一種通風管路用主被動復合消聲器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種通風管路用主被動復合消聲器，包括主動消聲器、被動消聲器及參考傳聲器；其中，主動消聲器包括第一外殼、內管段、揚聲器單元、誤差傳聲器以及揚聲器功率放大器板卡；第一外殼包括封蓋和殼體；封蓋為中心開孔的板狀結構，殼體為底部中心位置開孔的桶狀結構，內管段的一端穿過封蓋中心的孔并固定在封蓋上，內管段的另一端嵌入位于殼體中心的孔中，封蓋安裝到殼體的頂部；內管段的周圍分別安裝有揚聲器單元、誤差傳聲器以及揚聲器功率放大器板卡；內管段的側面上開有環形凸緣，揚聲器單元和誤差傳聲器安裝位置處對應的內管段4的管壁存在多個穿孔；內穿孔管段的管壁上也存在多個穿孔；被動消聲器包括第二外殼、內穿孔管段以及吸聲材料。
【專利說明】—種通風管路用主被動復合消聲器
【技術領域】
[0001]本發明涉及聲學領域，特別設計一種通風管路用主被動復合消聲器。
【背景技術】
[0002]通風管路系統噪聲是生活中常見的噪聲源，例如中央空調系統出風口、船舶通風系統進/出風口輻射聲等，該噪聲對室內人居環境造成了污染，對人們的生理、心理健康將產生不利影響。使用被動消聲器雖然可有效抑制中高頻輻射噪聲，但其殘留的低頻噪聲能量依然顯著。為有效抑制低頻噪聲，傳統的被動消聲技術一般具有較大的體積和較高的壓力損失，其實用意義極為有限。因此，需借助于有源噪聲控制技術進一步抑制通風管路系統管口的殘留低頻輻射噪聲。
[0003]有源噪聲控制是一種基于聲波相干疊加原理的主動噪聲控制技術，最早由P.Lueg在其專利US2043416中提出，其基本原理是在聲場中引入次級聲源并利用其發出與初始噪聲幅度相同但相位相反的“反噪聲”，使初始噪聲得到相干抵消，從而達到噪聲抑制的目的。與傳統被動降噪方法相比，有源噪聲控制技術主要優勢在于能夠以更小的體積獲得更好的低頻降噪效果。隨著人們生活水平的提高，低頻噪聲污染問題日益顯著，有源噪聲控制技術實用化的需求日益迫切。另一方面，經過近百年的發展，尤其是隨著近幾十年數字信號處理技術的飛躍，有源噪聲控制技術日益成熟，其實用化進程正逐步加快。
[0004]管路系統是有源噪聲控制應用的典型場合，針對管道截止頻率以下的低頻噪聲，使用單一的揚聲器即可有效對其進行抑制。目前已知的管路有源消聲器專利多見于發動機排氣系統，例如 CN1126525A、CN101555818A、CN102808681 等。
[0005]管道有源噪聲控制系統一般利用傳聲器拾取管內初始噪聲信號，并由次級聲源發出反噪聲進行抵消，即傳聲器和次級聲源需與管內聲場發生相互作用。為實現聲場的耦合，傳聲器和次級聲源處空氣應與管內導通，這意味著該處管道內壁存在一定的不連續性。當管內空氣流速較高時，該非連續邊界處的氣流將受到擾動從而激發二次噪聲，嚴重影響消聲效果。因此，如何保證高流速下傳聲器和次級聲源處氣流的平穩性、減小二次噪聲的激發是通風管路系統有源消聲技術面臨的主要問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有通風管路消聲器低頻效果差的缺陷，從而提供一種適應高空氣流速、低頻消聲效果顯著的通風管路用主被動復合消聲器。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供了一種通風管路用主被動復合消聲器，包括主動消聲器1、被動消聲器13及參考傳聲器17 ;其中，
