基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构及调频方法技术

本发明专利技术涉及基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构及调频方法，连续可调频通风隔声结构基于Fano共振原理，通过螺旋通道和中空通道声波的耦合，能够对声波的传播实现高效阻隔。结构包括通风隔声单元、调频机构、数据采集分析系统和控制驱动系统；通风隔声单元包括带有螺旋叶片的空心管和带有螺纹通孔的立方体基座，调频机构将匹配的螺旋叶片旋入立方体基座的螺纹通孔中，旋进的深度越大，隔离声波的频率越低；数据采集分析系统完成噪声频率的确定，将数据传输给控制驱动系统，驱动电机带动调频机构工作，调频机构带动螺旋叶片旋进和旋出，实现隔声频率的连续调节。本发明专利技术具有调频简单，通风隔声效果好、厚度薄等优点，在建筑声学中有很大的应用潜力。学中有很大的应用潜力。学中有很大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构及调频方法


[0001]本专利技术涉及噪声治理设备
，尤其涉及一种能够针对外界环境噪声实时调整内部结构从而改变隔声频率的通风隔声结构，具体是一种基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构及调频方法。

技术介绍

[0002]隔声和通风是一对矛盾，隔声要求材料密度大，结构密实无缝，对于低频隔声，更是要求结构厚重，而通风散热又会导致噪声几乎全部泄漏，基于质量密度定律的传统材料无法同时实现隔声和通风。近年来，声学超材料以其独特的声学性质受到学界的广泛关注，也为通风隔声设备的研发提供新的思路。
[0003]声学超材料是一种人工设计的亚波长尺寸结构，可以有效对声波进行调控，实现传统材料无法实现的功能。应用声学超材料进行通风隔声一般有两个原理，一是在通风管路旁设置共振腔，例如亥姆霍兹共鸣器，当声波的频率与亥姆霍兹共鸣器的共振频率吻合时，声波的能量被消耗，结构的透射声能减弱，达到隔声的目的，但其隔声频率范围较窄，并且通风面积有限。另一种是在通风管路旁设计并行的盘绕路径声波通道，声波通过盘绕路径时会产生离散态波，而通过通风管道波形不变，为连续态波，两种波形耦合实现Fano共振，声波线型为非对称的Fano线型，在结构共振频率处声波被反射，而空气可经由两个通道传播，从而实现高效的通风隔声，通风面积可达60％。
[0004]然而，这些通风隔声结构一旦制成，通常无法改变，这就导致了降噪频率是固定不变的，无法适应复杂多变的噪声环境，若希望改变降噪频率，则必须重新进行结构设计和重新组装，所以灵活性低，无法满足多种场景下的实际应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，将基于Fano共振原理的声学超材料与主动控制技术相结合，构建具有噪声识别、主动进行结构调整、实时调节隔声频率功能的自适应通风隔声结构，具体是一种基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构及调频方法。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构，包括通风隔声墙、调频机构、数据采集分析系统以及控制驱动系统；
[0008]所述通风隔声墙由多个通风隔声单元连接而成，其中通风隔声单元包括立方体基座、空心管和螺旋叶片，所述螺旋叶片固定连接在空心管的外壁上，所述立方体基座中部设有通孔，所述通孔内壁上分布有与螺旋叶片配合的螺纹，所述螺旋叶片能旋入和旋出通孔，由空心管的外壁、螺旋叶片和立方体基座上的通孔壁围成螺旋通道，声波和气流从空心管和螺旋通道进出；
[0009]所述调频机构包括若干个齿轮和若干个同步带，每个齿轮均固定连接在空心管的
端部外侧，同步带为齿形带，每个同步带的带齿都与两个相邻的齿轮啮合；
[0010]所述数据采集分析系统包括麦克风和微处理器，所述麦克风固定连接在通风隔声墙受声面，所述微处理器固定连接在电机齿轮基座上；
[0011]所述控制驱动系统包括电机齿轮基座、电机、电机齿轮、第一同步带和控制器，所述电机齿轮基座固定连接在通风隔声墙上，所述电机和控制器均固定连接在电机齿轮基座上，电机的输出轴与电机齿轮连接，所述电机齿轮通过第一同步带与空心管上的齿轮连接；
[0012]所述麦克风与微处理器连接，所述微处理器与控制器连接，所述控制器与电机连接。
[0013]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述数据采集分析系统还包括角度传感器，所述电机的输出轴通过联轴器与电机齿轮连接，所述电机齿轮中心的轴的端部固定连接有角度传感器，所述角度传感器与微处理器连接，所述角度传感器用于检测电机齿轮的转角数据并发送转角数据给微处理器。
[0014]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述麦克风用于采集外界环境的噪声；所述微处理器用于接收麦克风采集到的噪声并进行分析与计算，微处理器用于将分析与计算出的噪声频率中的主频发送至控制器；所述控制器用于接收微处理器发送的数据，并通过控制方程将主频值转换为电机齿轮转过的角度进而驱动电机转动；所述电机用于带动第一同步带转动进而带动调频机构中所有同步带一起转动，最终带动螺旋叶片转动，使螺旋叶片旋入或旋出立方体基座，从而调节隔声频率。
