基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞的製作方法

2023-05-16 22:35:21

本發明涉及噪聲控制領域，特別是涉及一種基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞。

背景技術：

噪聲傳播和噪聲控制是非常重要的研究內容。隨著我國經濟的快速發展，交通噪音和建築噪音等越來越嚴重，噪音對室內人員帶來了十分嚴重的影響。現在的門、窗，要麼只能隔音，要麼只能通風，無法做到隔音和通風兩者兼顧。

附圖1給出了傳統的通風牆體示意圖，包括通風孔洞1以及硬邊界(牆體)2。孔洞1尺寸為長1m，寬1m，厚度0.1m，牆體長3m，寬3m，厚度0.1m。如同牆上開口一樣，這樣的裝置雖然達到了通風的目的，但是噪音卻難以隔絕；如果牆上沒有開口，雖然隔絕了噪音，但是卻不能通風。因而對如何同時實現既通風又隔音的效果提出了挑戰。

技術實現要素：

本發明的一個目的是要提供基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞，用以解決普通牆體無法同時滿足既通風又隔音的問題。

特別地，本發明提供了一種基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞，用於噪聲消除，包括：通風孔洞；頸管，布置在所述通風孔洞周圍且與所述通風孔洞相連；以及空腔，布置在所述通風孔洞的外側且通過所述頸管與所述通風孔洞隔開，所述空腔與所述頸管相連通，用以與所述通風管道入射方向上傳來的聲波產生共振，實現在某些頻率處完全消除與所述入射方向對應的透射方向上的聲波。

進一步地，所述空腔將所述通風孔洞作為旋轉中心，等角度周期旋轉排列在所述通風孔洞所在的平面內，最終形成所述通風隔音孔洞。

進一步地，所述空腔為任意形狀。

進一步地，所述空腔為矩形，以90°周期旋轉排列在所述通風孔洞所在的平面內。

進一步地，所述空腔的聲波入射端與所述頸管相連通。

進一步地，所述空腔是半封閉結構。

進一步地，所述通風隔音孔洞使用硬邊界材料製備。

進一步地，所述硬邊界材料是指剛性邊界材料，入射聲波在所述剛性邊界材料邊界上的法向聲壓為零。

進一步地，所述通風隔音孔洞採用普通塑料製備。

本發明的基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞，通過經典的集中參數理論，計算所述空腔的共振頻率:

式中：c0為聲速；V為空腔體積；L為頸管長度；S為頸管管橫截面積；δ為聲學末端修正。在傳播方向上引入一系列旋轉周期排列的空腔結構後，能在某一頻率下形成聲波共振，從而在共振頻率附近形成一段聲子帶隙(所述聲子禁帶寬度取決於空腔的體積大小)，達到顯著的隔音效果。再將所述基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞沿縱向周期排列若干，便可實現較寬頻的隔音消聲效果。此外，所述通風孔洞材料選擇廣泛，製作簡單，成本低廉，便於裝配，具有廣泛的應用前景。

根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特徵。

附圖說明

後文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述背景技術以及本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪製的。附圖中：

圖1是傳統的牆體示意圖；

圖2是根據本發明一個實施例的基於大矩形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞示意圖；

圖3是圖2所述基於大矩形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞的透射率、反射率隨聲波頻率的變化示意圖。

圖4是根據本發明另一個實施例的基於小矩形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞示意圖；

圖5是圖4所述基於小矩形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞的透射率、反射率隨聲波頻率的變化示意圖。

圖6是根據本發明另一個實施例的基於三角形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞示意圖；

圖7是圖6所述基於三角形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞的透射率、反射率隨聲波頻率的變化示意圖。

