CN104751836A

CN104751836A - 一种磁力负刚度吸声装置及吸声方法

Info

Publication number: CN104751836A
Application number: CN201510095592.4A
Authority: CN
Inventors: 赵俊娟; 李贤徽
Original assignee: Beijing Municipal Institute of Labour Protection
Current assignee: Beijing Municipal Institute of Labour Protection
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明涉及吸声技术领域，公开了一种磁力负刚度吸声装置，其包括基体和振膜，所述基体为中空的壳体，所述壳体的上部敞口，所述振膜覆设在所述壳体的开口处，所述振膜和基体围成吸声空腔；所述振膜和基体之间设有相互吸引的吸力结构，本发明还提供了一种磁力负刚度吸声方法。本发明能够实现在同样空腔深度下该吸声装置具有更低频的吸声特性，或者在同一吸声频段下，该吸声空腔深度更小，结构更紧凑。

Description

一种磁力负刚度吸声装置及吸声方法

技术领域

本发明涉及吸声技术领域，特别是涉及一种磁力负刚度吸声装置及吸声方法。

背景技术

在噪声控制工程中，常用的有两类吸声材料，第一类多孔吸声材料；第二类板式共振吸声构件。对于第一类多孔吸声材料，目前主要采用纤维材料制作吸声结构，通常可以在比较宽的频率范围内达到较好的吸声性能。然而，主要缺点是纤维材料的抗环境老化性能不佳，普遍使用的矿棉和玻璃纤维还是对人体有害的材料。另外，要取得优良的低频吸声性能，要求纤维厚度具有与声波长相当，往往会使得吸声结构尺寸很大。替代纤维的吸声材料有发泡材料，如泡沫铝，泡沫陶瓷等，由于泡沫材料都不是通透气的，这类材料的低频吸声性能都不理想。铝纤维板是一种能够兼顾吸声性能和环境的新型吸声结构，但生产成本很高。第二类共振吸声构件，如微穿孔板，常用的方法是在固体板材上钻直径小于0.5mm的孔制作成微穿孔板，衬以背腔体形成吸声结构。微穿孔吸声结构的缺点是吸声频带通常不够宽，另外，需要的钻孔量往往很大，关键是低频吸声时背腔较深，空间占用大，加工成本比较高。已有技术中，申请号为200610023242.8的微孔吸声结构专利，由一个或多个吸声层结构单元并列后通过支撑固定在背板上，形成微孔吸声结构。吸声层结构单元与背板之间留有空气间隙。整个结构复杂且占用空间大。申请号为200720130003.2的超微穿孔吸声膜的实用新型专利，采用0.05-0.3mm的超微穿孔。穿孔数量大，加工难度高。申请号为200810093889.7的带共振腔吸声体发明专利中，穿孔板后背腔内填充100毫米厚超细离心玻璃棉，玻璃棉后留有一定距离的空腔，整个结构厚度很大。申请号为200510023452“双面吸声啮合空腔无棉声屏障”的发明专利主要采用两层铝纤维薄板和两层微穿孔板，主要缺点是制作成本比较高。申请号为200420025074的“穿孔吸声泡沫铝”的实用新型专利，通过在泡沫铝上再打孔的方法，提高吸声性能，同样存在制作成本高的缺点。中国专利ZL 00100641.X“管束式穿孔板共振吸声结构”。该专利是在穿孔板孔下安装管束，延伸到背腔底部，这种结构设计复杂，不易安装，且不能有效减小低频吸声背腔深度。申请号为200910235725.8的一种具有共振吸声结构的微穿孔板专利中，刚性壁面的两端与微穿孔板的两端分别通过柔性或弹性材料连接，可自动调整微穿孔板与刚性壁面之间的距离，优化吸声性能，但是该专利主动可调的距离有限。申请号为201120207031的复合共振吸声结构专利，采用穿孔板与刚性壁之间的封闭腔体内填充吸声材料增加吸声性能，总体成本高，结构厚。申请号为201210146634的发明专利基于微穿孔和腔内共振系统的组合吸声结构，通过调节腔内共振系统的参数(平板质量、力阻、弹簧劲度系数)、微穿孔板的参数(孔径、板厚、穿孔率)和空腔深度，可实现较宽频带吸声，但结构不紧凑。发明专利“一种复合低频共振吸声结构”(201410165642)采用微穿孔共振吸声结构在前，薄板共振吸声结构在后的组合方式，组成双层共振吸声结构进行噪声吸声，同样存在上述问题。申请号为201410336063的发明专利“低频双共振吸声结构及其设计方法”，采用扬声器单元及封闭背腔、负电阻、电容和电感组成吸声结构，基于分流扬声器，能够较好的吸收具有多个特定频率的低频噪声，但是这种结构比较复杂且体积较大。以上这些共振吸声结构都不能从根本上降低结构厚度，安装使用中占用的空间较大，尤其是在低频吸声应用中，所需背腔深度可达200mm。

