CN211578366U - 一种可调频的亥姆霍兹共振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种频率可调，并且在不增加其体积的情况下，达到低频降噪的目的可调频的亥姆霍兹共振器,包括一个内部具有圆柱形空腔的壳体；壳体上开有狭缝；“C”形开口圆筒与圆柱形空腔同轴；“C”形开口圆筒的圆筒壁上开有开口，开口一侧的空气挡板将“C”形开口圆筒的圆筒壁与圆柱形空腔内壁之间的环缝分割成两部分，一部分是空气通道，一部分是非空气通道；所述空气通道把狭缝与“C”形开口圆筒上的开口连通，形成了亥姆霍兹共振器的颈管；“C”形开口圆筒内部为亥姆霍兹共振器的共振腔；通过转动“C”形开口圆筒，可以调节亥姆霍兹共振器的颈管长度。

Description

一种可调频的亥姆霍兹共振器

技术领域

本实用新型设计一种可调频的亥姆霍兹共振器，属于噪声控制领域。

背景技术

亥姆霍兹共振器是一种基本的声学单元，由封闭的共振腔和连接的颈管组成。当声波入射时，颈管内的空气可以看成一个质量整体做振动，封闭腔内的空气因颈管内空气的振动而作胀缩变化，因此亥姆霍兹共振器可以视为具有阻尼项的弹簧-质量系统。当声波的入射频率达到系统的固有频率时，共振器发生共振，表现为具有良好的吸声效果。亥姆霍兹共振器因其简单的结构而被广泛地用管道消声系统和建筑声学结构中。

对于亥姆霍兹共振器来说，其吸声频率取决于封闭腔的体积、颈管的长度和颈管的截面面积，当上述参数确定后，其共振频率就确定的，无法随着激励频率与环境条件的改变而改变，且其共振频率频带较窄，当激励频率产生变化时，降噪效果大幅度下降。

要想获得频率可变的吸声，可以采取调节封闭腔的体积、改变颈管的长度、颈管的截面面积等措施。一般而言，由于使用空间的限制，很难在实际情况中自由地改变共振腔的体积，尤其在要实现低频降噪的情况下。而与此同时，改变共振器的颈部特征更容易操作，并且也能够同时改变共振频率和共振吸声系数。

靳国永等在文章《基于可调频亥姆霍兹共振器的封闭空间噪声自适应半主动控制》叙述了一种颈部面积可变的可调频Helmholtz共振器，利用点积值调频算法对单频下的封闭空间噪声控制进行了仿真与实验，但是其结构复杂、体积较大，不便于实际应用。QIU在《A Combined Shape and Liner Optimization of a General Aeroengine Intake forTone Noise Reduction》中设计了一种采用虹膜装置调节颈部面积的Helmholtz共振消声器，该结构实现了共振频率从40-160Hz的变化，但由于其调频结构是机械结构，调频过程复杂，也不适合推广。

发明内容

为了弥补上述技术缺陷，使亥姆霍兹共振器具有频率可调，并且在不增加其体积的情况下，达到低频降噪的目的，本实用新型采用空间弯曲技术，利用声波是标量，可以自由地在弯曲的空气通道里传播这一特性，将亥姆霍兹共振器的颈管沿着声波入射方向弯曲，并且通过机械调节装置改变弯曲空气通道的长度，即改变颈管的长度，从而改变亥姆霍兹共振器的共振频率，进而实现频率可调。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种可调频的亥姆霍兹共振器,包括一个内部具有圆柱形空腔的壳体；壳体上开有与圆柱形空腔相通的与圆柱形空腔轴线平行的狭缝；与圆柱形空腔同轴的“C”形开口圆筒的封闭两端转动设置在圆柱形空腔两端的侧壁上；“C”形开口圆筒的圆筒壁上开有与轴线平行的开口，开口一侧设置沿径向延伸的空气挡板，空气挡板与圆柱形空腔内壁滑动接触，将“C”形开口圆筒的圆筒壁与圆柱形空腔内壁之间的环缝分割成两部分，一部分是空气通道，一部分是非空气通道；所述空气通道把狭缝与“C”形开口圆筒上的开口连通，形成了亥姆霍兹共振器的颈管；“C”形开口圆筒内部为亥姆霍兹共振器的共振腔；通过转动“C”形开口圆筒，可以调节亥姆霍兹共振器的颈管长度。

上述的亥姆霍兹共振器，“C”形开口圆筒的一个封闭端具有伸出壳体一端的延伸端，延伸端上固定旋钮。

上述的亥姆霍兹共振器，壳体是轴线为直线的多面体。

上述的亥姆霍兹共振器，所述的狭缝的截面形状与空气通道截面形状相同。

所述的亥姆霍兹共振器可由金属、塑料、混凝土、玻璃等材料硬质材料制成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本申请中，亥姆霍兹共鸣器单元的共振腔即“C”形开口圆筒的内腔，开在壳体上的狭缝、“C”形开口圆筒的圆筒壁与圆柱形空腔内壁之间的空气通道、“C”形开口圆筒的圆筒壁上的开口组成了亥姆霍兹共鸣器单元的颈管。当转动“C”形开口圆筒时，带动开口处的空气挡板一起转动，改变空气通道的长度，从而改变颈管的长度。该亥姆霍兹共鸣器单元是一个颈管长度改变而共振腔体积不变的吸声体。

