CN114360475A - 一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板 - Google Patents

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CN114360475A CN202210050376.8A CN202210050376A CN114360475A CN 114360475 A CN114360475 A CN 114360475A CN 202210050376 A CN202210050376 A CN 202210050376A CN 114360475 A CN114360475 A CN 114360475A
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Abstract

本发明属于噪声控制技术领域，公开了一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板，基于声学黑洞效应的空腔降噪单元包括声学黑洞结构及基板，声学黑洞结构具有吸收腔，基板具有降噪腔，声学黑洞结构的一端伸入降噪腔内，其另一端连接基板，降噪腔连通吸收腔。本发明的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板，通过降噪腔包裹声学黑洞结构的设计，使得声学黑洞结构产生声波透射或声波反射现象的声波于降噪腔内进一步得到耗散，将声能转换为热能，提高对噪声的控制，从而提高降噪效果。

Description

一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板
技术领域
本发明属于噪音控制技术领域，特别涉及一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板。
背景技术
日常生活中的噪声随处可见，噪声也属于环境污染，噪声不但影响正常工作，而且在一定程度上会增加患心脏病以及心血管疾病的概率。目前，通常利用声学黑洞结构对噪声的声波进行吸收，以减小噪声，声学黑洞结构具有圆锥形状的吸收腔，使得弯曲波逐渐减慢，并将能量集中在吸收腔的尖端，但是，声学黑洞结构在制造时会存在一个截断厚度，使得圆锥形状的吸收腔变为圆台形状的吸收腔，从而使得声学黑洞结构易产生声波透射或声波反射现象，导致降噪效果变差。
因此，现有技术有待改进和发展。
发明内容
本申请的目的在于提供了一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板，能够对产生声波透射或声波反射现象的声波进行吸收耗散，从而提高降噪效果。
第一方面，本申请提供一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，包括声学黑洞结构，所述声学黑洞结构具有吸收腔，还包括基板，所述基板具有降噪腔，所述声学黑洞结构的一端伸入所述降噪腔内，其另一端连接所述基板，所述降噪腔连通所述吸收腔。
本申请提供的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元通过降噪腔包裹声学黑洞结构的设计，使得声学黑洞结构产生声波透射或声波反射现象的声波于降噪腔内耗散，从而提高降噪效果。
进一步地，上述吸收腔的内侧壁设有螺旋槽。
本申请通过在吸收腔的内侧壁设置螺旋槽，增强对进入吸收腔的声波能量的耗散，以达到更好的降噪效果。
进一步地，上述基板的底部设有通孔，所述通孔连通所述降噪腔。
本申请通过在基板的底部开设通孔，使得降噪腔内的热量通过通孔快速排出，以加剧降噪腔内的热损耗。
进一步地，上述降噪腔包括腔本体及延伸腔；所述腔本体连通所述吸收腔，所述延伸腔环绕所述声学黑洞结构未与所述基板连接的一端，并连通所述腔本体。
进一步地，上述基板的底部的中部位置具有凸起部，所述凸起部向所述声学黑洞结构的方向凸起。
进一步地，上述通孔处设有阻尼材料。
进一步地，上述通孔的轴线与所述声学黑洞结构的轴线共线。
进一步地，上述通孔为圆柱形状或圆台形状。
第二方面，本申请提供一种降噪板，包括板本体，所述板本体上设有若干个上述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元。
进一步地，上述降噪板还包括若干个声学黑洞单元，所述若干个声学黑洞单元均布设置在所述板本体上。
由上可知，本发明的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板，通过降噪腔包裹声学黑洞结构的设计，使得声学黑洞结构产生声波透射或声波反射现象的声波于降噪腔内进一步得到耗散，将声能转换为热能，提高对噪声的控制，从而提高降噪效果。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本申请实施例一提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的结构示意图。
图2为本申请实施例一提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的A-A剖视图。
图3为本申请实施例一提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的声压特性图。
图4为本申请实施例一提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的隔声量曲线图。
