[發明專利]頻率離散主動面板的低頻吸聲和軟邊界效應

有效

• 申請號: 201911416118.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111402852B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 沈平;董鎮;張曉男;潘杰;麥浩堯;馬冠聰
• 申請（專利權）人: 香港科技大學;香港浸會大學
• 主分類號: G10K11/178
• 分類號: G10K11/178
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 張娜;顧麗波

提供了一種主動聲音屏障和使用主動聲音元素的聲音衰減方法。主動聲屏障在邊界位置處或邊界位置附近具有至少一個被動吸聲器。麥克風向分頻模塊提供輸出，在該分頻模塊中，對多個頻率進行濾波，以在各自的頻率處提供與所述接收換能器輸出的頻率段相對應的輸出。主動驅動電路以所述頻率中的相應頻率來驅動多個揚聲器或輸出換能器，并且所述揚聲器或輸出換能器的至少一個子集處于或靠近所述屏障。所述揚聲器或輸出換能器與所述被動吸聲器協作，以減小寬頻帶上的噪聲，并實現可電切換的軟邊界。

技術領域

本公開涉及聲吸收和主動降噪(ANR)。更具體地，本公開涉及用主動壁板的主動吸聲板和軟邊界。

背景技術

聲音在空氣中以絕熱形式傳播，且幾乎不會消散。通常，在吸聲材料中，消散主要通過粘性邊界層內的相對運動以及通過破壞聲音傳播的絕熱特性的固體的熱傳導而集中在固體-空氣界面處。聲音/噪聲消散的這種基本性質決定了大多數常規的吸聲材料在結構上是多孔的，例如聲學海綿、礦物棉或玻璃棉，其具有大的表面體積比，使得消散系數可能較大。總吸收取決于消散系數與能量密度的乘積；因此，在過去的十年期間，使用聲學超材料來吸收聲音的興趣激增。這是因為聲學超材料的許多新穎性能是由局部諧振引起的，局部諧振會導致較大的能量密度，從而導致有效的能量消散。尤其是，聲學超材料可以在低頻下以極薄的樣品厚度進行吸收，這是傳統吸收材料無法實現的壯舉。

傳統的多孔吸收材料和聲學超材料吸收材料都具有缺點。傳統的吸收材料具有固定的吸收譜，其只能通過改變樣品的厚度進行調整，而聲學超材料由于導致聲學超材料的奇異性能的局部諧振而存在固有的窄頻帶的問題。例如，雖然聲學超材料可以在低頻下以非常薄的樣品厚度完美吸收，但吸收峰本來就非常窄；即，僅在特定的設計頻率下才能獲得良好的吸收。這與在大多數應用中通常需要寬頻吸收這一事實相矛盾。

對于傳統的吸收材料，低頻總存在問題，因為需要大體積的樣品來進行高吸收，這在許多應用中是不切實際的。

發明內容

在屏障處提供主動聲屏障，其中屏障包括限定的邊界位置。在邊界位置處或邊界位置附近設置至少一個被動吸聲器。麥克風或聲音接收換能器向分頻模塊提供接收換能器輸出，其中分頻模塊包括對多個頻率進行濾波的濾波器電路。濾波器電路提供與在各個頻率處的接收換能器輸出的頻率段相對應的輸出，并且主動驅動電路輸出在各個頻率處的接收所述輸出。多個揚聲器或致動器和輸出換能器從主動驅動電路接收驅動信號，以在各個頻率上提供主動噪聲降低。輸出換能器的至少一個子集在屏障處或屏障附近。多個揚聲器或輸出換能器與被動吸聲器配合使用，以減少寬頻噪聲并實現可電切換的軟邊界。

附圖說明

圖1為示出了響應入射聲波的具有離散運動段的主動壁板的示意圖。

圖2A至圖2E是示出了基于法布里-珀羅諧振器的被動吸聲器的圖。圖2A為示出了被動吸聲器的示意圖。圖2B為圖2A中示出的消聲器的對應照片。圖2C為圖2A和圖2B的吸聲器上方沒有聲學海綿的表面阻抗曲線的圖示。圖2D和圖2E為示出了在反諧振頻率(其為位于兩個FP通道的諧振頻率之間的頻率，如圖2D中的左和右陰影正方形表示的)處的漸逝波橫向壓力差的完整波形模擬的壓力圖。

圖3為示出了用COMSOL模擬軟件的模擬幾何的示意圖。

圖4為示出了響應于任意遠場平面波源在遠場表面時域中的壓力調制的COMSOL結果的曲線圖，其中主動壁的振幅的改變通過可調整運動段的平均面積幅度的值K來調整。

圖5為示出了當將三個內插單頻分量添加到入射波中時反射波的頻域分量的COMSOL結果的曲線圖。

圖6A至圖6E為示出了主動面板表面附近的橫向氣壓梯度的COMSOL模擬結果。圖6A至圖6D為示出了的壓力梯度的譜圖。圖6E為針對產生圖6A和圖6B的壓力梯度的面板的頻率響應的圖示。

圖7A和圖7B為示出了輸入和輸出信號的模擬時間序列的L-C電路的示意圖(圖7A)和曲線圖(圖7B)。