一种共振结构及其组成的消声器的制作方法

本发明属于消声器技术领域，具体为一种全频消声效果好，尤其是低频和高频效果好、消声频带宽的共振结构及其组成的消声器。

背景技术：

现有技术中，常见的消声装置根据其消声原理和结构的不同大致可以分为阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器等等，其中阻性消声器是实际工程通风降噪系统中应用最多，因为阻性消声器具有存在中频消声性能好，中频消声频带宽的优点。阻性消声器根据结构的不同通常分为矩阵式消声器和片式消声器，其主体结构是表面为金属孔板，孔板内部填充玻璃棉等阻性吸声材料，其消声原理是利用声波在阻性吸声材料中传播时，因摩擦将声能量转换为热能而耗散，从而达到消声的目的。

安装阻性消声器在实际工程的应用中已经非常普遍，目前阻性消声器都是利用外侧孔板内填玻璃棉等纤维类多孔吸声材料达到消声的目的，由于多孔吸声材料等阻性材料中高频吸声性能较好的吸声特性，这类消声器典型的消声特性是具有良好的中频消声性能，但是受限于阻性吸声材料低频吸声小的特点，阻性消声器低频消声性能较弱，远低于中频消声量，虽然通过增加消声器长度和增大片厚减小通流率也可以在一定程度上增加低频性能，但是提升效果并不明显，且经济成本更高、消声器阻力系数更大，在实际使用中对于低频较为突出的噪声源，目前阻性消声器降噪量很难满足要求。此外，阻性消声器在较高频率消声性能也会下降明显，高频消声性能不佳。因此,目前阻性消声器在实际使用过程中存在低频、高频消声不足，中频消声过量的情况。

抗性消声器是利用消声器结构的变化来实现消声降噪，但是对于较低频率的消声，消声器需要较大体积，且该类消声器消声频带较窄，只能针对某些特定频率的降噪，因此抗性消声器在实际使用中应用受到了很大的限制。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种低频和高频消声效果好、中频消声效果满足要求、消声频带宽的共振结构及其组成的消声器。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种共振结构，包括四周封板、内部侧式共振板、两侧表面共振板；所述两侧表面共振板由微孔吸声板，和/或面板，和/或穿孔板组成。

所述内部侧式共振板至少为一组，每组至少包括两个内部侧式共振板，内部侧式共振板平行设置，且设置方向与声传播方向一致；每一个内部侧式共振板的三侧边均与四周封板连接，并与四周封板共同形成封闭结构，所述内部侧式共振板的另外一侧边不与四周封板连接，由此在共振结构内形成开口共振结构。

可选择性地，所述内部侧式共振板可以设置在共振结构的左侧，也可以设置在共振结构的右侧，或左侧和右侧均设置；左侧和/或右侧的所述内部侧式共振板的长度和空腔的宽度可以相同，也可以不同。

进一步地，所述内部侧式共振板为硬质板材；所述内部侧式共振板的硬质板材可以为金属板、木板、塑料板或其它硬质板材。

所述内部侧式共振板长度为l1，所述内部侧式共振板的长度l1上限为4m，优选为3m，2m，1m，0.5m，0.2m，所述内部侧式共振板的长度l1下限为0.1m，优选为0.2m，0.4m，0.6m，0.8m，1m，1.5m，2m，内部侧式共振板长度l1决定共振频率，即l1对应共振频率的n/4波长，l1=λ*n/4，其中λ为波长，n为奇数，λ=c⁄f，其中c为声波在空气中的传播速度，标准大气压和15℃的条件下约为340m/s，f为共振频率，因此，该内部侧式共振板l1对应的共振频率为：f=c*n/(4*l1），当n=1时，对应该结构的最低共振消声频率。

例如,内部侧式共振板l1=0.5m时，对应的最低共振频率为f=c/(4*l1）=340/(0.5*4)=170hz，该结构在低频170hz附近出现消声峰值。

所述平行设置的内部侧式共振板之间，形成空腔，所述空腔的宽度为d1，所述空腔的宽度d1上限为400mm，优选为300mm，250mm，200mm，150mm，100mm，所述空腔的宽度d1下限为10mm，优选为20mm，40mm，80mm，100mm，150mm，200mm，所述空腔的宽度，决定共振频率对应消声峰值的大小，d1越大，消声峰值越大。

进一步地，所述两侧表面共振板中的微孔吸声板，和/或面板，和/或穿孔板拼接相连共同组成两侧表面共振板。

进一步地，所述微孔吸声板可以是微粒吸声板，微穿孔板、泡沫铝板或其他微孔结构板，该微孔吸声板内部存在微孔结构。

进一步地，所述面板为硬质板材；所述面板的硬质板材可以为金属板、木板、塑料板或其它硬质板材。

所述微孔吸声板长度为l2，所述微孔吸声板的长度l2上限为4m，优选为3m，2m，1m，0.5m，0.2m，所述微孔吸声板的长度l1下限为0.1m，优选为0.2m，0.4m，0.6m，0.8m，1m，1.5m，2m。表面微孔吸声板的长度l2决定低频的共振频率，l2尺寸越小，对应的共振频率越低，低频消声性能越好，但是中高频消声性能会略有降低，反之，l2尺寸越大，共振频率越高，低频消声性能稍差，但是中高频消声性能越好，当l2尺寸最大时，覆盖整个外表面。

