一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道制造技术

本发明专利技术公开了一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，包括平行设置的主体管道上表面和下表面，上下表面安装有若干个沿主体管道对称分布的尺寸固定的腔体，腔体等间距排列，每个腔体与主体管道之间设有一对固体挡板，两个固体挡板之间形成位置、横截面可变的喉管，喉管偏心率和横截面积的改变通过左右移动固体挡板来实现。本发明专利技术的一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，在不改变共鸣器腔体体积的前提下通过提高腔体的长度使得在声波传输路径上腔体的尺寸和声波波长相近，打破集中参数系统的适用条件，改变内部喉管的横截面和相其对腔体中心位置的距离来改变共鸣器的作用频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，属于声学领域。
技术介绍
传统的管道消声设备如基于共振消声的Helmholtz共鸣器管道，等效于抗性消声器，由喉管和腔体构成。喉管内的空气相当于声质量，腔体相当于弹簧，分别类比于电学线路中的电感和电容。当声波频率和消声器固有频率最接近时消声量最大，起到声学滤波器作用。但此种共鸣器腔体长度通常远小于声波波长，将其当作集中参数处理所得的共振频率不随尺寸改变，消声管道一旦制成则不能用于其他用途。因此，需要一种使用非集中参数系统理论研究的共鸣器结构，当其内部结构发生改变时，共振频率也发生改变。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，在不改变共鸣器腔体体积的前提下通过提高腔体的长度使得在声波传输路径上腔体的尺寸和声波波长相近，打破集中参数系统的适用条件，改变内部喉管的横截面和相其对腔体中心位置的距离来改变共鸣器的作用频率。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，包括平行设置的主体管道上表面和下表面，上下表面安装有若干个沿主体管道对称分布的尺寸固定的腔体，腔体等间距排列，每个腔体与主体管道之间设有一对固体挡板，两个固体挡板之间形成位置、横截面可变的喉管，喉管偏心率和横截面积的改变通过左右移动固体挡板来实现，挡板的长度选择需要保证在左右移动时能够使得腔体保持密封。作为优选，所述腔体和喉管构成经典的Helmholtz共鸣器，但共振频率由喉管的偏心率、截面积确定，共振频率其中V,l,S为腔体体积、喉管高度、喉管截面积，δ为喉管分别相对于腔体和管道端的末端修正长度之和，共振频率进一步由喉管的偏心率、截面积确定。作为优选，所述腔体和喉管均为矩形且喉管位于腔体表面的几何中心，S＝2a1*2b1为喉管截面积，a1,b1,a,b分别对应喉管和腔体的半长宽尺寸，vmn为考虑到管中声波的高阶模式时所对应的不同模式的系数，v00＝0,vmn＝1，作为优选，腔体与喉管截面均为圆形情形时，末端修正写为a,a1为腔体与喉管的直径，Jm为m阶Bessel函数，αmn为(m,n)次高阶波对应的波矢量，t喉管的为几何中心偏离腔体几何中心的尺寸，m,n均为整数，代表管中声波传播时的不同模式。作为优选，上下表面各对称分布六个相同的腔体，相邻腔体之间的间隔距离为1.7mm。作为优选，所述主体管道及腔体壁面声阻抗远大于背景媒质，至少为100倍的背景媒质声阻抗。作为优选，所述管道及腔体壁面的材料为金属或有机塑料，例如铁、铝等声学硬材料。在本专利技术中，主体管道的长度约为700mm，高度为50mm，腔体的长高分别为：83.3mm、12mm，喉管高度为2mm，横截面长度与偏离腔体中心位置的距离从左上至右下以从左往右顺序分别为：2、2、4、4、6、6、8、16、16、14、24、40mm和20、2、12、12、16、-6、12、18、-14、-6、-10、-14mm，向右偏离为正，向左偏离为负。以上结构参数的共鸣器对应的共振频率分别为：850、920、950、1000、1050、1110、1130、1200、1250、1300、1400、1500Hz。上述参数的选择应遵循共振频率与喉管的偏心率、截面积的关系曲线。频率选择为每隔50Hz左右安排一个共鸣器。有益效果：本专利技术的基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，只需要一种结构尺寸的腔体就可以实现对不同频率的滤波作用，改变了传统的消声器件不可改变作用频率这一特性，与此同时腔体的厚度大大减小可应用于对结构尺寸苛刻的环境，最后通过级联由不同结构尺寸的喉管所构成的共鸣器可实现宽带噪声控制，在不改变腔体体积而提高长度的同时有利于减小共鸣器以至于整个消声管道的厚度。附图说明图1是本专利技术可变共振频率共鸣器的二维结构及参数示意图；图2是共鸣器不同横截面积和偏心率的喉管对应的声强透射率分布图，抛物型轨迹为透射率小于0.1的点所构成；图3是共鸣器共振频率与喉管横截面积、偏心率关系图；图4是本专利技术宽带消声管道的二维结构示意图；图5是本专利技术宽带消声管道数值仿真的声传输损失图。