CN114203140A - 一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法 - Google Patents
一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114203140A CN114203140A CN202111541767.1A CN202111541767A CN114203140A CN 114203140 A CN114203140 A CN 114203140A CN 202111541767 A CN202111541767 A CN 202111541767A CN 114203140 A CN114203140 A CN 114203140A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cavity
- sound
- sound absorption
- helmholtz resonant
- helmholtz
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 95
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 27
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 4
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 230000030279 gene silencing Effects 0.000 claims description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 3
- 239000006098 acoustic absorber Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
Abstract
本发明公开了一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，包括消声结构腔以及无缝隙阵列排布在消声结构腔内部的若干亥姆霍兹共振腔，亥姆霍兹共振腔包括腔体、滑动安装在腔体内部的滑动空腔板，腔体的一侧设置有孔径板，孔径板的中心位置开设有开孔，远离孔径板的括腔体的端部设置有升降机构，升降机构的升降端与滑动空腔板的内侧端面连接，升降机构通过移动滑动空腔板在腔体中的位置，调整单个亥姆霍兹共振腔的空腔高度T，其优化方法包括步骤：明确频谱范围；确定吸声器的结构参数；加工制作初级吸声器；优选最佳吸声器结构参数以及加工制造最佳吸声器，本发明可提高优化吸声器的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及吸声装置技术领域，具体涉及一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法。
背景技术
噪声环境污染已成为众多环境污染防治科研工作者的研究热点。噪声给人类的健康带来重大影响，给人最直观的感受就是烦恼，同时噪声会严重干扰人的睡眠。噪声还会由于暴露在不想要的和令人不安的巨大声音中而导致人的心理和身体疾病，特别是在持续、长时间暴露在高分贝的噪声环境中。因此，迫切需要研制吸声器对环境噪声进行控制，改善人居环境，提升生活质量。
由于传统吸声材料的低频耗散较弱，需要比较大的体积才能对低频噪声进行有效吸声，占用空间大且成本高。近几年，具有亚波长尺寸的声学超材料得到广泛关注，薄膜声学超材料、亥姆霍兹声学超材料和Fabry-Perot(FP)声学超材料在深亚波长的噪声频段表现出完美吸声特性。虽然声学超材料在特定频率可以实现深亚波长尺寸的完美吸声，但是受限于声学超材料的共振特性，大部分声学超材料吸声频带较窄，仅能针对非常窄的特定频率进行吸声，无法满足实际宽频降噪的需要，限制了其在低频噪声控制领域的应用。
研究证明通过引入不同共振频率的谐振腔可以增加整个结构吸声峰的数量，克服了单个腔体的窄带吸声的缺陷。通过对谐振腔共振频率的精确调控，能够实现宽带吸声的效果。同时随着人工智能技术的发展，使得针对不同噪声的频谱范围，设计专门的吸声器成为了可能。
