基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞的制作方法

本发明涉及噪声控制领域，特别是涉及一种基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞。

背景技术：

噪声传播和噪声控制是非常重要的研究内容。随着我国经济的快速发展，交通噪音和建筑噪音等越来越严重，噪音对室内人员带来了十分严重的影响。现在的门、窗，要么只能隔音，要么只能通风，无法做到隔音和通风两者兼顾。

附图1给出了传统的通风墙体示意图，包括通风孔洞1以及硬边界(墙体)2。孔洞1尺寸为长1m，宽1m，厚度0.1m，墙体长3m，宽3m，厚度0.1m。如同墙上开口一样，这样的装置虽然达到了通风的目的，但是噪音却难以隔绝；如果墙上没有开口，虽然隔绝了噪音，但是却不能通风。因而对如何同时实现既通风又隔音的效果提出了挑战。

技术实现要素：

本发明的一个目的是要提供基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞，用以解决普通墙体无法同时满足既通风又隔音的问题。

特别地，本发明提供了一种基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞，用于噪声消除，包括：通风孔洞；颈管，布置在所述通风孔洞周围且与所述通风孔洞相连；以及空腔，布置在所述通风孔洞的外侧且通过所述颈管与所述通风孔洞隔开，所述空腔与所述颈管相连通，用以与所述通风管道入射方向上传来的声波产生共振，实现在某些频率处完全消除与所述入射方向对应的透射方向上的声波。

进一步地，所述空腔将所述通风孔洞作为旋转中心，等角度周期旋转排列在所述通风孔洞所在的平面内，最终形成所述通风隔音孔洞。

进一步地，所述空腔为任意形状。

进一步地，所述空腔为矩形，以90°周期旋转排列在所述通风孔洞所在的平面内。

进一步地，所述空腔的声波入射端与所述颈管相连通。

进一步地，所述空腔是半封闭结构。

进一步地，所述通风隔音孔洞使用硬边界材料制备。

进一步地，所述硬边界材料是指刚性边界材料，入射声波在所述刚性边界材料边界上的法向声压为零。

进一步地，所述通风隔音孔洞采用普通塑料制备。

本发明的基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞，通过经典的集中参数理论，计算所述空腔的共振频率:

式中：c₀为声速；V为空腔体积；L为颈管长度；S为颈管管横截面积；δ为声学末端修正。在传播方向上引入一系列旋转周期排列的空腔结构后，能在某一频率下形成声波共振，从而在共振频率附近形成一段声子带隙(所述声子禁带宽度取决于空腔的体积大小)，达到显著的隔音效果。再将所述基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞沿纵向周期排列若干，便可实现较宽频的隔音消声效果。此外，所述通风孔洞材料选择广泛，制作简单，成本低廉，便于装配，具有广泛的应用前景。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述背景技术以及本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是传统的墙体示意图；

图2是根据本发明一个实施例的基于大矩形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞示意图；

图3是图2所述基于大矩形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞的透射率、反射率随声波频率的变化示意图。

图4是根据本发明另一个实施例的基于小矩形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞示意图；

图5是图4所述基于小矩形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞的透射率、反射率随声波频率的变化示意图。

图6是根据本发明另一个实施例的基于三角形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞示意图；

图7是图6所述基于三角形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞的透射率、反射率随声波频率的变化示意图。

图1中各符号表示如下：

1、孔洞，2、硬边界。

图2-图7中各符号表示如下：

2、塑料墙体，

3、通风孔洞，

4、第一颈管，5、第二颈管，6、第三颈管，7、第四颈管，

8、第一大矩形空腔，9、第二大矩形空腔，10、第三大矩形空腔，11、第四大矩形空腔，

12、第一小矩形空腔，13、第二小矩形空腔，14、第三小矩形空腔，15、第四小矩形空腔，

16、第一三角形空腔，17、第二三角形空腔，18、第三三角形空腔，19、第四三角形空腔。

具体实施方式

图2是根据本发明一个实施例的基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞示意图。如图2所示，本实施例提供的一种基于亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞，用于实现既通风又隔音的效果，一般性可包括：通风孔洞、颈管和矩形空腔。其中通风孔洞3长1m、宽1m、厚度0.1m，设于结构中心；颈管，长0.8m，宽0.1m，厚度0.08m，布置在通风孔洞3周围且与通风孔洞3相连；大矩形空腔包括第一大矩形空腔8、第二大矩形空腔9、第三大矩形空腔10及第四大矩形空腔11，第一大矩形空腔8和第一颈管4相连通，第二大矩形空腔9、第三大矩形空腔10以及第四大矩形空腔11也分别和第二颈管5、第三颈管6以及第四颈管7相连通，形成半封闭结构，用以与所述孔洞入射方向上传来的声波产生共振，实现在某些频率处完全消除与所述入射方向对应的透射方向上的声波的效果。

图2中所述大矩形空腔将通风孔洞3作为旋转中心，以90°旋转角周期排列在通风孔洞3所在的平面内，最终形成所述通风隔音孔洞。本实施例采用长1.9m，宽0.8m，厚度0.08m的大矩形空腔进行模拟。

图3是图2所述基于大矩形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞经由孔洞3沿径向周期连接十组后，模拟得到的透射率、反射率随声波频率的变化示意图。如图3所示，黑色三角形点线表示反射率随声波频率的变化图，灰色星形点表示透射率随声波频率的变化图，透射率越小(反射率越大)就说明了噪声损耗的越多，噪声被消除的效果越好。图3中，透射率在53Hz～84Hz以及106Hz～130Hz宽频范围内为零，达到几乎完美的消声效果。

图4是根据本发明另一个实施例的基于小矩形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞示意图，本实施例采用长0.95m，宽0.4m，厚度0.08m的小矩形空腔进行模拟，具体包括第一小矩形空腔12、第二小矩形空腔13、第三小矩形空腔14及第四小矩形空腔15，其余结构均与图2中的相同，因此在本实施例中便不再赘述。图5是图4所述基于小矩形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞连接十组后的透射率、反射率随声波频率的变化示意图。如图5所示，透射率在150Hz～175Hz宽频范围内为零，达到几乎完美的消声效果，和图3的效果相比有所降低，表明形状相同空腔体积越大，噪声消除效果越好。

另外所述空腔为任意形状，图6是根据本发明另一个实施例的基于三角形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞示意图，本实施例采用长1.9m，宽0.4m，厚度0.08m的三角形空腔连接进行模拟，具体包括第一三角形空腔16、第二三角形空腔17、第三三角形空腔18及第四三角形空腔19，所述三角形空腔体积与图4的小矩形空腔体积相等，其余结构均与图2或图4中的相同，因此在本实施例中便不再赘述。图7是图6所述基于三角形亥姆霍兹共振腔的通风隔音孔洞连接十组后的透射率、反射率随声波频率的变化示意图。如图7所示，透射率在128Hz～140Hz宽频范围内为零，达到几乎完美的消声效果，表明对于任意形状的空腔该结构都有一定的噪声消除效果。

整体装置使用硬边界材料制备并可由3D打印机根据模型进行打印。所述硬边界材料是指刚性边界材料，入射声波在所述刚性边界材料边界上的法向声压为零。所述通风孔洞、所述颈管以及所述空腔使用同一种硬边界材料制备。而且本实施例中的硬边界材料即刚性边界材料采用ABS塑料，来源广泛，制作简单，成本低廉，便于装配。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。