CN108800517B - 扩散共振消声装置及通风通道消声系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种扩散共振消声装置及通风通道消声系统，其包括沿通风通道的通风延伸方向设置的多个扩散共振消声单元，多个扩散共振消声单元沿与通风通道的通风延伸方向成预定角度的方向并列排列，相邻的两个扩散共振消声单元之间形成一消声通道。每个扩散共振消声单元包括至少一个由多个相对设置的第一凸部和第二凸部构成的扩散共振结构，每个第一凸部和对应的第二凸部之间之间拼接以形成对应的空腔。如此，本申请无需使用纤维化材料，更加健康环保，并有效降低生产成本，同时当声波进入消声通道时可以经由多个第一凸部和第二凸部在消声通道内多次扩散反射并通过每个空腔的共振吸声后发生声衰减，能够提高对通风通道内低频消声性能。
Description
技术领域
本申请涉及通风消声领域，具体而言，涉及一种扩散共振消声装置及通风通道消声系统。
背景技术
通风系统是用于改善空气条件的装置，它包括排风和送风两部分，通常通风系统在排风和送风的同时也会对周围的空间带来噪声污染。为了解决该系统带来的噪声问题而又不影响通风的性能，安装消声装置是最常见有效的处理措施。常见的消声装置根据其消声原理和结构的不同大致可以分为阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、通风泄压式消声器以及扩散式消声器，其中阻性消声器是通风降噪系统中实际应用最多的一类消声器，阻性消声器是利用声波在吸声材料或结构中传播时，因摩擦将声能量转换为热能而耗散的机理，达到消声的目的。
目前安装阻性消声器在实际工程的应用中已经非常普遍，常见的有片式消声器、矩阵式消声器、折板式消声器以及各种衍生类产品，它们都是利用纤维类材料的吸声特性来达到消声的目的，这类消声器典型的消声特性是具有良好的中频消声性能，而低频段由于纤维类材料的限制，其消声性能较差，另外，该类消声器采用的纤维类材料对人员和环境都有一定的危害。如何提高对通风通道内低频消声性能，有效地实现通风消声降噪效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
申请内容
为了克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种扩散共振消声装置及通风通道消声系统，以解决或者改善上述问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种扩散共振消声装置，应用于通风通道，所述扩散共振消声装置包括：
沿所述通风通道的通风延伸方向设置的多个扩散共振消声单元，所述多个扩散共振消声单元沿与所述通风通道的通风延伸方向成预定角度的方向并列排列，相邻的两个扩散共振消声单元之间形成一消声通道，其中，每个所述扩散共振消声单元包括至少一个扩散共振结构，每个所述扩散共振结构包括：
多个相对设置的第一凸部和第二凸部；
每个所述第一凸部和对应的第二凸部之间之间拼接以形成对应的空腔；
当声波进入所述消声通道时经由多个所述第一凸部和第二凸部在所述消声通道内多次扩散反射并通过每个所述空腔的共振吸声后发生声衰减。
可选地，所述预定角度为90度。
可选地，所述扩散共振结构采用硬质表面材料制作而成，其中，所述硬质表面材料包括玻璃纤维增强石膏、玻璃纤维增强混凝土、木质材料、微粒板材料中的一种或者多种组合。
可选地，相邻的两个扩散共振结构之间通过金属垫片螺栓固定连接。
可选地，相邻的两个扩散共振结构之间的边缘区域采用金属卡片固定。
可选地，所述扩散共振结构的各个第一凸部或者第二凸部的凸起高度范围为25mm-250mm。
可选地，相邻的两个扩散共振消声单元之间的距离范围为50mm-500mm。
可选地，每个所述第一凸部和对应的第二凸部之间通过结构胶粘接或螺栓连接以形成对应的空腔。
