CN109488416B - 一种频率可调式单级多频率共振消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率可调式单级多频率共振消声器，其在关注频段内有多个消声量峰值，且可调节消声频率范围。对于单级消声器，壳体部分由固定壳体和可移动壳体组成，后者可在一定范围内移动。排气管与两壳体构成的空腔中沿轴向插入偶数块固定插板和可移动插板(六块以上)，相互紧密贴合，将空腔分割成偶数个(六个以上)并联共振腔。排气管上沿轴向分布有数目不等的消声孔，形成偶数个(六个以上)并联共振腔，其腔数等于共振频率数。固定插板开有数个耦合孔，有耦合孔与无耦合孔的固定插板间隔布置。该设计可以调节可移动壳体来改变消声频带范围。本发明通过在单级消声器有限空间内构造串并联共振消声结构，使消声效果大为改善。

Description

一种频率可调式单级多频率共振消声器

技术领域

本发明属于一种排气消声器，具体涉及一种频率可调式单级多频率共振消声器，可用于车辆进排气消声系统和其它排风管路降噪系统。

背景技术

传统的消声器设计，通常分为阻性和抗性两种方式。阻性消声器是利用声波在吸声材料中传播将声能转化为热能而损耗；然而为了获得较好的低频吸声性能，往往需要较大的背腔空间和较厚的材料尺寸。而抗性消声器中的赫姆霍兹共振消声器对频率的选择性极强，虽然在共振频率处消声量很大，但是其消声频带很窄，为了拓宽消声频带一般需要多级组合使用，因而占用更大的空间。以上传统阻抗消声器设计往往难以达到满意的消声效果，无法适应日益严苛的行业标准和要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种频率可调式单级多频率共振消声器，在关注的频段内会出现多个消声量峰值，且可通过调节共振腔容积改变消声频率范围，解决了单个赫姆霍兹共振器消声频带狭窄，应用范围不广的问题。本发明通过以下技术方案来实现：

一种频率可调式单级多频率共振消声器，包括排气管、中空且一端带有端盖的固定壳体和可移动壳体、固定插板和可移动插板，排气管外侧固定有固定壳体，可移动壳体敞开的一端外套在固定壳体敞开的一端上，可移动壳体的另一端套在排气管上，排气管与固定壳体、可移动壳体之间形成一个空腔，空腔内沿圆周方向均布有2n块固定插板和可移动插板，固定插板与固定壳体相固定，可移动插板与可移动壳体相固定，固定插板和可移动插板之间紧密贴合，并均沿轴向分布在空腔内，将空腔分隔成2n个并联排列的共振腔，每个共振腔相对的排气管上设有一组轴向排列的消声孔，各组消声孔的个数不同，固定插板上开有耦合孔，有耦合孔的固定插板与无耦合孔的固定插板间隔布置，其中n≥3。

上述方案中，所述可移动壳体套在排气管后采用密封环密封；固定壳体与可移动壳体套接后，采用密封环密封。

上述方案中，所述可移动插板可与可移动壳体一起沿轴向移动。

上述方案中，所述可移动壳体一端可以移动至封闭端与固定壳体贴合，另一端可以移动至可移动的最大位置。

上述方案中，所述最大位置为可移动壳体套在固定壳体上且不会发生脱落的位置。

上述方案中，所述消声孔的孔径和个数可以根据消声频率的要求进行选择。

上述方案中，所述固定壳体、可移动壳体的端盖的截面形状可以是圆形，也可以是矩形或其它形状。

上述方案中，所述耦合孔的直径和数量可以根据共振频率和消声频带的要求来进行选择。

本发明较现有技术的优点：

1、本发明通过在单级共振消声器中插入数块插板，形成并联共振腔，人为构造了多频率并联共振消声结构，可以在设计的频段形成多个共振频率，在消声特性中产生多个消声量峰值，有效拓宽共振消声器的消声频带，弥补传统单个赫姆霍兹共振器消声频带狭窄的缺点。

2、本发明通过调节可移动壳体与固定壳体的相对位置，改变消声器内各共振腔的容积，可以根据需求来调节共振消声频带，改善了传统单个赫姆霍兹共振消声器适用范围小，应用不灵活的缺点。

3、本发明中，排气管上的消声孔沿轴向分布，连通排气主管道与各共振腔，形成并联多频率共振消声器；共振频率的个数等于并联共振腔的数目，连通各共振腔中的消声孔数各不相等，使各共振腔共振频率各不相同，从而拓宽了消声器的消声频带。

