CN112863468A - 一种亚波长低频宽带非对称通风消声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消声器技术领域，特别涉及一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，包括骨架，所述的消声器上具有通风孔，所述的消声器骨架上具有若干大小不同的空腔，空腔布置在通风孔的四周，所述的消声器骨架的正面设有与空腔相通的通孔，所述的消声器的反面为平整面，本发明设有通风孔，保证了消声器工作时空气的正常流通，以及工作管道中热能的通畅耗散，解决了空气流通及热能耗散的问题；本发明的消声器为双向非对称消声器，正向入射和反向入射时的声能量传输损耗一致，但声吸收系数不同可用于各种不同的消声场合。

Description

一种亚波长低频宽带非对称通风消声器

技术领域

本发明涉及消声器技术领域，特别涉及一种亚波长低频宽带非对称通风消声器。

背景技术

低频声波的抑制在国防工业和日常生活等领域都有着重大的意义。然而由于低频声波具有超强的穿透与衍射能力，使得低频声波的吸收一直是声学界长期关注但尚未得到有效解决的难题。传统吸声材料(比如多孔吸声材料)主要依赖于声波与材料骨架之间的相互摩擦，将声能通过耗散、热传导和分子弛豫过程转化成热能。根据经典的线性响应理论，低频声波的有效吸收依赖于吸声材料厚度的增加和密度的增大，使其无法满足利用小尺寸控制大波长声波的要求，故在实际中难以应用。

此前人们发现，特定形状尺寸的单一声学共振器(比如亥姆霍兹共鸣器)在共振频率附近能实现低频声波的完全吸收，达到完美消声器的效果，且共振器尺寸处于亚波长范围。最近出现的一种利用高对称性折叠空间结构中低有效声速效应构建的具备超慢声速的流体微单元，在空气中实现了单极(518Hz)、偶极(1080Hz)、四极(1188Hz)、八极(1320Hz)以及二阶单极(1549Hz)等共振模式。实验表明，此流体微单元在上述多极子共振频率附近有完美的声能量局域特性和优秀的吸声性能。但是由于对称性设计，此单元尚不具备非对称声传输及通风特性，也限制了其使用范围。

根据声学互易性原理，声波从正反两个方向入射声阻抗介质时声波透射系数是对称的，但是如果正反两个方向的空间对称性被打破，声波反射系数可以是不同的，即对于同一消声器，相同频率下的消声效率是非对称的。

发明内容

为了解决现有技术存在的现有的消声器为对称设置且通风性能不好，限制其使用范围的问题，本发明提供一种扩大消声器的使用范围的亚波长低频宽带非对称通风消声器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，包括骨架，所述的消声器上具有通风孔，所述的消声器骨架上具有若干大小不同的空腔，空腔布置在通风孔的四周，所述的消声器骨架的正面设有与空腔相通的通孔，所述的消声器的反面为平整面。

进一步的，所述的通风孔为设置在骨架中心的方孔，使得骨架整体呈回字形。

进一步的，所述的空腔均为长方体空腔，相邻空腔之间具有薄壁，空腔与骨架外壁之间也具有薄壁。

进一步的，所述的通孔沿长方体空腔的宽度方向或长度方向设置在中间位置。

进一步的，通孔延伸至与长方体空腔侧壁平齐。

进一步的，所述的空腔包括横向排列在骨架上端第一空腔、第二空腔和第三空腔，空腔还包括竖向并列在骨架其中一侧的第四空腔和第五空腔以及竖向设置在骨架另一侧的第六空腔，所述的第六空腔下方横向设置第七空腔，横向排列的第一空腔、第二空腔、第三空腔和第七空腔的通孔均竖向设置，竖向排列的第四空腔、第五空腔和第六空腔的通孔均横向设置。

进一步的，所述的第一空腔、第二空腔和第三空腔的体积比为1.8:2.8:4.8，所述的第四空腔和第五空腔的体积比为5.8:0.8。

进一步的，所述的消声器的吸声频段为647～1600Hz，声波波长为21～53cm。

进一步的，通风孔占整个消声器截面积的10～20％。

进一步的，通风孔占整个消声器截面积的16％。

有益效果：

(1)本发明的消声器为亚波长低频宽带消声器，能显著达到吸声效果；

(2)本发明设有通风孔，保证了消声器工作时空气的正常流通，以及工作管道中热能的通畅耗散，解决了空气流通及热能耗散的问题；

(3)本发明的消声器为双向非对称消声器，正向入射和反向入射时的声能量传输损耗一致，但声吸收系数不同。当声波从正向入射时，本发明表现为阻尼消声器，声波与消声器骨架之间发生摩擦，声能量转化成热能耗散掉；当声波从反向入射时，本发明表现为抗性消声器，声能量几乎不发生耗散却反射回声源处，故本发明可用于各种不同的消声场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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他附图。

