CN114170991B

CN114170991B - 一种小型化的宽带低频消声管路

Info

Publication number: CN114170991B
Application number: CN202111423200.4A
Authority: CN
Inventors: 左洪运; 毕亚峰
Original assignee: Zhongke Jiansheng Suzhou New Material Technology Co ltd
Current assignee: Zhongke Jiansheng Suzhou New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2041-11-26
Also published as: CN114170991A

Abstract

本发明公开一种小型化的宽带低频消声管路，该消声管路包括管体及至少一个吸声单元，管体沿其侧壁设有至少一个开槽，吸声单元包括与任一所述开槽两侧的侧壁连接的第一板件及第二板件，第一板件、第二板件配合形成吸声通道，吸声通道一端与管体内腔连通，另一端与外界连通，第一板件与所述第二板件之间的最大距离小于目标低频噪声的波长；该消声管路通过在侧壁设置吸声单元的方式，形成吸声通道有效阻隔低频噪声，实现宽频隔声，该结构不需要在管体内腔设置额外的共鸣器等设备，占用空间小，也不依靠共振实现隔声，避免由气流多普勒效应造成的频率偏移失效问题，隔声效果稳定性佳。

Description

一种小型化的宽带低频消声管路

技术领域

本发明涉及消声领域，尤其涉及一种小型化的宽带低频消声管路。

背景技术

通风管道/排气管路形成了声波导结构，设备产生的噪声往往沿着管道传播，所以它们成为了机械噪声传播的重要路径。通常情况下，需要在管道内加入一些适当的结构对声波进行吸收或阻隔，常见的处理方法是使用消声器结构。

目前而言，常用的消声器主要分为三种：阻式消声器、抗式消声器和阻抗复合式消声器。阻式消声器往往使用大量的多孔材料，沿着管道进行铺设，对于中高频段的噪声，阻式消声器可以实现大量的吸声从而达到良好的效果，然而对于低频段噪声的阻隔效果则较差。抗式消声器则在管道侧壁或者中央加入共振结构进行隔声，它频带可调，可以实现低频段的有效隔声。然而由于管道中往往还带有气流，气流带来的多普勒效应会使噪声频率产生偏移，偏移量还随流速变化而变化，所以共振型隔声结构会失去原有的效果，对低频噪声的隔声效果实际并不显著。阻抗复合式消声器则是将两者进行结合，利用共鸣器在低频段进行隔声，利用多孔材料解决中高频段噪声问题。然而要实现对低频的隔声，阻抗复合式消声器中需要多个共鸣器进行串并联，占用空间极大。

因此需要寻找一种能对低频噪声进行有效吸收且受工作环境影响较小的消声管道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化的宽带低频消声管路，其能有效吸收低频噪声，实现超宽频带吸隔声，且隔声可靠性佳。

为实现上述发明目的，本发明提供一种小型化的宽带低频消声管路，所述消声管路包括：

管体，所述管体沿其侧壁设有至少一个开槽；

至少一个吸声单元，所述吸声单元包括与任一所述开槽两侧的所述侧壁连接的第一板件及第二板件，所述第一板件、所述第二板件配合形成吸声通道，所述吸声通道一端与所述管体内腔连通，另一端与外界连通，所述第一板件与所述第二板件之间的最大距离小于目标低频噪声的波长。

