CN115198672B - 低频降噪增强型消声装置及具有该消声结构的声屏障 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低频降噪增强型消声装置，包括：吸声腔体，在所述吸声腔体上设置有第一开口；消声结构，安装在所述吸声腔体内，所述消声结构包括螺旋形消声板，所述螺旋形消声板的一端为扩张端，另一端为收缩端，所述螺旋形消声板半径由扩张端向收缩端逐渐减小；在所述螺旋形消声板的外围设置有封挡板，所述封挡板将所述螺旋形消声板封挡在消声腔体内，在所述封挡板上设置有通孔；所述消声腔体在靠近所述扩张端的位置处设置有第二开口。本发明所述的低频降噪增强型消声装置，可实现对不同波长的噪声进行消减，具有较宽的吸声频率范围和较高的吸声效率。
Description
技术领域
本发明于交通噪声控制领域，具体涉及一种低频降噪增强型消声装置及具有该消声结构的声屏障。
背景技术
噪声污染是当今城市中存在的主要污染问题之一，随着交通运输领域的飞速发展，交通噪声问题也日益严重。交通噪声污染给道路沿线居民带来了严重的干扰，严重时甚至会导致身心健康受损。
为了减少噪声问题带来的危害，通常会在道路沿线设置声屏障，利用声屏障的吸音和隔音性能，达到降噪的目的。交通噪声不同时间的噪声值起伏较大，噪音频率广且以中低频为主，而低频噪声的消除难度较大，这给噪声控制带来了很大的挑战，在交通量大的区域，普通的声屏障往往难以满足降噪的需求。
现有技书中针对交通噪声设计的声屏障通常是将声屏障的结构布置与吸声材料相结合，设计出复合型声屏障。如中国专利文献CN103603277A公开了一种复合型声屏障，包括基座和面板；基座中间设有内凹的吸声腔，基座四周为突起的边框；面板嵌在基座四周的边框且面板表面均布通孔；吸声腔中同时充填有中低频吸声材料和中高频吸声材料。通孔的开孔角度与面板表面成20°～50°，通孔孔径为20～40mm，通孔密度为100～120个/平方米，孔隙率为30％～60％。
上述现有技术中的复合型声屏障主要利用镶嵌的吸声材料实现降噪，但是应用于声屏障的吸声材料除了吸声效率，还需要优先考虑其强度和耐久性能，这使得材料的选择与优化受到很大限制。除了吸声材料，现有技术亦有通过增加吸声构件来提升声屏障降噪性能的技术，如中国专利文献CN216339112U公开了一种非金属声屏障单元板，该单元板包括装配连接的面板、背板以及设置于二者之间的夹板，所述背板与夹板之间形成密闭的隔声腔，所述面板与夹板之间形成吸声腔，所述吸声腔内设置由若干弹性轻质球排列形成或者由膨胀性颗粒铺设形成的吸音消声机构。
上述现有技术中的吸声结构通过弹性轻质球的阻尼振动消耗噪声，通过调节弹性轻质球之间的间距，可调整装置的吸声频率，从而提高声屏障对不同频率宽度噪声的适应力。但其仍旧存在的问题在于，上述吸声结构虽然可通过调整间距实现不同频率范围噪声的吸收，但在实际应用中却难以实时进行操作，从而在部分时段仍旧会存在吸声频率狭窄的问题。
在这种背景下，如何探索一种具有大范围吸声频率、吸声效率优良，具有较好的低频降噪效果的新型吸声结构，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种具有大范围吸声频率、吸声效率优良的、具有较好的低频降噪的低频降噪增强型消声装置，本发明还提供了具有该消声结构的声屏障。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种低频降噪增强型消声装置，包括：吸声腔体，在所述吸声腔体上设置有第一开口；消声结构，安装在所述吸声腔体内，所述消声结构包括螺旋形消声板，所述螺旋形消声板的一端为扩张端，另一端为收缩端，所述螺旋形消声板半径由扩张端向收缩端逐渐减小；在所述螺旋形消声板的外围设置有封挡板，所述封挡板将所述螺旋形消声板封挡在消声腔体内，在所述封挡板上设置有通孔；所述消声腔体在靠近所述扩张端的位置处设置有第二开口。
