CN217506885U - 消声结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种消声结构，包括沿一预设方向层叠设置的至少一个第一类消声构件和至少一个第二类消声构件，第一类消声构件开设有第一窗口，第二类消声构件开设有第二窗口，第二窗口与所述第一窗口连通；其中，第一类消声构件设置有与所述第一窗口连通的多个第一消声支路，第一消声支路具有第一预设长度，以通过共振捕获声能；第二类消声构件设置有与第二窗口连通的多个第二消声支路，第二消声支路具有第二预设长度，以通过共振捕获声能；第一预设长度小于第二预设长度。上述消声结构有利于在较低频的宽频范围内抑制噪声。

Description

消声结构

技术领域

本实用新型涉及消声技术领域，特别是涉及一种消声结构。

背景技术

汽车、飞机、船舶、高铁等由于驱动机构、传动机构等在工作时不可避免的产生特定频率的噪声峰值，而管道，也称为波导，能够有效地远距离传输噪声，并将噪声从管道的末端辐射出来，从而对机器设备和人们生活环境带来了很大的危害。在实际测量中，管道中一般是由多个频率组合而成的复合声，声波频率f<500Hz的可称为低频噪声，500Hz<f<2000Hz的可称为中频噪声，f>2000Hz的可称为高频噪声，相对于离散谱和连续谱噪声，复合声不仅分布范围宽，且具有离散谱的高声压级，所以复合谱噪声更难控制，因此必须加以重视，开展低频宽带的消声研究。

实用新型内容

为解决上述问题中至少之一，本实用新型旨在提供一种改进的消声结构。

第一方面，本申请提供一种消声结构，包括：

沿一预设方向层叠设置的至少一个第一类消声构件和至少一个第二类消声构件，所述第一类消声构件开设有第一窗口，所述第二类消声构件开设有第二窗口，所述第二窗口与所述第一窗口连通；

其中，所述第一类消声构件设置有与所述第一窗口连通的多个第一消声支路，所述第一消声支路具有第一预设长度，以通过共振捕获声能；

所述第二类消声构件设置有与所述第二窗口连通的多个第二消声支路，所述第二消声支路具有第二预设长度，以通过共振捕获声能；

所述第一预设长度小于所述第二预设长度。

上述消声结构，通过在预设方向上层叠设置两类不同的消声构件，并设置该两类不同的消声构件的消声支路的预设长度不同，有利于在较低的频率范围内实现消声效果，同时也有利于降低消声结构的尺寸，减少空间占用。

在其中一个实施例中，所述第一预设长度小于第一长度阈值，所述第二预设长度大于或等于所述第一长度阈值。

在其中一个实施例中，任意两个所述第一消声支路的第一预设长度不同。

在其中一个实施例中，所述第一类消声构件具有多个且沿所述预设方向层叠设置，多个所述第一类消声构件设置在所述第二类消声构件的一侧。

在其中一个实施例中，所述第二类消声构件具有多个且沿所述预设方向层叠设置，任意两个所述第二类消声构件的第二消声支路的第二预设长度不同，多个所述第二类消声构件设置在多个所述第一类消声构件的一侧。

在其中一个实施例中，多个所述第一类消声构件形成第一消声模组，多个所述第二类消声构件形成第二消声模组，所述消声结构包括沿所述预设方向层叠设置的所述第一消声模组和至少两个所述第二消声模组，所述第一消声模组设置在所述至少两个所述第二消声模组的一侧。

在其中一个实施例中，各所述第二类消声构件的第二消声支路的第二预设长度沿所述预设方向逐渐增大或逐渐减小。

在其中一个实施例中，所述第一预设长度的范围包括15mm～65mm，所述第二预设长度的范围包括90mm～145mm。

在其中一个实施例中，所述第一窗口与所述第二窗口相同且共轴设置，在垂直于所述预设方向的方向上，所述消声结构的截面面积与所述第一窗口的开口面积的比值小于或等于5。

在其中一个实施例中，所述消声结构还包括外壳，所述外壳设置有声波传入端和声波传出端，所述第一类消声构件设置在所述声波传入端和所述第二类消声构件之间，所述第二类消声构件设置在所述第一类消声构件和所述声波传出端之间。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，

图1为本申请一实施例的结构示意图；

图2为本申请一实施例的俯视示意图；

图3为图2所示实施例的A-A面的剖视示意图；

图4为图2所示实施例的B-B面的剖视示意图；

图5为本申请一实施例的截面示意图；

图6位本申请一实施例的消声效果示意图。

元件标号说明：

100、消声结构，110、第一类消声构件，1100、第一窗口，111、第一消声支路，112、第一隔板，120、第二类消声构件，1200、第二窗口，121、第二消声支路，122、第二隔板，123、第三消声支路，124、第三隔板；

