CN209457795U - 一种声子晶体降噪窗户 - Google Patents

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李晓曼
谢金龙
罗文升
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Abstract

本实用新型公开了一种声子晶体降噪窗户，包括窗户框架以及若干由上至下水平设置在窗户框架后端内的声子晶体板，相邻的声子晶体板之间存在间隙，所述声子晶体板包括若干沿窗户框架深度方向上间隔设置地声子晶体。通过将声子晶体板嵌装在窗户框架后端内，可实现隔音降噪的效果，并且结构紧凑，不影响外观。该声子晶体板由上至下水平设置且声子晶体板之间存在间隙，保证了窗户的透光和通风。另外，构成声子晶体板的声子晶体在沿窗户框架深度方向上的间隔设置，可以使一定频带范围内的声波产生相互破坏性干扰，实现了特定频率范围的声音的衰减处理，达到了隔音降噪的效果。

Description

一种声子晶体降噪窗户
技术领域
本实用新型涉及降噪技术领域，特别涉及一种声子晶体降噪窗户。
背景技术
近年来，国内外出现了各种降噪方法以减少全球噪声污染问题，其中隔声屏障是最常用的被动降噪技术之一。
隔声屏障主要用于室外，例如应用于高速公路、轨道交通以及建筑工地等现场的噪声控制。隔声屏障是一种在噪声源和接收点(一般定义为人们居住或办公的地点)之间垂直插入的壁板,该壁板须有足够的面密度，使声波在传递到接收点时有一个显著的声量衰减。隔声屏障是利用声波反射的原理而达到噪声衰减的目的。声波在传播途中若遇到隔声屏障时会被反射，于是在隔声屏障背后的一定距离范围内形成了声影区(声波不能到达的区域),其区域的大小取决于声波的频率。高频声波产生的声影区较大而低频声波产生的声影区较小。
隔声屏障的结构简单，制作成本不高又有一定的隔声效果，因而应用较广。然而，传统的隔声屏障在应用方面存在两个主要的缺陷：第一，会造成自然通风和自然采光问题；第二，隔音屏障的安装需要占用较大的空间。这对于我国人口密度稠密的一和二线城市地区在应用隔声屏障时是非常不利的。
为了克服这两个问题，可以采用声子晶体降噪窗户来取代传统的隔音屏障。与传统的隔音屏障比较，声子晶体降噪窗户在完全打开时仍能保持良好的降噪效果，因而其在使用时亦能获得良好的自然通风和自然采光效果。另外，声子晶体降噪窗户结构紧凑，相较于隔音屏障只需非常小的安装空间。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种声子晶体降噪窗户，该声子晶体降噪窗户安装于窗户结构内，实现了结构紧凑、通风和采光效果好以及隔音效果好的目的。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种声子晶体降噪窗户，包括窗户框架以及若干由上至下水平设置在窗户框架内的声子晶体板，相邻的声子晶体板之间存在间隙，所述声子晶体板包括若干沿窗户框架深度方向上间隔设置地声子晶体。
作为上述方案的改进，所述窗户框架的后端内部两侧水平设置有若干由上至下排列的狭槽，所述声子晶体板的端部设置有插入至狭槽的支撑杆。
作为上述方案的改进，所述声子晶体板沿竖直方向上等间隔分布。
作为上述方案的改进，所述窗户框架的前端内部竖向设置有一个或多个百叶窗支架，所述窗户框架的前端内侧以及百叶窗支架的两侧均设置有竖槽，位于百叶窗支架上的竖槽与位于窗户框架侧部的竖槽一一对应，百叶窗叶片安装于窗户框架内侧与百叶窗支架之间或安装于两相邻的百叶窗支架之间。