可选地，所述扩散共振消声装置还包括用于将并列排列的多个扩散共振消声单元与通风通道固定的固定结构，所述固定结构包括固定矩管、设置在所述固定矩管上用于将每个所述扩散共振消声单元固定在所述固定矩管上的角钢以及设置在所述固定矩管两端用于与所述通风通道的两侧固定的膨胀螺栓。
第二方面，本申请实施例还提供一种通风通道消声系统，所述通风通道消声系统包括上述的扩散共振消声装置，所述扩散共振消声装置安装在通风通道内，用于对进入所述通风通道的声波进行消声处理
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供的扩散共振消声装置及通风通道消声系统，包括沿通风通道的通风延伸方向设置的多个扩散共振消声单元，多个扩散共振消声单元沿与通风通道的通风延伸方向成预定角度的方向并列排列，相邻的两个扩散共振消声单元之间形成一消声通道。每个扩散共振消声单元包括至少一个由多个相对设置的第一凸部和第二凸部构成的扩散共振结构，每个第一凸部和对应的第二凸部之间之间拼接以形成对应的空腔。如此，本申请无需使用纤维化材料，更加健康环保，并有效降低生产成本，同时当声波进入消声通道时可以经由多个第一凸部和第二凸部在消声通道内多次扩散反射并通过每个空腔的共振吸声后发生声衰减，能够提高对通风通道内低频消声性能，进而有效地实现通风消声降噪效果。本申请设置的共振吸声结构相较于纤维类材料低频吸声性能更强，可以弥补纤维类材料在低频时吸声性能的不足，同时也避免了单纯采用扩散结构吸收低频声波时对于扩散共振结构尺寸要求较大的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的扩散共振消声装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的扩散共振结构的结构示意图之一；
图3为本申请实施例提供的扩散共振结构的结构示意图之二；
图4为本申请实施例提供的扩散共振结构的结构示意图之三；
图5为本申请实施例提供的扩散共振消声装置的安装结构示意图之一；
图6为本申请实施例提供的扩散共振消声装置的安装结构示意图之二；
图7为图5中所示的固定结构的结构示意图。
图标：100-扩散共振消声装置；110-扩散共振消声单元；120-扩散共振结构；132-第一凸部；134-第二凸部；140-固定结构；142-固定矩管；144-角钢；146-膨胀螺栓；150-金属垫片螺栓；160-金属卡片；200-通风通道。
具体实施方式
通风系统是用于改善空气条件的装置，它包括排风和送风两部分，通常通风系统在排风和送风的同时也会对周围的空间带来噪声污染。为了解决该系统带来的噪声问题而又不影响通风的性能，安装消声装置是最常见有效的处理措施。常见的消声装置根据其消声原理和结构的不同大致可以分为阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、通风泄压式消声器以及扩散式消声器，其中阻性消声器是通风降噪系统中实际应用最多的一类消声器，阻性消声器是利用声波在吸声材料或结构中传播时，因摩擦将声能量转换为热能而耗散的机理，达到消声的目的。
目前安装阻性消声器在实际工程的应用中已经非常普遍，常见的有片式消声器、矩阵式消声器、折板式消声器以及各种衍生类产品，它们都是利用纤维类材料的吸声特性来达到消声的目的，这类消声器典型的消声特性是具有良好的中频消声性能，而低频段由于纤维类材料的限制，其消声性能较差，另外，该类消声器采用的纤维类材料对人员和环境都有一定的危害。如何提高对通风通道内低频消声性能，有效地实现通风消声降噪效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