10、声波传入端，20、声波传出端，30、外壳；

A、第一模组，B、第二模组、D1、第一预设长度，D2、第二预设长度，D3、第三预设长度；

AX、预设方向。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

目前处理管道噪声中应用最广泛的是反射型消声器，也称为抗性消声器，声波入射到消声结构上，因截面突变发生阻抗失配效应产生声反射，从而降低管道噪声。传统的抗性消声结构包括亥姆霍兹共振器、四分之一波长管、膨胀腔、穿孔管消声器等，亥姆霍兹共振器具有频率选择性，在声波频率接近共振频率时实现消声。若要消除宽带噪声，则需要多个共振器串联，结构较为冗杂。穿孔管消声器可等效为多个亥姆霍兹共振器组合，在中高频域内具有宽频带的消声能力，相对于膨胀腔，增加穿孔结构使得有流状态下的阻力损失变小。但穿孔管在处理低频噪声时，需要将穿孔率调制很小，或者将背腔调制很大，才能消除低频噪声，因此成本会相对较高，占用的空间也随之增加。除此之外，穿孔管处理低频噪声时的扩张比也较大，消声效果仍有待提高。

基于上述问题，本申请提供一种能够在中低频宽带范围内实现消声效果且占用空间较小的消声结构。该消声结构具有多个声学超材料板，每个声学超材料板设置有多个旁支结构，声波在经过这些声学超材料板时会进入旁支结构并发生多重折射和色散效应，进而产生相互作用使得声波缓慢传播，由此进一步发生整体共振，通过摩擦将声能转化为热能耗散掉，实现消声。其中，声波会在旁支结构中发生局部共振，局部共振的共振频率可由旁支结构的长度和空气介质中的原始波速决定。因此，旁支结构的长度不同，声学超材料板实现的消声频率也会有所不同，长度越长，消声频率越低。

具体的，参见图1至图5，消声结构100包括沿一预设方向AX层叠设置的至少一个第一类消声构件110和至少一个第二类消声构件120。其中，预设方向AX的方向可以是任意的，第一类消声构件110开设有第一窗口1100，第二类消声构件120开设有第二窗口1200，第二窗口1200与第一窗口1100连通；其中，第一类消声构件110设置有与第一窗口1100连通的多个第一消声支路111(即前述的旁支结构)，第一消声支路111具有第一预设长度D1，以通过共振捕获声能，换言之，第一预设长度D1可根据所需的消声频率结合慢波消声理论求得；第二类消声构件120设置有与第二窗口1200连通的多个第二消声支路121，第二消声支路121具有第二预设长度D2，同样可通过共振捕获声能，换言之，第二预设长度D2也可根据所需的消声频率结合慢波消声理论求得。

其中，如图3所示，第一类消声构件110间隔设置有多个第一隔板112，相邻的第一隔板112之间的空间形成第一消声支路111；第二类消声构件120同样间隔设置有多个第二隔板122，相邻的第二隔板122之间的空间形成第二消声支路121。可选的，多个第一消声支路111绕第一窗口1100的中心轴线旋转对称设置在第一窗口1100的四周(旋转对称角可以是90°、180°)，多个第二消声支路121绕第二窗口1200的中心轴线旋转对称设置在第二窗口1200的四周(旋转对称角可以是90°、180°)，如此，有利于使消声构件的结构设计更为紧凑，从而有利于提高空间的利用率。

消声时，声波可由第一窗口1100进入第一消声支路111(如图3的箭头所示)，并在第一消声支路111中发生多重折射和色散效应，形成局域共振，不同长度的第一消声支路111的共振频率不同，对应的消声频率也不同；同时，声波可由第二窗口1200进入第二消声支路121(如图4的箭头所示)，并在第二消声支路121中发生多重折射和色散效应，形成局域共振，不同长度的第二消声支路121的共振频率不同，对应的消声频率也不同。

进一步的，第一预设长度D1小于第二预设长度D2。如此可使第一预设长度D1对应的消声频率大于第二预设长度D2对应的消声频率，进而有利于使消声结构100在较低的频率范围内实现消声，并且，第一预设长度D1和第二预设长度D2均较小，从而消声结构100整体的占用空间也较小。

上述消声结构100，通过在预设方向AX上层叠设置两类不同的消声构件，并设置该两类不同的消声构件的消声支路的预设长度不同，有利于在较低的频率范围内实现消声效果，同时也有利于降低消声结构100的尺寸，减少空间占用。