[0008]所述主動消聲器I包括第一外殼、內管段4、揚聲器單兀5、誤差傳聲器6以及揚聲器功率放大器板卡7 ;所述第一外殼包括封蓋2和殼體3 ;所述封蓋2為中心開孔的板狀結構，所述殼體3為底部中心位置開孔的桶狀結構，所述內管段4的一端穿過所述封蓋2中心的孔并固定在所述封蓋2上，所述內管段4的另一端則嵌入位于所述殼體3中心的孔中，所述封蓋2安裝到所述殼體3的頂部；所述內管段4的周圍分別安裝有所述的揚聲器單元5、誤差傳聲器6以及揚聲器功率放大器板卡7,其中揚聲器功率放大器板卡7的輸出接口與所述揚聲器單元5連接，其信號輸入接口、電源接口以及誤差傳聲器6的輸出接口則通過安裝于所述殼體3上的電連接器8引出；
[0009]所述內管段4的側面上開有用于安裝所述揚聲器單元5的環形凸緣，所述揚聲器單元5和所述誤差傳聲器6安裝位置處對應的所述內管段4的管壁9存在多個穿孔；所述內穿孔管段16的管壁上也存在多個穿孔；
[0010]所述被動消聲器13包括第二外殼14、內穿孔管段16以及吸聲材料15，所述第二外殼14包裹在所述內穿孔管段16之外，所述吸聲材料15填充在兩者之間；所述參考傳聲器17安裝于所述吸聲材料15中，其軸向位置在所述內穿孔管段16遠離所述主動消聲器I
的一端。
[0011]上述技術方案中，所述揚聲器單元5、誤差傳聲器6、揚聲器功率放大器板卡7沿所述內管段4周向的不同位置安裝，其周向角度間隔為90°。
[0012]上述技術方案中，所述誤差傳聲器6的安裝位置為所述揚聲器單元5的下游聲場內。
[0013]上述技術方案中，所述封蓋2的外側還安裝有一帶有螺紋孔的第一法蘭11，所述第一法蘭11的中心孔與所述內管段4連通，通過該第一法蘭11，所述被動消聲器13中的內穿孔管段16的一端與所述封蓋2相連。
[0014]上述技術方案中，所述殼體3底面的外側還安裝有另一帶有螺紋孔的第二法蘭11，所述第二法蘭11的中心孔與所述內管段4連通，通過該第二法蘭11，通風系統的下游管路實現與所述殼體3的連接。
[0015]上述技術方案中，在所述封蓋2和所述殼體3的連接處以及在所述內管段4和所述殼體3的連接處均使用橡膠墊10進行密封。
[0016]上述技術方案中，所述內管段4的管壁9上的穿孔的直徑為2mm，穿孔率為25%以上；所述內穿孔管段16的管壁上的穿孔的直徑為2mm，穿孔率為25%以上。
[0017]上述技術方案中，在所述殼體3內側貼附用于吸收所述揚聲器單元5的后腔輻射聲的吸聲材料12。
[0018]上述技術方案中，所述內穿孔管段16的兩端還包括有延長段，所述延長段上不具有穿孔，其中一端的延長段上安裝有被動消聲器法蘭18，通過該法蘭18，實現所述內穿孔管段16與通風系統的上游管路的連接。
[0019]上述技術方案中，所述參考傳聲器17通過由所述第二外殼14延伸至內穿孔管段16的安裝孔對其進行固定。
[0020]本發明的優點在于:能夠以較小的消聲器體積和壓力損失達到較高的低頻消聲性能，同時能夠容忍較高的空氣流速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的通風管路用主被動復合消聲器的正面剖視圖；
[0022]圖2是本發明的通風管路用主被動復合消聲器中的主動消聲器的左視剖視圖；
[0023]圖3是本發明的通風管路用主被動復合消聲器中的主動消聲器內部結構圖；
[0024]圖4是本發明的通風管路用主被動復合消聲器的整體外觀圖。
[0025]附圖標識
[0026]1、主動消聲器2、主動消聲器外殼封蓋
[0027]3、主動消聲器外殼殼體4、主動消聲器內管段
[0028]5、揚聲器單兀6、誤差傳聲器
[0029]7、揚聲器功率放大器板卡8、電連接器
[0030]9、主動消聲器穿孔管壁10、橡膠墊
