[实用新型]一种异型漏斗声学赫姆霍兹共振复合超结构

说明书

本实用新型公开了一种异型漏斗声学赫姆霍兹共振复合超结构，包括一个均匀的内管，一个沿内管外壁包围的异型漏斗状变截面管，和一个在变截面管顶部的环形盖板以及一个连接环形盖板的入口管，形成一个两端开圆孔的异型漏斗空腔共振复合超结构。本实用新型其单元体为一复合异型漏斗结构，可同时作为两个谐振器工作，其中第一谐振来自赫姆霍兹共振腔，第二谐振来自扩展管谐振腔。因此该结构具有强大的多频带共振特性，当对应频带的声波进入时，能够通过多个谐振器共振产生负有效质量密度，从而产生带隙阻止声波传输，达到控制噪声的效果，同时扩展管保证了气体能够正常流通。

技术领域

本实用新型属于管道声学噪声控制领域，具体涉及一种异型漏斗声学赫姆霍兹共振复合超结构设计方法。

背景技术

一个产品的声学性能是影响消费者选择和满意度的重要因素。通常，为了减小空调、吸尘器、冰箱等电器的噪声，我们会使用黏弹性材料、多孔泡沫或消声器等被动噪声控制方法。但是随着消费者对电器静音性能的要求不断提高，这些传统方法已经不能满足人们的需求。特别是对空调、冰箱等内部需要气体流通的电器，在降低噪音的同时不能阻碍气体流通，影响产品性能。因此我们需要一种创新的方法，在不影响产品性能的前提下有效的降低噪声。

由人工周期结构组成的声学超材料可以用来解决这个问题。声学超材料具有很多传统材料所不具备的特殊性质，如负等效质量密度和负等效模量等，可以有效控制声波。2006年，美国伊利诺伊大学香槟分校的Fang等利用赫姆霍兹共鸣器一维阵列，实现了负等效模量，从而有效地对声波进行衰减；2008年，Yang等制作出了薄膜型等效负质量密度超材料，该薄膜超材料在200～300Hz的频率范围内，都能形成等效负质量密度。当声波垂直于薄膜平面入射时，只要入射频率和质量块在薄膜上的共振频率相匹配，就能够使得声波被完全反射，而不能透过。这些超材料虽然可以有效地控制噪声，但是它们的结构会阻碍气体的流通，所以不能用于带有电机和压缩机的系统中。

在传统的应用于低频管道消声的技术中，赫姆霍兹消声器和扩张管消声器等抗性消声器技术比较成熟，在受到某一特定频率声波激发时，能通过共振腔的振动消耗能量，因此这些技术只能对单一特定频率噪声进行控制。

而声学超材料中的负等效质量密度超材料如薄膜型超材料和局域共振型超材料虽然有较好的隔声和工作频率，但其大部分结构都不允许气流通过，因此无法应用于存在气流的管道中。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术上的不足，提出一种异型漏斗声学赫姆霍兹共振复合超结构，该结构将赫姆霍兹消声器和扩张管消声器结合起来，通过多谐振器共振导致负有效质量密度，从而在多频带上形成带隙阻止声波传输，实现有效隔声。同时本实用新型独特的设计对气流阻力较小，能够在有效隔声的同时保证气体流通。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

本实用新型一种异型漏斗声学赫姆霍兹共振复合超结构，包括一个均匀的内管、一个沿内管外壁包围的异型漏斗状变截面管，和一个在变截面管顶部的环形盖板以及一个连接环形盖板的入口管，形成一个两端开圆孔的异型漏斗空腔共振复合超结构。

上述技术方案中，本实用新型还有进一步限定的方案：

进一步，所述入口管的管径大于内管的管径，且内管自变截面管内腔延伸至入口管内。

进一步，所述内管顶端与环形盖板下端面之间的距离为赫姆霍兹共振腔颈部的长度L_h；内管低端至环形盖板下端面的距离为扩展管谐振腔的长度L_p；所述赫姆霍兹共振腔颈部的长度L_h与扩展管谐振腔的长度L_p之比为0.01～0.05。

进一步，入口管管径d₁与内管管径d₃之比为1.25～3。

进一步，所述内管、异型漏斗状变截面管和环形盖板的厚度相同，为0.5mm～5mm。