一种磁致伸缩吸声结构的制作方法

本发明涉及吸声技术领域，尤其涉及一种磁致伸缩吸声结构。

背景技术：

目前在噪声控制工程中，微穿孔板共振结构是一种广泛采用的吸声技术。众所周知，微穿孔板结构是在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔径小于1.0mm的微孔或宽度小于1.0mm的微缝，穿孔率在0.3-5％之间，板后部留有一定厚度(1-20cm)的空气层，空腔内不填任何吸声材料。其共振吸声结构的吸声机理是，微穿孔板上的每一个穿孔与其相对应的空气层组成的系统类似于亥姆霍兹共振器，微穿孔板共振吸声结构可理解为许多亥姆霍兹共振器的并联。当声波进入小孔后便激发空腔内空气振动，如果声波频率与该结构共振频率相同时，腔内空气便发生共振，穿孔板孔颈处空气柱往复振动，速度、幅值达最大值，摩擦与阻尼也最大；此时，使声能转变为热能最多，即消耗声能最多，从而发挥高效吸声作用。

基于上述性能优势，微穿孔板共振结构在众多领域得到了广泛应用，如飞机降噪、体育馆吸声、通风管道吸声等。然而，微孔的孔径横截面较小或微缝的缝隙横截面较小，加工难度较大；且对于现有传统的单层微穿孔板共振吸声结构来说，其有效吸声中心频率固定且频带窄的本质决定了它不能有效地应对上述复杂的噪声环境。

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解决现有的吸声结构对不同频率的噪声吸收能力有限的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁致伸缩吸声结构，包括箱形基体、吸声板和控磁组件，所述吸声板采用磁致伸缩材料制成，所述箱形基体具有开口，且所述吸声板覆盖于所述箱形基体的开口处，以使所述箱形基体内部形成吸声空腔，所述吸声板上具有连通所述吸声空腔的消声缝隙，所述控磁组件包括电磁铁、噪声频率采集元件和控制器，所述控制器的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，所述控制器的信号输出端口与所述电磁铁连接，以控制所述电磁铁形成改变所述消声缝隙大小的磁场强度。

其中，所述吸声板包括多层子板，多层所述子板在竖直方向上层叠设置，每层所述子板上均设有吸声孔，且各层所述子板上的所述吸声孔错位连通形成所述消声缝隙。

其中，所述噪声频率采集元件为传声器，并根据获取的噪声频率以电压信号的方式输出至所述控制器。

其中，所述控制器为电压调制电路。

其中，所述电压调制电路包括存储模块和比较判断模块，所述储存模块储存预设的所述子板上所述吸声孔的孔径与磁场强度阈值的第一关系表，磁场强度与输出电流的第二关系表以及噪声频率与所述吸声孔的孔径的第三关系表；所述比较判断模块根据噪声频率依次查找所述第一关系表、所述第二关系表和所述第三关系表，获得所需施加的电流强度。

其中，所述电磁铁设置于所述吸声空腔内，且平铺于所述箱形基体底部。

其中，所述磁致伸缩材料为金属与合金磁致伸缩材料、铁氧体磁致伸缩材料或稀土金属间化合物磁致伸缩材料。

其中，所述箱形基体采用刚性材料制成。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明磁致伸缩吸声结构通过吸声板与箱形基体连接从而形成吸声空腔，磁致伸缩材料的吸声板上具有消声缝隙，工作过程中，噪声频率采集元件用于获取环境噪声频率，并输出至控制器，控制器的信号接收端口与噪声频率采集元件的信号输出端口连接，控制器的控制信号输出端通过引线与电磁铁电连接，进而通过控制器调整电磁铁的电流大小，改变磁场强度，吸声板在磁场强度的影响下会产生磁致伸缩效应，造成一定的伸缩量，从而使消声缝隙的大小上产生相应的改变，实现吸声板对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，扩大了吸声结构的有效吸声频带。当声波进入消声缝隙后便激发吸声空腔内空气振动，声波频率与该结构共振频率相同时,吸声空腔内空气便发生共振，使声能转变为热能，从而发挥高效吸声作用。进一步的，消声缝隙横截面的大小受到磁场强度的控制，可以根据通过控磁组件进行实时调节，调节吸声性能，满足不同场合的吸声要求，应用广泛。因此本发明具有结构简单，加工容易，生产成本低，吸声效果显著的特点，为适应不同场合的吸声要求提供可靠保障。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例磁致伸缩吸声结构的结构示意图；

