一种频率可调的模块化低频降噪结构

本申请涉及环境工程，尤其涉及一种频率可调的模块化低频降噪结构。

背景技术：

1、长时间在噪声环境下工作，会对人体的听觉、心脑血管系统、神经和视力都会造成伤害，干扰人们正常的生活、工作和学习，进而可能引发各种事故。因此迫切需要一个较好的解决方案来抑制和消除噪声。

2、为了解决在传统噪声控制工程中遇到的问题，已经提出了一些吸声结构，如多孔材料吸声结构、共振吸声结构和微穿孔板吸声结构。而多孔材料吸声结构又包括吸声板结构、空间吸声体和吸声尖劈，但是它们只对中、高频噪声有较好的吸声效果，低频的噪声难以通过吸声材料进行吸收。通过引入共振特性的吸声结构，由于共振结构自身带宽较窄，导致其仅在共振频率及一定临近带宽内有良好的吸声系数，且无法调节。

3、申请号202310302782.3公开了基于亥姆霍兹谐振的水下吸声超结构，占据较大体积，虽然可以通过耦合实现高效的宽频吸声，但牺牲了结构的整体厚度；同时整个结构无法拆卸，一旦待降噪的频率段发生偏移，其降噪效果会大大下降。zl201911036388公开了一种亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声降噪结构，将多个吸声单元组合成一个体积较大的吸声结构，可以实现高效的低频吸声，但是当待降噪的频段发生偏移时，无法便捷的调节内部的内嵌管长度及截面积来改变吸声结构的作用频带。

4、为了解决吸声结构工作频带较窄的问题，现有的方案主要是将多个吸声单元进行阵列化来拓宽吸声频带。利用多个共振系统具有不同的共振频率进行耦合，从而达到一个较宽的工作频带。这种耦合方式直接并且有效。但是已有的模块化结构，其结构参数一旦固定，作用的频带也就确定。由于无法便捷的调节结构参数从而改变作用的频带，导致结构的复用性不高。

5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种频率可调的模块化低频降噪结构，模块化组装，拆装方便，通过更换底板达到频率可调的吸声降噪的效果。

2、为达到上述目的，本申请是采用下述技术方案实现的：

3、本申请提供频率可调的模块化低频降噪结构，包括若干吸声单元，所述吸声单元由顶板、空心螺旋管道、壳体和底板组成；

4、所述壳体具有一容纳腔，所述容纳腔具有沿竖直方向间隔设置的顶板和底板；所述顶板中心设有穿孔，平行于所述底板；所述壳体下底面设计有咬合装置，所述底板通过咬合装置与壳体装配；

5、所述空心螺旋管道为螺旋形结构，位于所述壳体的容纳腔内，水平出口与容纳腔连通；所述空心螺旋管道通过胶粘连接所述顶板，与顶板的穿孔中心对齐。

6、在一些实施例中，所述壳体的外径小于等于顶板的外径，壳体内外径差范围为3-10mm。壳体具有一定的厚度，方便在切面上设置咬合装置和螺丝孔进行密封和紧固。

7、在一些实施例中，所述壳体壁为实心，通过上环形边界连接所述顶板，所述壳体的高度大于所述空心螺旋管道的高度。即使改变空心螺旋管道高度来调节声阻抗率比，也不会增加吸声单元的厚度。

8、在一些实施例中，所述壳体的下底面以90度为间隔设置有四个螺丝安装孔，且相邻的安装孔之间设置具有一定宽度与深度的圆环沟道，所述底板上设置有以90度为间隔的四个螺丝，以及对应所述宽度与深度的突出圆环。保证两者可以稳固咬合，保证气密性，且能实现反复拆卸；通过螺丝实现壳体与底板的可靠连接。通过简便的拆卸，针对需要降噪的频段，能更换厚度不同或者刚度不同的材料作为底板。

9、在一些实施例中，所述空心螺旋管道的颈长和空心螺旋管道的输入端圆半径a1以及输出端圆半径af成正比。空心螺旋管道设置在壳体内部，不易受到外界干扰因素而损坏，安全性得到保证。空心螺旋管道在不增加整体结构厚度的情况下延长颈部的长度，使得该降噪结构具有低的声谐振频率。