图1为本发明的亚波长低频宽带非对称通风消声器的立体图；

图2为本发明的亚波长低频宽带非对称通风消声器的正视图；

图3为本发明的亚波长低频宽带非对称通风消声器的左视图；

图4为本发明的亚波长低频宽带非对称通风消声器的右视图；

图5为本发明的亚波长低频宽带非对称通风消声器的俯视图；

图6为本发明的亚波长低频宽带非对称通风消声器的仰视图；

图7为本发明的消声器正/反向声传输损耗分布图；

图8为本发明的消声器正/反向声吸收系数对比图。

其中，1、骨架，2、通风孔，3、空腔，31、第一空腔，32、第二空腔，33、第三空腔，34、第四空腔，35、第五空腔，36、第六空腔，37、第七空腔，4、通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～6，一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，包括骨架1，消声器上具有通风孔2，消声器骨架1上具有若干大小不同的空腔3，空腔3布置在通风孔2的四周，消声器骨架1的正面设有与空腔3相通的通孔4，消声器的反面为平整面。

通风孔2为设置在骨架1中心的方孔，使得骨架1整体呈回字形。

空腔3均为长方体空腔3，相邻空腔3之间具有薄壁，空腔3与骨架1外壁之间也具有薄壁。

通孔4沿长方体空腔3的宽度方向或长度方向设置在中间位置。

通孔4延伸至与长方体空腔3侧壁平齐。

空腔3包括横向排列在骨架1上端第一空腔31、第二空腔32和第三空腔33，空腔3还包括竖向并列在骨架1其中一侧的第四空腔34和第五空腔35以及竖向设置在骨架另一侧的第六空腔36，第六空腔36下方横向设置第七空腔37，横向排列的第一空腔31、第二空腔32、第三空腔33和第七空腔34的通孔均竖向设置，竖向排列的第四空腔34、第五空腔35和第六空腔36的通孔均横向设置。

第一空腔31、第二空腔32和第三空腔33的体积比为1.8:2.8:4.8，第四空腔34和第五空腔35的体积比为5.8:0.8。

消声器的吸声频段为647～1600Hz，声波波长为21～53cm。

通风孔2占整个消声器截面积的10～20％。

通风孔2占整个消声器截面积的16％。

本发明为亚波长低频宽带消声器，其外观尺寸为10cm×10cm×4cm，在声波传播方向上的厚度为4cm，能够显著达到吸声效果(声能量传输损耗TL≥10dB)的频段为647-1600Hz，对应的声波波长为21-53cm，消声器尺寸可小至声波波长的1/13.3，此频段内的平均声能量传输损耗约为15.1dB。本发明的消声器可以通过3D打印等形式制造。

本发明为通风消声器，截面除去7个大小不同的共振器外，中心还存在一个截面为4cm×4cm的通风区域，占整体截面积大小的16％。此设计保证了消声器工作时空气的正常流通，以及工作管道中热能的通畅耗散，解决了空气流通及热能耗散的问题。

下表为消声器消声器正/反向声传输损耗值情况列表，结合7～8所示，图8中实现为正向，虚线为反向。本发明为双向非对称消声器，正向入射和反向入射时的声能量传输损耗一致，但声吸收系数不同。当声波从正向入射时，本发明表现为阻尼消声器，声波与消声器骨架之间发生摩擦，声能量转化成热能耗散掉；当声波从反向入射时，本发明表现为抗性消声器，声能量几乎不发生损耗却反射回声源处，故本发明可用于各种不同的消声场合。

消声器正/反向声传输损耗值情况列表

频率点(Hz)	695	758	830	944	1075	1235	1515
								传输损耗(dB)	25.9	25.6	36.0	28.2	38.6	28.8	35.8

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于:包括骨架(1)，所述的消声器上具有通风孔(2)，所述的消声器骨架(1)上具有若干大小不同的空腔(3)，空腔(3)布置在通风孔(2)的四周，所述的消声器骨架(1)的正面设有与空腔(3)相通的通孔(4)，所述的消声器的反面为平整面。

2.根据权利要求1所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：所述的通风孔(2)为设置在骨架(1)中心的方孔，使得骨架(1)整体呈回字形。

3.根据权利要求1所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：所述的空腔(3)均为长方体空腔(3)，相邻空腔(3)之间具有薄壁，空腔(3)与骨架(1)外壁之间也具有薄壁。

4.根据权利要求2所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：所述的通孔(4)沿长方体空腔(3)的宽度方向或长度方向设置在中间位置。

5.根据权利要求3所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：通孔(4)延伸至与长方体空腔(3)侧壁平齐。

6.根据权利要求3所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：所述的空腔(3)包括横向排列在骨架(1)上端第一空腔(31)、第二空腔(32)和第三空腔(33)，空腔(3)还包括竖向并列在骨架(1)其中一侧的第四空腔(34)和第五空腔(35)以及竖向设置在骨架另一侧的第六空腔(36)，所述的第六空腔(36)下方横向设置第七空腔(37)，横向排列的第一空腔(31)、第二空腔(32)、第三空腔(33)和第七空腔(34)的通孔均竖向设置，竖向排列的第四空腔(34)、第五空腔(35)和第六空腔(36)的通孔均横向设置。

7.根据权利要求6所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：所述的第一空腔(31)、第二空腔(32)和第三空腔(33)的体积比为1.8:2.8:4.8，所述的第四空腔(34)和第五空腔(35)的体积比为5.8:0.8。

8.根据权利要求1所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：所述的消声器的吸声频段为647～1600Hz，声波波长为21～53cm。

9.根据权利要求1所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：通风孔(2)占整个消声器截面积的10～20％。

10.根据权利要求7所述的一种亚波长低频宽带非对称通风消声器，其特征在于：通风孔(2)占整个消声器截面积的16％。

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