一种磁力负刚度多频吸声装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及吸声领域，尤其涉及一种磁力负刚度多频装置及方法。
【背景技术】
[0002]在噪声控制领域，膜材料是常用的吸声材料之一。薄膜结合封闭空腔组成共振吸声结构，它的吸声特性与膜的张力、面密度及背腔深度有关，通常在共振频率附近有较好的吸声性能，实际应用时常结合微穿孔等方法来拓展其吸声带宽。
[0003]微穿孔吸声结构在众多的共振吸声结构中，占有极其重要的地位。自上世纪七十年代马大猷院士奠基性工作后，微穿孔板吸声结构已作为一种重要的噪声控制措施在不同领域广泛应用，并不断地衍生出新的结构和应用。其中包括管束穿孔板吸声结构，利用管束与空腔的管-腔共振提升中低频吸声性能;采取机械阻抗等措施来提高微穿孔板结构吸声带宽。在微穿孔板的基础上，一些学者研究了其他形式的共振吸声结构，如狭缝吸声结构、微穿孔薄膜吸声结构等。这些吸声结构与微穿孔板均基于相同的原理，即孔/缝与空腔的共振吸声。
[0004]为了进一步提升微穿孔吸声结构的低频吸声性能，一种较为新颖的思想是在微穿孔板的基础上引入主动控制，形成主-被动混合吸声结构。在其他共振结构中，比较典型的是分流扬声器设计实现的低频共振吸声结构，还有一种薄膜吸收型声学超材料，它是由一个带有不对称刚性片晶的弹性薄膜构成，这样选择的目的是为了在共振频率从100到1000Hz范围内可以完全地吸收空气中传播的低频声波。
[0005]然而以上结构中，都未涉及同时解决低频共振吸声结构中背腔深度较大和低频轻薄结构中频带较窄的问题，使得这种结构在需要轻薄吸声结构的实际工程应用中遇到了一定的困难。鉴于此，亟待另辟蹊径解决薄膜/板吸声结构低频吸声背腔较大且难以实现薄型低频吸声结构的问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺陷，本发明提出了解决上述技术问题的一种磁力负刚度多频吸声装置及方法，实现薄型低频吸声效果。
[0007]第一方面，本发明提供一种磁力负刚度多频吸声装置，包括多个相连的吸声单元，所述吸声单元包括:基体、振膜、质量片和磁力棒;所述基体为带有空腔且上表面开口的壳体，所述基体上表面由所述振膜密封，所述质量片放置于所述振膜上方，所述磁力棒竖直置于所述基体的空腔内，相邻的吸声单元中的所述磁力棒的高度不等。
[0008]优选的，所述多个吸声单元中的磁力棒的高度呈周期性排布。
[0009]优选的，所述质量片为铁片或铁合金片。
[0010]优选的，所述磁力棒设于所述质量片的正下方。
[0011 ]优选的，所述多个吸声单元之间互相封闭。
[0012]优选的，所述磁力棒的高度最大满足在所述磁力棒竖直置于所述基体内时所述磁力棒恰好不能吸住所述质量片的条件。
[0013]优选的，所述振膜为弹性薄膜。
[0014]优选的，所述质量片的形状为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状;所述磁棒为圆柱体或不规则的结构。
[0015]第二方面，本发明提供一种磁力负刚度多频吸声方法，应用于权利要求上述的磁力负刚度多频吸声装置，包括如下步骤:
[0016]利用多个吸声单元中的振膜、基体和空腔共同形成具有正刚度的空气弹簧；
[0017]利用多个吸声单元中的质量片和所述磁力棒形成具有负刚度的磁力弹簧；
[0018]通过磁力弹簧的负刚度来减弱空气弹簧的正刚度；
[0019]利用所述多个吸声单元中的磁力棒的高度不等，吸收不同频段的声音。
[0020]优选的，所述多个吸声单元中的磁力棒的高度呈周期性排布。