鉴于此，亟待另辟蹊径针对现有振膜共振结构进行优化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何实现更低频的吸声效果或者在同一吸声频率下的吸声空腔深度更小，结构更紧凑、轻薄。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种磁力负刚度吸声装置，其包括基体和振膜，所述基体为中空的壳体，所述壳体的上部敞口，所述振膜覆设在所述壳体的开口处，所述振膜和基体围成吸声空腔；所述振膜和基体之间设有吸力结构。

其中，所述吸力结构为铁片和磁棒，所述铁片覆贴在所述振膜的表面，所述磁棒设置在所述基体的底部，所述铁片和磁棒相互吸引。

其中，所述振膜上分布有多个所述铁片，所述基体的底部设有多个所述磁棒。

其中，所述铁片的形状为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状；所述磁棒为圆柱体或不规则的结构。

其中，所述吸力结构为两个磁铁，一个所述磁铁设于所述振膜的表面，且所述磁铁的N极或S极朝下；另一个所述磁铁设于所述基体的底部，该磁铁的S极或N极朝上，两个所述磁铁相互吸引。

其中，所述吸力结构为铁合金和磁性材料，所述振膜镀有所述铁合金，形成铁合金振膜，所述基体添加有所述磁性材料，形成磁性基体，所述铁合金振膜和磁性基体相互吸引。

其中，所述壳体的开口边缘包覆于所述振膜的周边，形成可靠的连接。

本发明还提供一种磁力负刚度吸声方法，设置有基体和振膜，所述基体设置为上部开口的中空壳体，所述振膜覆设在所述壳体的开口处，所述振膜和基体围成吸声空腔，所述振膜、基体和吸声空腔共同形成具有正刚度的空气弹簧；所述振膜和基体之间设有吸力结构，所述吸力结构形成具有负刚度的磁力弹簧，通过磁力弹簧的负刚度来减弱空气弹簧的正刚度。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种磁力负刚度吸声装置及吸声方法，该吸声装置包括基体和振膜，所述基体为中空的壳体，所述壳体的上部敞口，所述振膜覆设在所述壳体的开口处，所述振膜和基体围成吸声空腔，形成具有正刚度的空气弹簧；所述振膜和基体之间设有相互吸引的吸力结构，形成具有负刚度的磁力弹簧，通过磁力弹簧的负刚度来减弱吸声空腔中空气弹簧的正刚度作用，以实现更低频的吸声效果。

附图说明

图1为本发明一种磁力负刚度吸声装置的结构原理图；

图2为本发明实施例一的结构示意图；

图3为本发明实施例二的结构示意图。

图中：m：质量块；K₁：空气弹簧；-K₂：磁力弹簧；1：吸声空腔；21：振膜；22：基体；23：铁片；24：磁棒；31：铁合金振膜；32：磁性基体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

本发明提供了一种磁力负刚度吸声装置，其包括基体22和振膜21，所述基体22为中空的壳体，所述壳体的上部敞口，所述振膜21覆设在所述壳体的开口处，具体地，所述壳体的开口边缘包覆于所述振膜21的周边，以便于形成可靠的连接，同时确保形成共振用的吸声空腔1；如图1所示，所述振膜21相当于质量块m，所述振膜21和基体22围成吸声空腔1，形成具有正刚度的空气弹簧K₁；所述振膜21和基体22之间设有吸力结构，形成具有负刚度的磁力弹簧-K₂；通过磁力弹簧-K₂的负刚度来减弱吸声空腔1中的空气弹簧K₁的正刚度作用，以实现更低频的吸声效果。

本发明还提供了一种磁力负刚度吸声方法，设置有基体22和振膜21，所述基体22设置为上部开口的中空壳体，所述振膜21覆设在所述壳体的开口处，所述振膜21和基体22围成吸声空腔1，所述振膜21、基体22和吸声空腔1共同形成具有正刚度的空气弹簧K₁；所述振膜21和基体22之间设有吸力结构，所述吸力结构形成具有负刚度的磁力弹簧-K₂，通过磁力弹簧-K₂的负刚度来减弱空气弹簧K₁的正刚度。下面通过三个实施例来具体说明本发明：

实施例一

如图2所示，所述吸力结构可以为铁片23和磁棒24，所述铁片23覆贴在所述振膜21的表面，所述磁棒24设置在所述基体22的底部，所述铁片23和磁棒24相互吸引。

工作过程中，声波经由附有铁片23的振膜21和所述吸声空腔1，在磁棒24对铁片23的磁力作用下，实现吸声耗能。该磁力负刚度吸声装置的吸声机理为：当声波到达振膜21的表面时，首先利用振膜21振动的吸声耗能，声波通过铁片23随之振膜21振动，进入基体22中的吸声空腔1内，覆贴有铁片23的振膜21与其相对应的吸声空腔1组成的系统类似于赫姆霍兹共振器，振动模型属于图1所示的弹簧质量块模型，附有铁片23的振膜21为质量块m，振膜21、吸声空腔1和基体22共同形成空气弹簧K₁，同时基体22底部的磁棒24在振膜21振动时对铁片23具有磁力吸附作用，可视为磁力弹簧-K₂，两种弹簧在吸声装置振动中起到相反的作用，即一个是具有正刚度的空气弹簧K₁，一个是具有负刚度的磁力弹簧-K₂；该吸声方法是通过负刚度的磁力弹簧-K₂来减弱空腔中空气弹簧K₁的正刚度作用，以实现在同一空腔深度下更低频的吸声效果；或者在同一吸声频率下的吸声空腔1深度更小，结构更紧凑、轻薄，占用更少。