作为上述方案的改进，每个声子晶体板包括4列声子晶体，相邻声子晶体的中心线之间分别形成a1、a2、a3三个不等的间距。
作为上述方案的改进，声子晶体在朝向窗户框架外侧的侧面上形成有谐振腔开口。
作为上述方案的改进，每一列声子晶体对应的谐振腔开口的开口宽度均不等。
作为上述方案的改进，每一列声子晶体在窗户框架深度方向上的宽度均不等。
有益效果：本实用新型中，通过将声子晶体板嵌装在窗户框架内，可实现隔音降噪的效果，并且结构紧凑，不影响外观。该声子晶体板由上至下水平设置且声子晶体板之间存在间隙，保证了窗户的透光和通风。另外，构成声子晶体板的声子晶体在沿窗户框架深度方向上的间隔设置，可以使一定频带范围内的声波产生相互破坏性干扰，实现了特定频率范围的声音的衰减处理，达到了隔音降噪的效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：
图1为声子晶体降噪窗户的整体结构示意图；
图2为声子晶体板安装在窗户框架后端内的装配示意图；
图3为每列声子晶体的中心线之间间距的示意图；
图4为某一行声子晶体的横截面示意图。
具体实施方式
参照图1至图4，本实用新型一种声子晶体降噪窗户，该降噪窗户包括窗户框架3以及安装在窗户框架3后端内部的声子晶体板。该窗户框架3的后端内部两侧水平设置有若干由上至下排列的狭槽5。声子晶体板包括若干沿窗户框架3深度方向上间隔设置地声子晶体7，声子晶体7的端部固定连接在支撑杆6上，声子晶体板通过支撑杆6插入至狭槽5内，进而实现了声子晶体板在窗户框架3后端内的固定安装。每个狭槽5之间的间隔相等，确保声子晶体板沿竖直方向上呈等间隔分布。
通过将声子晶体板嵌装在窗户框架3后端内，可实现隔音降噪的效果，并且结构紧凑，不影响外观。该声子晶体板由上至下水平设置且声子晶体板之间存在间隙，有效保证了窗户的透光和通风。另外，构成声子晶体板的声子晶体7沿窗户框架3深度方向上的间隔设置，可以使一定频带范围内的声波产生相互破坏性干扰，实现了特定频率范围的声音的衰减处理，达到了隔音降噪的效果。
作为优选，结合窗户的尺寸，可在窗户框架3的前端内部竖向设置有一个或多个百叶窗支架2，百叶窗支架2的两侧均设置有与窗户框架3侧部相对应的竖槽4。把百叶窗叶片1安装于窗户框架3内侧与百叶窗支架2之间或安装于两相邻的百叶窗支架2之间，在雨天时关闭百叶窗叶片1以防止渗水。
具体地，如图1和图2所示，本实施例中窗户框架3后端内设置有狭槽5，每个声子晶体板包括4列声子晶体7，声子晶体板呈8行竖向分布在窗户框架3后端内。同时，如图3和图4所示，相邻的声子晶体7的中心线之间分别形成a1、a2、a3三个不等的间距，声子晶体7在朝向窗户框架3外侧的侧面上形成有谐振腔开口。
在实际应用中，多少行声子晶体板取决于窗户的高度，声子晶体板的行数不会影响整体窗户的降噪效果。声子晶体板是通过声子晶体7以正方形晶格构型的周期排列制成的人造结构。声子晶体7独特的周期排列会使一定频带范围内的声波产生相互破坏性干扰，从而使声子晶体7能选择性对特定频率范围的声音进行衰减处理，该频率范围称为带隙。
带隙可以由两个参数表示：中心频率fc和带宽。中心频率fc是指带隙的平均频率，可以通过布拉格定律来计算：
fc＝V/2a，
其中V是空气中的声速，a是相邻声子晶体7间的距离。本实用新型中声子晶体板包括4列声子晶体7，相邻声子晶体7的中心线之间形成a1、a2、a3三个不等的间距，所以a可分别取值为a1、a2、a3，进而对应得到三个不同的中心频率fc。以便本实用新型可针对三种特定频率的噪声进行降噪处理。