目前常用吸声器的设计流程一般包括以下步骤：测试噪声频谱分布特征；确定吸声器尺寸限制；设计吸声器结构；理论/仿真分析吸声性能；运用某种智能算法进行参数优化；制备吸声器样品；测试吸声器降噪性能。目前申请的吸声器专利中，吸声器的结构固定，参数优化主要是通过理论建模和有限元仿真分析，之后再进行试验验证，参见“一种低频宽带声学超材料复合吸声结构及制备方法”(CN113393826A)、“一种低频宽带复合平板吸声结构”(CN113539224A)、“吸声单元及吸声装置”(CN112435647A)等，类似专利通过理论建模或者有限元仿真的参数优化总有一定的偏差，因为理论建模和仿真分析难以完全复现实验过程，导致优化吸声器的准确性不高。
发明内容
为此，本发明提供一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法，以解决现有技术中的上述缺陷。
一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，包括消声结构腔以及无缝隙阵列排布在所述消声结构腔内部的若干亥姆霍兹共振腔，所述亥姆霍兹共振腔包括腔体、滑动安装在所述腔体内部的滑动空腔板，所述腔体的一侧设置有孔径板，所述孔径板的中心位置开设有开孔，远离所述孔径板的所述括腔体的端部设置有升降机构，所述升降机构的升降端与所述滑动空腔板的内侧端面连接，升降机构通过移动滑动空腔板在腔体中的位置，调整单个亥姆霍兹共振腔的空腔高度T。
优选的，所述亥姆霍兹共振腔的截面可以为正方形、三角形、六边形、60°菱形或其他可线性无缝隙阵列的形状。
优选的，所述升降机构包括剪刀式伸缩杆以及用于驱动所述剪刀式伸缩杆升降的丝杠传动机构，所述滑动空腔板安装在所述剪刀式伸缩杆的顶端。
一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的优化方法，其包括以下步骤：
S100、明确频谱范围：
根据吸声器的应用场景，使用声级计对噪声的频谱特征进行测量，根据噪声的频谱分布规律，明确降噪的目标频率段；
S200、确定吸声器的结构参数，具体包括：
根据降噪的目标频率段初步确定需要并联的亥姆霍兹共振腔的数量；
根据所述消声结构腔安装空间的大小确定单个亥姆霍兹共振腔的截面形状、腔体101长度以及截面边长D；
依据中心频率和最佳穿孔率选择单个亥姆霍兹共振腔的开孔的孔径直径d以及孔径长度l；
S300、加工制作初级吸声器：
根据吸声器的结构参数加工制作初级的所述并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，将上述的初级吸声器中各个亥姆霍兹共振腔中的升降机构连接电脑，通过电脑对每个亥姆霍兹共振腔空腔高度T的调节，调整每个亥姆霍兹共振腔的吸声特性，进而可以实现所述并联亥姆霍兹共振腔的吸声器在降噪的目标频率段的吸声性能的优化；
S400、优选最佳吸声器结构参数：
根据所述滑动空腔板移动范围限定升降机构的行程范围，在行程范围内随机生成N组空腔高度T参数，并测试每一组参数对应吸声器的吸声系数，通过比较各组吸声系数，优选得到一组亥姆霍兹共振腔的空腔高度T的最佳参数组合；
S500、加工制造最佳吸声器：
根据优选的最佳吸声器结构参数，加工制造优化并联亥姆霍兹共振腔超结构晶胞单元。
优选的，所述S200中，腔体长度为20mm～100mm；开孔的孔径直径d为0.1mm～5mm；孔径长度l为0.5mm～20mm。
优选的，所述S400中，各组各组吸声系数的比较方式是：利用测试系统自动记录测试初级吸声器频谱范围内的吸声系数，计算平均吸声系数值，建立某组参数与对应平均吸声系数的数据库，依据参数与对应平均吸声系数数据库优选得到最佳参数，即从第一组开始测量，测量第n组吸声器的吸声系数，当n不等于N时，判断如果第n组的吸声系数大于n-1组测量的吸声系数，则取第n组的空腔高度T为当下最优参数组合；否则，则取第n-1组的空腔高度T为当下最优参数组合；接着n＝n+1，如此循环，直至n＝N时，所取当下最优参数组合为优选的最佳参数。
优选的，所述S400中，单组参数优化时间t的计算应用到公式：
其中t1为升降机构调整时间，t2为吸声系数测试时间。
本发明具有如下优点：
本发明将一系列具有不同共振频率的亥姆霍兹共振腔，按照人工设计的空间有序结构排列，构建出高性能的吸声结构，吸声结构以亥姆霍兹共振腔为基本谐振基元，通过对谐振单元的空腔高度智能化调节，实现等效声学参数的人工设计，进而实现对远超于基元尺寸的长波声波的传播、折射、反射和吸收的性能调控，实现宽带吸声；与其他类似专利最大的不同，本发明的单个亥姆霍兹共振腔谐振基元的后置空腔高度可以调节而不是固定的，可以根据噪声频谱特征通过空腔高度的智能适应选择最佳参数，并联亥姆霍兹共振腔超结构的参数优化是通过直接的试验测试而非理论建模或者仿真分析，提高了优化吸声器的准确性。
