一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构

本发明所属的包括振动控制技术和噪声控制技术。具体为一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构。

背景技术：

1、亥姆霍兹谐振腔是一种最典型的吸声器，通常由一个密闭的空腔、一根长颈口组成，其本质上是一种声学共振单元。如图1所示的是传统亥姆霍兹共振消声器结构示意图及其动力学等效模型。从动力学等效角度看，颈部中的流体可以被认为是质量，而空腔中的流体可以被认为是弹簧。当入射声波的频率达到共振频率时，颈部的流体位移会非常大。这种大位移响应意味着大部分能量在谐振腔中耗散，从而达到吸声减振的目的。

2、相关的技术论述参考文献为：shao h,he h,chen y,et al.atunablemetamaterial muffler with a membrane structure based on helmholtz cavities[j].applied acoustics,2020,157:107022.文献设计了一款具有低频隔声特性的亥姆霍兹管道结构吸声器。

3、但是由于亥姆霍兹谐振腔自身结构的限制，工程上缺乏同时兼顾通风和吸声减振特性的结构单元设计，用于道路隔声屏障、建筑物窗体等等有通风需求的结构件。

技术实现思路

1、本发明针对以往的结构或材料无法同时兼顾通风和吸声减振特性，旨在设计一种新型结构，使得其既能实现低频声波/振动抑制，又能实现流体介质在结构中的流通特性。

2、本发明是这样实现的

3、一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构，其特征在于，所述的结构为三维立方结构，包括：外部立方体框架，所述的外部立方体框架内置多亥姆霍兹腔，所述的三维立方结构中心设置通风孔；所述的通风孔的壁面预留数个颈口，即亥姆霍兹腔与外部空气联通的颈口，所述的颈口与内置多亥姆霍兹腔体连接，使得内置腔体的空气能够与外界空气联通。新型结构，使得其既能实现低频声波/振动抑制，又能实现流体介质在结构中的流通特性。上述的结构作为一种结构单元使用，类似于以砖块为单元形成墙体，以该结构为单元构成杆、板、桁架等大型结构，实现模块化组装。利用多亥姆霍兹谐振腔对中低频声波的调控和高效吸收性能,增大结构对中低频声波的吸收,可以使得大型结构同时具有减振降噪以及可通风等多重优异性能。

4、进一步，所述的三维立方结构使用立体光固化成型法3d打印技术制造。

5、进一步，所述的可通风多亥姆霍兹腔吸声结构为一个吸声单元，该单元作为结构基础，根据需要适用不同的场景，定制化拼装成不同形状或结构。

6、进一步，所述的三维立方结构的隔声计算方法为：

7、采用分贝表示隔声大小的量，即为隔声量或称传声损失，用符号tl表示(transmission loss)，定义为：

8、

9、其中ti为声强透射系数，即声强透射系数为透射波声强it与入射波声强ii之比；计算方法如下：

10、

11、其中pta、pia分别为出射端和入射端的空气压强，ρ1、c1分别为环境空气密度和声速。

12、利用多物理场仿真软件comsol计算所述的可通风多亥姆霍兹腔吸声结构单元的隔声特性，具体为：

13、将可通风多亥姆霍兹腔吸声结构单元仅保留空气域在出射端和入射端的空气柱表面设置平面波辐射，上侧为入射波，下侧为出射波。

14、然后在上述两个表面处设置积分算子inair与outair以计算对应平面的总压强，计算该结构在不同入射波频率下的稳态解；得到其传声损失随入射波频率的变化以及有效隔声频段。

15、进一步，所述的三维立方结构的仿真结果为：在入射波频率达到腔体的共振频率时，构型的吸声能力最强，体现出亥姆霍兹腔具有一定局域共振特征，即在局域共振频率处振动耗散能量最多，吸收的声能也就最大；通过优化四个几何参数：晶格常数a、颈口半径r、通风孔相当半径r、半高度h，可以获得较宽的有效隔声频段570hz(319hz～889hz)以及最大隔声量75.4db。

16、本发明与现有技术相比的有益效果在于：

17、本发明的整体结构类似一个立方砖块结构，中心预留一个通风孔洞。孔洞壁面预留一些颈口，与内置多亥姆霍兹腔体连接，使得内置腔体的空气能够与外界空气联通。该结构作为一种结构单元使用，类似于以砖块为单元形成墙体，以该结构为单元构成杆、板、桁架等大型结构，实现模块化组装。利用多亥姆霍兹谐振腔对中低频声波的调控和高效吸收性能,增大结构对中低频声波的吸收,可以使得大型结构同时具有减振降噪以及可通风等多重优异性能。

18、本发明的结构单元类似于以许多乐高砖块为基础，可以拼装成不同形状或结构的最终成品。以本专利提出的可通风多亥姆霍兹腔吸声结构单元作为结构基础，可根据需要适用不同的场景，定制化设计生产出不同的最终结构。例如应用到道路隔声屏障、建筑物窗体等等有通风需求的结构上,可以在不添加外部辅助减振设备或隔声设备的情况下，同时拥有减振吸声和可通风的功能。

技术特征：

1.一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构，其特征在于，所述的结构为三维立方结构，包括：外部立方体框架(1)，所述的外部立方体框架(1)内置多亥姆霍兹腔(2)，所述的三维立方结构中心设置通风孔(4)；

2.根据权利要求1所述的一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构，其特征在于，所述的三维立方结构使用立体光固化成型法3d打印技术制造。

3.根据权利要求1所述的一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构，其特征在于，所述的可通风多亥姆霍兹腔吸声结构为一个吸声单元，该单元作为结构基础，根据需要适用不同的场景，定制化拼装成不同形状或结构。

4.根据权利要求1所述的一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构，其特征在于，所述的三维立方结构的隔声计算方法为：

5.根据权利要求1所述的一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构，其特征在于，所述的三维立方结构的仿真结果为：在入射波频率达到腔体的共振频率时，构型的吸声能力最强，体现出亥姆霍兹腔具有一定局域共振特征，即在局域共振频率处振动耗散能量最多，吸收的声能也就最大；通过优化四个几何参数：晶格常数a、颈口半径r、通风孔相当半径r、半高度h，可以获得较宽的有效隔声频段570hz(319hz～889hz)以及最大隔声量75.4db。

技术总结本发明公开了一种可通风多亥姆霍兹腔吸声结构，所述的结构为三维立方结构，包括：外部立方体框架，所述的外部立方体框架内置多亥姆霍兹腔，所述的三维立方结构中心设置通风孔；所述的通风孔的壁面预留数个颈口，即亥姆霍兹腔与外部空气联通的颈口，所述的颈口与内置多亥姆霍兹腔体连接，使得内置腔体的空气能够与外界空气联通。本发明作为一种结构单元使用，类似于以砖块为单元形成墙体，以该结构为单元构成杆、板、桁架等大型结构，实现模块化组装。利用多亥姆霍兹谐振腔对中低频声波的调控和高效吸收性能,增大结构对中低频声波的吸收,可以使得大型结构同时具有减振降噪以及可通风等多重优异性能。技术研发人员：陈岩,王瑜,孙宇飞,施鹏辉,何渊海受保护的技术使用者：南京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15