在一种较佳的实施方式中，所述吸声单元还包括声阻结构，所述声阻结构嵌设于所述吸声通道内。

在一种较佳的实施方式中，所述声阻结构沿所述吸声通道外缘向内嵌设于所述吸声通道中。

在一种较佳的实施方式中，所述声阻结构为多孔结构、狭缝结构或单个孔状结构中的一种。

在一种较佳的实施方式中，所述第一板件与所述第二板件之间的最大距离小于目标低频噪声波长的五分之一。

在一种较佳的实施方式中，所述开槽的圆弧长度占其所在侧壁圆周的 30％～100％。

在一种较佳的实施方式中，所述第一板件、所述第二板件与所述侧壁连接侧的圆弧长度与所述开槽的圆弧长度相同。

在一种较佳的实施方式中，所述第二板件包括延伸至所述管体内腔的延伸部；

所述吸声单元还包括设于所述管体内腔中的弧形壁，所述弧形壁与所述延伸部连接；

所述延伸部、所述弧形壁、所述管体的内壁配合形成侧壁流道。

在一种较佳的实施方式中，所述弧形壁与所述管体同轴设置。

在一种较佳的实施方式中，所述吸声单元的声波透射率与所述弧形壁的尺寸满足如下关系：

其中，T为吸声单元的声波透射率，S为管体内壁面积，S1为弧形壁内壁面积，

为虚数，k＝ω/c代表波数，ω为角频率，c代表声速。

在一种较佳的实施方式中，所述至少一个吸声单元沿所述管体轴向等间隔设置。

在一种较佳的实施方式中，所述至少一个吸声单元中每一吸声单元的中心点位于同一直线上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种小型化的宽带低频消声管路，该消声管路包括管体及至少一个吸声单元，管体沿其侧壁设有至少一个开槽，吸声单元包括与任一所述开槽两侧的侧壁连接的第一板件及第二板件，第一板件、第二板件配合形成吸声通道，吸声通道一端与管体内腔连通，另一端与外界连通，第一板件与所述第二板件之间的最大距离小于目标低频噪声的波长；该消声管路通过在侧壁设置吸声单元的方式，通过在侧壁形成吸声通道有效阻隔低频噪声，实现超宽频带吸隔声，且通过消声管路结构的优化实现宽频吸声，不需要在管体内腔设置额外的共鸣器等设备，占用空间小，也不需要依靠共振实现，避免由气流多普勒效应造成的频率偏移失效问题，隔声效果稳定性佳；

该吸声单元还包括声阻结构，声阻结构嵌设于所述吸声通道内，通过设置声阻结构，达到减小管内噪声能量的同时，还可进一步减少管体内噪声声波向管外泄露，并且减小管内气体的向外泄露。

吸声单元还包括设于管体内腔中的弧形壁，弧形壁与延伸部连接，延伸部、弧形壁、管体的内壁配合形成侧壁流道，以提高流入吸声单元的声波能量从而提高吸声率；且吸声单元的声波透射率与所述弧形壁的尺寸满足一定关系，如此，可针对目标噪声频段匹配相应尺寸的弧形壁，以实现定制化吸声，提高吸声单元的设计性及通用性。

需要说明的是，本发明仅需实现上述至少一种技术效果即可。

附图说明

图1是本实施例1中小型化的宽带低频消声管路的立体结构图；

图2是本实施例1中小型化的宽带低频消声管路的剖视图；

图3是本实施例1中a结构的放大图；

图4是本实施例2中小型化的宽带低频消声管路的剖视图；

图5是本实施例2中小型化的宽带低频消声管路的理论、仿真和实验测试结果。

图中标记：100-消声管路，10-管体，11-开槽，20-吸声单元，21-第一板件，22-第二板件，221-延伸部，23-吸声通道，24-声阻结构，25-弧形壁， 26-侧壁流道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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发明中的具体含义。

如背景技术所述，当前的通风管道/排气管路适用的消声器结构对于低频段的噪声的吸声效果或较差，或占用空间较大造成实用性并不大的现状，本实施例提供一种小型化的宽带低频消声管路，其能有效吸收低频段噪声实现低频宽带隔声。

下面将结合附图1～5对该小型化的宽带低频消声管路作进一步具体描述。

实施例1

如图1～3所示，本实施例提供一种小型化的宽带低频消声管路100(以下简称消声管路100)，该消声管路100包括管体10及设于该管体10上的至少一个吸声单元20，且至少一个吸声单元20沿管体10轴向等间隔设置。其中，管体10沿其侧壁设有至少一个开槽11，吸声单元20包括与任一开槽11 两侧的侧壁连接的第一板件21及第二板件22，第一板件21与第二板件22配合形成吸声通道23，吸声通道23一端与管体10内腔连通，另一端与外界连通。

需要说明的是，本实施例中的消声管路主要用于阻隔低频噪声外泄，如阻隔频率为500Hz以下的噪声外泄。因此，确定目标频率为500Hz，第一板件21与第二板件22之间的最大距离D小于目标低频噪声即500Hz噪声对应的波长λ。优选的，D＜λ/5。