附图说明
图1为本发明吸声器的结构示意图；
图2为本发明的初级吸声器的局部二维结构示意图；
图3为本发明的初级吸声器的局部三维结构示意图；
图4为本发明共振腔的共振频率与空腔高度的关系曲线图
图5为本发明的吸声器优化方法的基本流程图；
图6为本发明的吸声器吸声系数曲线；
图7为本发明的吸声器优化后的试样实物图；
图8为本发明的吸声器优化后的另一视角的试样实物图；
图9为本发明吸声器的优化结构和试制样件吸声系数曲线对比图。
图中：
1-亥姆霍兹共振腔；2-剪刀式伸缩杆；
101-腔体；102-滑动空腔板；103-孔径板；104-开孔；105-空腔。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3示，本发明提供了一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器。具体的：
其包括消声结构腔(图中未示出)以及无缝隙阵列排布在所述消声结构腔内部的若干亥姆霍兹共振腔1，所述亥姆霍兹共振腔1包括腔体101、滑动安装在所述腔体101内部的滑动空腔板102，所述腔体101的一侧设置有孔径板103，所述孔径板103的中心位置开设有开孔104，远离所述孔径板103的所述括腔体101的端部设置有升降机构，所述升降机构的升降端与所述滑动空腔板102的内侧端面连接，升降机构通过移动滑动空腔板102在腔体101中的位置，调整单个亥姆霍兹共振腔1的空腔高度T。
空腔105是腔体101内滑动空腔板102和孔径板103之间的空间，空腔高度T即滑动空腔板102和孔径板103之间的垂直高度。
实施例1、并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的结构模型：
对亥姆霍兹共振腔1结构的参数精确调整，可实现对共振频率f0、峰值吸声系数大小α的有效控制。因此，可以通过将不同亥姆霍兹共振腔1并联组合，对其结构参数进行优化设计，合理控制各亥姆霍兹共振腔1的共振频率间隔使吸收峰错位耦合叠加，拓宽整体结构吸声频带，吸声器的结构示意图如图1所示。其中：
d为开孔104的孔径直径；
l为开孔104的孔径长度；
T为空腔105的空腔高度；
D为空腔105的截面边长；
图1中的吸声器由三个亥姆霍兹共振腔1组成，三个亥姆霍兹共振腔1共用前端面。为了使结构具有普遍适用性，实现同一结构适用不同频谱噪声控制，设计空腔高度T度智能适应的并联亥姆霍兹共振腔的吸声器。根据亥姆霍兹共振腔1的结构参数对吸声特性的影响规律，改变截面边长D和空腔高度T，可以实现保持较高吸声性能的同时改变峰值吸声频率，考虑到多个谐振的周期性阵列，截面边长D的改变会打乱原有的阵列分布，因此实现频带可调的吸声器最佳的策略是调节空腔高度T，如附图2和附图3所示。
并联亥姆霍兹共振腔1的数量为2个或者2个以上，以实现吸声器的宽带吸声特性。为了减小加工制造的难度和降低生产成本，单个亥姆霍兹共振腔1的孔径长度l和孔径直径d保持一致。
所述亥姆霍兹共振腔1的截面可以为正方形、三角形、六边形、60°菱形或其他可线性无缝隙阵列的形状，使得亥姆霍兹共振腔1组成的吸声器单元能够根据需要进行阵列布置，充分利用有限安装空间布置功能单元。
腔体101长度可以设置为20mm～100mm；开孔104的孔径直径d可以设置为0.1mm～5mm；孔径长度l可以设置为0.5mm～20mm。升降机构可以包括剪刀式伸缩杆2以及用于驱动所述剪刀式伸缩杆2升降的丝杠传动机构(图中未示出)。
所述滑动空腔板102安装在所述剪刀式伸缩杆2的顶端。通过丝杠传动机构调节剪刀式伸缩杆2的伸缩长度可以调节与其连接的滑动空腔板102在腔体101中的位置，从而调整调整单个亥姆霍兹共振腔1的空腔高度T，可实现对峰值吸声频率的人为控制。如图2以x-z平面上的二维示意图为例，空腔105的共振频率f0与滑动空腔板102在Z轴坐标值的升降位置Zi(即空腔高度T)满足公式：
式中：Cai是第i个共振腔的声容，Mai是第i个共振腔的等效声质量，C0是声音在空气中传播的速度。
设孔径直径di＝2.7mm，孔径长度li＝2mm，截面边长Di＝2.7mm，共振频率f0与滑动空腔板102的位置Zi之间的关系曲线如图4所示。