图2是本发明实施例磁致伸缩吸声结构的俯视图；

图3是图2的a-a向剖面图。

图中：1：箱形基体；2：吸声板；3：电磁铁；4：噪声频率采集元件；5：控制器；10：吸声空腔；20：消声缝隙；21：子板；210：吸声孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的磁致伸缩吸声结构，包括箱形基体1、吸声板2和控磁组件，吸声板2采用磁致伸缩材料制成，箱形基体1具有开口，且吸声板2覆盖于箱形基体1的开口处，以使箱形基体1内部形成吸声空腔10，吸声板2上具有连通吸声空腔10的消声缝隙20，控磁组件包括电磁铁3、噪声频率采集元件4和控制器5，控制器5的信号接收端口与噪声频率采集元件4的信号输出端口连接，控制器5的信号输出端口与电磁铁3连接，以控制电磁铁3形成改变消声缝隙20大小的磁场强度。

本发明磁致伸缩吸声结构通过吸声板与箱形基体连接从而形成吸声空腔，磁致伸缩材料的吸声板上具有消声缝隙，工作过程中，噪声频率采集元件用于获取环境噪声频率，并输出至控制器，控制器的信号接收端口与噪声频率采集元件的信号输出端口连接，控制器的控制信号输出端通过引线与电磁铁电连接，进而通过控制器调整电磁铁的电流大小，改变磁场强度，吸声板在磁场强度的影响下会产生磁致伸缩效应，造成一定的伸缩量，从而使消声缝隙的大小上产生相应的改变，实现吸声板对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，扩大了吸声结构的有效吸声频带。当声波进入消声缝隙后便激发吸声空腔内空气振动，声波频率与该结构共振频率相同时,吸声空腔内空气便发生共振，使声能转变为热能，从而发挥高效吸声作用。进一步的，消声缝隙横截面的大小受到磁场强度的控制，可以根据通过控磁组件进行实时调节，调节吸声性能，满足不同场合的吸声要求，应用广泛。因此本发明具有结构简单，加工容易，生产成本低，吸声效果显著的特点，为适应不同场合的吸声要求提供可靠保障。

其中，吸声板2包括多层子板21，多层子板21在竖直方向上层叠设置，每层子板21上均设有吸声孔210，且各层子板21上的吸声孔210错位连通形成消声缝隙20。本发明的吸声板为复合层结构，由多层磁致伸缩材料的子板贴合构成，每层子板上具有多个贯通的吸声孔，相邻两层子板上的吸声孔错位连通，形成消声缝隙，即相邻两层子板上的的吸声孔的至少部分重合，本实施例中是仅有吸声孔的局部处于连通状态，其他部分被相邻的子板盖合，这样可使消声缝隙在变化的磁场中变化更加明显。相邻两层磁致伸缩材料的相对位置可调，以便调整所述消声缝隙的大小。而且本发明除了在消声缝隙具有吸声效果外，每层子板的吸声孔也具有吸声能力，从而提高吸声效果。当声波到达复合吸声板表面时，声音进入吸声孔，经过错位连通的消声缝隙后，进入到吸声空腔内。因此，在声音通过吸声板时，声音除了在流过消声缝隙时具有能量损耗外，还在流过吸声孔时具有能量损耗，提高吸声板的吸声效率；消声缝隙即相当于现有技术的微孔或者微缝，使得本发明的吸声板在加工时，也可以不加工出细小的微孔或者微缝结构，仅需要保证子板上一定大小的吸声孔，通过错位布置子板即能够形成吸声缝隙，解决了现有技术在吸声板上加工微孔或微缝困难的问题，降低生产成本。

其中，噪声频率采集元件4为传声器，并根据获取的噪声频率以电压信号的方式输出至控制器5。噪声频率采集元件用于将声音转换成电信号的传声器，技术相对成熟，在满足信号采集功能的基础上，配置成本相对较低。传声器优选设置在吸声板的前侧，也即声源侧。

进一步的，控制器5为电压调制电路。其中，电压调制电路包括存储模块和比较判断模块，储存模块储存预设的子板21上吸声孔210的孔径与磁场强度阈值的第一关系表，磁场强度与输出电流的第二关系表以及噪声频率与吸声孔210的孔径的第三关系表；比较判断模块根据噪声频率依次查找第一关系表、第二关系表和第三关系表，获得所需施加的电流强度。控制器可以采用单片机为控制单元执行，也可以采用电压调制电路施加激励电压。该电压调制电路的具体元件配置可以根据现有技术实现，故本文不再赘述。也就是说，电压调制电路能够根据传声器接收的噪声频率，确定吸收该噪声所需的最佳吸声孔孔径；然后根据磁致伸缩材料自身的磁致伸缩特性、所获得的吸收该噪声所需的最佳孔径、电磁铁的自身性质，调整所需的电流强度，并通过引线调整电磁铁的电流大小从而产生相应强度的磁场。

其中，电磁铁3设置于吸声空腔10内，且平铺于箱形基体1底部。电磁铁设置于箱形基体底部一方面可节省空间，另一方面能够更有利于保证吸声板整体处在较为均匀的磁场中，减少外界干扰，且更加有效的为吸声板提供稳定的磁场环境。

另外，磁致伸缩材料为金属与合金磁致伸缩材料、铁氧体磁致伸缩材料或稀土金属间化合物磁致伸缩材料。

其中，箱形基体1采用刚性材料制成。例如，金属、木材、玻璃、有机玻璃、陶瓷、石膏或水泥制成。

使用时，根据需要选取子板的层数，各子板的相对位置可调，以便调整消声缝隙的大小，适应不同的应用场合。此外，各子板均可以为单片板，显然，仅就子板结构的实现而言，也可以包括多层贴合设置的子板。对于每层子板而言，其上的吸声孔形状、尺寸和排布方式可以完全相同也可以不同，以适应不同的应用情境，但要保证上下子板上吸声孔相对应的位置要求。例如，吸声孔的形状可以为圆孔，也可以根据设置为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状；各吸声孔可以矩阵式排列，也可以采用其他方式布置。

综上所述，本发明磁致伸缩吸声结构通过吸声板与箱形基体连接从而形成吸声空腔，磁致伸缩材料的吸声板上具有消声缝隙，工作过程中，噪声频率采集元件用于获取环境噪声频率，并输出至控制器，控制器的信号接收端口与噪声频率采集元件的信号输出端口连接，控制器的控制信号输出端通过引线与电磁铁电连接，进而通过控制器调整电磁铁的电流大小，改变磁场强度，吸声板在磁场强度的影响下会产生磁致伸缩效应，造成一定的伸缩量，从而使消声缝隙的大小上产生相应的改变，实现吸声板对于不同频率噪声的可控主动吸声性能，扩大了吸声结构的有效吸声频带。当声波进入消声缝隙后便激发吸声空腔内空气振动，声波频率与该结构共振频率相同时,吸声空腔内空气便发生共振，使声能转变为热能，从而发挥高效吸声作用。进一步的，消声缝隙横截面的大小受到磁场强度的控制，可以根据通过控磁组件进行实时调节，调节吸声性能，满足不同场合的吸声要求，应用广泛。因此本发明具有结构简单，加工容易，生产成本低，吸声效果显著的特点，为适应不同场合的吸声要求提供可靠保障。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。