一种声致振动研究设备及其可调频率共振式消声器的制作方法

本发明涉及声学，特别涉及一种可调频率共振式消声器。本发明还涉及一种声致振动研究设备。

背景技术：

1、消声器是一种用于抑制声激励和判断噪声因素对振动响应贡献强弱的关键设备。由于噪声频率分布不同，且结构对声激励的响应曲线受频率影响，因此在声致振动研究过程中，往往需要使用多个不同的消声器来控制消声效果的最佳频率，以便确定不同频率点的声致振动贡献。

2、如图1所示，图1为主管路上存在支路管时的声波传播情况。

3、在声致振动研究设备上的设备主体上设置有主管路，声波在主管路的内部通过空气传播。当主管路上连接有支路管时，支路管将对声波的传播形式造成影响。其中，设支路管的截面积为sb，声阻抗为zb，则由于截面处声压连续，因此有pi+pr＝pt＝pb。其中，i表示入射声的相关参数，r表示反射声的相关参数，t表示透射声的相关参数，b表示支路管声波的相关参数。同时，由于截面处体积速度连续，因此有s(ui+ur)＝sut+sbub，式中s表示主管路的截面积，u表示空气微团的振动速度。如此可以推知反射声与入射声的声压幅值之比存在如下关系：

4、

5、式中ρ0为空气密度，c0为空气中的声速。由此可以计算声强透射系数：

6、

7、因此声强透射系数与支路管的声阻抗关系很密切。若将支路管替换为共振式消声器，则该结构可以简化为赫姆霍兹共鸣器。

8、如图2所示，图2为赫姆霍兹共鸣器的结构简图。

9、可见，不计声阻时声强透射系数为：

10、

11、式中vb为共振腔的容积，l为细管的长度，且当：

12、

13、为零时，消声器发生共振，此时透射系数为0，且共振频率为：

14、

15、可见，当消声器的尺寸固定后，其共振频率也随之固定。

16、由于共振式消声器的尺寸固定后，共振频率也固定，因此当研究不同频率的声致振动关系时，需要更换不同的消声器，大量的消声器会提升成本，同时反复的拆装更换操作会加速接口的磨损，影响装置的气密性。

17、为避免在研究过程中反复更换消声器，在现有技术中，主要通过调节消声器的共振频率的方式进行克服，而调节共振频率的技术主要有两类：

18、第一类技术主要通过在支路管上安装阀门以修改声阻抗性能，即通过调节阀门的闭合程度，改变支路管的声阻抗性能，从而影响共振频率。然而，通过阀门调节共振频率的技术要求支路管的尺寸必须在一定范围内，限制了对不同管路尺寸的适应性。并且，由于调节阀门主要影响支路管的声阻抗，该方案改变了阻抗性能，因此声阻无法忽视，导致改变了共振频率和声强透射系数的计算方法，使得对共振频率的变化规律分析更趋复杂。

19、作为改进，第二类技术主要通过在下游或消声器的出口处设计声压监测孔，以获得消声器的消声效果，再通过电控调节消声器的共振腔体积以改变共振频率，结合声压监测点数据进行反馈控制，直至获得预期的共振频率。然而，通过声压监测孔进行反馈控制的共振频率调节技术，虽然不影响声阻抗，但额外引入了电控系统，导致结构变得更加复杂，研究成本增加，且电磁信号可能会影响共振频率调节精度，导致对使用场景的电磁条件要求较高。

20、因此，如何在不影响支路管的声阻抗性能的基础上，方便、低成本地实现共振频率调节，同时精简结构，提高可靠性和调节精确性，是本领域技术人员面临的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可调频率共振式消声器，能够在不影响支路管的声阻抗性能的基础上，方便、低成本地实现共振频率调节，同时精简结构，提高可靠性和调节精确性。本发明的另一目的是提供一种声致振动研究设备。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种可调频率共振式消声器，包括设置于声致振动研究设备的设备主体上的主管路、与所述主管路的侧壁连通的支路管，所述主管路的内部用于传播声波，还包括与所述支路管连通的共振腔体，所述支路管用于将所述主管路中的部分声波引入所述共振腔体内，所述共振腔体用于产生与所述主管路内的声波频率相同的漏入波以进行抵消，且所述共振腔体为弹性腔体或形状记忆腔体，以通过形变改变容积。