在一些实施方式中，第一预设长度D1小于第一长度阈值，第二预设长度D2大于或等于第一长度阈值。通过上述设置，有利于使消声结构100在明显不同的两个频段均实现消声效果同时也能具备一定的消声频宽。可选的，第一长度阈值可以被配置为使消声支路的共振频率为中频(例如可以是频率大于或等于1000Hz的声波)和低频(例如可以是频率小于1000Hz的声波)交界值附近的长度，以使消声结构100在中低频范围内均实现较佳的消声效果。可选的，第一长度阈值可以是65mm～90mm中的一个长度，例如可以是65mm、70mm、80mm、85mm、90mm。

在一些实施方式中，如图3所示，任意两个第一消声支路111的第一预设长度D1不同。由于较高的频率消声比较低的频率消声更为容易，占用的空间更小，因此第一消声构件110的结构不需要设置的过大，例如，可将多个具有不同第一预设长度D1的消声支路集成在一个第一消声构件110中，如此有利于使单个第一类消声构件110即具备较大的消声频率跨度。可选的，第一消声支路111的第一预设长度D1呈梯度变化。可选的，第一预设长度D1的范围为15mm～65mm，例如，D1可以是16.5mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、62.5mm。可选的，第一类消声构件110对应的消声频率范围可以是1000Hz～1600Hz。

在一些实施方式中，如图5所示，第一类消声构件110具有多个且沿预设方向AX层叠设置，多个第一类消声构件110设置在第二类消声构件120的一侧。通过设置多个第一类消声构件110，有利于提高消声结构100的消声量。可选的，第一类消声构件110的个数为2、4、5、8、10、12、15。

在一些实施方式中，如图4和图5所示，第二类消声构件120具有多个且沿预设方向AX层叠设置，任意两个第二类消声构件120的第二消声支路121的第二预设长度D2不同，多个第二类消声构件120设置在多个第一类消声构件110的一侧。由于低频声波通常较难消除，通常单个第二类消声构件120便需设置较多的消声支路来消除较窄频率范围或是单一频率的低频声波，因此，通过并联设置多个第二类消声构件120有利于拓宽低频声波的消声频宽，从而提升消声结构100的低频消声效果。可选的，第二类消声构件120的个数为2、4、5、8、10、12、15。可选的，第二类消声构件120中各第二消声支路121的第二预设长度相同，从而方便第二类消声构件120的制备。可选的，第二预设长度D2的范围为90mm～145mm，例如，D2可以是90mm、95mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、143mm。可选的，第二类消声构件120对应的消声频率范围可以是250Hz～1000Hz。

在一些实施方式中，如图5所示，多个第一类消声构件110形成第一消声模组A，多个第二类消声构件120形成第二消声模组B，消声结构100包括沿预设方向AX层叠设置的第一消声模组A和至少两个第二消声模组B，第一消声模组A设置在至少两个第二消声模组B的一侧。通过上述设置，有利于进一步提升消声结构100的消声量，以更好地消除低频声波。

在一些实施方式中，如图6所示，本申请的一实施例消声结构100在250Hz～1600Hz范围内的平均隔声量可以达到25dB。

在一些实施方式中，如图各第二类消声构件120的第二消声支路121的第二预设长度D2沿预设方向AX逐渐增大。通过上述设置，有利于使不同频率的声波在传输过程中由高到低地逐步消除，以降低消声时不同频率声波间的干扰，从而进一步提升消声结构100的消声效果。可以理解的是，当两类消声构件沿预设方向AX的反向层叠时，各第二类消声构件120的第二消声支路121的第二预设长度D2可以沿预设方向AX逐渐减小。

在一些实施方式中，如图4所示，第二类消声构件120还设置有与第二窗口1200连通的多个第三消声支路123，第三消声支路123具有第三预设长度D3，以通过共振捕获声能；至少部分第三消声支路123的第三预设长度大于或等于第二长度阈值，第二长度阈值大于或等于第一长度阈值。其中，第二类消声构件120还间隔设置有多个第三隔板124，相邻的第三隔板124之间的空间形成第三消声支路123。通过上述方式，当第三预设长度D3大于第二预设长度D2时，既有利于扩展消声结构100的低频消声频率，也不会增加消声结构100的空间占用；另一方面，当第三预设长度D3小于第二预设长度D2时，有利于衔接中低频的消声频率，从而保证中低频范围内各频率声波的充分消除。可选的，如图4所示，第三消声支路123沿垂直于第二消声支路121的方向延伸，且也围绕第二窗口1200的中心轴线旋转对称设置(旋转对称角可以是90°、180°)。