图5为本申请实施例二提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的结构示意图。
图6为本申请实施例二提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的B-B剖视图。
图7为本申请实施例二提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的声压特性图。
图8为本申请实施例二提供的一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元的隔声量曲线图。
图9为本申请实施例五提供的一种降噪板的结构示意图。
图10为本申请实施例五提供的一种降噪板的剖视图。
图11为本申请实施例六提供的一种降噪板的结构示意图。
图12为本申请实施例六提供的一种降噪板的剖视图。
标号说明：1、基于声学黑洞效应的空腔降噪单元；10、声学黑洞结构；101、吸收腔；1011、螺旋槽；11、基板；111、降噪腔；1111、腔本体；1112、延伸腔；112、通孔；113、凸起部；2、板本体；3、声学黑洞单元。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
实施例一
如图1-图2所示，本发明一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1，包括声学黑洞结构10及基板11，声学黑洞结构10具有吸收腔101，基板11具有降噪腔111，声学黑洞结构10的一端伸入降噪腔111内，声学黑洞结构10的另一端连接基板11，降噪腔111连通吸收腔101。
具体应用中，吸收腔101为空心圆台形状，圆台的下底面靠近降噪腔111，圆台的上底面连接基板11，圆台的下底面的直径小于圆台的上底面的直径，噪声声波由圆台的上底面侧进入吸收腔101内，在声学黑洞效应下实现减速，从而实现声波能量的集中，即弯曲波在吸收腔101内逐渐减慢，并将声波能量集中在吸收腔101的圆台的下底面的一端，集中的声波能量进入降噪腔111内会再次分散传递，声波在降噪腔111内会再次聚集，聚集时产生热粘性摩擦，从而将声能转换为热能，实现降噪。
通过该技术方案，可以对产生声波透射或声波反射现象的声波进行吸收耗散，有效提高降噪效果，从而无需考虑声学黑洞结构10截断厚度带来的影响。
上述的截断厚度是指声学黑洞结构10加工过程中无法做到其尖端的厚度为零，即声学黑洞结构10的圆锥形状的吸收腔101的顶点是一个圆形，使得圆锥形状的吸收腔101变为了圆台形状的吸收腔101。
具体地，降噪腔111包括腔本体1111及延伸腔1112；腔本体1111连通吸收腔101；延伸腔1112环绕声学黑洞结构10未与基板11连接的一端，延伸腔1112连通腔本体1111。具体应用中，进入降噪腔111内的声波聚集在延伸腔1112远离腔本体1111的一端，声波聚集时产生热粘性摩擦，将声能转换为热能，实现降噪。
在一些优选的实施方式中，上述基板11的底部设有通孔112，通孔112连通降噪腔111。通过在基板11的底部开设通孔112，使得降噪腔111内的热量通过通孔112快速排出，以加剧降噪腔111内的热损耗。
具体地，通孔112可以设计为圆柱形状，也可以设计为圆台形状。圆柱形状的通孔112的两端开口大小一致，可以使得降噪腔111内产生的热量无阻碍的直接排出；圆台形状的通孔112的两端开口大小不一致，降噪腔111内产生的热量由开口大的一端进入，由开口小的一端排出，可以使得热量集中排出；当然，通孔112也可以根据实际需求设计为其他形状，上述仅为本发明的一实施方式，不应以此为限。
在一些优选的实施方式中，上述通孔112的轴线与声学黑洞结构10的轴线共线。通过该技术方案，可以使得声波在传递过程中较为集中，且可保持一定的声速，从而保证对噪声吸收的速度。
在一些优选的实施方式中，上述通孔112处设有阻尼材料，以进一步提高对噪声的控制。本实施例中，阻尼材料为阻尼涂料，阻尼涂料通过喷涂的方式涂敷在通孔112处，当然，阻尼材料也可以选择其他材料，如橡胶或泡沫塑料等，上述仅为本发明的一实施方式，不应以此为限。
根据基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的空气域建模进行仿真，研究不同频率下入射声波经过基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的声压特性以及降噪效果，得到如图3及图4所示的声压特性图及隔声量曲线图，由图3中可以看出基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1内部各处的声压级分布情况，入射声波在经过基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1以后，声压级明显变小，由图4中可以看出，在不同频率下声传递损失的情况，在低频（2赫兹-150赫兹）及中频（150赫兹-500赫兹为中低频段，500赫兹-5000赫兹为中高频段）时，声传递损失较小，未超过15分贝，在高频（5000赫兹-16000赫兹）时，声传递损失最高达到将近50分贝，也就是说，基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1在高频时的噪声控制效果最好。
实施例二
