本發(fā)明涉及一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，屬于中低頻噪聲吸收領域。

背景技術：

1、helmholtz共振腔是最基本的聲學模型之一，一般由短管和腔體組成，其工作頻率范圍可通過改變短管和腔體尺寸進行調整，常用來抑制中低頻聲波，由于其具有較大的等效折射系數和較小的阻抗匹配，能夠依靠合理設計自身結構實現(xiàn)“小尺寸控制大波長”，因而被廣泛應用到噪聲控制領域。在逐漸成熟的3d打印技術輔助下，基于helmholtz共振腔及其變體的聲學超材料大量涌現(xiàn)。

2、cai等構造了同平面的helmholtz共振腔型吸聲超材料，僅從理論上實現(xiàn)了深度亞波長的近完美吸聲，并未進行實驗驗證；huang等通過耦合弱吸聲的helmholtz共振腔單元實現(xiàn)了870hz-3224hz范圍內的超寬頻聲吸收，為設計高效吸聲器和聲學阻抗匹配器件提供了方法；chen等設計了一種由兩個不同尺寸的管組合成的低頻吸聲板，并未考慮高頻吸聲效果；以上幾個實例均是基于helmholtz共振腔的單端口吸聲超材料，僅需盡可能地消除掉反射聲波便可實現(xiàn)對聲波的高效吸收，但對于需要通風和散熱的噪聲控制工程，單端口吸聲結構就不再適用，因此需要構建入射端和出射端均為開放的雙端口吸聲系統(tǒng)。

3、wei等利用helmholtz共振腔和薄膜材料從理論上獲得了對稱和反對稱的相干完美聲吸收，但并未進行實驗驗證；meng等和zhang等使用膜材料和相干通道從實驗上實現(xiàn)了相干完美聲吸收，但由于相干完美聲吸收需要在結構的入射端和出射端同時輻射經過嚴格調制幅值和相位的聲波，因此過于嚴苛的使用條件限制了其在噪聲控制工程上的應用，常用于制作相位傳感器。

4、long等利用多階的helmholtz共振腔構建了一種可通風的聲吸收系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對稱或非對稱聲吸收功能，它在理論和實驗上允許多種單極諧振模式。這些模塊化的組合進一步在雙端口波導中創(chuàng)建了可重新配置的多波段異常吸收器，同時保持通風散熱。在不對稱吸收狀態(tài)下，通過人工聲學軟邊界與預置的多階共振腔耦合，當聲波從一側入射而大部分從另一側反射回來時，聲能在多個頻率范圍內幾乎完全被吸收，但未設計出實物進行驗證。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為解決實際工程上的中低頻噪聲問題、實現(xiàn)寬頻非對稱吸聲，同時能夠解決通風散熱問題，本發(fā)明基于耦合模式理論和等效邊界理論，設計一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構。

2、技術方案：一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構由若干個短管半徑不同的非對稱吸聲單元并聯(lián)組成，非對稱吸聲單元包含兩個腔體長度不同的helmholtz共振腔，兩個主波導和分支波導用于傳輸聲波以及連接兩個helmholtz共振腔。通過在二維方向上并聯(lián)不同尺寸非對稱吸聲單元的方式拓寬了非對稱吸聲頻帶。當聲波從一端入射時，該結構實現(xiàn)了聲波的寬頻高效聲吸收；當聲波從另一端入射時，聲波幾乎被完全反射，實現(xiàn)了雙端口吸聲。

3、作為優(yōu)選，本發(fā)明通過3d打印制備。由于樣品內部是空腔結構，因此選擇分步打印最后進行組裝的方式保證最終樣品的空腔內沒有多余的殘余物。

4、有益效果：本發(fā)明為一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，與現(xiàn)有的聲學超材料相比具有以下優(yōu)點：

5、(1)與其他裝置相比，本發(fā)明尺寸輕薄，主波導兩端開口實現(xiàn)了可通風功能，在噪聲控制領域具有一定發(fā)展前景，且有望在要求通風和散熱的工程中得到運用，并且在氣流和熱交換的噪聲控制工程中也具有較好的應用前景。

6、(2)加工制備工藝簡單，可采用3d打印技術制備，與傳統(tǒng)的局域共振型聲學超材料的生產制備方法相比，具有加工工藝簡單、制備成本低廉、工藝生產過程節(jié)能環(huán)保、適合大批量生產制造等優(yōu)點。

7、(3)本發(fā)明所設計的通過多個非對稱吸聲單元并聯(lián)的雙端口非對稱吸聲結構可針對中低頻噪聲產生寬頻高效的非對稱聲吸收。

8、(4)與其他聲學材料相比，本發(fā)明尺寸小，便于實際降噪工程中的安裝使用。

技術特征：

1.一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，其特征在于：所述非對稱吸聲結構是由若干個短管半徑不同的非對稱吸聲單元并聯(lián)組成。非對稱吸聲單元內部包含兩個腔體長度不同的helmholtz共振腔，兩個主波導和分支波導用于傳輸聲波以及連接兩個helmholtz共振腔單元。

2.根據權利要求1所述的一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，其特征在于：非對稱吸聲單元內的兩個helmholtz共振腔共振頻率略有失諧，具有近乎相同的泄露因子和損耗因子。

3.根據權利要求1所述的一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，主波導兩端開口，當聲波分別從兩端入射時，一端入射聲波幾乎可以被全部吸收，另一端聲波幾乎被全部反射，透射系數相同，能夠實現(xiàn)雙端口吸聲。

4.根據權利要求1所述的一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，其特征在于：主波導兩端開口，可以實現(xiàn)更好的通風效果。

5.根據權利要求1所述的一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，其特征在于：可通過并聯(lián)多個短管半徑不同的非對稱吸聲單元擴寬非對稱吸聲頻帶。

6.根據權利要求1所述的一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，其特征在于：非對稱吸聲結構為同一材料制成，通過3d打印制備。

7.根據權利要求1所述的一種基于helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，其特征在于：由于波導兩端開口，并聯(lián)后單元主波導組成結構波導。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于Helmholtz共振腔的雙端口非對稱吸聲結構，該結構是由若干個短管半徑不同的非對稱吸聲單元并聯(lián)組成。非對稱吸聲單元內部包含兩個腔體長度不同的Helmholtz共振腔，兩個主波導和分支波導用于傳輸聲波以及連接兩個Helmholtz共振腔。主波導兩端開口，當聲波分別從兩端入射時，一端入射聲波幾乎可以被全部吸收，另一端聲波幾乎被全部反射，由于結構未打破互易性，透射系數相同，能夠實現(xiàn)雙端口吸聲。多個具有不同半徑短管的非對稱吸聲單元并聯(lián)使得結構具有優(yōu)異的寬頻非對稱聲吸收性能，可以有效拓寬非對稱吸聲頻帶。本發(fā)明在中低頻范圍內寬頻吸聲效果優(yōu)異，主波導兩端開口可以達到較好的通風散熱效果，且尺寸小巧、結構緊湊，適合用于多個領域的噪聲控制。

技術研發(fā)人員：李麗君,呂龍飛,呂佳,司傳豪
受保護的技術使用者：山東理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30