可选择性地，所述两侧表面共振板内侧，填充阻性吸声材料，所述阻性吸声材料的宽度d2的上限200mm，更优选为150mm，或100mm，或50mm；所述阻性吸声材料的宽度d2的下限5mm，更优选为10mm，或20mm，或50mm。不同的阻性吸声材料的宽度d2，对应不同的吸声效果，可以根据需要调整。

通过设计相互匹配的l1、l2、d1、d2，可以得到针对不同频率噪声的特定消声结构。

本发明还提供另外一个技术方案，具体为：一种消声器，所述消声器包括上述共振结构，所述共振结构可以为一段或多段；当共振结构为多段时，多段共振结构顺次连接，且各段共振结构可以相同，也可以不同。当多段共振结构顺次连接时，能够进一步调整并提升消声效果。

进一步地，所述共振结构为两段、三段或四段。

本发明的有益效果是：首先，本发明的内部侧式共振板，与现有技术中的振动板如cn2020106263650，或共振板外侧填充吸声材料如cn201320705567x等消声原理不同，前者的振动板是只有一侧边与封板接触固定，利用振动板的振动辅助消声，后者的共振板并未与四周封板等连接，而本发明的内部侧式共振板三侧边与封板接触固定，进而利用一组共振板之间，或多组共振板之间形成的封闭空腔实现消声，当声波入射时，低频声波长较长，绕射至空腔内振动消耗其能量，因此对于低频降噪性能较好，当然，与现有技术中的不同长度吸声管如cn2019109046376的结构和效果也不同，进一步地本发明的内部侧式共振板设置方向与声传播方向相同。其次，本发明进一步将内部侧式共振板与表面共振板结合，充分发挥内部侧式共振板形成的共振结构在低频消声峰值高、消声频带窄，和表面共振板形成的共振结构低频消声频带宽、峰值相对低的优势，不仅兼顾两种共振结构的优点，实现更好的低频消声性能，而且取得了明显优于两种结构的效果，协同作用明显。第三，现有技术cn2018209915067公开的消声单元，虽然使用了表面穿孔板，或表面孔板与面板组合，取得了一定的效果，但其更多改进在于设计内部的孔道结构，且并未使用内部侧式共振板，而本发明在表面共振板与内部侧式共振板结合后，也能够提升表面共振板的消声效果。现有技术中，并没有将内部侧式共振板、两侧表面共振板，以及阻性吸声材料组合在一起的技术方案，也并未给出组合后达到低频、中频、高频消声效果均较好的技术启示。

总体而言，相比于现有技术，具有以下优势：

1）与现有阻性通风消声器相比，本发明的共振结构，可以有效提升低频和高频的消声性能，尤其低频和高频性能更优，且拓宽了消声频带；相比于单一的内部侧式共振板组成的共振结构和表面共振板组成的共振结构，低频、中频和高频消声性能均更优。

2）通过可选择性地在共振结构中填充阻性吸声材料，还可以进一步提升高频和中频消声效果。

3）对不同的噪声源，通过对消声器内部结构的设计，如调整消声器中共振结构的组数，或在同一个消声器内使用不同结构的共振结构，或调整并匹配共振结构中内部侧式共振板的长度l1、微孔吸声板长度为l2、空腔宽度d1、阻性吸声材料宽度d2等，以对不同消声需求进行定制设计，满足不同场景的使用，极大地提升了消声器的适用性。

附图说明

图1是共振结构示意图一；

图2是共振结构示意图二（俯视图）；

图3是共振结构内填充阻性吸声材料示意图（内部侧式共振板在左侧）；

图4是共振结构内填充阻性吸声材料示意图（内部侧式共振板在右侧）；

图5是三段共振结构组成的消声器1示意图；

图6是三段共振结构组成的消声器1测试结果。

图7是三段共振结构组成的消声器2示意图；

图8是三段共振结构组成的消声器2测试结果。

图中：1-四周封板，2-内部侧式共振板，3-微孔吸声板，4-面板，5-阻性吸声材料，6-穿孔板。

具体实施方式

如图1-2所示，一种共振结构，包括四周封板1、内部侧式共振板2、表面共振板，该表面共振板包括微孔吸声板3和面板4，所述内部侧式共振板的长度为l1，微孔吸声板的长度为l2，两个内部侧式共振板之间的宽度为d1；内部侧式共振板的长度l1与微孔吸声板的长度l2不同，其中，图1中l1的长度更长，图2中l2的长度更长，通过调节l1、l2以及d1，可以对不同消声需求进行定制设计，满足不同场景的使用，极大地提升了消声器的适用性，其中，l1和l2影响频率，d1影响峰值。