所述螺旋形消声板的板面在沿边缘向中轴位置延伸的方向上逐渐倾斜。
所述螺旋形消声板的扩张段靠近所述第一开口设置；由所述扩张端向收缩端，逐渐向远离所述第一开口的方向延伸。
所述螺旋形消声板的轴向垂直于所述第二开口的轴向设置。
所述吸声腔体的第一开口朝向噪声源方向设置。
所述吸声腔体为截面呈三角形或四边形的棱锥形腔体，所述第一开口位于所述棱锥形腔体的顶端位置处，所述消声结构安装在所述吸声腔体的至少一个角上。
在所述螺旋形消声板的中轴位置处设置有圆柱形空腔。
所述扩张端与所述收缩端的直径之比为(3-4):1。
所述消声腔体的轴向长度与所在角处的侧棱长度之比为1/2-2/3。
一种声屏障，在所述声屏障上设置有所述的低频降噪增强型消声装置。
本发明所述的低频降噪增强型消声装置及具有该消声结构的声屏障，优点在于：
本发明所述的低频降噪增强型消声装置，设置有吸声腔体，同时在吸声腔体内进一步设置有消声结构。所述吸声腔体通过腔体内的空气共振，可吸收部分声波能量，同时声波到达腔体内壁后会部分通过开口再次反射，从而通过声波干涉作用抵消外部的噪声。本申请中利用带孔的封挡板在吸声腔体内部形成一个独立的腔体部分，并在其内部进一步设置螺旋形消声板，所述螺旋形消声板的设置可进一步促进进入腔体内的声波的相互干涉抵消，同时通过螺旋和微穿孔结构，进一步增加内部孔径的空间尺寸，能够吸收比吸声腔体结构作用频率范围更低的低频噪声。
作为优选的实施方式，本发明中所述螺旋形消声板的一端为扩张端，另一端为收缩端，其直径由扩张端到收缩端逐渐减小，可实现对不同波长的噪声进行消减，具有较宽的吸声频率范围。
本发明所述的低频降噪增强型消声装置，进一步优选述螺旋形消声板的板面在沿边缘向中轴位置延伸的方向上逐渐向下倾斜且中轴位置处设置有圆柱形空腔，形成噪声声波的传递通道，将声波向尾端传递，传递过程中噪声经历反射、抵消，声波能量得到大幅消减。
为了使发明所述的低频降噪增强型消声装置及具有该消声结构的声屏障的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。
附图说明
如图1所示是本发明所述的具有三角形棱锥形腔体的低频降噪增强型消声装置的结构示意图；
如图2所示是图1中低频降噪增强型消声装置的A-A’的剖视图；
如图3所示是本发明所述的具有三角形棱锥形腔体的螺旋形消声板的结构示意图；
如图4所示是本发明所述的两个封挡板侧板的结构示意图；
如图5所示是设置有本发明所述的低频降噪增强型消声装置的声屏障的结构示意图；
如图6所示是本发明所述的具有正方形棱锥形腔体的低频降噪增强型消声装置的结构示意图；
如图7所示是设置有本发明所述的低频降噪增强型消声装置的声屏障的可变换方式的结构示意图；
如图8所示是本发明所述的具有双向棱锥形吸声腔体的低频降噪增强型消声装置的结构示意图；
如图9所示是本发明所述的具有双向棱锥形吸声腔体的低频降噪增强型消声装置的侧视图；
如图10所示是图8中低频降噪增强型消声装置的C-C’的剖视图。
其中附图标记为：