从图4中可以看出，孔腔高度T的高度越高，共振频率越低，共振频率与空腔高度T呈负相关变化关系，而且曲线的变化率在高频区域较大，越往低频区域移动，曲线的变化率逐渐平缓。所以要使共振频率移动相同的间隔Δf，低频区域需要增加(或减小)的腔体高度ΔT′要比高频区域增加(减小)的高度ΔT″大。要想对低频段的噪声进行有效控制，需要较长的腔体，这也验证了低频噪声难以控制的原因。共振频率与空腔高度T之间的变化规律对低频宽带吸声结构设计与优化具有重要指导意义。
实施例2、一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的优化方法：
如图5所示，其包括以下步骤：
S100、明确频谱范围：
根据吸声器的应用场景，使用声级计对噪声的频谱特征进行测量，根据噪声的频谱分布规律，明确降噪的目标频率段；
S200、确定吸声器的结构参数。
影响亥姆霍兹共振腔1吸声材料性能的结构参数包括孔径直径d、孔径长度l、空腔高度T以及截面边长D。为了便于对吸声器结构调整使其具有普遍适用性，本专利通过调整亥姆霍兹共振腔1的空腔高度T的方式实现宽带吸声。吸声器的宽带吸声效果是多个亥姆霍兹共振腔1腔体耦合作用的结果。
根据降噪的目标频率段初步确定需要并联的亥姆霍兹共振腔1的数量；
吸声器的共振频率主要取决于空腔105的腔体体积，腔体的结构形式对其影响较小，所以根据消声结构腔安装空间的大小确定单个亥姆霍兹共振腔1的截面形状、腔体101长度以及截面边长D，截面边长D的选择还可以考虑承载、可拓展性、制造难易程度、安装难易程度等因素；
依据中心频率和最佳穿孔率选择单个亥姆霍兹共振腔1的开孔104的孔径直径d以及孔径长度l；
S300、加工制作初级吸声器：
根据吸声器的结构参数加工制作初级的所述并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，将上述的初级吸声器中各个亥姆霍兹共振腔1中的升降机构连接电脑，通过电脑对每个亥姆霍兹共振腔1空腔高度T的调节，调整每个亥姆霍兹共振腔1的吸声特性，进而可以实现所述并联亥姆霍兹共振腔的吸声器在降噪的目标频率段的吸声性能的优化；
S400、优选最佳吸声器结构参数：
根据所述滑动空腔板102移动范围限定升降机构的行程范围，利用智能算法在行程范围内随机生成N组空腔高度T参数(组数取决于样本量的大小)，并测试每一组参数对应吸声器的吸声系数，通过比较各组吸声系数，优选得到一组亥姆霍兹共振腔1的空腔高度T的最佳参数组合。优化参数的衡量标准是目标频率范围内的平均吸声系数，平均吸声系数越大说明这组参数越优。
各组各组吸声系数的比较方式是：利用测试系统自动记录测试初级吸声器频谱范围内的吸声系数，计算平均吸声系数值，建立某组参数与对应平均吸声系数的数据库，依据参数与对应平均吸声系数数据库优选得到最佳参数，即从第一组开始测量，测量第n组吸声器的吸声系数，当n不等于N时，判断如果第n组的吸声系数大于n-1组测量的吸声系数，则取第n组的空腔高度T为当下最优参数组合；否则，则取第n-1组的空腔高度T为当下最优参数组合；接着n＝n+1，如此循环，直至n＝N时，所取当下最优参数组合为优选的最佳参数。
单组参数优化时间t，由升降机构调整时间t1和吸声系数测试时间t2决定，则优化总时间为：
其中升降机构调整时间t1是由用于驱动丝杠传动机构的电机响应速度和调整行程长度决定的，一般为1s～15s；
吸声系数测试时间t2是由选用的吸声系数测试仪性能决定的，国产自动化吸声系数测试仪的单个测试时间一般为20s～45s；
因此单组参数优化时间一般为25s～60s，即单组参数的优化时间可以控制在1min之内。由于空腔高度T调节的驱动电机的控制和吸声系数的测试都是可以由电脑控制而不用人工操作，因此参数优化的效率是非常高的。
S500、加工制造最佳吸声器：
根据优选的最佳吸声器结构参数，加工制造优化并联亥姆霍兹共振腔超结构晶胞单元。
实施例3、应用案例：
本案例以500Hz-1200Hz作为降噪目标频率段，根据安装空间大小限定吸声器的总体长度小于100mm，在目标频率段内峰值吸声频率间隔50Hz可实现较好的耦合宽带吸声效果，亥姆霍兹共振腔1的数量设置为9个。根据亥姆霍兹共振腔共振频率计算公式，腔体选用截面边长D为10mm的正方形截面，腔体孔径直径d为2.7mm，孔径长度l为2mm。
将吸声器装入吸声系数测试，单个亥姆霍兹共振腔1的空腔高度T数量等间隔取100个，通过粒子群算法给出10000组升降机构参数值。
利用国产AHAI1032/1031传递函数法吸声系数测试系统，自动记录测试频谱范围内的吸声系数，计算平均吸声系数值，建立某组参数与对应平均吸声系数数据库。