本实施例中，第一板件21与第二板件22相对设置，两者为平行或非平行设置均可，本实施例对此不作限制。为了便于控制吸声效果及便于安装，两者优选平行设置。

以两者为平行设置为例，第一板件21与第二板件22之间的距离为D，且D＜λ且优选D＜λ/5时，目标频率噪声的波长大于第一板件21与第二板件 22之间的距离D。吸声通道23的形成实现了管体内腔与外界大空间的连通，然而吸声通道23的横截面积很小，目标低频噪声基本无法朝外辐射，频率低于该目标低频的噪声(甚至甚低频噪声)自然更加无法朝外辐射，从而有效避免低频噪声的外泄。

进一步，吸声单元20还包括声阻结构24，该声阻结构24嵌设于吸声通道23中。具体地，声阻结构24沿吸声通道23外缘向内嵌设于吸声通道23中。声阻结构24可以设于吸声通道23的任意位置，可以堵住或部分堵住吸声通道23。作为一种优选，声阻结构24设于吸声通道23靠近外界的一端并堵住吸声通道以形成端封。

声阻结构24为多孔结构、狭缝结构或单个小孔结构中的一种，特别的，多孔结构采用多孔材料制成，其提供声阻引起声能损耗的同时，还具有较大的流阻，可以减少管内气体的外泄。

需要说明的是，吸声通道23实际上创造了一个特殊的边界，在这个边界处，空气的质点振速极高，在该边界处放置声阻结构可以得到很好的吸收效果。同时，在吸声通道23中设置声阻结构24还能进一步减小向外界泄露声波，提高隔声效果。

然而，如不设置吸声通道23的结构，在管体相应位置处空气质点振速为0，即便在此设置多孔结构或狭缝结构，也几乎不会有吸收效果。因此，本实施例在设置吸声通道23且在吸声通道23中设置声阻结构24的方式，能有效吸收低频噪声，实现宽频隔声。

更进一步的，本实施例对于开槽11的设置方向不作限制，沿侧壁周向设置，或沿轴向设置，或与轴向成角度设置且角度范围为(0°,90°)，均可。作为优选的，开槽11沿管体10侧壁周向设置，该设置方式下，可随着气流在管道中流通时依次进行吸声。

开槽11的圆弧长度占其所在侧壁圆周的30％～100％，即，开槽11为首尾连通的环形槽或首尾非连通的非环形槽。当开槽11为环形槽时，该吸声单元20还包括连接结构，用于将环形槽两侧的管体进行连接。

当然，第一板件21、第二板件22分别与侧壁连接侧的圆弧长度与开槽 11的圆弧长度相同。当开槽为环形槽时，第一板件21、第二板件22分别为空心环状结构。

本实施例中的消声管路100包括至少一个吸声单元20，且本实施例对每一吸声单元20的结构不作限制，可以为上述结构中的任意一种，甚至去掉声阻结构24也有一定的隔声效果，作为一种优选，消声管路100中的所有吸声单元20结构相同，且每一吸声单元20的中心点位于同一直线上。

因此，消声管路通过在侧壁设置吸声单元的方式，形成吸声通道有效阻隔低频噪声，在管内实现低频宽带的隔声，不需要在管体内腔设置额外的共鸣器等设备，占用空间小，也不需要依靠共振实现，避免由气流多普勒效应造成的频率偏移失效问题，隔声效果稳定性佳；

该吸声单元还包括声阻结构，声阻结构嵌设于所述吸声通道内，通过设置声阻结构，在减小管内噪声能量的同时，还可进一步避免管体内噪声向管外泄露，且减小管内气体的向外泄露，在管内达到透气隔声的效果。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例进一步提供一种消声管路100，如图4 所示，相较于实施例1的区别在于：该消声管路100中的第二板件22包括延伸至管体10内腔的延伸部221，吸声单元10还包括设于管体10内腔中的弧形壁25，弧形壁25与延伸部221连接，延伸部221、弧形壁25、管体10的内壁配合形成侧壁流道26。继续参照图4所示，管体10中的气流和声波如箭头所指方向流通时，部分声波将分流进入侧壁流道26，从而进入吸声通道23进行低频吸声。

本实施例对于延伸部221与弧形壁25的的连接位置不作限制，但为了减小管体占用空间并提高吸声效果，延伸部221与弧形壁25位于延伸部221一侧的边缘连接，以获得较大空间的侧壁流道26而便于分流入较多的声波。