本亥姆霍兹共振器是一种频率可调的结构，通过弯曲的空气通道的设计在不增加亥姆霍兹共振器体积的情况下，灵活调节颈管的长度，达到改变共振频率的目的，具有结构小而且紧凑的特点；可以根据降噪目标的频率，通过调整弯曲空气通道的长度来改变颈管的长度，从而完成对目标噪声的吸收，具有针对性强，设计灵活的特点。

附图说明

图1为亥姆霍兹共振器的立体图；

图2是亥姆霍兹共振器的俯视图；

图3为图2的B-B剖面图；

图4为图2的C-C剖面图；

图5为亥姆霍兹共振器的尺寸示意图；

图6为亥姆霍兹共振器调频过程示意图；

图7为“C形开口薄壁圆筒”旋转角度对吸声频率的影响。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型进行详细描述。

对照图1-4，本实用新型设计的亥姆霍兹共振器的壳体1外形是长方体状的，在其内部加工一个半径为R的圆柱形空腔11，在亥姆霍兹共振器1壳体的侧边沿圆柱形空腔11的轴线方向加工一个宽度为d，长度为l，深度为h的狭缝30，与圆柱形空腔11联通，圆柱形空腔的长度略大于狭缝长度。“C”形开口圆筒2同轴安装在圆柱形空腔内，其外径为r，壁厚为t，开口32的宽度为d，开口的轴向长度为l。“C”形开口圆筒把圆柱形空腔分隔成两部分，一部分是“C”形开口圆筒外壁与圆柱形空腔内壁之间的环缝，一部分是亥姆霍兹共鸣器的共振腔6，即“C”形开口圆筒的内腔。

在“C”形开口圆筒2开口处在“C”形开口圆筒2外壁上沿径向焊接一个空气挡板3，空气挡板3将环缝分成两部分，一部分是空气通道5，一部分是非空气通道。所述空气通道5的两端与狭缝30和“C”形开口圆筒上的开口32相通，狭缝30、空气通道5和开口32形成了亥姆霍兹共鸣器单元的颈管。

“C”形开口圆筒2右端具有伸出壳体一端的延伸端33，延伸端33与旋钮4连接。旋转旋钮4，“C”形开口圆筒2转动，空气挡板3与其一起转动，可以改变弧形空气通道5的长度，从而改变亥姆霍兹共振器颈管的长度。

所述的亥姆霍兹共振器可由金属、塑料、混凝土、玻璃等材料硬质材料制成。

如图5、6，旋转“C”形开口圆筒，空气挡板3与其同轴转动，旋转角度θ不同，得到颈管5的长度不同，颈管5等效长度具体计算公式如下：

因此，本实用新型设计的亥姆霍兹共振器的共振频率为：

式中：c₀为背景介质的声速，S₀为颈管截面面积，d为颈管的宽度，V为封闭腔的体积。

图6为本实用新型亥姆霍兹共振器调频过程示意图，通过机械方式逆时针转动“C”形开口圆筒2，旋转角度θ可以连续调节。

实施例：“C”形开口圆筒2的外径r＝34mm；空气通道5的外径R＝40mm，轴向长度为80mm；声波入口处狭缝30的深度h＝3mm，轴向长度为80mm，宽度d＝3mm；“C”形开口圆筒的壁厚t＝2mm，开口32宽度d＝3mm。亥姆霍兹共振器1颈管的截面面积S₀＝3×80mm²。旋转“C”形开口圆筒，如角度为0°、90°、180°、270°、360°，用驻波管法测得的相应的吸声系数如图6所示，可以看出，对应不同的旋转角，亥姆霍兹共振器都会出现一个共振峰值，而且随着旋转角度θ的增大，共振峰值向低频移动，在旋转角度θ＝0°～360°内，亥姆霍兹共振器的共振频率633Hz～180Hz。如图7所示，当θ＝0°时亥姆霍兹共振器的共振频率为633Hz，当θ＝180°时亥姆霍兹共振器的共振频率为245Hz，当θ＝360°时亥姆霍兹共振器的共振频率为180Hz，表明本实用新型的亥姆霍兹共振器不用改变共振腔的体积，就可以实现共振频率在较大范围内可调的特性。

本实用新型设计的亥姆霍兹共振器通过判断噪声主频，调节共振器的颈管长度，从而改变吸声频带，使其与降噪主频吻合。

Claims (4)

1.一种可调频的亥姆霍兹共振器，其特征在于：包括一个内部具有圆柱形空腔的壳体；壳体上开有与圆柱形空腔相通的与圆柱形空腔轴线平行的狭缝；与圆柱形空腔同轴的“C”形开口圆筒的封闭两端转动设置在圆柱形空腔两端的侧壁上；“C”形开口圆筒的圆筒壁上开有与轴线平行的开口，开口一侧设置沿径向延伸的空气挡板，空气挡板与圆柱形空腔内壁滑动接触，将“C”形开口圆筒的圆筒壁与圆柱形空腔内壁之间的环缝分割成两部分，一部分是空气通道，一部分是非空气通道；所述空气通道把狭缝与“C”形开口圆筒上的开口连通，形成了亥姆霍兹共振器的颈管；“C”形开口圆筒内部为亥姆霍兹共振器的共振腔；通过转动“C”形开口圆筒，可以调节亥姆霍兹共振器的颈管长度。

2.如权利要求1所述的亥姆霍兹共振器,其特征是：“C”形开口圆筒的一个封闭端具有伸出壳体一端的延伸端，延伸端上固定旋钮。

3.如权利要求1所述的亥姆霍兹共振器,其特征是：壳体是轴线为直线的多面体。

4.如权利要求1所述的亥姆霍兹共振器,其特征是：所述的狭缝的截面形状与空气通道截面形状相同。

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