CN215815166U - 一种基于声学超材料的消声装置及其演示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于声学超材料的消声装置及其演示装置。其中一种基于声学超材料的消声装置，包括外壳体与若干螺旋型挡板，外壳体内设有与其同中心轴的穿孔管，穿孔管贯穿设于外壳体相对的侧面之间，外壳体与穿孔管之间构成容置螺旋型挡板的腔室，若干螺旋型挡板沿中心轴等角度圆周阵列以分割腔室；穿孔管内壁与螺旋型挡板的内侧开设有消声孔，消声孔沿中心轴等角度圆周阵列设置；演示装置包括PVC管、扬声器与声级计，PVC管的两端分别安装有扬声器与消声装置，消声装置通过卡板包覆于PVC管的对应端侧面，声级计设于PVC管相背于扬声器的一端，通过对比试验，根据声级计检测的升级差，得到消声装置的消声效果，本实用新型演示效果较好，消声量较大。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光消声装置领域，具体涉及一种基于声学超材料的消声装置及其演示装置。
背景技术
目前的声屏障结构较为厚实，重量大且不具有空气流通的作用，采用多孔材料吸声会造成污染；百叶声屏障吸声频率针对性相对较低，微孔声屏障稳定性不好，在雨雪天气，声屏障内部进水导致吸声能力严重下降，普通透明声屏障存在声反射的问题等。
公开号为CN108979816A的实用新型专利公开了一种消声装置，利用在气流通道内设置挡板，以及在空腔内设置吸音棉使得消声管内气流能量不断衰减，起到消声的作用，但是设置挡板会影响气流的流通性，当内部进水时，会导致吸音棉的吸声能力严重下降，且增加了该吸声装置的重量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于声学超材料的消声装置及其演示装置，在保持气流通过的同时抑制声音的传播，演示效果好。
本实用新型提供了如下的技术方案：
一种基于声学超材料的消声装置及其演示装置，包括外壳体与若干螺旋型挡板，所述外壳体内设有与其同中心轴的穿孔管，所述穿孔管贯穿设于所述外壳体相对的侧面之间，所述外壳体与所述穿孔管之间构成容置所述螺旋型挡板的腔室，若干所述螺旋型挡板沿所述中心轴等角度圆周阵列以分割腔室；所述穿孔管内壁与所述螺旋型挡板的内侧开设有消声孔，所述消声孔沿所述中心轴等角度圆周阵列设置。
优选的，所述外壳体的一侧面设有卡板，所述卡板为环状板，所述卡板与所述穿孔管同轴设置，所述卡板的内环壁完全围设于所述穿孔管。
优选的，所述螺旋型挡板的线数为5，螺距为30mm，厚度为1mm。
优选的，所述穿孔管的厚度为1mm，长度为31mm。
优选的，所述消声孔的内径为27.5mm，外径为38mm，深度为29mm。
优选的，所述螺旋型挡板与所述消声孔的数量均为四个。
一种基于声学超材料的消声装置的演示装置，包括PVC管、扬声器与声级计，所述PVC管的两端分别安装有所述扬声器与消声装置，所述消声装置通过卡板包覆于所述PVC管的对应端侧面，所述声级计设于所述消声装置相背于所述PVC管的一端。
优选的，所述PVC管的对应端包覆所述扬声器。
优选的，所述卡板与所述PVC管之间通过塑料薄膜密封。
一种基于声学超材料的消声装置的演示装置的演示方法，包括以下步骤：
S1、在水平桌面上，自下而上放置扬声器、PVC管，所述PVC管包覆所述扬声器；
S2、通过蓝牙连接所述扬声器，利用音频软件播放1500Hz的声音，在PVC管的底端出口处采用声级计测量声压级；
S3、然后将消声装置包覆于所述PVC管的底部出口处，再用声级计在所述消声装置的底端出口处测量声压级，该声压级与步骤S2测出的声压级之差即为消声量大小；
S4、通过更换不同的消声装置，对比得到的消声量大小，能够演示并比较各消声装置的消声效果。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型通过设置穿孔管，穿孔部分的空气域作为亥姆霍兹共振系统的质量块，背腔空气作为振动系统的弹簧，声波透过穿孔管进出背腔，引发系统共振，消耗声波能量，在保持气流通过的同时抑制声音的传播，消声量大；