其中总优化时间为86h 6min 51s，则10000组测试参数值的单组参数平均优化时间约为31s。依据参数与对应平均吸声系数数据库优选得到最佳参数，对优化结果进行分析，结构参数见表1。
表1优化结构参数值
优选最佳参数的吸声系数如图6所示。从吸声系数曲线图可以看出，在目标降噪频率500Hz-1200Hz范围内，保持了较高的吸声系数，平均吸声系数高达0.91，显示出吸声器具有良好的宽带吸声性能。
为了进一步验证该并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的优化方法的有效性，使用增材制造技术进行试件制造，试件的结构参数与优选的最佳参数值一致，试件样品如图7和图8所示。将成型的试件与优选最佳参数的吸声系数进行比较，如图9所示。
从图9中可以看出，两者吸声系数曲线具有良好的一致性，均保持了较高的吸声系数，试制样件的吸声系数总体高于优化结构吸声系数，主要是由于优化结构中可调结构与壁面之间不能完全保证密封，存在漏声情况，导致吸声系数总体小于成型的试制样件。
本发明将一系列具有不同共振频率的亥姆霍兹共振腔，按照人工设计的空间有序结构排列，构建出高性能的吸声结构，吸声结构以亥姆霍兹共振腔为基本谐振基元，通过对谐振单元的空腔高度智能化调节，实现等效声学参数的人工设计，进而实现对远超于基元尺寸的长波声波的传播、折射、反射和吸收的性能调控，实现宽带吸声；与其他类似专利最大的不同，本发明的单个亥姆霍兹共振腔谐振基元的后置空腔高度可以调节而不是固定的，可以根据噪声频谱特征通过空腔高度的智能适应选择最佳参数，并联亥姆霍兹共振腔超结构的参数优化是通过直接的试验测试而非理论建模或者仿真分析，提高了优化吸声器的准确性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，其特征在于：包括消声结构腔以及无缝隙阵列排布在所述消声结构腔内部的若干亥姆霍兹共振腔(1)，所述亥姆霍兹共振腔(1)包括腔体(101)、滑动安装在所述腔体(101)内部的滑动空腔板(102)，所述腔体(101)的一侧设置有孔径板(103)，所述孔径板(103)的中心位置开设有开孔(104)，远离所述孔径板(103)的所述括腔体(101)的端部设置有升降机构，所述升降机构的升降端与所述滑动空腔板(102)的内侧端面连接，升降机构通过移动滑动空腔板(102)在腔体(101)中的位置，调整单个亥姆霍兹共振腔(1)的空腔高度T。
2.根据权利要求1所述的一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，其特征在于：所述亥姆霍兹共振腔(1)的截面可以为正方形、三角形、六边形、60°菱形或其他可线性无缝隙阵列的形状。
3.根据权利要求1所述的一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，其特征在于：所述升降机构包括剪刀式伸缩杆(2)以及用于驱动所述剪刀式伸缩杆(2)升降的丝杠传动机构，所述滑动空腔板(102)安装在所述剪刀式伸缩杆(2)的顶端。
4.根据权利要求1所述的一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的优化方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S100、明确频谱范围：
根据吸声器的应用场景，使用声级计对噪声的频谱特征进行测量，根据噪声的频谱分布规律，明确降噪的目标频率段；
S200、确定吸声器的结构参数，具体包括：
根据降噪的目标频率段初步确定需要并联的亥姆霍兹共振腔(1)的数量；
根据所述消声结构腔安装空间的大小确定单个亥姆霍兹共振腔(1)的截面形状、腔体(101)长度以及截面边长D；
依据中心频率和最佳穿孔率选择单个亥姆霍兹共振腔(1)的开孔(104)的孔径直径d以及孔径长度l；
S300、加工制作初级吸声器：
根据吸声器的结构参数加工制作初级的所述并联亥姆霍兹共振腔的吸声器，将上述的初级吸声器中各个亥姆霍兹共振腔(1)中的升降机构连接电脑，通过电脑对每个亥姆霍兹共振腔(1)空腔高度T的调节，调整每个亥姆霍兹共振腔(1)的吸声特性，进而可以实现所述并联亥姆霍兹共振腔的吸声器在降噪的目标频率段的吸声性能的优化；
S400、优选最佳吸声器结构参数：
根据所述滑动空腔板(102)移动范围限定升降机构的行程范围，在行程范围内随机生成N组空腔高度T参数，并测试每一组参数对应吸声器的吸声系数，通过比较各组吸声系数，优选得到一组亥姆霍兹共振腔(1)的空腔高度T的最佳参数组合；
