供选择，满足同时解决船上各个系统复杂通风管路消声频带、管路尺寸要求，实现标准化造船。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，包括前接管、容腔管、后接管和多空隙吸声片，容腔管的两端分别与前接管和后接管连接，

其中，容腔管内套设有环形仿生滤波片，容腔管与环形仿生滤波片之间形成共振腔室，环形仿生滤波片的两端分别与前接管和后接管对接，形成滤波通道，多空隙吸声片沿轴向从滤波通道内穿过，多个多空隙吸声片沿容腔管的中心轴线周向均匀分布，将滤波通道纵向分成多个腔室。

2.根据权利要求1所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，前接管和后接管的端部外壁上分别套设有前盖板和后盖板，前接管通过前盖板与容腔管的一端连接，后接管通过后盖板与容腔管的另一端连接，前盖板与容腔管之间设有前橡胶垫圈，后盖板与容腔管之间设有后橡胶垫圈。

3.根据权利要求2所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，容腔管、前接管、后接管、前盖板和后盖板均为船用钢制成，以便于适应管路工作高温和高湿的环境。

4.根据权利要求2所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，前接管、后接管、前盖板、后盖板、前橡胶垫圈、后橡胶垫圈和环形仿生滤波片的内径一致，均与通风管的管径相同，减少了管径突变引起的二次噪声。

5.根据权利要求1所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，所述的多空隙吸声片的个数为4个，将滤波通道分成四个相同的腔室，共振腔室的四个区域分别与滤波通道的四个腔室对接，形成四个相同的亥姆霍茨共振腔。

6.根据权利要求1所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，环形仿生滤波片包括多个仿生滤膜和固定骨架，固定骨架为环形，套装于容腔管内，固定骨架上设有通气窗口，多个仿生滤膜沿通气窗口间隔排列分布，仿生滤膜的两端固定于固定骨架上，相邻两个仿生滤膜之间的间隙形成阻尼间隙。

7.根据权利要求6所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，通气窗口为梯形窗口。

8.根据权利要求7所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，仿生滤膜选自不同长度、宽度和厚度的硅橡胶或聚醚酰亚胺弹性膜片。

9.根据权利要求7所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，固定骨架的两端分别与容腔管的两端铆接。

10.根据权利要求1～9任意一项中所述的用于通风管路噪声控制的人工耳蜗消声器，其特征在于，共振腔室内填充有多空隙吸声材料。