本申请发明人在实现本申请技术方案的过程中，发现目前可以基于扩散原理制作消声器，并通过设置扩散体来增加低频的吸声性能，将扩散原理应用到通风消声领域可以增加低频的消声性能，但是发明人在实际研究过程中发现，要使吸收声音的频率越低，对扩散体的尺寸要求越大，例如要降低200Hz左右的声音，扩散体单元宽度要达到约1m，并且拱高方向尺度至少大于0.15m，其空间安装尺寸要求较大，这在实际空间有限的通风系统中难以应用。
基于上述技术问题的发现，本申请发明人提出下述实施例以解决上述问题，需要注意的是，以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本申请过程中对本申请做出的贡献。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，一些指示的方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，为本申请实施例提供的扩散共振消声装置100的结构示意图。本实施例中，该扩散共振消声装置100可用于通风消声领域，例如用于安装在通风通道中以实现通风通道中的消声降噪，当然可以理解的是，也可以根据实际需求将该扩散共振消声装置100应用于其它任意的四周封闭的空间中使用。
如图1所示，扩散共振消声装置100可包括沿通风通道的通风延伸方向设置的多个扩散共振消声单元110(图1中仅示出4个)，多个扩散共振消声单元110沿与通风通道的通风延伸方向成预定角度的方向并列排列，相邻的两个扩散共振消声单元110之间形成一消声通道，其中，每个扩散共振消声单元110包括至少一个扩散共振结构120(图1中仅示出2个)。
每个扩散共振结构120包括多个相对设置的第一凸部132和第二凸部134，每个第一凸部132和对应的第二凸部134之间之间拼接以形成对应的空腔，当声波进入消声通道时经由多个第一凸部132和第二凸部134在消声通道内多次扩散反射并通过每个空腔的共振吸声后发生声衰减。
可以理解，上述扩散共振消声单元110、扩散共振结构120以及凸部的具体设置数量可以根据实际需求进行灵活设置，本实施例对此不作具体限制。
基于上述设计，本实施例通过采用扩散共振结构120，无需使用纤维化材料，更加健康环保，并有效降低生产成本。同时，当声波进入消声通道时可以经由多个第一凸部132和第二凸部134在消声通道内多次扩散反射并通过每个空腔的共振吸声后发生声衰减，能够提高对通风通道内低频消声性能，进而有效地实现通风消声降噪效果，而如果仅设置扩散体对低频声波进行消声，对扩散体尺寸要求较大，例如要降低频率在200Hz左右声音，扩散体单元宽度尺寸要求达到约1m，并且拱高方向尺度至少大于0.15m，导致增加扩散体尺寸，难以应用在这在实际空间有限的通风系统中。而本实施例提供的扩散共振结构120相当于质量弹簧系统，起到吸收声波能量的作用，相较于纤维类材料低频吸声性能更强，可以弥补纤维类材料在低频时吸声性能的不足，同时也避免了单纯采用扩散结构吸收低频声波时对于扩散结构尺寸要求较大的缺陷。
本实施例中，扩散共振结构120的分布方式对于声音的扩散有影响，因此扩散共振消声单元110的布置方向应使声传播依次通过扩散共振结构120的第一凸部132和第二凸部134，可选地，本实施例中，该预定角度可以为90度，也即，多个扩散共振消声单元110可以沿与通风通道的通风延伸方向的垂直方向并列排列。由此设置，可以使得多个扩散共振消声单元110更易于对声波进行扩散，同时也能够节省设置空间。
可选地，扩散共振结构120可以采用硬质表面材料制作而成，其中，硬质表面材料包括玻璃纤维增强石膏、玻璃纤维增强混凝土、木质材料、微粒板材料中的一种或者多种组合。当然，可以理解在其它实施例中，也不排除扩散共振结构120还可以采用其它硬质表面材料制作而成，本实施例对此不作具体限制。
