利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法技术

本发明专利技术涉及一种利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法，步骤一、制作不同规格的谐振腔模型；步骤二、将第一检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，将第二检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试；步骤三、利用COMSOL软件进行谐振腔吸声的理论模拟，直至COMSOL软件拟合的理论数据与步骤二的实验数据基本一致；步骤四、利用COMSOL软件，继续采用控制变量法进行谐振腔吸声的拓展模拟，并最终确定膜厚、直径对吸声效果的影响曲线。这种可调参数的薄膜型谐振腔，通过改变模型的尺寸和弹性膜的厚度来调节峰值的吸收频率和吸收系数，结合COMSOL软件进行理论模拟，将以最小的空间、材料和最低的成本实现特定频率的特异性吸收。

Research method of low frequency noise processing based on COMSOL and resonator model

The invention relates to a research method of low frequency noise processing using COMSOL harmonic cavity model. Step 1, making different specifications of the resonant cavity model. Step two, the first detection group is put into the B&K type 4206 impedance tube for sound insulation measurement, and the second detection group is put into the B&K type 4206 impedance tube for sound insulation measurement. Step three, using the COMSOL software to simulate the sound absorption of the resonant cavity, until the theoretical data of the COMSOL software fitting is basically consistent with the experimental data of step two. Step four, using the COMSOL software, we continue to use the control variable method to carry out the expansion simulation of the sound absorption of the resonator, and finally determine the effect of the film thickness and diameter on the sound absorption effect. The influence curve. This tunable film resonator can adjust the absorption frequency and absorption coefficient of the peak by changing the size of the model and the thickness of the elastic film. The specific absorption of the specific frequency will be realized with the minimum space, material and the lowest cost by combining the theoretical simulation with the COMSOL software.