如图5-图6所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例中，吸收腔101的内侧壁设有螺旋槽1011，螺旋槽1011可以增强对进入吸收腔101的声波能量的耗散，以达到更好的降噪效果；同时，基板11的底部的中部位置具有凸起部113，凸起部113向声学黑洞结构10的方向凸起，具体地，凸起部113为圆台形状，通过在基板11上设置凸起部113，使得声波能量不仅聚集在延伸腔1112远离腔本体1111的一端，还在腔本体1111内凸起部113的位置聚集，从而使得声波聚集时产生热粘性摩擦得到的热能聚集在凸起部113的位置，以便于通过通孔112排出。
具体地，螺旋槽1011的螺旋曲线方程为
Figure 242306DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 362709DEST_PATH_IMAGE002
表示笛卡尔坐标系下曲线上的点的横坐标，
Figure 814550DEST_PATH_IMAGE003
表示笛卡尔坐标系下曲线上的点的纵坐标，
Figure 413021DEST_PATH_IMAGE004
表示笛卡尔坐标系下曲线上的点的竖坐标，r表示圆台螺旋线圆半径，
Figure 73066DEST_PATH_IMAGE005
表示圆台螺旋线起始点处圆半径，
Figure 692266DEST_PATH_IMAGE006
表示圆台螺旋线结束点处圆半径，
Figure 365824DEST_PATH_IMAGE007
表示圆台螺旋线的螺距，
Figure 502408DEST_PATH_IMAGE008
表示圆台螺旋线的圈数，
Figure 607505DEST_PATH_IMAGE009
为0至1的连续变量，
Figure 538551DEST_PATH_IMAGE010
为圆台螺旋线的角度。采用上述螺旋曲线方程在吸收腔101的内侧壁开设螺旋槽1011，便于模拟声学黑洞的曲线做放样。
根据基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的空气域建模进行仿真，研究不同频率下入射声波经过基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的声压特性以及降噪效果，得到如图7及图8所示的声压特性图及隔声量曲线图，由图7中可以看出基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1内部各处的声压级分布情况，入射声波在经过基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1以后，声压级明显变小，由图8中可以看出，在不同频率下声传递损失的情况，在低频（2赫兹-150赫兹）及中频（150赫兹-500赫兹为中低频段，500赫兹-5000赫兹为中高频段）时，声传递损失较小，未超过15分贝，在高频（5000赫兹-16000赫兹）时，声传递损失最高达到将近65分贝，相比实施例一而言声传递损失更大，说明对噪声的控制效果更好。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于：本实施例中，吸收腔101的内侧壁设有螺旋槽1011。通过该技术方案，可以增强对进入吸收腔101的声波能量的耗散，以达到更好的降噪效果。
具体地，螺旋槽1011的螺旋曲线方程为
Figure 964985DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 905259DEST_PATH_IMAGE002
表示笛卡尔坐标系下曲线上的点的横坐标，
Figure 602213DEST_PATH_IMAGE003
表示笛卡尔坐标系下曲线上的点的纵坐标，
Figure 828795DEST_PATH_IMAGE004
表示笛卡尔坐标系下曲线上的点的竖坐标，r表示圆台螺旋线圆半径，
Figure 8103DEST_PATH_IMAGE005
表示圆台螺旋线起始点处圆半径，
Figure 220910DEST_PATH_IMAGE006
表示圆台螺旋线结束点处圆半径，
Figure 536485DEST_PATH_IMAGE007
表示圆台螺旋线的螺距，
Figure 714394DEST_PATH_IMAGE008
表示圆台螺旋线的圈数，
Figure 912157DEST_PATH_IMAGE009
为0至1的连续变量，
Figure 397496DEST_PATH_IMAGE010
为圆台螺旋线的角度。采用上述螺旋曲线方程在吸收腔101的内侧壁开设螺旋槽1011，便于模拟声学黑洞的曲线做放样。
实施例四
本实施例与实施一的区别在于：本实施例中，基板11的底部的中部位置具有凸起部113，凸起部113向声学黑洞结构10的方向凸起。具体地，凸起部113为圆台形状。通过该技术方案，使得声波能量在腔本体1111内聚集在凸起部113的位置，从而使得声波聚集时产生热粘性摩擦得到的热能聚集在凸起部113的位置，以便于通过通孔112排出。
实施例五
如图9-图10所示，本发明提供一种降噪板，包括板本体2，板本体2上设有若干个实施例一中的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1。
本实施例中，若干个基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1呈矩阵形状分布在板本体2上，通过将若干个基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1呈矩阵形状设置在板本体2上，使得降噪板对噪声进行吸收时，吸收均匀，从而保证良好的降噪效果；当然，若干个基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1在板本体2上的分布方式也可以为其他形状，上述仅为本发明的一实施方式，不应以此为限。