具体实施方式如图1和图4所示，本专利技术的一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，包括平行设置的主体管道1上表面和下表面，上下表面各安装有六个沿主体管道1对称分布的尺寸固定的腔体3，相邻腔体3的间距为1.7mm，每个腔体3与主体管道1之间设有一对固体挡板2，两个固体挡板2之间形成位置、横截面可变的喉管4，喉管4偏心率和横截面积的改变通过左右移动固体挡板2来实现。在本专利技术中，所述腔体3和喉管4构成经典的Helmholtz共鸣器，但共振频率由喉管4的偏心率、截面积确定，共振频率其中V,l,S为腔体3体积、喉管4高度、喉管4截面积，δ为喉管4分别相对于腔体3和管道端的末端修正长度之和。当腔体3和喉管4均为矩形且喉管4位于腔体3表面的几何中心，S＝2a1*2b1为喉管4截面积，a1,b1,a,b分别对应喉管4和腔体3的半长宽尺寸，vmn为考虑到管中声波的高阶模式时所对应的不同模式的系数，v00＝0,vmn＝1，对于本
技术实现思路
中的结构参数，选取2a＝83.3,2b＝10,2a1＝10,2b1＝10mm，并考虑到m＝n＝10情形，计算所得的δ/a1＝0.8206，此时与只考虑m＝n＝0平面波形式时δ/a1＝0.85相接近。在本专利技术中，腔体3与喉管4截面均也可以为圆形情形，末端修正写为a,a1为腔体3与喉管4的直径，Jm为m阶Bessel函数，αmn为(m,n)次高阶波对应的波矢量，t喉管4的为几何中心偏离腔体3几何中心的尺寸。在本专利技术中，主体管道1的高度为50mm，长度约为700mm。上下包含12个对称腔体3，相邻腔体3之间的间隔距离为1.7mm，腔体3尺寸的长高分别为83.3mm和12mm，喉管4高度为2mm,横截面长度与偏离腔体3中心位置的距离从左上至右下以从左往右顺序分别为：2、2、4、4、6、6、8、16、16、14、24、40mm和20、2、12、12、16、-6、12、18、-14、-6、-10、-14mm，向右偏离为正，向左偏离为负。管道及腔体3壁面声阻抗应远大于背景媒质且至少为背景媒质声阻抗的100倍这里所选用的材料为金属或有机塑料。对于上述每一组喉管4与腔体3的结构参数值可得到位于共振频率附近的窄带共振峰，当把不同参数值的Helmholtz级联时除了将共振峰的叠加外还需考虑不同共鸣器之间的相互耦合，数值仿真发现级联后的作用频率宽度大于不同结构共振峰的叠加，显然这对于隔声滤波是有益的。如图1是本专利技术共鸣器的二维结构参数示意图及其参数，为了简化考虑，对于三维情形的Helmholtz共鸣器腔体3可采用二维结构在垂直于二维平面拉伸一定距离来代替，要求是拉伸距离应小于半波长。图2是不同结构参数的二维共鸣器对应的声强透射率分布图。对于某一固定的共振频率可通过不同的喉管4截面积与偏心距离来实现。图中横坐标为横截面积S，纵坐标为偏心距离t，“抛物线”形轨迹为对应某一频率选取声强透射率小于0.1的点所得的轨迹。图3是在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，其特征在于：包括平行设置的主体管道上表面和下表面，上下表面安装有若干个沿主体管道对称分布的尺寸固定的腔体，腔体等间距排列，每个腔体与主体管道之间设有一对固体挡板，两个固体挡板之间形成位置、横截面可变的喉管，喉管偏心率和横截面积的改变通过左右移动固体挡板来实现。

【技术特征摘要】
1.一种基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，其特征在于：包括平行设置的主体管道上表面和下表面，上下表面安装有若干个沿主体管道对称分布的尺寸固定的腔体，腔体等间距排列，每个腔体与主体管道之间设有一对固体挡板，两个固体挡板之间形成位置、横截面可变的喉管，喉管偏心率和横截面积的改变通过左右移动固体挡板来实现。2.根据权利要求1所述的基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，其特征在于：所述腔体和喉管构成经典的Helmholtz共鸣器，共振频率其中V,l,S为腔体体积、喉管高度、喉管截面积，δ为喉管分别相对于腔体和管道端的末端修正长度之和，c为背景媒质中的声速。3.根据权利要求2所述的基于可调共振频率的Helmholtz共鸣器的宽带消声管道，其特征在于：所述腔体和喉管均为矩形且喉管位于腔体表面的几何中心，S＝2a1*2b1为喉管截面积，a1,b1,a,b分别对应喉管和腔体的半长宽尺寸，vmn为考虑到管中声波的高阶模式时...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彬，杨京，张海龙，邹欣晔，程建春，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32