【技术实现步骤摘要】
利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法
本专利技术低频噪音处理
，具体涉及一种利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法。
技术介绍
噪音消除在我们的日常生活中起着重要的作用，特别是对于低频噪声(在50到500Hz之间)。由于其穿透力高，目前实现低频噪声的有效吸收仍是一项非常艰巨的工作。吸声的常规材料，例如砖、混凝土墙，可以对中高音频频率提供噪声衰减。然而，完全吸收约300Hz的噪音需要其近半米的厚度。随着新材料的吸声性能的发展，例如多孔纤维材料、带孔或微孔的多孔板，其表面背后具有一定深度调谐腔，所需的材料厚度降低到四分之一波长，能够实现可观的吸收。但随着几何尺寸变小，常会导致与入射波不完美的阻抗匹配。膜谐振器，是一种未来被寄予厚望能够实现低频噪音吸收的结构。各种形式的膜谐振器已经被证明能够通过杂交共振来实现亚波长的完美吸收，但是目前的膜谐振器都是利用膜上贴硬币来制造区别弹性模的杂化本征态。我们在实验中发现，仅仅依靠弹性模的吸收器也可以达到低频的完美吸收，我们希望沿用将弹性薄膜固定在内空的柱形刚性框架的谐振腔模式。这种模式下的模型几何形状简单，易于大规模生产应用，参数变量少，易于利用控制变量法来研究它和吸声频率的关系，从而为低频噪音环境治理提供一种全新的研究方法。
技术实现思路
为此，本专利技术旨在提供一种利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法，包括以下步骤：步骤一、制作不同规格的谐振腔模型；谐振腔模型包括谐振腔体和谐振腔盖，谐振腔体采用PLA材料3D打印机制成，谐振腔体为一端敞开的中空圆柱体，所述谐振腔盖采用均匀拉伸的弹性薄膜制成，谐振腔盖正好盖在谐振腔体敞口端并采用硅胶固定，从而围成一个封闭谐振腔模型；谐振腔模型的三个参数为高度h、直径d、膜厚a；谐振腔模型的高度h、直径d固定不变，膜厚a分别选取0.2mm、0.3mm和0.4mm，制作三个不同膜厚的第一检测组；谐振腔模型的高度h、膜厚a固定不变，直径d分别选取6cm、9cm，制作两个不同直径的第二检测组；步骤二、将第一检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第一组实验数据，以分析膜厚对吸声效果的影响；将第二检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第二组实验数据，以分析直径对吸声效果的影响；步骤三、利用COMSOL软件进行谐振腔吸声的理论模拟，包括：(1)根据谐振腔体的结构参数建立谐振腔体的3D仿真模型；(2)对所述3D仿真模型赋予材料特性；(3)对所述3D仿真模型进行网格划分；(4)将步骤二中的实验数据与COMSOL软件拟合的理论数据进行比较,判断理论数据与实验数据是否一致，若是，则将该3D仿真模型对应的参数作为谐振腔体的设计参数并跳至步骤四；若否，则调整所述3D仿真模型的参数并重复步骤三，直至COMSOL软件拟合的理论数据与步骤二的实验数据基本一致；步骤四、利用COMSOL软件，继续采用控制变量法进行谐振腔吸声的拓展模拟：将谐振腔模型的高度固定在6cm，将膜厚a的范围扩大至0.2mm～1mm，且由小到大每次增加0.1mm，将直径d的范围扩大至4cm～13cm，且由小到大每次增加1cm进行模拟，并最终确定膜厚、直径对吸声效果的影响曲线。本专利技术的有益效果是：这种可调参数的薄膜型谐振腔，它由开放的谐振腔和薄膜构成，通过改变模型的尺寸和弹性膜的厚度来调节峰值的吸收频率和吸收系数。结合COMSOL软件进行理论模拟，其实验数据与理论基本完全吻合，将以最小的空间、材料和最低的成本实现特定频率的特异性吸收。附图说明图1是谐振腔模型的结构示意图。图2是固定高度和直径下，三种不同膜厚下，吸声系数A与相应频率f的关系曲线。图3是固定高度和膜厚下，两种不同直径下，吸声系数A与相应频率f的关系曲线。图4是0.2mm～1mm膜厚范围的吸声系数A与相应频率f的关系曲线。图5是0.2mm～1mm膜厚范围的频率带宽与膜厚的函数关系曲线。图6是0.2mm～1mm膜厚范围的吸收峰频率与膜厚的函数关系曲线。图7是4～13cm直径范围的吸声系数A与相应频率f的关系曲线。图8是4～13cm直径范围的频率带宽与直径的函数关系曲线。图9是～13cm直径范围的吸收峰频率与直径的函数关系曲线。图10是膜厚实验和模拟结果为0.4mm，在314Hz附近达到完美的吸收示意图。图11是膜厚实验和模拟结果为0.8mm，在199Hz附近达到完美的吸收示意图。具体实施方式下面通过实施例并结合附图，对本专利技术作进一步说明：一种利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、制作不同规格的谐振腔模型；如图1所示，谐振腔模型由谐振腔体和谐振腔盖两部分组成。谐振腔体采用PLA材料3D打印机制成，谐振腔体为一端敞开的中空圆柱体。谐振腔盖采用均匀拉伸的弹性薄膜制成，谐振腔盖正好盖在谐振腔体敞口端并采用硅胶固定，从而围成一个封闭谐振腔模型。谐振腔模型的三个参数为高度h、直径d、膜厚a。为了采用控制变量法进行谐振腔模型的实验，需要制作不同规格的谐振腔模型。在谐振腔模型的高度h、直径d、膜厚a三个结构尺寸参数中，高度h对吸声效果的影响几乎可以忽略不计，并且在实际应用中谐振腔模型的高度h受空间限制，因此不进行谐振腔模型的高度h的吸声实验，只进行直径d、膜厚a对噪音的吸声实验。具体为：谐振腔模型的高度h＝6cm、直径d＝6cm固定不变，膜厚a分别选取0.2mm、0.3mm和0.4mm，制作三个不同膜厚的第一检测组。另外，谐振腔模型的高度h＝6cm、膜厚a＝0.4mm固定不变，直径d分别选取6cm、9cm，制作两个不同直径的第二检测组。步骤二、将第一检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第一组实验数据，以分析膜厚对吸声效果的影响。如图2中实线所示：随着膜厚增加，最佳吸声峰频率显著降低，吸声系数增加，频带宽度降低。将第二检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第二组实验数据，以分析直径对吸声效果的影响。如图3中实线所示：随着直径增加，最佳吸声峰频率略有降低，吸声系数略有增加，频带宽度明显增加。所述步骤二中，最好利用双麦克风获得第一组、第二组实验数据。步骤三、利用COMSOL软件进行谐振腔吸声的理论模拟，包括：(1)根据谐振腔体的结构参数建立谐振腔体的3D仿真模型；(2)对所述3D仿真模型赋予材料特性；(3)对所述3D仿真模型进行网格划分；(4)将步骤二中的实验数据与COMSOL软件拟合的理论数据进行比较,判断理论数据与实验数据是否一致，若是，则将该3D仿真模型对应的参数作为谐振腔体的设计参数并跳至步骤四；若否，则调整所述3D仿真模型的参数并重复步骤三，直至COMSOL软件拟合的理论数据与步骤二的实验数据基本一致。COMSOL软件计算的理论数据特性如图2中虚线所示：随着膜厚增加，最佳吸声峰频率明显降低，吸声系数和频带基本不变。理论数据与实验数据基本一致，从而我们得出结论：在其它参数固定的情况下，完全吸声峰频率随着膜厚的增加而减小，与膜厚成反比。COMSOL软件计算的理论数据特性如图3中虚线所示：随着直径增加，最佳吸声峰频率降低，频带宽度明显增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、制作不同规格的谐振腔模型；谐振腔模型包括谐振腔体和谐振腔盖，谐振腔体采用PLA材料3D打印机制成，谐振腔体为一端敞开的中空圆柱体，所述谐振腔盖采用均匀拉伸的弹性薄膜制成，谐振腔盖正好盖在谐振腔体敞口端并采用硅胶固定，从而围成一个封闭谐振腔模型；谐振腔模型的三个参数为高度h、直径d、膜厚a；谐振腔模型的高度h、直径d固定不变，膜厚a分别选取0.2mm、0.3mm和0.4mm，制作三个不同膜厚的第一检测组；谐振腔模型的高度h、膜厚a固定不变，直径d分别选取6cm、9cm，制作两个不同直径的第二检测组；步骤二、将第一检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第一组实验数据，以分析膜厚对吸声效果的影响；将第二检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第二组实验数据，以分析直径对吸声效果的影响；步骤三、利用COMSOL软件进行谐振腔吸声的理论模拟，包括：(1)根据谐振腔体的结构参数建立谐振腔体的3D仿真模型；(2)对所述3D仿真模型赋予材料特性；(3)对所述3D仿真模型进行网格划分；(4)将步骤二中的实验数据与COMSOL软件拟合的理论数据进行比较,判断理论数据与实验数据是否一致，若是，则将该3D仿真模型对应的参数作为谐振腔体的设计参数并跳至步骤四；若否，则调整所述3D仿真模型的参数并重复步骤三，直至COMSOL软件拟合的理论数据与步骤二的实验数据基本一致；步骤四、利用COMSOL软件，继续采用控制变量法进行谐振腔吸声的拓展模拟：将谐振腔模型的高度固定在6cm，将膜厚a的范围扩大至0.2mm～1mm，且由小到大每次增加0.1mm，将直径d的范围扩大至4cm～13cm，且由小到大每次增加1cm进行模拟，并最终确定膜厚、直径对吸声效果的影响曲线。...