在一些优选的实施方式中，上述降噪板还包括若干个声学黑洞单元3，若干个声学黑洞单元3均布设置在板本体2上。具体应用中，声学黑洞单元3的结构与声学黑洞结构10的结构相同，通过在板本体2上同时设置若干个基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1以及若干个声学黑洞单元3，可以充分利用板本体2的面积，减小入射弯曲波在降噪板上的反射，达到良好的降噪效果。
需要说明的是，基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的厚度以及声学黑洞单元3的长度与板本体2的厚度相同，如此，使得降噪板整体结构的厚度保持一致。
实施例六
如图11-图12所示，本实施例与实施例五的区别在于：本实施例中板本体2上设有的若干个基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的结构为实施例二中基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的结构，即吸收腔101的内侧壁设有螺旋槽1011，同时，基板11的底部的中部位置具有凸起部113，凸起部113向声学黑洞结构10的方向凸起。
通过该技术方案，使得降噪板对噪声进行吸收时，可以增强对进入吸收腔101的声波能量的耗散；同时，还可以使得声波能量在腔本体1111内聚集在凸起部113的位置，从而使得声波聚集时产生热粘性摩擦得到的热能聚集在凸起部113的位置，以便于通过通孔112排出，相比实施例五而言，可以达到更好的降噪效果。
实施例七
本实施例与实施例五的区别在于：本实施例中板本体2上设有的若干个基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的结构为实施例三中基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的结构，即吸收腔101的内侧壁设有螺旋槽1011。
通过该技术方案，可以增强对进入吸收腔101的声波能量的耗散，相比实施例五而言，不仅可以达到更好的降噪效果，而且可以更好的进行散热。
实施例八
本实施例与实施例五的区别在于：本实施例中板本体2上设有的若干个基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的结构为实施例四中基于声学黑洞效应的空腔降噪单元1的结构，即基板11的底部的中部位置具有凸起部113，凸起部113向声学黑洞结构10的方向凸起。
通过该技术方案，可以使得声波能量在腔本体1111内聚集在凸起部113的位置，从而使得声波聚集时产生热粘性摩擦得到的热能聚集在凸起部113的位置，以便于通过通孔112排出，相比实施例五而言，可以更好的进行散热。
综上，本发明的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元及降噪板，通过降噪腔111包裹声学黑洞结构10的设计，使得声学黑洞结构10产生声波透射或声波反射现象的声波于降噪腔111内进一步得到耗散，将声能转换为热能，提高对噪声的控制，从而提高降噪效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，包括声学黑洞结构，所述声学黑洞结构具有吸收腔，其特征在于，还包括基板，所述基板具有降噪腔，所述声学黑洞结构的一端伸入所述降噪腔内，其另一端连接所述基板，所述降噪腔连通所述吸收腔。
2.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，其特征在于，所述吸收腔的内侧壁设有螺旋槽。
3.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，其特征在于，所述基板的底部设有通孔，所述通孔连通所述降噪腔。
4.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，其特征在于，所述降噪腔包括腔本体及延伸腔；所述腔本体连通所述吸收腔，所述延伸腔环绕所述声学黑洞结构未与所述基板连接的一端，并连通所述腔本体。
5.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，其特征在于，所述基板的底部的中部位置具有凸起部，所述凸起部向所述声学黑洞结构的方向凸起。
6.根据权利要求3所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，其特征在于，所述通孔处设有阻尼材料。
7.根据权利要求3所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，其特征在于，所述通孔的轴线与所述声学黑洞结构的轴线共线。
8.根据权利要求3所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元，其特征在于，所述通孔为圆柱形状或圆台形状。
9.一种降噪板，包括板本体，其特征在于，所述板本体上设有若干个权利要求1-8任一项所述的基于声学黑洞效应的空腔降噪单元。
10.根据权利要求9所述的降噪板，其特征在于，还包括若干个声学黑洞单元，所述若干个声学黑洞单元均布设置在所述板本体上。
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