S500、加工制造最佳吸声器：
根据优选的最佳吸声器结构参数，加工制造优化并联亥姆霍兹共振腔超结构晶胞单元。
5.根据权利要求4所述的一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的优化方法，其特征在于：所述S200中，腔体(101)长度为20mm～100mm；开孔(104)的孔径直径d为0.1mm～5mm；孔径长度l为0.5mm～20mm。
6.根据权利要求4所述的一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的优化方法，其特征在于：所述S400中，各组各组吸声系数的比较方式是：利用测试系统自动记录测试初级吸声器频谱范围内的吸声系数，计算平均吸声系数值，建立某组参数与对应平均吸声系数的数据库，依据参数与对应平均吸声系数数据库优选得到最佳参数，即从第一组开始测量，测量第n组吸声器的吸声系数，当n不等于N时，判断如果第n组的吸声系数大于n-1组测量的吸声系数，则取第n组的空腔高度T为当下最优参数组合；否则，则取第n-1组的空腔高度T为当下最优参数组合；接着n＝n+1，如此循环，直至n＝N时，所取当下最优参数组合为优选的最佳参数。
7.根据权利要求4所述的一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器的优化方法，其特征在于：所述S400中，单组参数优化时间t的计算应用到公式：
其中t1为升降机构调整时间，t2为吸声系数测试时间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111541767.1A CN114203140A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111541767.1A CN114203140A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114203140A true CN114203140A (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=80654448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111541767.1A Withdrawn CN114203140A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114203140A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114976548A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 南京大学 | 一种可调频的波导结构 |
| CN115780227A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-03-14 | 西北核技术研究所 | 基于亥姆霍兹共振腔的自动调频声学效应舱及调频方法 |
| CN118350293A (zh) * | 2024-06-18 | 2024-07-16 | 北京理工大学 | 超结构的设计方法及装置 |
-
2021
- 2021-12-16 CN CN202111541767.1A patent/CN114203140A/zh not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114976548A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 南京大学 | 一种可调频的波导结构 |
| CN115780227A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-03-14 | 西北核技术研究所 | 基于亥姆霍兹共振腔的自动调频声学效应舱及调频方法 |
| CN118350293A (zh) * | 2024-06-18 | 2024-07-16 | 北京理工大学 | 超结构的设计方法及装置 |
| CN118350293B (zh) * | 2024-06-18 | 2024-09-06 | 北京理工大学 | 超结构的设计方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114203140A (zh) | 一种并联亥姆霍兹共振腔的吸声器及其优化方法 | |