【技术特征摘要】
1.一种利用COMSOL和谐振腔模型进行低频噪音处理的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、制作不同规格的谐振腔模型；谐振腔模型包括谐振腔体和谐振腔盖，谐振腔体采用PLA材料3D打印机制成，谐振腔体为一端敞开的中空圆柱体，所述谐振腔盖采用均匀拉伸的弹性薄膜制成，谐振腔盖正好盖在谐振腔体敞口端并采用硅胶固定，从而围成一个封闭谐振腔模型；谐振腔模型的三个参数为高度h、直径d、膜厚a；谐振腔模型的高度h、直径d固定不变，膜厚a分别选取0.2mm、0.3mm和0.4mm，制作三个不同膜厚的第一检测组；谐振腔模型的高度h、膜厚a固定不变，直径d分别选取6cm、9cm，制作两个不同直径的第二检测组；步骤二、将第一检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第一组实验数据，以分析膜厚对吸声效果的影响；将第二检测组分别放入B&K型4206阻抗管进行隔声量测试，并获得第二组实验数据，以分析直径对吸声效果的影响；步骤三、利用COMSOL软件进行谐振腔吸声的理论模拟，包括：(1)根据谐振腔体的结构参数建立谐振腔体的3D仿真模型；(2)对所述3D仿真模型赋予材料特性；(3)对所述3D仿真模型进行网格划分；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘安平，黄映洲，孙晓楠，谭红兵，李鑫，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50