[0031]11、主動消聲器法蘭12、吸聲材料層
[0032]13、被動消聲器14、被動消聲器外殼
[0033]15、被動消聲器吸聲材料16、被動消聲器內穿孔管
[0034]17、參考傳聲器18、被動消聲器法蘭
【具體實施方式】
[0035]現結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0036]參考圖1，本發明的通風管路用主被動復合消聲器包括主動消聲器1、被動消聲器13及參考傳聲器17 ;其中,所述主動消聲器I包括第一外殼、內管段4、揚聲器單兀5、誤差傳聲器6以及揚聲器功率放大器板卡7 ;所述第一外殼包括封蓋2和殼體3 ;所述封蓋2為中心開孔的板狀結構，所述殼體3為底部中心位置開孔的桶狀結構，所述內管段4的一端穿過所述封蓋2中心的孔并固定在所述封蓋2上，所述內管段4的另一端則嵌入位于所述殼體3中心的孔中，所述封蓋2安裝到所述殼體3的頂部；所述內管段4的周圍分別安裝有所述的揚聲器單兀5、誤差傳聲器6以及揚聲器功率放大器板卡7,其中揚聲器功率放大器板卡7的輸出接口與揚聲器單元5連接，其信號輸入接口、電源接口以及誤差傳聲器6的輸出接口則通過安裝于殼體3上的電連接器8引出；所述被動消聲器13包括第二外殼14、內穿孔管段16以及吸聲材料15，所述第二外殼14包裹在所述內穿孔管段16之外，所述吸聲材料15填充在兩者之間；所述參考傳聲器17安裝于所述吸聲材料15中，其軸向位置在所述內穿孔管段16遠離所述主動消聲器I的一端。。
[0037]下面對本發明的主被動復合消聲器的各個部件做進一步的說明。
[0038]在本實施例中，所述封蓋2為一圓板，其中心位置的開孔為一圓孔，該圓孔的直徑與所述內管段4的外徑相同。所述封蓋2的外側還安裝有一帶有螺紋孔的法蘭11，所述法蘭11的中心圓孔與所述內管段4連通，通過該法蘭11，被動消聲器中的內穿孔管段16的一端與封蓋2相連。在其他實施例中，所述封蓋2也可以是其他形狀的板，其中心位置的開孔也可以是其他形狀，但應與管路截面保持一致。
[0039]在本實施例中，所述殼體3為底面中心位置開有圓孔的圓桶形結構,該圓孔的直徑與所述內管段4的外徑相同。所述殼體3底面的外側還安裝有一帶有螺紋孔的法蘭11，所述法蘭11的中心圓孔與所述內管段4連通，通過該法蘭11，通風系統的下游管路實現與所述殼體3的連通。在其他實施例中，所述殼體3也可以是其他形狀的桶，其底面中心位置的開孔也可以是其他形狀，但應與管路截面保持一致。
[0040]所述封蓋2與殼體3之間通過螺絲連接實現兩者之間的組合，作為一種優選實現方式，在本實施例中，為保證氣密性，在所述封蓋2和所述殼體3的連接處、以及在所述內管段4和所述殼體3的連接處均使用橡膠墊10進行密封。
[0041]如圖2所示，在本實施例中，所述內管段4為一兩端開口的圓桶形，其側面上開有環形凸緣，所述揚聲器單元5安裝于該環形凸緣部，由所述封蓋2和殼體3構成的主動消聲器外殼與所述內管段4之間的空腔形成了所述揚聲器單元5的后腔；所述誤差傳聲器6、揚聲器功率放大器板卡7則分別通過各自支架固定于所述內管段4上。作為一種優選實現方式，如圖2所示，在本實施例中，為充分利用空間、減小消聲器整體體積，揚聲器單元5、誤差傳聲器6、揚聲器功率放大器板卡7沿內管段4周向的不同位置安裝，其周向角度間隔為90°。同時，揚聲器單元5和誤差傳聲器6安裝于內管段4上沿軸向的不同位置，即誤差傳聲器6應處于揚聲器單元5的下游聲場，從而確保下游管路噪聲的有效抑制。