可选地，扩散共振结构120的各个第一凸部132或者第二凸部134的形状可以按照实际通风通道的场景需求进行设置，例如请参阅图2所示，可以采用圆柱体。又例如，请参阅图3所示，可以采用锥形体。又例如，请参阅图4所示，可以采用矩形体。可以理解，在实际设计时各个第一凸部132或者第二凸部134并不限于上述几种形状。
发明人在研究过程中发现，为了达到有效地声扩散，扩散共振结构120的尺寸应与入射声波的波长相当，扩散共振结构120表面的形状、尺寸决定了扩散共振消声装置100的扩散频率，例如，发明人通过大量测试数据总结出如下的经验公式对扩散共振结构120的尺寸进行设计：
2πf/c a≥4，b/a≥0.15
上式中，a为扩散共振结构120的宽度；b为扩散共振结构120的凸出高度；c为空气中声速；f为声波的频率。例如，发明人通过测试发现当a＝0.17m，b＝0.04m，扩散共振消声装置100的长度为3m。当扩散共振结构120的制作材料为微粒板时，单独采用扩散结构的扩散式消声装置的测试结果为：
低于800Hz，消声量为0-10dB，800Hz-2500Hz,消声量为10-20dB，2500Hz-6300Hz消声量大于20dB，6300Hz-10000Hz消声量为10-20dB。
采用本实施例提供的扩散共振消声装置100的测试结果为：
低于315Hz，消声量小于10dB，315Hz-500Hz,消声量为10-20dB，500Hz-6300Hz消声量大于20dB，6300Hz-10000Hz消声量为10-20dB。通过对比，本实施例提供的扩散共振消声装置100相对于扩散式消声装置其低频消声性能得到较大提升，且整体消声频带变宽。此外，发明人经过实际实验测试结果还表明：在实际应用中各个扩散共振消声单元110的长度越大，消声量越大，各个扩散共振结构120的第一凸部132或者第二凸部134的凸起高度b越大，扩散共振结构120的内部空腔越大，低频消声性能越强。由此，本领域技术人员可以依据上述设计思路和实际应用场景对扩散共振消声装置100进行设计。
作为一种实施方式，在实际进行通风风道安装前，首先制作单件扩散共振结构120，根据实际声源的特性和降噪需求确定该扩散共振结构120的各个第一凸部132和第二凸部134的表面形状，以制作多个扩散共振结构120。然后，可以将多个扩散共振结构120顺序排列为一列组成扩散共振消声单元110，长度方向根据降噪量需求不同可进行调整，长度越长，衰减量越大，每列扩散共振消声单元110之间的间距根据降噪量需求的不同可进行调整，间距越小，衰减量越大。最后，将排列后的扩散共振消声单元110上下两端封闭，在不同扩散共振消声单元110之间形成如图1中类似阻性消声器的消声通道。其中，在实际安装中，扩散共振消声装置100的顶部与通风风道的顶部留有一定的空隙。
可选地，每个第一凸部132和对应的第二凸部134之间可以通过结构胶粘接或螺栓连接以形成对应的空腔。
可选地，本实施例中，扩散共振结构120的各个第一凸部132和第二凸部134的凸起高度范围可以为25mm-250mm。作为一种实施方式，当扩散频率下限为200Hz时，扩散共振结构120的各个第一凸部132和第二凸部134的凸起高度应大于30mm。
可选地，本实施例中，当通风率为50％时，相邻的两个扩散共振消声单元110之间的距离范围可以为50mm-500mm。
可选地，进一步参阅图5，本实施例中，相邻的两个扩散共振结构120之间可以通过金属垫片螺栓150固定连接。
可选地，依旧参阅图5，相邻的两个扩散共振结构120之间的边缘区域可以采用金属卡片160固定。
可选地，请结合参阅图5-图7，扩散共振消声装置100还可以包括用于将并列排列的多个扩散共振消声单元110与通风通道200固定的固定结构140，固定结构140可以包括固定矩管142、设置在固定矩管142上用于将每个扩散共振消声单元110固定在固定矩管142上的角钢144以及设置在固定矩管142两端用于与通风通道200的两侧固定的膨胀螺栓146。由此设置，能够将各个扩散共振消声单元110与通风通道200固定，从而避免扩散共振消声装置100在风的作用下设置位置发生改变，从而影响消声降噪效果。