同时，该声子晶体降噪窗户除了有布拉格散射所产生的消声带隙外，还有一个与亥姆霍兹谐振器频率相关的低频消声带隙。亥姆霍兹谐振器消声效应是指该消声结构在受外部噪声干扰时发生与特定噪声频率的谐振响应，而该谐振特性可用于衰减噪声能量。亥姆霍兹谐振器具体通过声子晶体7在朝向窗户框架3外侧的侧面上设置谐振腔开口形成，声子晶体7的内部为谐振器的体积。
定义亥姆霍兹谐振器所产生的谐振频率为fr，定义谐振腔开口的缝隙为e，同一个声子晶体板中的每一个声子晶体7的缝隙e均不相等，各个声子晶体7的缝隙分别为e1、e2、e3、e4；定义声子晶体7的阔度为w，阔度为声子晶体7在窗户框架3深度方向上的尺寸大小，同一个声子晶体板中的每一个声子晶体7的阔度w均不相等，各个声子晶体7的阔度分别为w1、w2、w3、w4。
由于本实用新型中声子晶体降噪窗户中的四列声子晶体7皆有四种不同尺寸的阔度w以及缝隙e，所以就有四种不同的谐振频率fr，进而本实用新型声子晶体降噪窗户还能针对另外四种特定频率的噪声进行降噪处理。
因此，本实施例中的声子晶体降噪窗户一共能降低七种不同频率的噪声，具体为三个中心频率fc以及四个谐振频率fr所对应的特定频率范围的声音。与传统的隔声屏障相比较，声子晶体降噪窗户可根据特定的噪音环境来设计相应的降噪模型，而传统的隔声屏障却无法针对特定频率的噪声进行降噪处理。另外，声子晶体降噪窗户在完全打开时就能发挥其布拉格散射和谐振效应，所以它具有良好的自然通风和自然采光效果。最后，声子晶体降噪窗户相较于隔音屏障就只需非常小的安装空间因为它可以直接安装在室内的窗户上。
上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种声子晶体降噪窗户，其特征在于：包括窗户框架以及若干由上至下水平设置在窗户框架内的声子晶体板，相邻的声子晶体板之间存在间隙，所述声子晶体板包括若干沿窗户框架深度方向上间隔设置地声子晶体。
2.根据权利要求1所述的声子晶体降噪窗户，其特征在于：所述窗户框架的后端内部两侧水平设置有若干由上至下排列的狭槽，所述声子晶体板的端部设置有插入至狭槽的支撑杆。
3.根据权利要求2所述的声子晶体降噪窗户，其特征在于：所述声子晶体板沿竖直方向上等间隔分布。
4.根据权利要求1～3任一项所述的声子晶体降噪窗户，其特征在于：所述窗户框架的前端内部竖向设置有一个或多个百叶窗支架，所述窗户框架的前端内侧以及百叶窗支架的两侧均设置有竖槽，位于百叶窗支架上的竖槽与位于窗户框架侧部的竖槽一一对应，百叶窗叶片安装于窗户框架内侧与百叶窗支架之间或安装于两相邻的百叶窗支架之间。
5.根据权利要求1所述的声子晶体降噪窗户，其特征在于：每个声子晶体板包括4列声子晶体，相邻声子晶体的中心线之间分别形成a1、a2、a3三个不等的间距。
6.根据权利要求5所述的声子晶体降噪窗户，其特征在于：声子晶体在朝向窗户框架外侧的侧面上形成有谐振腔开口。
7.根据权利要求6所述的声子晶体降噪窗户，其特征在于：每一列声子晶体对应的谐振腔开口的开口宽度均不等。
8.根据权利要求7所述的声子晶体降噪窗户，其特征在于：每一列声子晶体在窗户框架深度方向上的宽度均不等。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114016449A (zh) * 2021-10-28 2022-02-08 广州大学 基于局域共振声子晶体的降噪窗口及其参数优化方法

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