一种通风管路用主被动复合消声器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种通风管路用主被动复合消声器，包括主动消声器、被动消声器及参考传声器；其中，主动消声器包括第一外壳、内管段、扬声器单元、误差传声器以及扬声器功率放大器板卡；第一外壳包括封盖和壳体；封盖为中心开孔的板状结构，壳体为底部中心位置开孔的桶状结构，内管段的一端穿过封盖中心的孔并固定在封盖上，内管段的另一端嵌入位于壳体中心的孔中，封盖安装到壳体的顶部；内管段的周围分别安装有扬声器单元、误差传声器以及扬声器功率放大器板卡；内管段的侧面上开有环形凸缘，扬声器单元和误差传声器安装位置处对应的内管段4的管壁存在多个穿孔；内穿孔管段的管壁上也存在多个穿孔；被动消声器包括第二外壳、内穿孔管段以及吸声材料。
【专利说明】—种通风管路用主被动复合消声器
【技术领域】
[0001]本发明涉及声学领域，特别设计一种通风管路用主被动复合消声器。
【背景技术】
[0002]通风管路系统噪声是生活中常见的噪声源，例如中央空调系统出风口、船舶通风系统进/出风口辐射声等，该噪声对室内人居环境造成了污染，对人们的生理、心理健康将产生不利影响。使用被动消声器虽然可有效抑制中高频辐射噪声，但其残留的低频噪声能量依然显著。为有效抑制低频噪声，传统的被动消声技术一般具有较大的体积和较高的压力损失，其实用意义极为有限。因此，需借助于有源噪声控制技术进一步抑制通风管路系统管口的残留低频辐射噪声。
[0003]有源噪声控制是一种基于声波相干叠加原理的主动噪声控制技术，最早由P.Lueg在其专利US2043416中提出，其基本原理是在声场中引入次级声源并利用其发出与初始噪声幅度相同但相位相反的“反噪声”，使初始噪声得到相干抵消，从而达到噪声抑制的目的。与传统被动降噪方法相比，有源噪声控制技术主要优势在于能够以更小的体积获得更好的低频降噪效果。随着人们生活水平的提高，低频噪声污染问题日益显著，有源噪声控制技术实用化的需求日益迫切。另一方面，经过近百年的发展，尤其是随着近几十年数字信号处理技术的飞跃，有源噪声控制技术日益成熟，其实用化进程正逐步加快。
[0004]管路系统是有源噪声控制应用的典型场合，针对管道截止频率以下的低频噪声，使用单一的扬声器即可有效对其进行抑制。目前已知的管路有源消声器专利多见于发动机排气系统，例如 CN1126525A、CN101555818A、CN102808681 等。
[0005]管道有源噪声控制系统一般利用传声器拾取管内初始噪声信号，并由次级声源发出反噪声进行抵消，即传声器和次级声源需与管内声场发生相互作用。为实现声场的耦合，传声器和次级声源处空气应与管内导通，这意味着该处管道内壁存在一定的不连续性。当管内空气流速较高时，该非连续边界处的气流将受到扰动从而激发二次噪声，严重影响消声效果。因此，如何保证高流速下传声器和次级声源处气流的平稳性、减小二次噪声的激发是通风管路系统有源消声技术面临的主要问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有通风管路消声器低频效果差的缺陷，从而提供一种适应高空气流速、低频消声效果显著的通风管路用主被动复合消声器。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了一种通风管路用主被动复合消声器，包括主动消声器1、被动消声器13及参考传声器17 ;其中，
[0008]所述主动消声器I包括第一外壳、内管段4、扬声器单兀5、误差传声器6以及扬声器功率放大器板卡7 ;所述第一外壳包括封盖2和壳体3 ;所述封盖2为中心开孔的板状结构，所述壳体3为底部中心位置开孔的桶状结构，所述内管段4的一端穿过所述封盖2中心的孔并固定在所述封盖2上，所述内管段4的另一端则嵌入位于所述壳体3中心的孔中，所述封盖2安装到所述壳体3的顶部；所述内管段4的周围分别安装有所述的扬声器单元5、误差传声器6以及扬声器功率放大器板卡7,其中扬声器功率放大器板卡7的输出接口与所述扬声器单元5连接，其信号输入接口、电源接口以及误差传声器6的输出接口则通过安装于所述壳体3上的电连接器8引出；
[0009]所述内管段4的侧面上开有用于安装所述扬声器单元5的环形凸缘，所述扬声器单元5和所述误差传声器6安装位置处对应的所述内管段4的管壁9存在多个穿孔；所述内穿孔管段16的管壁上也存在多个穿孔；