[0021 ]由上述技术方案可知，本发明提供的一种磁力负刚度多频吸声装置及方法，每个吸声单元利用所述振膜和基体之间设有质量片与磁力棒形成具有负刚度的磁力弹簧，通过磁力弹簧的负刚度来减弱空气弹簧的正刚度，以较小的空腔深度实现低频吸声。每个吸声单元的磁力棒的高度不等，通过改变每个空腔结构中磁力棒与质量片之间的距离实现磁力弹簧负刚度的改变，质量片与磁力棒之间形成的磁力弹簧的负刚度各不相同，使得每个吸声单元的共振频率也不同，整个装置有多个吸收峰，增加了磁力负刚度多频吸声结构的吸声带宽，从而改善了吸声效果。
【附图说明】
[0022]图1a为本发明实施例提供的磁力负刚度吸声装置的结构示意图；
[0023]图1b为本发明实施例提供的磁力负刚度吸声装置的结构俯视图；
[0024]图2为振动模型示意图；
[0025]图3为本发明一实施例提供的磁力负刚度吸声方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0027]图1a示出了本发明一实施例提供的磁力负刚度吸声装置的结构示意图，图1b为本发明一实施例提供的磁力负刚度吸声装置的结构俯视图，如图1a和图1b所示，本实施例的磁力负刚度吸声装置多个吸声单元11，所述吸声单元包括:基体12、振膜13、质量片14和磁力棒15;所述基体12为带有空腔且上表面开口的壳体，所述基体12上表面由所述振膜13密封，所述质量片14放置于所述振膜13上方，所述磁力棒15竖直置于所述基体12的空腔内，相邻的吸声单元中的所述磁力棒15的高度不等。
[0028]其中，磁力棒15与质量片14之间形成磁力吸附作用，每个吸声单元11的形状可根据基体12壁的形状均匀分割为矩形或其他规则形状。
[0029]本实施例中，通过每个吸声单元11利用所述振膜13和基体12之间设有质量片14与磁力棒15形成具有负刚度的磁力弹簧，通过磁力弹簧的负刚度来减弱空气弹簧的正刚度，以较小的空腔深度实现低频吸声。每个吸声单元11的磁力棒15的高度不等，通过改变每个管腔结构中磁力棒15与质量片14之间的距离实现磁力弹簧负刚度的改变，质量片14与磁力棒15之间形成的磁力弹簧的负刚度各不相同，使得每个吸声单元11的共振频率也不同，增加了磁力负刚度多频吸声结构的吸声带宽，从而改变整个吸声结构的吸声效果。
[0030]进一步的，所述多个吸声单元11中的磁力棒15的高度呈周期性排布，使得各个吸声单元11吸收声音的频率不相同并且可吸收的声音频率按周期性排布。
[0031]本实施例中，周期性排布的磁力棒15可以周期性的吸收不同频段的声音，整个装置有多个吸收峰，具有多频、宽频的吸声特性。
[0032]进一步的，所述质量片14为铁片或铁合金片。
[0033]本实施例中，每个吸声单元11所覆贴的振膜13中心处设有质量片14，质量片14为铁片或铁合金片，质量片14与磁力棒15之间通过磁力互相吸引。
[0034]进一步的，所述磁力棒15设于所述质量片14的正下方。
[0035]本实施例中，所述磁力棒15为圆柱体或不规则的结构，设于每个吸声单元11的空腔内并且位于质量片14正下方，使得所述质量片14与磁力棒15相互吸引。
[0036]通过将磁力棒15设于质量片14的正下方，使得质量片14与磁力棒15之间的磁力最大的被利用。
[0037]进一步的，所述多个吸声单元11之间互相封闭。
[0038]所述磁力棒15的高度最大为在所述基体12内未放置所述磁力棒15时所述振膜在所述质量片14的压力下的最低点到所述基体12底部的距离；
[0039]所述磁力棒15的高度最小满足在所述磁力棒15竖直置于所述基体12内时所述磁力棒15恰好不能吸住所述质量片14的条件。
[0040]进一步的，所述磁力棒15的高度最大为所述磁力棒15恰好不能吸住所述质量片14的距离。
[0041]本实施例中，所述磁力棒15与质量片14之间的距离可调，通过改变每个单元中磁力棒15与质量片14之间的距离实现磁力弹簧负刚度的改变，引起各吸声单元11内刚度的变化。
[0042]由于每个吸声单元11中磁力棒15