4、本发明在固定插板上开有数个耦合孔，在共振腔并联的基础上加入串联设计，这种串并联耦合结构不仅可以增加共振消声频率的个数，进一步拓宽消声器的消声频带，提高消声量，而且无需增加消声器的结构尺寸，节省了结构空间，克服了常规串并联腔体消声器占用空间大的缺点。

5、本发明采用偶数块插板将消声器空腔分隔成偶数个共振腔，半数固定插板上开有耦合孔，有耦合孔的固定插板与无耦合孔的固定插板间隔布置，使消声器共振频率总数可达共振腔数目的1.5倍，不仅增加了共振频率个数，还进一步拓宽了消声器的消声频带。

6、本发明的频率可调式单级多频率共振消声器，结构简单，应用方便，可根据需要与扩张式消声器或阻抗复合消声器组合使用，适用范围广，成本低廉。

附图说明

图1是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的结构示意图；

图2是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的轴向剖视图；

图3是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的径向剖视图；

图4是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的并联结构原理示意图；

图5是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的串联结构原理示意图；

图6是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的单频率共振器结构示意图；

图7是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的六个频率共振器结构示意图；

图8是本发明频率可调式单级多频率共振消声器(六个)的并联结构消声效果与单频率共振消声器消声效果对比图；

图9是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的两共振腔纯并联消声效果图；

图10是本发明频率可调式单级多频率共振消声器的两共振腔串并联耦合消声效果图。

其中：1-排气管；2-固定壳体；3-可移动壳体；4-密封环；5-耦合孔；6-消声孔；7-固定插板；8-可移动插板；9-共振腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于此。

如图1、2、3所示，一种频率可调式单级多频率共振消声器，包括排气管1、中空且一端带有端盖的固定壳体2、中空且一端带有端盖的可移动壳体3(该处端盖采用密封环4保证共振腔的密封)、密封环4、固定插板7和可移动插板8；排气管1外侧套有固定壳体2，可移动壳体3的内径略大于固定壳体2的外径，可移动壳体3敞开的一端外套在固定壳体2敞开的一端上，固定壳体2与可移动壳体3套接后，采用密封环4密封，可移动壳体3的另一端套在排气管1上，排气管1与固定壳体2之间形成一端敞开的空腔，且该空腔内沿圆周方向均布有2n块(n≥3)固定插板7,固定插板7与固定壳体2相固定，排气管1与可移动壳体3之间也形成一端敞开的空腔，且该空腔内沿圆周方向均布有2n块(n≥3)可移动插板8,可移动插板8与可移动壳体3相固定，且可移动插板8可与可移动壳体3一起沿轴向移动，改变共振腔9的轴向长度，可移动插板8与固定插板7之间紧密贴合，并均沿轴向插入，将排气管1与固定壳体2和可移动壳体3之间形成的封闭空腔分隔成2n个并联排列的共振腔9。

固定壳体2、可移动壳体3的截面形状可以是圆形，也可以是矩形或其它形状。

可移动壳体3向左可以移动至封闭端与固定壳体2右端贴合，向右可以移动至可移动的最大位置(可移动壳体3套在固定壳体2上且不会发生脱落的位置)。

排气管1对应每个共振腔设有一组轴向排列的消声孔6，与各共振腔构成并联排列的多频率共振消声器，消声器的共振频率个数等于共振腔数目。各共振腔的消声孔个数各不相同，孔径和孔数可以根据消声频率的要求进行选择，从而形成一个有效的消声频带。

相邻两个共振腔之间的固定插板7上开有数个耦合孔5，有耦合孔的固定插板与无耦合孔的固定插板间隔布置，将其两侧的并联共振腔串联起来，在不增加结构尺寸的基础上实现共振腔的串并联耦合，从而增加共振频率个数，进一步拓宽消声频带，改善消声器的消声效果。耦合孔的直径和数量可以根据共振频率和消声频带的要求来进行选择。

本发明实质是通过赫姆霍兹共振消声器的串并联耦合形式，解决了单个赫姆霍兹共振消声器消声频带狭窄，应用范围不广的问题。该频率可调式单级多频率共振消声器可根据使用者的具体需求调节可移动壳体3与固定壳体2的相对位置，通过消声孔6、耦合孔5的个数及孔径的变化来改变消声频带宽度和位置。

本发明中涉及到的并联共振消声器可用下面的示例(图4所示)加以说明。此示例是六个共振消声器并联，在排气管1上开有六组消声孔6，每组消声孔6连通一个共振腔，构成一个共振消声器，具有一个共振频率。由于六组消声孔的个数各不相同，各共振消声器的共振频率也各不相同，通过设计可使这些共振频率形成一个有效的消声频带。本发明中还可以通过移动可移动壳体3的方式使每组消声孔6对应的共振腔容积发生改变，从而改变共振频率，其原理与改变消声孔6的个数相同。