1-吸声腔体；11-第一开口；12-三角形侧板；13-第二开口；14-螺旋形消声板；15-消声腔体；21-第一棱锥形腔体；22-第二棱锥形腔体；3-声屏障。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种低频降噪增强型消声装置，如图1所示，所述消声结构包括吸声腔体1，在所述吸声腔体1上设置有第一开口11，本实施方式中所述吸声腔体1为横截面呈等边三角形的棱锥形腔体。所述第一开口11位于所述棱锥形腔体的顶端位置处，所述第一开口11同样呈三角形，所述第一开口11与所述棱锥形腔体同轴设置，所述三角形开口的边长与所述棱锥形腔体的底边边长之比为1:3。所述吸声腔体1的第一开口11朝向噪声源的方向设置。
本实施方式中，所述棱锥形腔体的底边边长为10cm，所述棱锥形腔体的侧棱与底面的夹角为45°。本实施方式中的消声装置，在所述吸声腔体1的三个角上均安装有消声结构。
所述消声结构包括螺旋形消声板14，如图2、3所示，在所述螺旋形消声板14的外围设置有封挡板，所述封挡板将所述螺旋形消声板14封挡在内部，在吸声腔体1内部进一步形成一个消声腔体15。所述螺旋形消声板14的一端为扩张端，另一端为收缩端，所述螺旋形消声板14半径由扩张端向收缩端逐渐减小；所述消声腔体15在靠近所述扩张端的位置处设置有第二开口13，本实施方式中，所述封挡板包括两个三角形侧板12，在所述三角形侧板12上分布有通孔，所述通孔的孔径范围为0.2-0.3mm，孔间距为2-3mm。如图4所示，两个封挡板侧板均设置在消声结构所在角的侧棱与所述吸声腔体1的底面之间，在第一方向上由所述棱锥形腔体侧棱倾斜着向底面延伸，同时在垂直于第一方向的第二方向上由所述消声结构所在角的角点向着底面的对边方向延伸，与底面一起形成一个三角形的合围，所述三角形合围远离角点的一端敞口设置，即为第二开口13；其中所述两个三角形侧相对于通过棱锥形腔体中轴与所述消声结构所在角处的侧楞的平面对称设置，所述两个封挡板侧板与底面的交叉线之间的夹角为30°。本实施方式中，所述螺旋形消声板14的扩张端即位于所述第二开口13处，靠近所述第一开口11设置，所述螺旋形消声板14的收缩端则靠近所述消声结构所在角的角点设置；由所述扩张端向收缩端，逐渐向远离所述第一开口11的方向延伸。所述消声腔体15的轴向长度与所在角处的侧棱长度之比为2/3。
作为优选的实施方式，所述螺旋形消声板14的板面在沿边缘向中轴位置延伸的方向上逐渐向着所述消声腔体15所在棱锥形腔体的角点处倾斜，所述螺旋形消声板14为渐开螺旋形，所述螺旋形消声板14与螺旋轴向之间的倾斜角度为80°。在所述螺旋形消声板14的中轴位置处设置有圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的直径与所述收缩端处的直径之比为1:1.5，所述圆柱形空腔与所述消声腔体15同轴设置，所述螺旋形消声板14的轴向垂直于所述第二开口13的轴向。所述螺旋形消声板14的扩张端与所述收缩端的直径之比为3:1；所述螺旋形消声板14的螺旋面旋转的总角度为1260°。所述螺旋形消声板14的轴向长度与所述消声腔体15的轴向长度之比为3:4。所述螺旋形消声板14的螺旋面的起始位置处与所述消声腔体15的内壁面相切。
设置有本实施例中所述低频降噪增强型消声装置的声屏障3如图5所示，所述低频降噪增强型消声装置在所述声屏障3上呈周期性排列。具体排列方式为：沿水平方向排列的一行消声装置中，相邻两个消声装置互为旋转180°放置，相邻两个消声装置之间的缝隙宽度为2.5cm；沿竖直方向排列的相邻两列消声装置呈镜像排列，相连两列消声装置之间的距离同样为2.5cm。所述声屏障3为位于道路两侧的平面结构，所述消声装置的第一开口11的轴向垂直于所述声屏障3的表面且第一开口11朝向道路一侧设置。