10、在一些实施例中，所述顶板的外径大于所述空心螺旋管道的尺寸；所述顶板的中心穿孔半径为顶板半径的

11、在一些实施例中，所述底板采用pla或弹簧钢制成。

12、在一些实施例中，所述底板采用pla，厚度设置范围为0.3mm-2mm；所述底板采用弹簧钢，厚度设置范围为0.1mm-0.4mm。在pla实际制作过程中，0.3mm以下的尺寸不易加工，且厚度太低导致易损坏；尺寸大于2mm时，吸声频带和2mm产生的效果几乎相同，但会增加制造成本。

13、在一些实施例中，所述吸声单元的谐振频率的计算公式如下：

14、

15、其中，ma为空心螺旋管道形成的声质量，ra为声阻，主要代表对声能量的损耗，ccouple为壳体(3)与底板(4)密闭产生的耦合系统所形成的声容。

16、在一些实施例中，所述吸声单元的吸声系数的计算过程如下：

17、zs＝zas，其中，za为声阻抗，zs为声阻抗率,s是吸声单元入射面的截面积；

18、相对声阻抗率比其中，ρ0为空气密度，c0为声波的速度；

19、声阻抗za存在实部与虚部，用ra表示实部，xa表示虚部，

20、相对声阻抗率比

21、声阻率比声抗率比

22、吸声系数

23、与现有技术相比，本公开所达到的有益效果：

24、1.通过简便的拆卸，针对需要降噪的频段，能更换厚度不同或者刚度不同的材料作为底板，改变吸声单元的共振频率；通过将多个不同共振频率的吸声单元模块化，实现阵列化小尺度器件，吸声降噪；

25、2.通过引入内嵌螺旋管道，减小吸声单元的尺寸，有效的解决了空间占用问题，降低吸声单元的体积。

技术特征：

1.一种频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，包括若干吸声单元，所述吸声单元由顶板(1)、空心螺旋管道(2)、壳体(3)和底板(4)组成；

2.根据权利要求1所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述壳体(3)外径小于等于顶板(1)的外径，壳体(3)内外径差范围为3-10mm。

3.根据权利要求1所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述壳体(3)壁为实心，通过上环形边界连接所述顶板(1)，所述壳体(3)的高度大于所述空心螺旋管道(2)的高度。

4.根据权利要求1所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述壳体(3)的下底面以90度为间隔设置有四个螺丝安装孔，且相邻的安装孔之间设置具有一定宽度与深度的圆环沟道，所述底板(4)上设置有以90度为间隔的四个螺丝，以及对应所述宽度与深度的突出圆环。

5.根据权利要求1所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述空心螺旋管道(2)的颈长和空心螺旋管道(2)的输入端圆半径a1以及输出端圆半径af成正比。

6.根据权利要求1所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述顶板(1)的外径大于所述空心螺旋管道(2)的尺寸；所述顶板的中心穿孔半径为顶板半径的

7.根据权利要求1所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述底板采用pla或弹簧钢制成。

8.根据权利要求7所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述底板采用pla，厚度设置范围为0.3mm-2mm；所述底板采用弹簧钢，厚度设置范围为0.1mm-0.4mm。

9.根据权利要求1所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述吸声单元的谐振频率的计算公式如下：

10.根据权利要求9所述的频率可调的模块化低频降噪结构，其特征在于，所述吸声单元的吸声系数的计算过程如下：

技术总结本申请公开了一种环境工程技术领域的频率可调的模块化低频降噪结构，包括若干吸声单元，所述吸声单元由顶板、空心螺旋管道、壳体和底板组成；所述壳体具有一容纳腔，所述容纳腔具有沿竖直方向间隔设置的顶板和底板；所述顶板中心设有穿孔，平行于所述底板；所述壳体下底面设置有咬合装置，所述底板通过咬合装置与壳体装配；所述空心螺旋管道为螺旋形结构，位于所述壳体的容纳腔内，水平出口与容纳腔连通；所述空心螺旋管道通过胶粘连接所述顶板，与顶板的穿孔中心对齐。本发明模块化组装，拆装方便，通过更换底板达到频率可调的吸声降噪的效果。技术研发人员：袁明,张文龙,朱波,姚卫阳受保护的技术使用者：南京邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17