本发明涉及噪声控制技术领域，特别是涉及一种非线性磁力负刚度主动吸声装置。
背景技术：
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。
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等。
为了进一步提升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。另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。还有一种磁力负刚度吸声装置，可以用较小背腔结构实现低频吸声，但共振频率固定，环境适应能力差。鉴于此，亟待另辟蹊径解决磁力负刚度薄膜吸声装置的环境自适应能力差的问题。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何实现磁力负刚度装置的低频主动吸声，以增强其环境自适应能力。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种非线性磁力负刚度主动吸声装置，其包括吸声结构、调制控制器以及噪声频率采集元件；
所述吸声结构包括基体、振膜和电磁铁，所述基体中空且顶部敞口，所述振膜覆设于所述基体的敞口处，所述振膜和基体共同围成吸声空腔，所述电磁铁设于吸声空腔底部，所述振膜外表面设有铁质片；
所述调制控制器一端与所述电磁铁电连接，另一端作为信号接收端口与所述噪声频率采集元件的信号输出端口连接。
所述噪声频率采集元件根据采集的噪声频率，使得调制控制器对电磁铁的电流输出进行调节，从而改变电磁铁对薄膜的负刚度作用，调节薄膜结构的共振频率与噪声频率一致，使得吸声结构能够根据噪声频率的改变而改变。
进一步地，所述电磁铁和铁质片相对设置。
进一步地，所述电磁铁位于所述吸声空腔的底部中心，和/或，所述铁质片位于所述振膜的中心。
进一步地，所述电磁铁为多个，和/或，所述铁质片为多个。
进一步地，所述噪声频率采集元件设置于所述吸声结构外侧，用于获取外界环境中的噪声频率。
进一步地，所述铁质片的形状为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状。
进一步地，所述调制控制器通过引线与所述电磁铁的线圈连接。
进一步地，所述基体为刚性体。
进一步地，所述基体的敞口边缘包覆于所述振膜的周边，以形成密封连接。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
本发明的非线性磁力负刚度主动吸声装置，电磁铁与铁质片相互吸引，形成了电磁铁对振膜的非线性负刚度作用，然后该主动吸声装置通过噪声频率采集元件获取环境噪声频率，并将该噪声频率信号传输至调制控制器，调制控制器根据接收的噪声频率对电磁铁的电流输出进行调节，即施加反馈电压或电流至电磁铁，从而改变了电磁铁对振膜的负刚度作用，调节振膜结构的共振频率与噪声频率一致，使得该吸声结构的吸声性能能够根据噪声频率的改变而改变，最终实现该吸声结构对于不同频率噪声的可控主动吸声，扩大了该吸声结构的有效吸声频带，增强了吸声结构的环境适应能力。
附图说明
图1为本发明实施例所述非线性磁力负刚度主动吸声装置的结构示意图；
其中，1、吸声空腔；2、振膜；3、铁质片；4、电磁铁；5、基体；6、噪声频率采集元件；7、调制控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供了一种非线性磁力负刚度主动吸声装置，其包括吸声结构、调制控制器7以及噪声频率采集元件6；
吸声结构包括基体5、振膜2和电磁铁4；基体5为刚性体，中空且顶部敞口；振膜2覆设于基体5的敞口处，基体5的敞口边缘包覆于振膜2的周边，以形成密封连接；振膜2和基体5共同围成吸声空腔1，该电磁铁4设于吸声空腔1底部(即基体5的底部)，振膜2外表面粘接有铁质片3；
调制控制器7一端通过引线与电磁铁4的线圈连接，另一端作为信号接收端口与噪声频率采集元件6的信号输出端口连接；噪声频率采集元件6设置于吸声结构外侧，用于获取外界环境中的噪声频率。
电磁铁4与铁质片3相互吸引，形成了电磁铁4对振膜2的非线性负刚度作用。电磁铁4和铁质片3优选为相对设置，电磁铁4位于吸声空腔1的底部中心，铁质片3位于振膜2的中心。本实施例中的电磁铁4和铁质片3均可为多个。另外，本实施例的铁质片3的形状可以为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状等多种形状。需要说明的是，铁质片3和电磁铁4的位置以及数量排列，仅用于进行示例性说明。
工作时，该吸声装置通过噪声频率采集元件6获取环境噪声频率，并将该噪声频率信号传输至调制控制器7，调制控制器7根据接收的噪声频率信号调节对电磁铁4的电流输出，即施加反馈电压或电流至电磁铁4，从而改变了电磁铁4对振膜2的负刚度作用，调节振膜结构的共振频率与噪声频率一致，使得该吸声结构能够根据噪声频率的改变而改变，最终实现该吸声结构对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，扩大该吸声结构的有效吸声频带，增强吸声结构的环境适应能力。
声波经由附有铁质片3的振膜2和吸声空腔1，在电磁铁4对铁质片3的磁力作用下，实现负刚度紧凑型结构的吸声耗能，即，在同一空腔深度下实现更低频的吸声效果；或者在同一吸声频率下的吸声空腔1深度更小，结构更紧凑、轻薄，占用更少。同时，调制控制器7根据噪声频率采集元件6采集到的环境噪声频率对电磁铁4的磁场进行调节，实现吸声结构的吸声频率随环境自动可调，达到主动吸声的目的。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。