实施例2
本实施例提供了一种低频降噪增强型消声装置，如图6所示，所述消声结构包括吸声腔体1，在所述吸声腔体1上设置有第一开口11，本实施方式中所述吸声腔体1为横截面呈正方形的棱锥形腔体。所述第一开口11跨越所述锥形腔体结构的底端正方形的一对对角设置，所述正方形底端开口处的边长为20cm。所述棱锥形腔体的顶端到底面之间的高度为10cm。所述吸声腔体1的第一开口11朝向噪声源的方向设置。
本实施方式中的消声装置，在所述吸声腔体1的未设置第一开口11的一对对角上均安装有消声结构。图6中B-B’的剖视图同图2，所述消声结构包括螺旋形消声板14，在所述螺旋形消声板14的外围设置有封挡板，所述封挡板将所述螺旋形消声板14封挡在内部，在吸声腔体1内部进一步形成一个消声腔体。所述螺旋形消声板14的一端为扩张端，另一端为收缩端，所述螺旋形消声板14半径由扩张端向收缩端逐渐减小；所述消声腔体15在靠近所述扩张端的位置处设置有第二开口13，本实施方式中，所述封挡板包括两个三角形侧板12，在所述三角形侧板12上分布有通孔，所述通孔的孔径范围为0.2-0.3mm，孔间距为2-3mm。两个封挡板侧板均设置在消声结构所在角的侧棱与所述吸声腔体1的底面之间，在第一方向上由所述棱锥形腔体侧棱倾斜着向底面延伸，同时在垂直于第一方向的第二方向上由所述消声结构所在角的角点向着底面的对边方向延伸，与底面一起形成一个三角形的合围，所述三角形合围远离角点的一端敞口设置，即为第二开口13；其中所述两个三角形侧板12相对于通过棱锥形腔体中轴与所述消声结构所在角处的侧楞的平面对称设置，所述两个封挡板侧板与底面的交叉线之间的夹角为60°。本实施方式中，所述螺旋形消声板14的扩张端即位于所述第二开口13处，靠近所述第一开口11设置，所述螺旋形消声板14的收缩端则靠近所述消声结构所在角的角点设置；由所述扩张端向收缩端，逐渐向远离所述第一开口11的方向延伸。所述消声腔体15的轴向长度与所在角处的侧棱长度之比为2/3。
作为优选的实施方式，所述螺旋形消声板14的板面在沿边缘向中轴位置延伸的方向上逐渐向着所述消声腔体15所在棱锥形腔体的角点处倾斜，所述螺旋形消声板14为渐开螺旋形。在所述螺旋形消声板14的中轴位置处设置有圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的直径与所述收缩端处的直径之比为1:1.5，所述圆柱形空腔与所述消声腔体15同轴设置，所述螺旋形消声板14的轴向垂直于所述第二开口13的轴向。所述螺旋形消声板14的扩张端与所述收缩端的直径之比为3:1；所述螺旋形消声板14的螺旋面旋转的总角度为1260°。所述螺旋形消声板14的轴向长度与所述消声腔体15的轴向长度之比为3:4。所述螺旋形消声板14的螺旋面的起始位置处与所述消声腔体15的内壁面相切。
设置有本实施例中所述低频降噪增强型消声装置的声屏障3如图7所示，所述低频降噪增强型消声装置在所述声屏障3上呈周期性排列。具体排列方式为：相邻两个消声装置均呈镜像排列，相邻两个消声装置之间的缝隙宽度为2.5cm。所述声屏障3为位于道路两侧的平面结构，所述消声装置的第一开口11的轴向垂直于所述声屏障3的表面且第一开口11朝向道路一侧设置。
实施例3