3、优选地，所述共振腔体包括可折叠伸缩的波纹侧壁，以及分别密封连接于所述波纹侧壁两端的底壁及顶壁，所述支路管与所述底壁连通或与所述顶壁连通。

4、优选地，还包括固定支撑件和活动调节件；

5、所述固定支撑件与所述主管路的外壁相连，所述底壁固定在所述固定支撑件上；

6、所述活动调节件与所述固定支撑件活动连接，且所述活动调节件相对于所述固定支撑件的运动方向为所述波纹侧壁的伸缩方向，以带动所述顶壁压缩或拉伸所述波纹侧壁。

7、优选地，所述活动调节件与所述固定支撑件形成滑动连接，且滑动方向为所述波纹侧壁的伸缩方向；

8、所述活动调节件上设置有紧固件，所述紧固件用于与所述固定支撑件形成可拆卸连接，以锁定所述活动调节件；

9、所述活动调节件与所述顶壁固定或抵接。

10、优选地，所述活动调节件与所述固定支撑件形成螺纹连接，且进给方向为所述波纹侧壁的伸缩方向；

11、所述活动调节件与所述顶壁抵接。

12、优选地，所述固定支撑件上开设有多个限位孔，各所述限位孔沿所述波纹侧壁的伸缩方向分布，且各所述限位孔均用于与所述紧固件形成插接配合。

13、优选地，所述固定支撑件为用于容纳所述共振腔体的下半部分的内套筒，所述活动调节件为用于容纳所述共振腔体的上半部分的外套筒，所述外套筒套接在所述内套筒外。

14、优选地，所述固定支撑件的底部连接有套管，所述套管用于包裹所述支路管。

15、优选地，所述内套筒的外壁面上设置有刻度，所述刻度沿所述波纹侧壁的伸缩方向布置，用于指示与当前所述内套筒及所述外套筒的相对位置关系对应的所述共振腔体的共振频率。

16、本发明还提供一种声致振动研究设备，包括设备主体和与所述设备主体相连的消声器，其中，所述消声器具体为上述任一项所述的可调频率共振式消声器。

17、本发明所提供的可调频率共振式消声器，主要包括主管路、支路管和共振腔体。其中，主管路设置在声致振动研究设备的设备主体上，在主管路的内部填充有气体，以供声波在主管路内进行传播。支路管设置在主管路上，并与主管路的侧壁连通，使得声波在主管路内传播时，也能够同时进入支路管内进行传播。共振腔体为核心部件，该共振腔体具体为密封腔体，内部同样填充有气体，并与支路管连通，使得进入到支路管内的声波能够沿着支路管最终进入到共振腔体内，而这部分声波在共振腔体内的传播过程中会带动共振腔体内部气腔的振动，进而产生新的声波，即漏入波，而当漏入波与进入共振腔体内的声波的频率相同时，即处于共振频率时，漏入波与进入共振腔体内的声波互相抵消，实现消声效果。重要的是，该共振腔体具体为弹性腔体或者形状记忆腔体，能够产生弹性形变或者记忆形变，从而通过形变的方式改变容积。

18、如此，本发明所提供的可调频率共振式消声器，在需要调节共振频率时，只需通过使共振腔体产生弹性形变或记忆形变的方式，改变共振腔体的容积，即可实现共振腔体的共振频率的调节，无需在支路管上安装阀门或对支路管进行其余操作，因此不会影响支路管的声阻抗性能，还能够提高对于不同尺寸的支路管的适应性；更重要的是，共振腔体的弹性形变或记忆形变，是一种纯机械结构层面的改变，不涉及电控系统，也不需要额外配置电气部件，对电磁环境没有特别要求，也不会产生电磁信号干扰调节结果，因此共振频率的调节方式更加简单，成本也更低，并且可靠性和精确性更高。

19、综上所述，本发明所提供的可调频率共振式消声器，能够在不影响支路管的声阻抗性能的基础上，方便、低成本地实现共振频率调节，同时精简结构，提高可靠性和调节精确性。