[0010]所述被动消声器13包括第二外壳14、内穿孔管段16以及吸声材料15，所述第二外壳14包裹在所述内穿孔管段16之外，所述吸声材料15填充在两者之间；所述参考传声器17安装于所述吸声材料15中，其轴向位置在所述内穿孔管段16远离所述主动消声器I
的一端。
[0011]上述技术方案中，所述扬声器单元5、误差传声器6、扬声器功率放大器板卡7沿所述内管段4周向的不同位置安装，其周向角度间隔为90°。
[0012]上述技术方案中，所述误差传声器6的安装位置为所述扬声器单元5的下游声场内。
[0013]上述技术方案中，所述封盖2的外侧还安装有一带有螺纹孔的第一法兰11，所述第一法兰11的中心孔与所述内管段4连通，通过该第一法兰11，所述被动消声器13中的内穿孔管段16的一端与所述封盖2相连。
[0014]上述技术方案中，所述壳体3底面的外侧还安装有另一带有螺纹孔的第二法兰11，所述第二法兰11的中心孔与所述内管段4连通，通过该第二法兰11，通风系统的下游管路实现与所述壳体3的连接。
[0015]上述技术方案中，在所述封盖2和所述壳体3的连接处以及在所述内管段4和所述壳体3的连接处均使用橡胶垫10进行密封。
[0016]上述技术方案中，所述内管段4的管壁9上的穿孔的直径为2mm，穿孔率为25%以上；所述内穿孔管段16的管壁上的穿孔的直径为2mm，穿孔率为25%以上。
[0017]上述技术方案中，在所述壳体3内侧贴附用于吸收所述扬声器单元5的后腔辐射声的吸声材料12。
[0018]上述技术方案中，所述内穿孔管段16的两端还包括有延长段，所述延长段上不具有穿孔，其中一端的延长段上安装有被动消声器法兰18，通过该法兰18，实现所述内穿孔管段16与通风系统的上游管路的连接。
[0019]上述技术方案中，所述参考传声器17通过由所述第二外壳14延伸至内穿孔管段16的安装孔对其进行固定。
[0020]本发明的优点在于:能够以较小的消声器体积和压力损失达到较高的低频消声性能，同时能够容忍较高的空气流速。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的通风管路用主被动复合消声器的正面剖视图；
[0022]图2是本发明的通风管路用主被动复合消声器中的主动消声器的左视剖视图；
[0023]图3是本发明的通风管路用主被动复合消声器中的主动消声器内部结构图；
[0024]图4是本发明的通风管路用主被动复合消声器的整体外观图。
[0025]附图标识
[0026]1、主动消声器2、主动消声器外壳封盖
[0027]3、主动消声器外壳壳体4、主动消声器内管段
[0028]5、扬声器单兀6、误差传声器
[0029]7、扬声器功率放大器板卡8、电连接器
[0030]9、主动消声器穿孔管壁10、橡胶垫
[0031]11、主动消声器法兰12、吸声材料层
[0032]13、被动消声器14、被动消声器外壳
[0033]15、被动消声器吸声材料16、被动消声器内穿孔管
[0034]17、参考传声器18、被动消声器法兰
【具体实施方式】
[0035]现结合附图对本发明作进一步的描述。
[0036]参考图1，本发明的通风管路用主被动复合消声器包括主动消声器1、被动消声器13及参考传声器17 ;其中,所述主动消声器I包括第一外壳、内管段4、扬声器单兀5、误差传声器6以及扬声器功率放大器板卡7 ;所述第一外壳包括封盖2和壳体3 ;所述封盖2为中心开孔的板状结构，所述壳体3为底部中心位置开孔的桶状结构，所述内管段4的一端穿过所述封盖2中心的孔并固定在所述封盖2上，所述内管段4的另一端则嵌入位于所述壳体3中心的孔中，所述封盖2安装到所述壳体3的顶部；所述内管段4的周围分别安装有所述的扬声器单兀5、误差传声器6以及扬声器功率放大器板卡7,其中扬声器功率放大器板卡7的输出接口与扬声器单元5连接，其信号输入接口、电源接口以及误差传声器6的输出接口则通过安装于壳体3上的电连接器8引出；所述被动消声器13包括第二外壳14、内穿孔管段16以及吸声材料15，所述第二外壳14包裹在所述内穿孔管段16之外，所述吸声材料15填充在两者之间；所述参考传声器17安装于所述吸声材料15中，其轴向位置在所述内穿孔管段16远离所述主动消声器I的一端。。
[0037]下面对本发明的主被动复合消声器的各个部件做进一步的说明。
[0038]在本实施例中，所述封盖2为一圆板，其中心位置的开孔为一圆孔，该圆孔的直径与所述内管段4的外径相同。所述封盖2的外侧还安装有一带有螺纹孔的法兰11，所述法兰11的中心圆孔与所述内管段4连通，通过该法兰11，被动消声器中的内穿孔管段16的一端与封盖2相连。在其他实施例中，所述封盖2也可以是其他形状的板，其中心位置的开孔也可以是其他形状，但应与管路截面保持一致。