本实施例提供了一种低频降噪增强型消声装置，如图8、9所示，所述消声结构包括吸声腔体1，本实施方式中所述吸声腔体1是由两个底面开口相对的棱锥形腔体合围而成，为双向棱锥形吸声腔体。两个棱锥形腔体分别为第一棱锥形腔体21和第二棱锥形腔体22。本实施方式中所述第一棱锥形腔体21和第二棱锥形腔体22均为横截面呈正方形的棱锥形腔体。在所述第一棱锥形腔体21设置有第一开口11，所述第一开口11跨越所述第一棱锥形腔体21的底面正方形的一对对角设置，所述第一棱锥形腔体21的正方形底面开口处的边长为20cm。所述第一棱锥形腔体21的第一开口11的顶端到底面正方形开口之间的高度为10cm。所述吸声腔体1的第一开口11朝向噪声源的方向设置。所述第二棱锥形腔体22上不设置开口，所述第二棱锥形腔体22的尖端到底面开口之间的距离为3cm。所述第二棱锥形腔体22的顶点与所述第一棱锥形腔体21的理论顶点位于垂直于棱锥形腔体的正方形底面的中心点的一根轴线上。
本实施方式中的消声装置，在所述吸声腔体1的未设置第一开口11的一对对角上均安装有消声结构。如图10所示，所述消声结构包括螺旋形消声板14，在所述螺旋形消声板14的外围设置有封挡板，所述封挡板将所述螺旋形消声板14封挡在内部，在吸声腔体1内部进一步形成一个消声腔体15。所述螺旋形消声板14的一端为扩张端，另一端为收缩端，所述螺旋形消声板14半径由扩张端向收缩端逐渐减小；所述消声腔体15在靠近所述扩张端的位置处设置有第二开口13，本实施方式中，所述封挡板包括两个三角形侧板12，在所述三角形侧板12上分布有通孔，所述通孔的孔径范围为0.2-0.3mm，孔间距为2-3mm。两个封挡板侧板均设置在消声结构所在角的侧棱与所述吸声腔体1的底面之间，与底面一起形成一个四边形的合围，所述四边形合围远离角点的一端敞口设置，即为第二开口13；其中所述两个三角形侧板12相对于通过棱锥形腔体中轴与所述消声结构所在角处的侧楞的平面对称设置，所述两个封挡板侧板与底面的交叉线之间的夹角为60°。本实施方式中，所述螺旋形消声板14的扩张端即位于所述第二开口13处，靠近所述第一开口11设置，所述螺旋形消声板14的收缩端则靠近所述消声结构所在角的角点设置；由所述扩张端向收缩端，逐渐向远离所述第一开口11的方向延伸。所述消声腔体15的轴向长度与所在角处的侧棱长度之比为2/3。
作为优选的实施方式，所述螺旋形消声板14的板面在沿边缘向中轴位置延伸的方向上逐渐向下倾斜，所述螺旋形消声板14为渐开螺旋形，所述螺旋形消声板14与螺旋轴向之间的倾斜角度为80°。在所述螺旋形消声板14的中轴位置处设置有圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的直径与所述收缩端处的直径之比为1:1.5，所述圆柱形空腔与所述消声腔体15同轴设置。所述螺旋形消声板14的扩张端与所述收缩端的直径之比为3:1；所述螺旋形消声板14的螺旋面旋转的总角度为1260°。所述螺旋形消声板14的轴向长度与所述消声腔体15的轴向长度之比为3:4。所述螺旋形消声板14的螺旋面的起始位置处与所述消声腔体15的内壁面相切。
设置有本实施例中所述低频降噪增强型消声装置的声屏障3如图7所示，所述低频降噪增强型消声装置在所述声屏障3上呈周期性排列，同实施例2中声屏障3的设置方式。所述声屏障3为位于道路两侧的平面结构，所述消声装置的第一开口11的轴向垂直于所述声屏障3的表面且第一开口朝向道路一侧设置。
实验例
对实施例1、2、3中低频降噪增强型消声装置的声屏障进行测试，检测声屏障的插入损失，测试方法根据《公路声屏障第5部分：降噪效果检测方法》(JT/T 646.5-2017)行业标准进行。结果证明，在试验段上，4m高平路基段声屏障，测试实施例1中声屏障的插入损失为12.1dB，实施例2中声屏障的插入损失为13.9dB，实施例2中声屏障的插入损失为15.2dB，均高于常见的声屏障屏体结构(通常4m高平路基段声屏障插入损失为7～8dB)。