其中，所述振膜21上可以分布有多个所述铁片23，所述基体22的底部设有多个所述磁棒24；另外，所述铁片23的形状可以为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状；所述磁棒24为圆柱体或不规则的结构。需要说明的是，铁片23和磁棒24的位置及数量排列，仅用于进行示例性说明。

实施例二

所述吸力结构也可以为两个磁铁，一个所述磁铁设于所述振膜的表面，且所述磁铁的N极或S极朝下；另一个所述磁铁设于所述基体的底部，相对应地，该磁铁的S极或N极朝上，以保证两个所述磁铁相互吸引。

该实施例二的工作过程和吸声机理与实施例一基本相同，在此不再赘述。

实施例三

实施例三与实施例一的区别在于，如图3所示，所述吸力结构还可以为铁合金和磁性材料，所述振膜21镀有所述铁合金，形成铁合金振膜31，所述基体22添加有所述磁性材料，形成磁性基体32，所述铁合金振膜31和磁性基体32相互吸引。工作过程中，声波经由铁合金振膜31、吸声空腔1，到达磁性基体32。该磁力负刚度吸声装置的吸声机理为：当声波到达铁合金振膜31的表面时，首先利用铁合金振膜31振动的吸声耗能，进入磁性基体32中的吸声空腔1内，铁合金振膜31与其相对应的吸声空腔1组成的系统类似于赫姆霍兹共振器，振动模型属于是弹簧质量块模型，铁合金振膜31为质量块m，铁合金振膜31、吸声空腔1和磁性基体32共同形成空气弹簧K₁，同时磁性基体32对铁合金振膜31具有磁力吸附作用，可视为磁力弹簧-K₂，两种弹簧在吸声振动中起到相反的作用，即一个是具有正刚度的空气弹簧K₁，一个是具有负刚度的磁力弹簧-K₂；该磁力吸声方法是通过负刚度的磁力弹簧-K₂来减弱空腔中空气弹簧K₁的正刚度作用，以实现在同一空腔深度下更低频的吸声效果。

需要说明的是，铁合金振膜31的材料，仅用于进行示例性说明，而不能理解为对本申请技术方案的限制。同时，磁性基体32的加磁方式，只要满足前述吸声共同体的功能需要均在本申请请求保护的范围内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磁力负刚度吸声装置，其特征在于，包括基体和振膜，所述基体为中空的壳体，所述壳体的上部敞口，所述振膜覆设在所述壳体的开口处，所述振膜和基体围成吸声空腔；所述振膜和基体之间设有吸力结构。

2.如权利要求1所述的磁力负刚度吸声装置，其特征在于，所述吸力结构为铁片和磁棒，所述铁片覆贴在所述振膜的表面，所述磁棒设置在所述基体的底部，所述铁片和磁棒相互吸引。

3.如权利要求2所述的磁力负刚度吸声装置，其特征在于，所述振膜上分布有多个所述铁片，所述基体的底部设有多个所述磁棒。

4.如权利要求3所述的磁力负刚度吸声装置，其特征在于，所述铁片的形状为矩形、六角形、椭圆形或者不规则形状；所述磁棒为圆柱体或不规则的结构。

5.如权利要求1所述的磁力负刚度吸声装置，其特征在于，所述吸力结构为两个磁铁，一个所述磁铁设于所述振膜的表面，且所述磁铁的N极或S极朝下；另一个所述磁铁设于所述基体的底部，该磁铁的S极或N极朝上，两个所述磁铁相互吸引。

6.如权利要求1所述的磁力负刚度吸声装置，其特征在于，所述吸力结构为铁合金和磁性材料，所述振膜镀有所述铁合金，形成铁合金振膜，所述基体添加有所述磁性材料，形成磁性基体，所述铁合金振膜和磁性基体相互吸引。

7.如权利要求1-6任一项所述的磁力负刚度吸声装置，其特征在于，所述壳体的开口边缘包覆于所述振膜的周边，形成可靠的连接。

8.一种磁力负刚度吸声方法，其特征在于，设置有基体和振膜，所述基体设置为上部开口的中空壳体，所述振膜覆设在所述壳体的开口处，所述振膜和基体围成吸声空腔，所述振膜、基体和吸声空腔共同形成具有正刚度的空气弹簧；所述振膜和基体之间设有吸力结构，所述吸力结构形成具有负刚度的磁力弹簧，通过磁力弹簧的负刚度来减弱空气弹簧的正刚度。