[0039]在本实施例中，所述壳体3为底面中心位置开有圆孔的圆桶形结构,该圆孔的直径与所述内管段4的外径相同。所述壳体3底面的外侧还安装有一带有螺纹孔的法兰11，所述法兰11的中心圆孔与所述内管段4连通，通过该法兰11，通风系统的下游管路实现与所述壳体3的连通。在其他实施例中，所述壳体3也可以是其他形状的桶，其底面中心位置的开孔也可以是其他形状，但应与管路截面保持一致。
[0040]所述封盖2与壳体3之间通过螺丝连接实现两者之间的组合，作为一种优选实现方式，在本实施例中，为保证气密性，在所述封盖2和所述壳体3的连接处、以及在所述内管段4和所述壳体3的连接处均使用橡胶垫10进行密封。
[0041]如图2所示，在本实施例中，所述内管段4为一两端开口的圆桶形，其侧面上开有环形凸缘，所述扬声器单元5安装于该环形凸缘部，由所述封盖2和壳体3构成的主动消声器外壳与所述内管段4之间的空腔形成了所述扬声器单元5的后腔；所述误差传声器6、扬声器功率放大器板卡7则分别通过各自支架固定于所述内管段4上。作为一种优选实现方式，如图2所示，在本实施例中，为充分利用空间、减小消声器整体体积，扬声器单元5、误差传声器6、扬声器功率放大器板卡7沿内管段4周向的不同位置安装，其周向角度间隔为90°。同时，扬声器单元5和误差传声器6安装于内管段4上沿轴向的不同位置，即误差传声器6应处于扬声器单元5的下游声场，从而确保下游管路噪声的有效抑制。
[0042]如图3所示，所述扬声器单元5和所述误差传声器6安装位置处对应的内管段4的管壁9存在高密度、小孔径的穿孔，其目的是在实现透声的同时对管道内的气流进行导流，抑制由高速空气流动产生的二次噪声，保证消声效果。本实施例中，所述管壁9上的孔的直径为2_，穿孔率为25%。在其他实施例中，穿孔的直径和穿孔率可根据管内风速进行实际调整。
[0043]本实施例中，所述扬声器单元5采用4英寸扬声器单元，所述误差传声器6采用1/2英寸误差传声器。
[0044]作为一种优选实现方式，在本实施例中，在所述壳体3内侧贴附吸声材料12，以吸收扬声器单元5的后腔辐射声。
[0045]所述内穿孔管段16的管壁上存在高密度、小孔径的穿孔，其目的是在实现透声的同时对管道内的气流进行导流，抑制由高速空气流动产生的二次噪声，保证消声效果。本实施例中，所述内穿孔管段16的管壁上的穿孔的直径为2mm，穿孔率为25%。在其他实施例中，穿孔的直径和穿孔率可根据管内风速进行实际调整。所述内穿孔管段16的两端还包括有延长段，所述延长段上不具有穿孔，其中一端的延长段上安装有被动消声器法兰18，通过该法兰18，实现内穿孔管段16 (即被动消声器13)与通风系统的上游管路的连接。
[0046]所述参考传声器17用于拾取上游管路的原始噪声信号，配合所述主动消声器I完成下游管路低频随机噪声能量的抑制。本实施例中，参考传声器17优先选用与误差传声器6同型号的1/2寸传声器，并通过由第二外壳14延伸至内穿孔管段16的安装孔对其进行固定。
[0047]图4为本实施例中，本发明的通风管路用主被动复合消声器的整体示意图，所述消声器整体呈圆柱形，其外径尺寸为Φ300mmX600mm，对应Φ 10mm的通风系统管路。
[0048]本实施例提供的主被动复合消声器既可以插入方式安装于通风系统管路中、对插入点下游的管路进行控制，也可直接安装于进/出风口、直接抑制管口辐射噪声。
[0049]使用本实施例进行主被动复合消声时，应将参考传声器17输出直接连接外部控制器的输入端，并通过电连接器8将误差传声器6输出、扬声器功放板7输入分别连接外部控制系统的另一输入端和输出端，同时通过电连接器8对扬声器功放板7提供电源。其工作流程是，外部控制器对参考传声器17拾取的上游初始噪声进行滤波从而产生控制信号，并将其输入扬声器功放板7、驱动扬声器单兀5发出反噪声进行相干抵消。同时，夕卜部控制器内应对由扬声器单兀5发出的、被参考传声器17拾取的反噪声信号进行抵消。误差传声器6用于上述滤波器的离线设计或在线调整，以正确实现反噪声信号的滤波计算。
[0050]实测结果表明，在管内气流速度不大于20m/s的条件下，该实施例不仅可有效消除风机转动激励的线谱噪声，也能够衰减在弯管、阀门处产生的随机流噪声，有效消声频带可达20?8kHz。