如图3-4所示，进一步包括设置于共振结构中的阻性吸声材料5，在内部侧式共振板和两侧表面共振板之间填充吸阻性声材料可以进一步提升全频带的消声量。本实施例中，阻性吸声材料5具体设置于表面共振板内侧，所述阻性吸声材料5的宽度为d2，d2是内部侧式共振板与表面共振板之间的距离，实际应用中，该d2可以根据实际消声需求调整，尤其是中频消声需求。内部侧式共振板既可以设置在左侧也可以设置在右侧，此外，共振结构内部可以设置多个内部侧式共振板以增加低频的消声量。

如图5所示，一种消声器，所述消声器由三段共振结构顺次连接组成，前两段共振结构的具体结构相似，均包括一组四周封板1、内部侧式共振板2和两侧表面共振板，其中，两侧表面共振板为微孔吸声板3和表面穿孔板6，第三段共振结构中设置内部侧式共振板2，表面共振板为穿孔板6，上述共振结构中，均填充有阻性吸声材料5。

所述内部侧式共振板的材质为钢板，四周封板的材质为钢板，前两段共振结构中的微孔吸声板材质为微粒吸声板，面板为金属孔板，第三段的穿孔板的材质为金属孔板，阻性吸声材料的材质为玻璃棉。

共振板长度设置不同以拓宽低频消声频带，所述消声器长度3m，每一段共振结构的长度为1m，消声器通流率50%；其中，第一段共振结构中内部侧式共振板长度l1为0.6m，微孔吸声板的长度l2为0.4m，表面孔板长度0.6m，空腔宽度d1为150mm，阻性吸声材料的宽度d2为25mm；第二段共振结构中内部侧式共振板长度l1为0.4m，微孔吸声板的长度l2为0.6m，表面孔板长度0.4m,空腔宽度d1为100mm，阻性吸声材料的宽度d2为50mm；第三段共振结构中内部侧式共振板长度l1为0.4m，空腔宽度d1为50mm，阻性吸声材料的宽度d2为75mm，两侧穿孔板的穿孔率为25%，孔径为3mm。

其中，图6显示了本发明的上述消声器，与现有技术中主体结构为表面金属孔板，孔板内部填充玻璃棉阻性吸声材料的片式消声器，在相同测试条件下，实验室测试结果的对比数据。根据测试结果可知，本发明的消声器在低频200hz以下消声性能均有明显的提升，提升量基本在4db左右，在高频范围内，新型消声器的提升较为明显，由于目前阻性消声器在中频消声量过剩，因此本消声器在中频某些频段消声量的降低并不影响实际使用，甚至说更符合实际需求。

如图7所示，一种消声器，所述消声器由三段共振结构顺次连接组成，前两段共振结构的具体结构相似，均包括一组四周封板1、内部侧式共振板2和两侧表面共振板，其中，两侧表面共振板为微孔吸声板3，第三段共振结构中设置两组内部侧式共振板2，表面共振板为穿孔板6，上述共振结构中，均填充有阻性吸声材料5。

所述内部侧式共振板的材质为钢板，四周封板的材质为钢板，前两段共振结构中的微孔吸声板材质为微粒吸声板，第三段的穿孔板的材质为金属孔板，阻性吸声材料的材质为玻璃棉。

共振板长度设置不同以拓宽低频消声频带，所述消声器长度3m，每一段共振结构的长度为1m，消声器通流率50%；其中，第一段共振结构中内部侧式共振板长度l1为0.6m，微孔吸声板的长度l2为1m，空腔宽度d1为150mm，阻性吸声材料的宽度d2为25mm；第二段共振结构中内部侧式共振板长度l1为0.4m，微孔吸声板的长度l2为1m，空腔宽度d1为150mm，阻性吸声材料的宽度d2为25mm；第三段共振结构中内部侧式共振板长度l1为0.5m，l1’为0.28m，空腔宽度d1为100mm，阻性吸声材料的宽度d2为50mm，两侧穿孔板的穿孔率为25%，孔径为3mm。

其中，图8显示了本发明的上述消声器，与现有技术中主体结构为表面金属孔板，孔板内部填充玻璃棉阻性吸声材料的片式消声器，在相同测试条件下，实验室测试结果的对比数据。根据测试结果可知，本发明的消声器在低频250hz以下消声性能均有明显的提升，提升量基本在5db以上，某些低频达到10db，在高频范围内，新型消声器的提升更为明显，由于目前阻性消声器在中频消声量过剩，因此本消声器在中频某些频段消声量的降低并不影响实际使用，甚至说更符合实际需求。

综上，本发明的消声器与原片式消声器相比，明显提升了低频和高频的消声性能，拓宽了消声频带，与现有技术方案相比具有明显的优势，本发明提供了一种性价比更高的消声器，该消声器的应用范围更广。另外，通过组合内部侧式共振板组成内部侧式共振结构，和表面共振板组成表面共振结构，尤其是不同形式的组合而形成的消声器，与单独使用内部侧式共振结构或表面共振结构相比，其低频消声频带更宽，消声量更大，高频消声性能也更优。