(2)本实用新型通过设置若个螺旋型挡板圆周阵列分割腔室，将外壳体内部划分为多个等效腔室，充分利用空间；
(3)消声装置结构紧凑，在演示过程中可以直接通过卡板包覆于PVC管的对应端，便于装卸，便于进行对比试验；
(4)本实用新型提供的消声装置能够根据噪声频谱按需设计，调节螺旋型挡板的线数与螺距、消声孔的开口面积与深度，从而进行频率可调谐；
(5)本实用新型能够将多个消声装置耦合成声屏障结构，可以有效地提升声屏障的使用空间和价值；
(6)本实用新型使用原料易得，反应条件温和，成本低，没有贵金属催化剂操作简单方便。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是实施例一中消声装置水平截面剖视图；
图2是实施例一中消声装置竖直截面剖视图；
图3是实施例二中消声装置示意图；
图4是本实用新型实施例二中消声装置竖直截面剖视图；
图5是本实用新型演示装置与消声装置连接示意图；
图6是图5沿A-A剖视图；
图7是当消声装置的外壳体呈圆柱形时背腔传递损失曲线；
图8是当消声装置的外壳体呈长方体形时背腔传递损失曲线；
图中标记为：1.外壳体；2.螺旋型挡板；3.穿孔管；4.消声孔；5.卡板；6.PVC管；7.扬声器；8.消声装置。
具体实施方式
如图1-图4所示，一种基于声学超材料的消声装置，包括外壳体1与若干螺旋型挡板2，外壳体1内设有与其同中心轴的穿孔管3，穿孔管3贯穿设于外壳体1相对的侧面之间，外壳体1与穿孔管3之间构成用于容置螺旋型挡板2的腔室，若干螺旋型挡板2沿中心轴等角度圆周阵列以分割腔室，相比于开设有消声孔4的圆柱形质量块，螺旋型挡板2将外壳体1内部划分为多个等效腔室，充分利用空间。
穿孔管3内壁与螺旋型挡板2的内侧开设有消声孔4，消声孔4沿中心轴等角度圆周阵列设置。
消声装置8的消声原理为：
穿孔管3中部穿孔部分的空气域作为亥姆霍兹共振系统的质量块，背腔空气作为振动系统的弹簧，声波透过穿孔管3进出背腔，引发系统共振，消耗声波能量，其中，在声波频率与弹性振动系统共振频率一致时的消声效果最佳，本消声装置8能够做到在保持气流通过的同时抑制声音的传播，消声量大。
外壳体1的一侧面设有卡板5，卡板5为环状板，卡板5与穿孔管3同轴设置，卡板5的内环壁完全围设于穿孔管3，消声装置8能够通过卡板5卡在演示装置上。
如图5-图6所示，一种基于声学超材料的消声装置8的演示装置，包括PVC管6、扬声器7与声级计，PVC管6的两端分别安装有扬声器7与消声装置8，消声装置8通过卡板5包覆于PVC管6的对应端侧面，声级计设于消声装置8相背于PVC管6的一端。
其中，PVC管6的对应端包覆扬声器7，卡板5与PVC管6之间通过塑料薄膜密封，能够防止声音从消声装置8的入射口处泄露。
如图5-图6所示，一种基于声学超材料的消声装置8的演示装置的演示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在水平桌面上，自下而上放置扬声器7、PVC管6，PVC管6包覆扬声器7；
S2、通过蓝牙连接扬声器7，利用音频软件播放1500Hz的声音，在PVC管6的底端出口处采用声级计测量声压级；
S3、然后将消声装置8包覆于PVC管6的底部出口处，再用声级计在消声装置8的底端出口处测量声压级，该声压级与步骤S2测出的声压级之差即为消声量大小；
S4、通过更换不同的消声装置8，对比得到的消声量大小，能够演示并比较各消声装置8的消声效果。
本实用新型能够将多个消声装置8耦合成声屏障结构，可以有效地提升声屏障的使用空间和价值。
实施例一
如图1-图2所示，一种基于声学超材料的消声装置8，包括呈圆柱形的外壳体1与4个螺旋型挡板2，其中，螺旋型挡板2的线数为5，螺距为30mm，厚度为1mm。
外壳体1内设有与其同中心轴的穿孔管3，穿孔管3贯穿设于外壳体1相对的侧面之间，穿孔管3的厚度为1mm，长度为31mm。
外壳体1与穿孔管3之间构成用于容置螺旋型挡板2的腔室，若干螺旋型挡板2沿中心轴等角度圆周阵列以分割腔室，相比于开设有消声孔4的圆柱形质量块，螺旋型挡板2将外壳体1内部划分为多个等效腔室，充分利用空间。