圖1中各符號表示如下：

1、孔洞，2、硬邊界。

圖2-圖7中各符號表示如下：

2、塑料牆體，

3、通風孔洞，

4、第一頸管，5、第二頸管，6、第三頸管，7、第四頸管，

8、第一大矩形空腔，9、第二大矩形空腔，10、第三大矩形空腔，11、第四大矩形空腔，

12、第一小矩形空腔，13、第二小矩形空腔，14、第三小矩形空腔，15、第四小矩形空腔，

16、第一三角形空腔，17、第二三角形空腔，18、第三三角形空腔，19、第四三角形空腔。

具體實施方式

圖2是根據本發明一個實施例的基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞示意圖。如圖2所示，本實施例提供的一種基於亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞，用於實現既通風又隔音的效果，一般性可包括：通風孔洞、頸管和矩形空腔。其中通風孔洞3長1m、寬1m、厚度0.1m，設於結構中心；頸管，長0.8m，寬0.1m，厚度0.08m，布置在通風孔洞3周圍且與通風孔洞3相連；大矩形空腔包括第一大矩形空腔8、第二大矩形空腔9、第三大矩形空腔10及第四大矩形空腔11，第一大矩形空腔8和第一頸管4相連通，第二大矩形空腔9、第三大矩形空腔10以及第四大矩形空腔11也分別和第二頸管5、第三頸管6以及第四頸管7相連通，形成半封閉結構，用以與所述孔洞入射方向上傳來的聲波產生共振，實現在某些頻率處完全消除與所述入射方向對應的透射方向上的聲波的效果。

圖2中所述大矩形空腔將通風孔洞3作為旋轉中心，以90°旋轉角周期排列在通風孔洞3所在的平面內，最終形成所述通風隔音孔洞。本實施例採用長1.9m，寬0.8m，厚度0.08m的大矩形空腔進行模擬。

圖3是圖2所述基於大矩形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞經由孔洞3沿徑向周期連接十組後，模擬得到的透射率、反射率隨聲波頻率的變化示意圖。如圖3所示，黑色三角形點線表示反射率隨聲波頻率的變化圖，灰色星形點表示透射率隨聲波頻率的變化圖，透射率越小(反射率越大)就說明了噪聲損耗的越多，噪聲被消除的效果越好。圖3中，透射率在53Hz～84Hz以及106Hz～130Hz寬頻範圍內為零，達到幾乎完美的消聲效果。

圖4是根據本發明另一個實施例的基於小矩形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞示意圖，本實施例採用長0.95m，寬0.4m，厚度0.08m的小矩形空腔進行模擬，具體包括第一小矩形空腔12、第二小矩形空腔13、第三小矩形空腔14及第四小矩形空腔15，其餘結構均與圖2中的相同，因此在本實施例中便不再贅述。圖5是圖4所述基於小矩形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞連接十組後的透射率、反射率隨聲波頻率的變化示意圖。如圖5所示，透射率在150Hz～175Hz寬頻範圍內為零，達到幾乎完美的消聲效果，和圖3的效果相比有所降低，表明形狀相同空腔體積越大，噪聲消除效果越好。

另外所述空腔為任意形狀，圖6是根據本發明另一個實施例的基於三角形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞示意圖，本實施例採用長1.9m，寬0.4m，厚度0.08m的三角形空腔連接進行模擬，具體包括第一三角形空腔16、第二三角形空腔17、第三三角形空腔18及第四三角形空腔19，所述三角形空腔體積與圖4的小矩形空腔體積相等，其餘結構均與圖2或圖4中的相同，因此在本實施例中便不再贅述。圖7是圖6所述基於三角形亥姆霍茲共振腔的通風隔音孔洞連接十組後的透射率、反射率隨聲波頻率的變化示意圖。如圖7所示，透射率在128Hz～140Hz寬頻範圍內為零，達到幾乎完美的消聲效果，表明對於任意形狀的空腔該結構都有一定的噪聲消除效果。

整體裝置使用硬邊界材料製備並可由3D印表機根據模型進行列印。所述硬邊界材料是指剛性邊界材料，入射聲波在所述剛性邊界材料邊界上的法向聲壓為零。所述通風孔洞、所述頸管以及所述空腔使用同一種硬邊界材料製備。而且本實施例中的硬邊界材料即剛性邊界材料採用ABS塑料，來源廣泛，製作簡單，成本低廉，便於裝配。

至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和範圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的範圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。