[发明专利]基于非Bragg共振的宽带高效消声管结构

说明书

技术领域

本发明涉及周期波导管的谱带结构理论，尤其是一种基于非Bragg共振现象的管 道消声装置。

背景技术

周期波导中的波动问题在很长时间里一直引起人们的广泛关注。声学方面最经典 的研究工作要追溯到1887年，Rayleigh研究了声波在密度周期变化的细弦中的传播， 导出了传播方程，并利用了Hill方法研究了方程的解。直到上个世纪七十年代，数学 理论和计算方法的飞速发展极大地推动了这方面的研究工作，声波和电磁波在周期波 导中的传播问题得到了广泛关注和深入研究。

1974年，Nayfeh利用多尺度展开方法得到了二维变截面声波导中两模式共振区 附近的有效一致性展开，解决了一般微扰展开在共振区附近失效的问题，从而得到了 共振区附近的波动方程的解(Sound waves in two-dimensional ducts with sinusoidal walls，J.Acoust.Soc.Am.56，768(1 974))。

1 983年，Bostrom用NF(null-field)方法研究了截面周期变化柱状波导中两个较低 模式的禁带(Acoustic waves in a cylindrical duct with periodically varying cross section， Wave Motion 5，59(1983))。

1997年，Bradley研究了周期波导中的线性耗散波的传播问题(Time harmonic acoustic Bloch wave propagation in periodic waveguides.Part I.Theory，J.Acoust.Soc. Am.96，1844(1994))。

直到近几年，大部分的研究工作都将注意力放在了所谓Bragg共振现象上，或者 说他们大都忽略了远离Bragg共振区所发生的物理现象。事实上，在这些区域里恰恰 有可能出现非Bragg共振现象，即所谓的横向驻波模式的相互作用。

2004年，Pogrebnyak从理论上预言了电磁波在平面波导中的非Bragg反射现象 (Non-Bragg reflections in a periodic waveguide，Optics Comm.232，201(2004))。

2005年，申请人从理论上给出了声波导管中非Bragg共振出现的条件，并且简 单探讨了共振导致的频域禁带与波导管几何参数之间的关系(Non-Bragg resonance of standing acoustic wave in a cylindrical waveguide with sinusoidally perturbed walls，Chin. Phys.Lett.22，394(2005))。

发明内容

本发明目的是：为了解决一般消声管中消声频段和消声效果可控性差的问题，本 发明突破了传统扩张管消声器的限制，提出一种基于非Bragg共振机制产生宽消声带 宽的消声管结构。

本发明具体技术方案是：基于非Bragg共振机制产生宽消声带宽的消声管结构。 该结构是管壁上设有周期起伏变化，每个周期起伏的变化是指管内壁具有凹凸环状的 起伏，每个变化周期的宽度与消声管平均半径的尺寸相当。该结构特有的高传输损耗 主要是由一种被称为非Bragg共振的波动现象导致的，其入射波为可听声，入射波模 式和方向可任意；所述消声管的管壁周期决定了消声频段，其管壁起伏大小决定了消 声效果。

这种结构可以通过改变周期管壁的参数，如周期的个数、起伏的大小等，可控制 消声管的消声量。通过对其管壁周期的选择，可以按实际工程需要改变消声频段。在 实际工程应用中也可同时复合其它阻性消声方法，以提高吸声效果。此外，此结构也 可用作声滤波器。

我们的研究工作发现，当周期与平均半径可以比拟时，在波导内的声波会发生强 烈的非Bragg共振并产生频域禁带。在通常情况下，非Bragg禁带不仅不能忽略，而 且比Bragg禁带有更宽的带宽和更理想的消声效果。因此，基于非Bragg共振机制设 计产生宽消声带宽的消声管结构，可以大大提高消声效果，具有很好的应用前景。