| Gao et al. | Design, fabrication and sound absorption test of composite porous metamaterial with embedding I-plates into porous polyurethane sponge | |
| KR101626093B1 (ko) | 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽을 포함하는 흡음재. | |
| CN111883093B (zh) | 一种具有双螺旋卷曲空间的吸声超材料及其制备方法 | |
| Ma et al. | Enhancing of broadband sound absorption through soft matter | |
| CN214796746U (zh) | 多频吸声类声学超结构 | |
| Huang | Parametric study of a drum-like silencer | |
| CN113920972A (zh) | 一种三维局域共振型声子晶体结构及其参数优化方法 | |
| CN104358602A (zh) | 基于宽频带复合吸声结构汽轮发电机组的噪声控制方法 | |
| CN112927669A (zh) | 多频吸声类声学超结构 | |
| CN108363872A (zh) | 利用超吸声器进行低频噪音环境治理的方法 | |
| Wang et al. | Numerical simulation for porous hemp plastic composites sound absorption properties | |
| Kulkarni et al. | Acoustic Analysis and Optimization of Double Expansion chamber Reactive muffler using Taguchi Method | |
| CN111128109B (zh) | 一种嵌套开缝共振腔型声学超材料结构 | |
| SheikhMozafari | Enhancing Sound Absorption in Micro-Perforated Panel and Porous Material Composite in Low Frequencies: A Numerical Study Using FEM | |
| CN115866974B (zh) | 一种稳固式滤波器散热器 | |
| CN116564260A (zh) | 一种压扭非对称手性声子晶体 | |
| Mei et al. | Broadening sound absorption bandwidth via multi-order resonances | |
| CN204552884U (zh) | 半主动多腔阻抗复合式消声器 | |
| Li et al. | Ultra-broadband sound absorption of a multiple-cavity metastructure with gradient thickness | |
| CN106294908A (zh) | 声衬设计方法 | |
| CN211312942U (zh) | 可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体 | |
| KR101045761B1 (ko) | 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 | |
| CN112784431A (zh) | 一种获取多孔材料毕奥参数的方法 | |
| Han et al. | Low-Frequency Flexural Wave Acoustic Insulation Characteristics of a Double-Layer Metamaterial Plate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220318 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |