一种低频消声模块及低频消声阵列结构

本发明涉及工业低频噪声消音降噪，具体涉及一种低频消声模块及低频消声阵列结构。

背景技术：

1、当前人们对居住、工作的环境舒适度追求越来越高，环境噪声带来对人体的危害也越来越受到重视。尤其是工业环境上的噪声频率较低，与人体一些器官自身频率相当，对人体的伤害巨大。目前各种各样的消声方式被不同程度的受到开发和研究。共鸣器消声由其可控性强、适用范围广得到了广泛的应用。

2、然而，现有的共鸣器消声大都只适用于高频段的噪声消除，如果采用传统共鸣器的结构设计方法应用在更多处在低频段的工业噪声上，整体结构的尺寸会变得非常庞大，安装困难且笨重，无法应用到实际需求上去。

3、因此，如何提供一种新型的共鸣器消声结构，能够使整体的尺寸缩小，同时达成工业上低频噪声的有效消除，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种低频消声模块及低频消声阵列结构，以解决现有技术中针对工业上低频噪声的的共鸣器消声结构存在尺寸庞大导致安装困难的问题。

2、本发明实施例提供了一种低频消声模块，包括：

3、正六边形壳体，其一端开口；

4、顶盖，与正六边形壳体的开口端固定连接；顶盖上设有开孔；

5、第一空心直管，为波浪形状；第一空心直管固定在顶盖上对应开孔的位置；

6、其中，声波经顶盖上的开孔进入壳体内部；通过壳体内部的腔室共振，消耗声波能量。

7、可选地，还包括：

8、180°的弯曲空心管道，其一端连接在第一空心直管远离开孔的一端；

9、第二空心直管，为波浪形状；第二空心直管与弯曲管道的另一端连接。

10、可选地，第二空心直管的长度小于或等于第一空心直管的长度。

11、可选地，弯曲空心管道为光滑管道。

12、可选地，正六边形壳体的开口端壁边缘处设有45°角的斜向下的坡度；顶盖的边缘处设有45°角的斜向上的坡度。

13、可选地，正六边形壳体、顶盖、第一空心直管、弯曲管道和第二空心直管中的任一者或多者的材料为光敏树脂。

14、可选地，低频消声模块的参数设置包括：

15、第一/第二空心直管的内径形状基于cosine相关函数进行设计：

16、

17、其中，ra为第一/第二空心直管的内圈半径；xl为距离第一空心直管的管口零点处的纵向坐标长度，取值范围为：在第一空心直管的范围内为0～l1，在第二空心直管的范围为l1～l1+l2；第一空心直管的长度为l1；第二空心直管的长度为l2；为表征粗糙度的参数；为表征波数的参数；da为第一/第二空心直管的平均内径；δ为波形的幅值；d为第一/第二空心直管对应波形的波长；

18、第一/第二空心直管的曲折度为：

19、

20、其中，j0和j1分别代表第0阶和第1阶的第一类贝塞尔函数；

21、光滑管道的粗糙度视为0，即光滑管道的曲折度

22、光滑管道的静流声阻率为：

23、

24、第一/第二空心直管的静流声阻率为：

25、

26、其中，η为空气动力粘度；

27、未修正的第一空心直管、光滑管道和第二空心直管的阻抗为：

28、

29、其中，ω＝2πf为角频率；为空气的运动粘度；为曲折率；为第一/第二空心直管的粘性渗透率；为光滑管道的粘性渗透率；为第一/第二空心直管的粘性特征长度；为光滑管道的粘性特征长度；

30、基于第一空心直管、光滑管道和第二空心直管的几何特征，对阻抗进行修正：

31、

32、其中，为第一/第二空心直管末端半径和粘性边界层厚度的比值；ri＝ra(1+2ε)为第一/第二空心直管末端半径。

33、可选地，低频消声模块的腔体阻抗为：

34、zv＝-iρ0c0cot(ξ1k0l)；

35、其中，为波数；为腔体空间的体积修正；ln＝l1+l2+lb为第一空心直管、光滑管道和第二空心直管的有效长度；lb为光滑管道的长度；为腔体内截面面积；

36、低频消声模块的表面声阻抗为：

37、

38、其中，a为入射声波区域的面积；为第一空心直管、光滑管道和第二空心直管的截面面积；为第一空心直管、光滑管道和第二空心直管与腔体截面面积之比；

39、低频消声模块的消声系数为：

40、

41、其中，r为反射系数；ρ0为空气密度；c0为空气内的声速。

42、本发明实施例还提供了一种低频消声阵列结构，采用前述的低频消声模块，包括：

43、将若干个低频消声模块以平行阵列状组合得到低频消声阵列结构；

44、其中，相邻的两个低频消声模块之间共享同一个壳壁；低频消声阵列结构中的若干个低频消声模块的内插管结构不完全相同；内插管结构为波浪形的第一空心直管；或，内插管结构为波浪形的第一空心直管、弯曲空心管道和波浪形的第二空心直管；各个低频消声模块的腔体高度不完全相同。

45、可选地，若干个低频消声模块中的内插管结构的参数设置均不完全相同；其中，内插管结构的参数包括第一/第二空心直管内壁形状的长度、波长、波数和波幅。

46、本发明实施例的有益效果：

47、采用波浪型的内插管结构增加了管内壁的粗糙度，同样增加了声抗的同时也增加了热粘性效应，使声损耗量提高，消声效果更好。

48、通过将共鸣器的内插管道以弯曲管的形式增长了有效长度，从而使共鸣器在整体结构尺寸在很小的情况下达到尽可能长的内插管长度，增加整体结构的声抗，使共鸣器消声频率向更低频移动。

49、低频消声阵列结构中每一个模块共鸣器都有其独有的共振频率，有其独有的消声频率。将不同消声频率的模块以平行阵列状组合，通过耦合效应可以将若干个消声效果较差、消声频率较窄的模块耦合成宽频且消声效果更好的结构。因此为了满足不同的应用场景，可以通过调整模块的数量，对每一个共鸣器模块的结构参数进行合理设计，来获得不同频率、不同频宽的消声结构。

技术特征：

1.一种低频消声模块，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的低频消声模块，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的低频消声模块，其特征在于，所述第二空心直管的长度小于或等于所述第一空心直管的长度。

4.根据权利要求2所述的低频消声模块，其特征在于，所述弯曲空心管道为光滑管道。

5.根据权利要求1所述的低频消声模块，其特征在于，所述正六边形壳体的开口端壁边缘处设有45°角的斜向下的坡度；所述顶盖的边缘处设有45°角的斜向上的坡度。

6.根据权利要求2所述的低频消声模块，其特征在于，所述正六边形壳体、所述顶盖、所述第一空心直管、所述弯曲管道和所述第二空心直管中的任一者或多者的材料为光敏树脂。

7.根据权利要求4所述的低频消声模块，其特征在于，所述低频消声模块的参数设置包括：

8.根据权利要求7所述的低频消声模块，其特征在于，所述低频消声模块的腔体阻抗为：

9.一种低频消声阵列结构，采用如权利要求1～8任一所述的低频消声模块，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的低频消声阵列结构，其特征在于，若干个所述低频消声模块中的内插管结构的参数设置均不完全相同；其中，所述内插管结构的参数包括所述第一/第二空心直管内壁形状的长度、波长、波数和波幅。

技术总结
本发明公开了一种低频消声模块及低频消声阵列结构，其中低频消声模块包括：正六边形壳体，其一端开口；顶盖，与正六边形壳体的开口端固定连接；顶盖上设有开孔；第一空心直管，为波浪形状；第一空心直管固定在顶盖上对应开孔的位置；其中，声波经顶盖上的开孔进入壳体内部；通过壳体内部的腔室共振，消耗声波能量。采用波浪型的内插管结构增加了管内壁的粗糙度，同样增加了声抗的同时也增加了热粘性效应，使声损耗量提高，消声效果更好。

技术研发人员：张嵩逸,宋爱玲,于新海,王帅,涂善东
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15