[0042]如圖3所示，所述揚聲器單元5和所述誤差傳聲器6安裝位置處對應的內管段4的管壁9存在高密度、小孔徑的穿孔，其目的是在實現透聲的同時對管道內的氣流進行導流，抑制由高速空氣流動產生的二次噪聲，保證消聲效果。本實施例中，所述管壁9上的孔的直徑為2_，穿孔率為25%。在其他實施例中，穿孔的直徑和穿孔率可根據管內風速進行實際調整。
[0043]本實施例中，所述揚聲器單元5采用4英寸揚聲器單元，所述誤差傳聲器6采用1/2英寸誤差傳聲器。
[0044]作為一種優選實現方式，在本實施例中，在所述殼體3內側貼附吸聲材料12，以吸收揚聲器單元5的后腔輻射聲。
[0045]所述內穿孔管段16的管壁上存在高密度、小孔徑的穿孔，其目的是在實現透聲的同時對管道內的氣流進行導流，抑制由高速空氣流動產生的二次噪聲，保證消聲效果。本實施例中，所述內穿孔管段16的管壁上的穿孔的直徑為2mm，穿孔率為25%。在其他實施例中，穿孔的直徑和穿孔率可根據管內風速進行實際調整。所述內穿孔管段16的兩端還包括有延長段，所述延長段上不具有穿孔，其中一端的延長段上安裝有被動消聲器法蘭18，通過該法蘭18，實現內穿孔管段16 (即被動消聲器13)與通風系統的上游管路的連接。
[0046]所述參考傳聲器17用于拾取上游管路的原始噪聲信號，配合所述主動消聲器I完成下游管路低頻隨機噪聲能量的抑制。本實施例中，參考傳聲器17優先選用與誤差傳聲器6同型號的1/2寸傳聲器，并通過由第二外殼14延伸至內穿孔管段16的安裝孔對其進行固定。
[0047]圖4為本實施例中，本發明的通風管路用主被動復合消聲器的整體示意圖，所述消聲器整體呈圓柱形，其外徑尺寸為Φ300mmX600mm，對應Φ 10mm的通風系統管路。
[0048]本實施例提供的主被動復合消聲器既可以插入方式安裝于通風系統管路中、對插入點下游的管路進行控制，也可直接安裝于進/出風口、直接抑制管口輻射噪聲。
[0049]使用本實施例進行主被動復合消聲時，應將參考傳聲器17輸出直接連接外部控制器的輸入端，并通過電連接器8將誤差傳聲器6輸出、揚聲器功放板7輸入分別連接外部控制系統的另一輸入端和輸出端，同時通過電連接器8對揚聲器功放板7提供電源。其工作流程是，外部控制器對參考傳聲器17拾取的上游初始噪聲進行濾波從而產生控制信號，并將其輸入揚聲器功放板7、驅動揚聲器單兀5發出反噪聲進行相干抵消。同時，夕卜部控制器內應對由揚聲器單兀5發出的、被參考傳聲器17拾取的反噪聲信號進行抵消。誤差傳聲器6用于上述濾波器的離線設計或在線調整，以正確實現反噪聲信號的濾波計算。
[0050]實測結果表明，在管內氣流速度不大于20m/s的條件下，該實施例不僅可有效消除風機轉動激勵的線譜噪聲，也能夠衰減在彎管、閥門處產生的隨機流噪聲，有效消聲頻帶可達20?8kHz。
[0051]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，包括主動消聲器(I)、被動消聲器(13)及參考傳聲器(17);其中， 所述主動消聲器(I)包括第一外殼、內管段(4)、揚聲器單元(5)、誤差傳聲器(6)以及揚聲器功率放大器板卡(7);所述第一外殼包括封蓋(2)和殼體(3);所述封蓋(2)為中心開孔的板狀結構，所述殼體(3)為底部中心位置開孔的桶狀結構，所述內管段(4)的一端穿過所述封蓋(2)中心的孔并固定在所述封蓋(2)上，所述內管段(4)的另一端則嵌入位于所述殼體(3)中心的孔中，所述封蓋(2)安裝到所述殼體(3)的頂部；所述內管段(4)的周圍分別安裝有所述的揚聲器單元(5)、誤差傳聲器(6)以及揚聲器功率放大器板卡(7)，其中揚聲器功率放大器板卡(7 )的輸出接口與所述揚聲器單元(5 )連接，其信號輸入接口、電源接口以及誤差傳聲器(6 )的輸出接口則通過安裝于所述殼體(3 )上的電連接器(8 )引出； 所述內管段(4)的側面上開有用于安裝所述揚聲器單元(5)的環形凸緣，所述揚聲器單元(5)和所述誤差傳聲器6安裝位置處對應的所述內管段(4)的管壁(9)存在多個穿孔；所述內穿孔管段(16)的管壁上也存在多個穿孔； 所述被動消聲器(13)包括第二外殼(14)、內穿孔管段(16)以及吸聲材料(15)，所述第二外殼(14 )包裹在所述內穿孔管段(16 )之外，所述吸聲材料(15)填充在兩者之間，所述參考傳聲器(17)安裝于所述吸聲材料(15)中，其軸向位置在所述內穿孔管段(16)遠離所述主動消聲器(I)的一端。
2.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，所述揚聲器單元(5)、誤差傳聲器(6)、揚聲器功率放大器板卡(7)沿所述內管段(4)周向的不同位置安裝，其周向角度間隔為90°。
3.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，所述誤差傳聲器(6)的安裝位置為所述揚聲器單元(5)的下游聲場內。
4.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，所述封蓋(2)的外側還安裝有一帶有螺紋孔的第一法蘭(11)，所述第一法蘭(11)的中心孔與所述內管段(4)連通，通過該第一法蘭(11)，所述被動消聲器(13)中的內穿孔管段(16)的一端與所述封蓋(2)相連。
5.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，所述殼體(3)底面的外側還安裝有另一帶有螺紋孔的第二法蘭(11)，所述第二法蘭(11)的中心孔與所述內管段(4)連通，通過該第二法蘭(11)，通風系統的下游管路實現與所述殼體(3)的連接。
6.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，在所述封蓋(2)和所述殼體(3)的連接處以及在所述內管段(4)和所述殼體(3)的連接處均使用橡膠墊(10)進行密封。
7.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，所述內管段(4)的管壁(9)上的穿孔的直徑為2mm，穿孔率為25%以上；所述內穿孔管段(16)的管壁上的穿孔的直徑為2mm，穿孔率為25%以上。
8.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，在所述殼體(3)內側貼附用于吸收所述揚聲器單元(5)的后腔輻射聲的吸聲材料(12)。
9.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，所述內穿孔管段(16)的兩端還包括有延長段，所述延長段上不具有穿孔，其中一端的延長段上安裝有被動消聲器法蘭(18)，通過該法蘭(18)，實現所述內穿孔管段(16)與通風系統的上游管路的連接。
10.根據權利要求1所述的通風管路用主被動復合消聲器，其特征在于，所述參考傳聲器(17)通過由所述第二外殼(14)延伸至內穿孔管段(16)的安裝孔對其進行固定。
【文檔編號】F16L55/02GK104165255SQ201310184672
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月17日 優先權日:2013年5月17日
【發明者】孫紅靈, 安峰巖, 吳鳴, 程曉斌, 楊軍 申請人:中國科學院聲學研究所