对比例
对比例1
本实施例中的消声装置包括吸声腔体1，在所述吸声腔体1上设置有第一开口，本实施方式中所述吸声腔体1为横截面呈等边三角形的棱锥形腔体。所述第一开口位于所述棱锥形腔体的顶端位置处，所述第一开口同样呈三角形，所述第一开口与所述棱锥形腔体同轴设置，所述三角形开口的边长与所述棱锥形腔体的底边边长之比为1:3。所述吸声腔体1的第一开口朝向噪声源的方向设置。本实施方式中，所述棱锥形腔体的底边边长为10cm，所述棱锥形腔体的侧棱与底面的夹角为45°。本实施方式中的消声装置，在所述吸声腔体1的三个角上均安装有消声结构。
对比例2
本实施例中的消声装置基本同实施例1，与实施例1的区别仅在于未设置螺旋形消声板14。
对比例3
本实施例中的消声装置同样基本同实施例1，与实施例1的区别仅在于未设置封挡板。
对设置有上述对比例1、2、3中消声装置的声屏障进行测试，检测声屏障的插入损失，对比例1、2、3中消声结构在声屏障上的分布结构与实施例1相同。结果证明，在试验段上，4m高平路基段声屏障，对比例1中的声屏障的插入损失为8.9dB；对比例2中的声屏障的插入损失为9.2dB；对比例3中的声屏障的插入损失为9.8dB，均低于实施例1。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (8)
1.一种低频降噪增强型消声装置，其特征在于，包括：
吸声腔体，在所述吸声腔体上设置有第一开口；
消声结构，安装在所述吸声腔体内，所述消声结构包括螺旋形消声板，所述螺旋形消声板的一端为扩张端，另一端为收缩端，所述螺旋形消声板的半径由扩张端向收缩端逐渐减小；在所述螺旋形消声板的外围设置有封挡板，所述封挡板将所述螺旋形消声板封挡在消声腔体内；所述消声腔体在靠近所述扩张端的位置处设置有第二开口；
所述吸声腔体为截面呈三角形或四边形的棱锥形腔体，所述第一开口位于所述棱锥形腔体的顶端位置处，所述消声结构安装在所述吸声腔体的至少一个角上，所述螺旋形消声板的扩张端靠近所述第一开口设置，所述螺旋形消声板的收缩端靠近所述消声结构所在角的角点设置；所述封挡板包括两个三角形侧板，在所述三角形侧板上分布有通孔，两个所述三角形侧板均设置在消声结构所在角的侧棱与所述吸声腔体的底面之间，与所述底面一起形成一个三角形的合围，所述三角形合围远离角点的一端敞口设置，即为所述第二开口。
2.根据权利要求1所述的低频降噪增强型消声装置，其特征在于，所述螺旋形消声板的板面在沿边缘向中轴位置延伸的方向上逐渐倾斜。
3.根据权利要求2所述的低频降噪增强型消声装置，其特征在于，所述螺旋形消声板的轴向垂直于所述第二开口的轴向设置。
4.根据权利要求3所述的低频降噪增强型消声装置，其特征在于，所述吸声腔体的第一开口朝向噪声源方向设置。
5.根据权利要求4所述的低频降噪增强型消声装置，其特征在于，在所述螺旋形消声板的中轴位置处设置有圆柱形空腔。
6.根据权利要求5所述的低频降噪增强型消声装置，其特征在于，所述扩张端与所述收缩端的直径之比为（3-4）:1。
7.根据权利要求6所述的低频降噪增强型消声装置，其特征在于，所述消声腔体的轴向长度与所在角处的侧棱长度之比为1/2-2/3。
8.一种声屏障，其特征在于，在所述声屏障上设置有权利要求1-7任一所述的低频降噪增强型消声装置。
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