用耦合孔5将两个相邻的并联共振腔连通起来，如图5所示，就实现了两共振腔的串联，其原理是：两个相邻的并联共振消声器相当于两个独立的单自由度声振动系统，有两个共振频率；采用耦合孔5连通两个并联共振腔之后，由于耦合孔5的加入和耦合作用，使得两个独立的单自由度声振动系统变成为三自由度声振动系统，从而具有三个固有频率，其消声特性会有三个共振峰，下面是一个设计实例。

一、并联多频率共振消声器效果

①传统赫姆霍兹共振器，基本参数如下：排气管直径d＝50mm，扩张比m＝18，扩张腔长度L＝250mm，消声孔孔径d₁＝5mm；排气管上开有6排消声孔，每排有6个，均布在圆周方向上，这是一个单频率共振消声器(如图6所示)。

②在①的基础上，在扩张腔中插入6块插板，插板均布在圆周方向上。排气管上连通各共振腔的消声孔径不变，但孔数各不相等，依次为3、6、9、12、15、18个，这样把一个单频率共振消声器改成了六个并联的共振消声器(如图7所示)，有六个共振频率。

两种共振消声器的消声特性如图8所示，可以很明显地看出，第一种结构的共振消声器的消声特性只有一个共振峰，其消声频带狭窄；而第二种结构的共振消声器通过六个共振腔的并联，在150～400Hz频带内产生了六个共振峰，显著地拓宽了消声频带，改善了共振消声器的消声效果。

二、串联耦合共振消声器效果

为说明共振腔耦合的效果，取图5中方框所截取的两相邻共振腔为例，依据声学理论，可以得到如图9、10所示的耦合前后的消声特性：显然，耦合前两相邻共振腔各自有一个对应的共振频率，耦合后系统有三个共振频率，消声频带范围拓宽了很多，消声性能有了很大的改善。

以上所述的具体示例仅用于详细说明本发明的设计思路和技术方案，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述示例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路、技术方案所作的任何修改、等同替换或修饰，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种频率可调式单级多频率共振消声器，其特征在于，包括排气管(1)、中空且一端带有端盖的固定壳体(2)和可移动壳体(3)、固定插板(7)和可移动插板(8)，排气管(1)外侧固定有固定壳体(2)，可移动壳体(3)敞开的一端外套在固定壳体(2)敞开的一端上，可移动壳体(3)的另一端套在排气管(1)上，所述可移动壳体(3)套在排气管(1)后采用密封环(4)密封；固定壳体(2)与可移动壳体(3)套接后，采用密封环(4)密封；排气管(1)与固定壳体(2)、可移动壳体(3)之间形成一个空腔，空腔内沿圆周方向均布有2n块固定插板(7)和可移动插板(8)，固定插板(7)与固定壳体(2)相固定，可移动插板(8)与可移动壳体(3)相固定，固定插板(7)和可移动插板(8)之间紧密贴合，并均沿轴向分布在空腔内，将空腔分隔成2n个并联排列的共振腔(9)，每个共振腔相对的排气管上设有一组轴向排列的消声孔(6)，各组消声孔的个数不同，固定插板(7)上开有耦合孔(5)，有耦合孔(5)的固定插板(7)与无耦合孔(5)的固定插板(7)间隔布置，其中n≥3。

2.根据权利要求1所述的一种频率可调式单级多频率共振消声器，其特征在于，所述可移动插板(8)可与可移动壳体(3)一起沿轴向移动。

3.根据权利要求1所述的一种频率可调式单级多频率共振消声器，其特征在于，所述可移动壳体(3)一端可以移动至封闭端与固定壳体(2)贴合，另一端可以移动至其可移动的最大位置。

4.根据权利要求3所述的一种频率可调式单级多频率共振消声器，其特征在于，所述最大位置为可移动壳体(3)套在固定壳体(2)上且不会发生脱落的位置。

5.根据权利要求1所述的一种频率可调式单级多频率共振消声器，其特征在于，所述消声孔(6)的孔径和个数可以根据消声频率的要求进行选择。

6.根据权利要求1所述的一种频率可调式单级多频率共振消声器，其特征在于，所述固定壳体(2)、可移动壳体(3)的端盖的截面形状可以是圆形，也可以是矩形或其它形状。

7.根据权利要求1所述的一种频率可调式单级多频率共振消声器，其特征在于，所述耦合孔(5)的直径和数量可以根据共振频率和消声频带的要求来进行选择。

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