穿孔管3内壁与螺旋型挡板2的内侧开设有4个消声孔4，消声孔4的内径为27.5mm，外径为38mm，深度为29mm。
消声孔4沿中心轴等角度圆周阵列设置。
实施例二
如图1-图2所示，一种基于声学超材料的消声装置8，包括呈长方体形的外壳体1与4个螺旋型挡板2，其中，螺旋型挡板2的线数为5，螺距为30mm，厚度为1mm。
外壳体1内设有与其同中心轴的穿孔管3，穿孔管3贯穿设于外壳体1相对的侧面之间，穿孔管3的厚度为1mm，长度为31mm。
外壳体1与穿孔管3之间构成用于容置螺旋型挡板2的腔室，若干螺旋型挡板2沿中心轴等角度圆周阵列以分割腔室，相比于开设有消声孔4的圆柱形质量块，螺旋型挡板2将外壳体1内部划分为多个等效腔室，充分利用空间。
穿孔管3内壁与螺旋型挡板2的内侧开设有4个消声孔4，消声孔4的内径为27.5mm，外径为38mm，深度为29mm。
消声孔4沿中心轴等角度圆周阵列设置。
如图7-图8所示，通过演示装置进行试验，当外壳体1呈圆柱形时，其传递损失峰值频率为1500Hz，当外壳体1呈长方体形时，其传递损失峰值频率为1358Hz，因此，本消声装置8能够根据噪声频谱按需设计，调节螺旋型挡板2的线数与螺距、消声孔4的开口面积与深度，从而进行频率可调谐，可设计性强。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于声学超材料的消声装置，其特征在于，包括外壳体与若干螺旋型挡板，所述外壳体内设有与其同中心轴的穿孔管，所述穿孔管贯穿设于所述外壳体相对的侧面之间，所述外壳体与所述穿孔管之间构成容置所述螺旋型挡板的腔室，若干所述螺旋型挡板沿所述中心轴等角度圆周阵列以分割腔室；所述穿孔管内壁与所述螺旋型挡板的内侧开设有消声孔，所述消声孔沿所述中心轴等角度圆周阵列设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于声学超材料的消声装置，其特征在于，所述外壳体的一侧面设有卡板，所述卡板为环状板，所述卡板与所述穿孔管同轴设置，所述卡板的内环壁完全围设于所述穿孔管。
3.根据权利要求1所述的一种基于声学超材料的消声装置，其特征在于，所述螺旋型挡板的线数为5，螺距为30mm，厚度为1mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于声学超材料的消声装置，其特征在于，所述穿孔管的厚度为1mm，长度为31mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于声学超材料的消声装置，其特征在于，所述消声孔的内径为27.5mm，外径为38mm，深度为29mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于声学超材料的消声装置，其特征在于，所述螺旋型挡板与所述消声孔的数量均为四个。
7.一种根据权利要求2所述的基于声学超材料的消声装置的演示装置，其特征在于，包括PVC管、扬声器与声级计，所述PVC管的两端分别安装有所述扬声器与消声装置，所述消声装置通过卡板包覆于所述PVC管的对应端侧面，所述声级计设于所述消声装置相背于所述PVC管的一端。
8.根据权利要求7所述的一种基于声学超材料的消声装置的演示装置，其特征在于，所述PVC管的对应端包覆所述扬声器。
9.根据权利要求7所述的一种基于声学超材料的消声装置的演示装置，其特征在于，所述卡板与所述PVC管之间通过塑料薄膜密封。
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| CN113628600A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-11-09 | 南京光声超构材料研究院有限公司 | 一种基于声学超材料的消声装置及其演示装置、演示方法 |
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