一种超薄低频的亥姆霍兹共振器的制作方法

本实用新型涉及噪声控制技术领域，具体是涉及一种超薄低频的亥姆霍兹共振器。

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。亥姆霍兹共振器单元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。

在现实生活中，低频噪声以其超强的穿透力和难以吸收的特性成为工程技术的难题。使用传统吸声材料或结构，其厚度需要与声波波长相比拟时才能达到吸声目的，对于长达数米的低频声波波长，在许多空间有限的情况下是无法得到控制的，如潜艇、航天器的低频噪声。

对于亥姆霍兹共振器单元来说，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，要想获得低频吸声，可以采取增大封闭腔的体积，加长颈管的长度，减小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；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。许多研究者致力于研究颈部特点对于亥姆霍兹共振器吸声特性的影响，例如，tang和sirignano通过改变共振器颈部长度，发现当共振器颈部长度和声波波长相比拟时的吸声系数最大。selamet和lee研究了共振器颈部伸入到共振腔内部的情况，他们的结论表明，颈部延伸到共振腔内部可以在不增加共振腔体积的情况下降低共振器的共振频率。有学者对颈管的形状进行研究，发现颈管的横截面采用圆形、方形、椭圆形或其它形状，对共振器吸声性能的影响很小。但是，上述所有研究中，为了实现低频吸声，均是沿着声波入射方向增加颈管长度，使得亥姆霍兹共振器总体厚度仍然很大。

技术实现要素：

发明目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种超薄低频的亥姆霍兹共振器，利用声波可以自由地在弯曲的空气通道里传播这一特性，采用空间折叠技术，将亥姆霍兹共振器的颈管沿着声波入射方向折叠呈蛇形弯道，从而在保证亥姆霍兹共振器厚度不变的前提下，达到低频吸声的目的。

技术方案：本实用新型所述超薄低频的亥姆霍兹共振器，包括封闭空腔和空间折叠结构，所述空间折叠结构内具有一蛇形的空气通道，该空气通道的一端作为声波入射口，另一端与所述封闭空腔的内腔连通，空气通道与所述空间折叠结构的内壁围成亥姆霍兹共振器的颈管。

本实用新型进一步优选地技术方案为，该亥姆霍兹共振器的共振频率和工作带宽通过颈管的弯折次数及空气通道的截面尺寸确定。

作为优选地，所述封闭空腔为规则或不规则形状。

优选地，所述封闭空腔为圆柱形、方形、球形或椭圆形其中一种。

优选地，所述空间折叠结构的形状与所述封闭空腔形状一致。

优选地，所述空气通道的截面形状为圆形、方形或椭圆形其中一种。

优选地，所述封闭空腔上具有开孔，该开孔的形状与所述空气通道的截面形状一致，所述空气通道通过该开孔与封闭空腔的内腔连通。

优选地，所述封闭空腔和空间折叠结构由金属、塑料、混凝土或玻璃材料制成。

有益效果：本实用新型的亥姆霍兹共振器是一种超薄结构，由封闭空腔和前端空间折叠结构组成，通过蛇形的空气通道的设计，在不增加亥姆霍兹共振器厚度的情况下，将亥姆霍兹共振器的颈管沿着声波入射方向折叠起来，相比于直线距离，声波在折叠管道中传播的路程要增加几倍甚至几十倍，相当于颈管的长度增加几倍甚至几十倍，达到低频吸声的效果，具有结构小而且紧凑的特点；此外，本实用新型中可以根据降噪目标的频率，通过调整空气通道的折叠次数，从而改变颈管的长度，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为实施例中所述亥姆霍兹共振器的外形图；

图2为实施例中所述亥姆霍兹共振器的截面图；

图3为实施例中所述亥姆霍兹共振器的尺寸图；

图4显示实施例中不同通道数对吸声频率的影响；

图中，1-亥姆霍兹共振器、2-封闭空腔、3-空间折叠结构、a-空气通道进口、b-空气通道出口。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种超薄低频的亥姆霍兹共振器1，其外形可以为圆柱形、方柱形、球形或椭圆形其中一种，也可以是根据需要定制的异形结构。本实施例中以圆柱形为例。封闭空腔和空间折叠结构由金属、塑料、混凝土或玻璃材料制成。

其包括封闭空腔2和空间折叠结构3。空间折叠结构3内具有一蛇形的空气通道，空气通道的截面形状可以为圆形、方形或椭圆形其中一种，本实施例以方形为例，封闭空腔2上具有开孔，该开孔的形状与空气通道的截面形状一致。

空气通道的一端作为声波入射口，另一端通过封闭空腔2的开孔与封闭空腔2的内腔连通，空气通道与空间折叠结构3的内壁围成亥姆霍兹共振器的颈管。

该亥姆霍兹共振器1的共振频率和工作带宽通过颈管的弯折次数及空气通道的截面尺寸确定。如图3所示，颈管的厚度和宽度分别t和a，定义n为其通道数，本实施例中n=4，在自由空间中，声波从空气通道进口a传播到空气通道出口b的直线距离是t，引入这种折叠结构后，声波从空气通道进口a进入结构后会大致沿着折叠式的空气通道传播，最终从空气通道出口b出射，相比于直线距离t其传播距离被极大地延长，然而折叠结构的厚度仍为t，因此折叠型的管道里的空气传播的路径即为颈管的长度leff。而改变该结构的通道数n和齿长l便可以改变等效路径，进而改变颈管的长度leff。根据图3，等效管颈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1的共振频率为：

式中：c0为背景介质的声速，s0为封闭腔处颈管开口的截面面积，w为颈管的宽度，v为封闭腔的体积。

为了验证本实用新型的亥姆霍兹共振器1中空气通道的折叠数对吸声系数的影响，设计了三种亥姆霍兹共振器1试样，其厚度h和封闭空腔2的体积v保持不变，采用3d打印材料制成：

亥姆霍兹共振器1的厚度，h=180mm。封闭空腔2外径为100mm，内径为80mm，空腔深度d=60mm，壁厚d=10mm，颈管开口宽度w=10mm，折叠空间空气通道宽度w=10mm，齿长l=70mm。

为了便于比较，亥姆霍兹共振器1的折叠空间的厚度保持不变，即t=110mm。当n=0、n=2、n=4时，对应的亥姆霍兹共振器1的管颈的长度leff=110mm，leff=250mm，leff=460mm，所测得的吸声系数如图4所示。

n=4的试样在126hz的频率处吸声系数达最大值0.955，n=2的试样在188hz的频率处吸声系数达最大值0.92，n=0的试样在256hz的频率吸声系数达最大值0.988。显然增加折叠空间的通道数，相当于增加了颈管的长度，从而使得亥姆霍兹共振器1共振频率移向低频，使其在低频段具有良好的吸声系数，达到了低频降噪的目的。

最主要的是，在封闭空腔2体积v保持不变的条件下，若使传统的亥姆霍兹共振器在126hz处有最大吸声系数，所需厚度h=530mm，而本实用新型的亥姆霍兹共振器1的厚度h=180mm，仅为传统的亥姆霍兹共振器的1/3倍，具有厚度薄，节省使用空间的特点。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。