[0015]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述通孔为圆柱形。
[0016]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述空心管和螺旋叶片的厚度均大于2mm。
[0017]为实现上述技术目的，本专利技术采取的另一个技术方案为：
[0018]一种基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构的调频方法，包括以下步骤：
[0019](1)在控制器内，预先对初始的螺旋叶片旋入深度t0以及对应的共振频率f0和电机齿轮转过的角度θ0进行赋值，其中初始的螺旋叶片旋入深度t0为螺旋叶片旋入立方体基座内的最大深度；
[0020](2)麦克风实时采集外界环境的噪声，麦克风将采集到的数据发送给微处理器；
[0021](3)微处理器采用FFT变换方法分析噪声频率并提取噪声频率中的主频f1，判断主频f1是否在结构降噪频率范围内，若不在结束程序；否则，微处理器将主频f1发送至控制器；
[0022](4)控制器将主频f1的值作为隔声频率代入控制方程内，计算得到电机齿轮转过的角度θ1，若Δθ＝θ1‑
θ0≥0，则控制器控制电机正转Δθ角，若Δθ＝θ1‑
θ0＜0，则控制器控制电机反转Δθ角，电机执行完指令后，控制器重新赋值，即将θ0＝θ1，f0＝f1；循环执行步骤(2)至步骤(4)；
[0023](5)当控制器发出终止程序命令时，控制器控制电机转动到初始位置。
[0024]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述控制方程为：
[0025][0026]其中，θ表示电机齿轮转过的角度，i
12
表示第一同步带的传动比，c0表示空气中的声速，β表示立方体基座的螺纹通孔的螺旋升角，P表示螺旋叶片的螺距，f表示隔声频率。
[0027]本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术提出的基于Fano共振原理的连续可调频通风隔声结构包括若干个通风隔声单元，通风隔声单元含有螺旋通道和通孔构成的中空通道，双通道中的声波在某些特定频率下相互耦合发生Fano共振实现隔声，而双通道中的空气自由流通保证了良好的通风性能。调频机构将匹配的螺旋叶片旋拧进相应的螺纹中，调节螺旋形声波通道的长度，改变隔声频率，螺旋叶片旋入深度越大，声波盘绕的路径越长，隔声频率越低；且螺旋叶片旋入和旋出的过程是连续，意味着隔声频率连续可调。由通风隔声单元构成的连续可调频通风隔声结构具有安装方便，调频方法简单，通风隔声效果好、厚度薄、轻质且强度高等优点，在建筑声学中有很大的应用潜力。
附图说明
[0029]图1是本专利技术基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构(背声面)示意图。
[0030]图2是本专利技术基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构(受声面)示意图。
[0031]图3是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构，其特征在于：包括通风隔声墙、调频机构、数据采集分析系统以及控制驱动系统；所述通风隔声墙由多个通风隔声单元连接而成，其中通风隔声单元包括立方体基座、空心管和螺旋叶片，所述螺旋叶片固定连接在空心管的外壁上，所述立方体基座中部设有通孔，所述通孔内壁上分布有与螺旋叶片配合的螺纹，所述螺旋叶片能旋入和旋出通孔，由空心管的外壁、螺旋叶片和立方体基座上的通孔壁围成螺旋通道，声波和气流从空心管和螺旋通道进出；所述调频机构包括若干个齿轮和若干个同步带，每个齿轮均固定连接在空心管的端部外侧，同步带为齿形带，每个同步带的带齿与两个相邻的齿轮啮合；所述数据采集分析系统包括麦克风和微处理器，所述麦克风固定连接在通风隔声墙受声面，所述微处理器固定连接在电机齿轮基座上；所述控制驱动系统包括电机齿轮基座、电机、电机齿轮、第一同步带和控制器，所述电机齿轮基座固定连接在通风隔声墙上，所述电机和控制器均固定连接在电机齿轮基座上，电机的输出轴与电机齿轮连接，所述电机齿轮通过第一同步带与空心管上的齿轮连接；所述麦克风与微处理器连接，所述微处理器与控制器连接，所述控制器与电机连接。2.根据权利要求1所述的基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构，其特征在于：所述数据采集分析系统还包括角度传感器，所述电机的输出轴通过联轴器与电机齿轮连接，所述电机齿轮中心的轴的端部固定连接有角度传感器，所述角度传感器与微处理器连接，所述角度传感器用于检测电机齿轮的转角数据并发送转角数据给微处理器。3.根据权利要求1所述的基于Fano共振的连续可调频通风隔声结构，其特征在于：所述麦克风用于采集外界环境的噪声；所述微处理器用于接收麦克风采集到的噪声并进行分析与计算，微处理器用于将分析与计算出的噪声频率中的主频发送至控制器；所述控制器用于接收微处理器发送的数据，并通过控制方程将主频值转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓莉，王俪静，缑斌丽，郁毛林，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：