需要说明的是，本实施例中的弧形壁25与管体10同轴设置，以减小弧形壁25所受到的气体压力以提高消声管路100的结构稳定性，同时可避免扰乱管体10中气体流向。

当然，与开槽11相对应的，弧形壁25的圆弧长度占其所在圆周的 30％～100％，且优选为100％。

进一步的，该吸声单元20的声波透射率与弧形壁的尺寸满足如下式(1) 关系：

为虚数，k＝ω/c代表波数，ω为角频率，c代表声速。

图5为该消声管路的理论、仿真和实验测试结果，其中横坐标为频率，从100Hz～500Hz，纵坐标为相应的隔声量。图中线1为根据理论计算的结果，线2为仿真的结果，线3为实验测量的结果。由图可见，三者趋势基本吻合，从100Hz起，结构的隔声量就达到10dB左右，而且该现象明显具有宽频稳定的特性，即使存在气流引起了噪声的频率偏移也仍然可以达到理想的隔声状态。

因此，当明确了目标低频噪声的频段及所需要的声波透射率时，即可通过上述式(1)确定弧形壁内壁面积S1。由于弧形壁内壁面积S1与弧形壁沿轴向长度、半径、圆心角相关，在确定S1的前提下，通过调整上述三个变量即可定制化设计相应尺寸的弧形壁25。

进一步优选地，当该消声管路100包括沿轴向等间隔或非等间隔设置n 个吸声单元20，且当等间隔设置时，消声管路100的总透射率T_总满足传递函数相乘的关系，即，n个吸声单元20的声波透射率依次为T₁，T₂，T₃…T_n时，T_总＝T₁*T₂*T₃…*T_n。

因此，本实施例在实施例1基础上在吸声单元中进一步设置弧形壁，以提高流入吸声单元的气体量以提高吸声率；进一步，本实施例可针对目标噪声频段匹配相应尺寸的弧形壁，以实现定制化吸声，提高吸声单元的定制化设计及通用性。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，即可将任意多个实施例进行组合，从而获得应对不同应用场景的需求，均在本申请的保护范围内，在此不再一一赘述。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种小型化的宽带低频消声管路，其特征在于，所述消声管路包括：

管体，所述管体沿其侧壁设有至少一个开槽；

至少一个吸声单元，所述吸声单元包括与任一所述开槽两侧的所述侧壁连接的第一板件及第二板件，所述第一板件与所述第二板件相对设置，所述第一板件、所述第二板件配合形成吸声通道，所述吸声通道一端与所述管体内腔连通，另一端与外界连通，所述第一板件与所述第二板件之间的最大距离小于目标低频噪声的波长；

所述吸声单元还包括声阻结构，所述声阻结构嵌设于所述吸声通道内；

所述第二板件包括延伸至所述管体内腔的延伸部；所述吸声单元还包括设于所述管体内腔中的弧形壁，所述弧形壁与所述延伸部连接；所述延伸部、所述弧形壁、所述管体的内壁配合形成侧壁流道；

所述消声管路不需要依靠共振实现，避免由气流多普勒效应造成的频率偏移失效问题，隔声效果稳定性佳。

2.如权利要求1所述的消声管路，其特征在于，所述声阻结构沿所述吸声通道外缘向内嵌设于所述吸声通道中。

3.如权利要求1所述的消声管路，其特征在于，所述声阻结构为多孔结构、狭缝结构或单个孔状结构中的一种。

4.如权利要求1所述的消声管路，其特征在于，所述第一板件与所述第二板件之间的最大距离小于目标低频噪声波长的五分之一。

5.如权利要求1所述的消声管路，其特征在于，所述开槽的圆弧长度占其所在侧壁圆周的30％～100％。

6.如权利要求5所述的消声管路，其特征在于，所述第一板件、所述第二板件分别与所述侧壁连接侧的圆弧长度与所述开槽的圆弧长度相同。

7.如权利要求1所述的消声管路，其特征在于，所述弧形壁与所述管体同轴设置。

8.如权利要求1所述的消声管路，其特征在于，所述吸声单元的声波透射率与所述弧形壁的尺寸满足如下关系：

为虚数，k＝ω/c代表波数，ω为角频率，c代表声速。

9.如权利要求1～8中任意一项所述的消声管路，其特征在于，所述至少一个吸声单元沿所述管体轴向等间隔排布。

10.如权利要求9所述的消声管路，其特征在于，所述至少一个吸声单元中每一吸声单元的中心点位于同一直线上。