[0051]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，包括主动消声器(I)、被动消声器(13)及参考传声器(17);其中， 所述主动消声器(I)包括第一外壳、内管段(4)、扬声器单元(5)、误差传声器(6)以及扬声器功率放大器板卡(7);所述第一外壳包括封盖(2)和壳体(3);所述封盖(2)为中心开孔的板状结构，所述壳体(3)为底部中心位置开孔的桶状结构，所述内管段(4)的一端穿过所述封盖(2)中心的孔并固定在所述封盖(2)上，所述内管段(4)的另一端则嵌入位于所述壳体(3)中心的孔中，所述封盖(2)安装到所述壳体(3)的顶部；所述内管段(4)的周围分别安装有所述的扬声器单元(5)、误差传声器(6)以及扬声器功率放大器板卡(7)，其中扬声器功率放大器板卡(7 )的输出接口与所述扬声器单元(5 )连接，其信号输入接口、电源接口以及误差传声器(6 )的输出接口则通过安装于所述壳体(3 )上的电连接器(8 )引出； 所述内管段(4)的侧面上开有用于安装所述扬声器单元(5)的环形凸缘，所述扬声器单元(5)和所述误差传声器6安装位置处对应的所述内管段(4)的管壁(9)存在多个穿孔；所述内穿孔管段(16)的管壁上也存在多个穿孔； 所述被动消声器(13)包括第二外壳(14)、内穿孔管段(16)以及吸声材料(15)，所述第二外壳(14 )包裹在所述内穿孔管段(16 )之外，所述吸声材料(15)填充在两者之间，所述参考传声器(17)安装于所述吸声材料(15)中，其轴向位置在所述内穿孔管段(16)远离所述主动消声器(I)的一端。
2.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，所述扬声器单元(5)、误差传声器(6)、扬声器功率放大器板卡(7)沿所述内管段(4)周向的不同位置安装，其周向角度间隔为90°。
3.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，所述误差传声器(6)的安装位置为所述扬声器单元(5)的下游声场内。
4.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，所述封盖(2)的外侧还安装有一带有螺纹孔的第一法兰(11)，所述第一法兰(11)的中心孔与所述内管段(4)连通，通过该第一法兰(11)，所述被动消声器(13)中的内穿孔管段(16)的一端与所述封盖(2)相连。
5.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，所述壳体(3)底面的外侧还安装有另一带有螺纹孔的第二法兰(11)，所述第二法兰(11)的中心孔与所述内管段(4)连通，通过该第二法兰(11)，通风系统的下游管路实现与所述壳体(3)的连接。
6.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，在所述封盖(2)和所述壳体(3)的连接处以及在所述内管段(4)和所述壳体(3)的连接处均使用橡胶垫(10)进行密封。
7.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，所述内管段(4)的管壁(9)上的穿孔的直径为2mm，穿孔率为25%以上；所述内穿孔管段(16)的管壁上的穿孔的直径为2mm，穿孔率为25%以上。
8.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，在所述壳体(3)内侧贴附用于吸收所述扬声器单元(5)的后腔辐射声的吸声材料(12)。
9.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，所述内穿孔管段(16)的两端还包括有延长段，所述延长段上不具有穿孔，其中一端的延长段上安装有被动消声器法兰(18)，通过该法兰(18)，实现所述内穿孔管段(16)与通风系统的上游管路的连接。
10.根据权利要求1所述的通风管路用主被动复合消声器，其特征在于，所述参考传声器(17)通过由所述第二外壳(14)延伸至内穿孔管段(16)的安装孔对其进行固定。
【文档编号】F16L55/02GK104165255SQ201310184672
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】孙红灵, 安峰岩, 吴鸣, 程晓斌, 杨军 申请人:中国科学院声学研究所