在一些实施方式中，如图3至图5所示，第一窗口1100与第二窗口1200相同且共轴设置，在垂直于预设方向AX的方向上，消声结构100的截面面积与第一窗口1100的开口面积的比值小于或等于5。其中，第一窗口1100与第二窗口1200相同表示二者形状、开口面积均相同。通过控制消声结构100的扩张比满足上述关系，有利于在较好地满足管道通风的同时，实现低频宽带噪声的抑制。可选的，如图3和图4所示，第一窗口1100为正方形，边长为75mm，消声结构100的截面为矩形，且长为210mm，宽为110mm，因此，消声结构100的扩张比约为4，而现有的利用穿孔板制备的管道消声器的扩张比通常大于5，例如可以达到11.5，如此便是在降低了管道通风效果的情况下实现低频消声。

在一些实施方式中，消声结构100还包括外壳30，外壳30设置有声波传入端10和声波传出端20，第一类消声构件110设置在声波传入端10和第二类消声构件120之间，第二类消声构件120设置在第一类消声构件110和声波传出端20之间，消声时，声波由声波传入端10入射进消声结构100，并由声波传出端20从消声结构100出射。如此，有利于消声结构100内部第一类消声构件110和第二类消声构件120的有序排列。可以理解的是，外壳30和第一隔板112之间的空间也可以形成第一消声支路111，外壳30和第二隔板122之间的空间也可以形成第二消声支路121。

在一些实施方式中，第一隔板112和第二隔板122的材质可为金属材料或非金属材料，例如可以是钢、铁、铝合金、有机玻璃、PLA、塑料、橡胶、木板、石材、碳纤维复合材料。外壳30的材质可为金属材料或非金属材料，例如可以是钢、铁、铝合金、有机玻璃、PLA、塑料、橡胶、木板、石材、碳纤维复合材料。消声构件100的加工方法可以使用且不限于3D打印、冲压工艺等，根据防火等级加工用的材料可以包括钢板等金属板，PP、PVC或PE等塑料板。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种消声结构，其特征在于，包括：

沿一预设方向层叠设置的至少一个第一类消声构件和至少一个第二类消声构件，所述第一类消声构件开设有第一窗口，所述第二类消声构件开设有第二窗口，所述第二窗口与所述第一窗口连通；

其中，

所述第一类消声构件设置有与所述第一窗口连通的多个第一消声支路，所述第一消声支路具有第一预设长度，以通过共振捕获声能；

所述第二类消声构件设置有与所述第二窗口连通的多个第二消声支路，所述第二消声支路具有第二预设长度，以通过共振捕获声能；

所述第一预设长度小于所述第二预设长度。

2.根据权利要求1所述的消声结构，其特征在于，所述第一预设长度小于第一长度阈值，所述第二预设长度大于或等于所述第一长度阈值。

3.根据权利要求1所述的消声结构，其特征在于，任意两个所述第一消声支路的第一预设长度不同。

4.根据权利要求3所述的消声结构，其特征在于，所述第一类消声构件具有多个且沿所述预设方向层叠设置，多个所述第一类消声构件设置在所述第二类消声构件的一侧。

5.根据权利要求4所述的消声结构，其特征在于，所述第二类消声构件具有多个且沿所述预设方向层叠设置，任意两个所述第二类消声构件的第二消声支路的第二预设长度不同，多个所述第二类消声构件设置在多个所述第一类消声构件的一侧。

6.根据权利要求5所述的消声结构，其特征在于，多个所述第一类消声构件形成第一消声模组，多个所述第二类消声构件形成第二消声模组，所述消声结构包括沿所述预设方向层叠设置的所述第一消声模组和至少两个所述第二消声模组，所述第一消声模组设置在所述至少两个所述第二消声模组的一侧。

7.根据权利要求5所述的消声结构，其特征在于，各所述第二类消声构件的第二消声支路的第二预设长度沿所述预设方向逐渐增大或逐渐减小。

8.根据权利要求5所述的消声结构，其特征在于，

所述第一预设长度的范围包括15mm～65mm，所述第二预设长度的范围包括90mm～145mm。

9.根据权利要求1所述的消声结构，其特征在于，所述第一窗口与所述第二窗口相同且共轴设置，在垂直于所述预设方向的方向上，所述消声结构的截面面积与所述第一窗口的开口面积的比值小于或等于5。

10.根据权利要求1所述的消声结构，其特征在于，所述消声结构还包括外壳，所述外壳设置有声波传入端和声波传出端，所述第一类消声构件设置在所述声波传入端和所述第二类消声构件之间，所述第二类消声构件设置在所述第一类消声构件和所述声波传出端之间。

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