进一步地，本申请实施例还提供一种通风通道消声系统，通风通道消声系统包括上述的扩散共振消声装置100，扩散共振消声装置100安装在通风通道200内，用于对进入通风通道200的声波进行消声处理。
综上所述，本申请实施例提供的扩散共振消声装置及通风通道消声系统，包括沿通风通道的通风延伸方向设置的多个扩散共振消声单元，多个扩散共振消声单元沿与通风通道的通风延伸方向成预定角度的方向并列排列，相邻的两个扩散共振消声单元之间形成一消声通道。每个扩散共振消声单元包括至少一个由多个相对设置的第一凸部和第二凸部构成的扩散共振结构，每个第一凸部和对应的第二凸部之间之间拼接以形成对应的空腔。如此，本申请无需使用纤维化材料，更加健康环保，并有效降低生产成本，同时当声波进入消声通道时可以经由多个第一凸部和第二凸部在消声通道内多次扩散反射并通过每个空腔的共振吸声后发生声衰减，能够提高对通风通道内低频消声性能，进而有效地实现通风消声降噪效果。本申请设置的共振吸声结构相较于纤维类材料低频吸声性能更强，可以弥补纤维类材料在低频时吸声性能的不足，同时也避免了单纯采用扩散结构吸收低频声波时对于扩散共振结构尺寸要求较大的缺陷。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种扩散共振消声装置，其特征在于，应用于通风通道，所述扩散共振消声装置包括：
沿所述通风通道的通风延伸方向设置的多个扩散共振消声单元，所述多个扩散共振消声单元沿与所述通风通道的通风延伸方向成预定角度的方向并列排列，相邻的两个扩散共振消声单元之间形成一消声通道，其中，每个所述扩散共振消声单元包括至少一个扩散共振结构，每个所述扩散共振结构包括：
多个相对设置的第一凸部和第二凸部；
每个所述第一凸部和对应的第二凸部之间拼接以形成对应的空腔；
当声波进入所述消声通道时经由多个所述第一凸部和第二凸部在所述消声通道内多次扩散反射并通过每个所述空腔的共振吸声后发生声衰减；以提高对通风通道内低频消声性能；
所述扩散共振结构的尺寸满足：
2πf/c*a≥4，b/a≥0.15
其中，a为扩散体宽度；b为扩散体凸出高度；c为空气中声速；f为声波的频率；
所述扩散共振结构采用硬质表面材料制作而成，其中，所述硬质表面材料包括玻璃纤维增强石膏、玻璃纤维增强混凝土、木质材料、微粒板材料中的一种或者多种组合；
所述扩散共振消声装置还包括用于将并列排列的多个扩散共振消声单元与通风通道固定的固定结构，所述固定结构包括固定矩管、设置在所述固定矩管上用于将每个所述扩散共振消声单元固定在所述固定矩管上的角钢以及设置在所述固定矩管两端用于与所述通风通道的两侧固定的膨胀螺栓。
2.根据权利要求1所述的扩散共振消声装置，其特征在于，所述预定角度为90度。
3.根据权利要求1所述的扩散共振消声装置，其特征在于，相邻的两个扩散共振结构之间通过金属垫片螺栓固定连接。
4.根据权利要求1所述的扩散共振消声装置，其特征在于，相邻的两个扩散共振结构之间的边缘区域采用金属卡片固定。
5.根据权利要求1所述的扩散共振消声装置，其特征在于，所述扩散共振结构的各个第一凸部或者第二凸部的凸起高度范围为25mm-250mm。
6.根据权利要求1所述的扩散共振消声装置，其特征在于，相邻的两个扩散共振消声单元之间的距离范围为50mm-500mm。
7.根据权利要求1所述的扩散共振消声装置，其特征在于，每个所述第一凸部和对应的第二凸部之间通过结构胶粘接或螺栓连接以形成对应的空腔。
8.一种通风通道消声系统，其特征在于，所述通风通道消声系统包括权利要求1-7中任意一项所述的扩散共振消声装置，所述扩散共振消声装置安装在通风通道内，用于对进入所述通风通道的声波进行消声处理。
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