一种柔性亥姆霍兹声调控结构的制作方法

本发明涉及一种柔性亥姆霍兹声调控结构，属于音频声学和环境噪声控制领域。

背景技术：

低频声调控由于其在噪声抑制和声控制方面的应用而引起广泛的关注。理论上，很难使用薄而轻的结构来控制低频声波传输。为实现低频声波的调节，薄膜谐振系统得到了充分的研究。即便如此，利用小结构实现低频带通和带阻效应的可调滤波器仍然是一项艰巨的任务。

技术实现要素：

本发明提供一种柔性亥姆霍兹声调控结构，该装置利用波导管与亥姆霍兹腔体之间的耦合谐振来控制低频声传输，通过调节薄膜张力，改变柔性hr与波导管的耦合谐振了低频声波的调控。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性亥姆霍兹声调控结构，包括侧壁相邻布设的柔性亥姆霍兹共振器和波导管，柔性亥姆霍兹腔体与波导管之间通过狭缝连通形成耦合结构；

柔性亥姆霍兹腔体的两开口端分别布设相同的薄膜结构；

通过调节薄膜结构内薄膜的张力，改变柔性亥姆霍兹共振器与波导管的耦合谐振，实现低频可调声的控制；

作为本发明的进一步优选，前述的狭缝位于波导管的中心位置，将波导管分为对称的两个部分；

作为本发明的进一步优选，前述的柔性亥姆霍兹共振器横截面为圆形或者正方形或者长方形结构；

作为本发明的进一步优选，前述的波导管横截面为圆形或者正方形或者三角形结构；

作为本发明的进一步优选，前述的狭缝为开设在柔性亥姆霍兹共振器与波导管之间的孔状结构，其横截面为圆形或者三角形或者正方形；

作为本发明的进一步优选，前述的薄膜结构为薄膜；

作为本发明的进一步优选，前述的薄膜结构包括薄膜和质量块，质量块粘结在薄膜表面，薄膜振动带动质量块振动；

作为本发明的进一步优选，波导管为直线型结构或者弯曲状结构；狭缝为直线型结构或者弯曲状结构。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明利用电磁力调节薄膜张力，进而控制系统的耦合振动模式，可以实现可调谐声传输；

本发明与柔性hr、波导管的耦合谐振密不可分，研究了其三种耦合振动模式，有助于揭示耦合结构的声传输特性；

本发明体积小，可以达到用子波长小结构对低频声波调控制的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的耦合结构示意图，其中，1a为整体示意图，1b为耦合结构的侧视图，1c为耦合结构的俯视图；

图2是本发明的优选实施例的耦合结构理论分析图；

图3是本发明的优选实施例通过调节膜刚度，对声透射谱进行试验测量数据。

图中：1为柔性亥姆霍兹腔体，2为狭缝，3为波导管，4为薄膜结构。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的优选实施例包括以下特征部件：1为柔性亥姆霍兹腔体，2为狭缝，3为波导管，4为薄膜结构。

本发明的一种柔性亥姆霍兹声调控结构，包括侧壁相邻布设的柔性亥姆霍兹共振器和波导管，柔性亥姆霍兹腔体与波导管之间通过狭缝连通形成耦合结构；

柔性亥姆霍兹腔体的两开口端分别布设相同的薄膜结构；

通过调节薄膜结构内薄膜的张力，改变柔性亥姆霍兹共振器与波导管的耦合谐振，实现低频可调声的控制；

作为本发明的进一步优选，前述的狭缝位于波导管的中心位置，将波导管分为对称的两个部分；

作为本发明的进一步优选，前述的柔性亥姆霍兹共振器横截面为圆形或者正方形或者长方形结构；

作为本发明的进一步优选，前述的波导管横截面为圆形或者正方形或者三角形结构；波导管的长度可以保持不变，也可以调节；

作为本发明的进一步优选，前述的狭缝为开设在柔性亥姆霍兹共振器与波导管之间的孔状结构，其横截面为圆形或者三角形或者正方形；

作为本发明的进一步优选，前述的薄膜结构为薄膜；可以使用不同参数、类型的薄膜来取代原柔性亥姆霍兹腔体两开口端的刚性结构；

作为本发明的进一步优选，前述的薄膜结构包括薄膜和质量块，质量块粘结在薄膜表面，薄膜振动带动质量块振动；

作为本发明的进一步优选，波导管为直线型结构或者弯曲状结构；狭缝为直线型结构或者弯曲状结构。

综上，用柔性亥姆霍兹共振器(helmholtzresonator,hr)来实现一个可调的声滤波器，其中两个薄膜结构(mss)的设计取代了传统hr中的刚性结构，然后，提供了一个波导管与柔性hr耦合；耦合结构的详细设计方案如图1所示，柔性hr是由两个刚性板和两个mss组成的主刚性结构；柔性hr上的上部空间形成波导管，柔性hr与波导管通过狭缝形成耦合结构，通过调节薄膜张力，影响柔性hr与波导管的耦合谐振，改变透射谱，实现低频可调谐声控制。

具体的如图1所示，根据本申请绘制的包含局部谐振系统的声学装置，包括侧壁相邻布设的柔性亥姆霍兹共振器和波导管，柔性亥姆霍兹腔体与波导管之间通过狭缝连通形成耦合结构；

柔性亥姆霍兹腔体的两开口端分别布设相同的薄膜结构；

将柔性亥姆霍兹腔体的结构设计成长方体结构，结构材料选用有机玻璃，可看做硬边界，集中套路100-2000hz的声波，其中：

波导管用于连接入射出射边，传导声波，介质为空气；

柔性亥姆霍兹共振器用于与波导管形成耦合振动，以及调节振动模式；

狭缝用于连接波导管与柔性亥姆霍兹共振器，为了避免狭缝的影响，将狭缝的长度和宽度设置尽可能小；

薄膜结构的参数的可变性提供了可调的透射谱，通过改变电磁力的大小而改变耦合振动的状态，可以改变结构的透射谱；

图2所示，本发明的理论分析图，用来说明本发明的声学原理，图中的膜系统可以视为弹簧振子，根据该图可以列出入射和透射边的动态平衡方程如下：

其中mi和ki分别是入射端膜系统的质量和有效刚度；mt和kt分别是透射端膜系统的质量和有效刚度；pi，pr和pt分别为入射、反射和透射声压；ρ和c分别是媒介的密度和声速度；rm和s3分别是阻尼系数和耦合亥姆霍兹腔体的横截面积；k，d和i分别为波矢量、耦合亥姆霍兹腔体长度和虚数单位；a1-a10分别表示声波在结构不同处的入射和反射声压；当损耗因子从0变化到0.01时，耦合结构中的三个主要模态被激发。

图3为样品实验结果，通过调节不同电压产生不同的膜刚度，对本发明的声透射谱进行实验测量。

可以看到在低频段随着所加电压的增大透射波谷后移，这是因为电压的增大使得耦合结构的谐振频率增大，由此我们将可以通过改变所加电压的大小来控制透射谱波谷的位置，从而达到对低频声波进行可调谐滤波的目的。

综上，用柔性亥姆霍兹共振器(helmholtzresonator,hr)来实现一个可调的声滤波器，其中两个膜系统(mss)的设计取代了传统hr中的刚性结构，然后，提供了一个波导管与柔性hr耦合；耦合结构的详细设计方案如图1所示，柔性hr是由两个刚性板和两个mss组成的主刚性结构；柔性hr上的上部空间形成波导管。柔性hr与波导管通过狭缝形成耦合结构，通过调节薄膜张力，影响柔性hr与波导管的耦合谐振，改变透射谱，实现低频可调谐声控制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。