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1、(10)申请公布号 CN 104078037 A (43)申请公布日 2014.10.01 CN 104078037 A (21)申请号 201410336063.4 (22)申请日 2014.07.11 G10K 11/172(2006.01) (71)申请人 南京大学 地址 210093 江苏省南京市汉口路 22 号 (72)发明人 井瑞祥 陶建成 邱小军 (54) 发明名称 低频双共振吸声结构及其设计方法 (57) 摘要 本发明提出了一种低频双共振吸声结构及其 设计方法， 该结构包括扬声器单元及封闭背腔、 负 电阻、 电容和电感。该结构的设计方法包括以下 步骤 ： (1) 测量扬声器单元。
2、 TS 参数 ； (2) 串联负电 阻、 电容， 调整第一个吸声峰值的位置 ； (3) 串联 电感， 调整第二个吸声峰值的位置 ； (4) 微调两个 吸声峰值的位置。 该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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104078037 A CN 104078037 A 1/1 页 2 1. 一种低频双共振的吸声结构， 其特征在于， 由扬声器单元及封闭背腔， 负电 阻 -RE。
3、， 电容 Cp和电感 Lp构成 ； 所述的负电阻， 电容和电感串联构成分流电路 后并联在扬声器单元两端。 2. 如权利要求 1 中所述结构的设计方法， 其特征在于包括以下步骤 ： (1) 测量扬声器单元的 TS 参数 ； (2) 在扬声器两端并联负电阻 -RE以及电容 Cp， 其中 RE为扬声器单元的直流 电阻， 调节电容 Cp取值， 使第一个吸声峰值出现在设计的频率较低的共振频率处 ； (3) 在电路中串联电感 Lp， 调节电感 Lp取值， 使第二个吸声峰值出现在设计的频 率较高的共振频率处 ； (4) 反复微调电容 Cp和电感 Lp， 确保吸声系数两个峰值同时出现在设计的两个共 振频率处。。
4、 3. 如权利要求 2 所述设计方法中调节第一个吸声峰值出现的频率的方法， 其特征在 于， 当第一个吸声峰值出现的频率高于设计的频率较低的共振频率时， 增大电容Cp ； 当第 一个吸声峰值出现的频率低于设计的频率较低的共振频率时， 减小电容 Cp。 4. 如权利要求 2 所述设计方法中调节第二个吸声峰值出现的频率的方法， 其特征在 于， 当第二个吸声峰值出现的频率高于设计的频率较高的共振频率时， 增大电感Lp ； 当第 二个吸声峰值出现的频率低于设计的频率较高的共振频率时， 减小电感 Lp。 5. 如权利要求 2 所述设计方法中微调两个吸声峰值频率的方法， 其特征在于， 先根据 权利要求 3 。
5、所述方法调整电容 Cp， 同时改变两个吸声峰值出现的频率 ； 再根据权利要求 4 所述方法调整电感 Lp， 改变第二个吸声峰值出现的频率并对第一个吸声峰值频率做微 调。 权 利 要 求 书 CN 104078037 A 2 1/3 页 3 低频双共振吸声结构及其设计方法 一、 技术领域 0001 本发明涉及吸声结构的设计方法， 尤其是涉及一种适用于低频的双共振吸声结构 及其设计方法。 二、 背景技术 0002 电力系统 ( 如变压器等 ) 噪声、 旋转往复型机械 ( 如风扇等 ) 噪声， 其成分以低频 噪声为主， 且能量集中在数个特定频率处， 如变压器噪声以 100Hz、 200Hz 等频率成。
6、分为主。 0003 现有的阻性吸声材料、 吸声结构， 如多孔吸声材料、 穿孔板等， 结构简单应用成本 低。但多孔吸声材料在低频处需要较大的厚度才能实现较好的吸声效果。穿孔板配合空气 背腔使用， 利用共振机理吸声， 对一定带宽的噪声有着较好的吸收效果， 但频率越低， 空气 背腔的厚度也越大。 0004 中国公开专利 CN202093817 描述了一种由穿孔板、 弹簧、 共振负载板构成的复合 吸声结构， 拓展了穿孔板的低频吸声能力， 但 200Hz 以下吸声效果较差。CN102044239 描述 了一种穿孔板与共振腔组成的共振吸声结构， 通过自适应改变腔体深度， 改变低频吸声性 能， 但自适应调节。
7、设备较为复杂。 CN202268160描述了一种由穿孔板、 压电薄膜、 噪声采集器 以及自适应控制系统构成的吸声结构， 通过采集噪声信号自适应改变微穿孔板的孔径来提 高对特定噪声的吸收效果， 但需要噪声采集器与自适应控制系统。 0005 压电材料、 声电换能器等可将声能量转化成电能。 将其与分流电路结合， 将电能在 电路中转化为内能， 从而实现对声能量的吸收。 由于分流电路占用空间较小， 吸声结构的整 体厚度取决于换能器的厚度， 因此基于分流技术的吸声方法可以在较薄的尺寸内较好地改 善低频声吸收。 0006 CN101929865 描述了一种薄金属板、 压电陶瓷以及分流电路构成的吸声结构， 提。
8、高 了金属板基频处的吸声系数， 并拓展了低频吸声频带， 但不能调节基频的位置。2007 年， 澳 大利亚学者提出了用扬声器单元连接分流电路构成的共振吸声结构 (Fleming，“Control of resonant acoustic sound fi elds by electrical shunting of a loudspeaker” ， Control Systems Technology， IEEE Transactions.15(4)， 689-703， 2007) ； 2014年中国学 者利用微穿孔板和分流扬声器组成复合吸声结构 ； 但二者的研究仅针对宽频吸收， 未有对 多个特。
9、定频率的噪声进行吸收的研究。 0007 针对上述吸声结构厚度较大、 需要自适应控制系统、 无法针对多个特定频率进行 吸收等缺点， 本发明提供了一种结构简单、 可针对多个特定频率进行吸收的吸声结构。 三、 发明内容 0008 1、 发明目的 ： 本发明的目的在于提供一种低频双共振吸声结构及其设计方法。 0009 2、 技术方案 ： 为实现上述发明目的， 本发明所述的低频双共振吸声结构由扬声器 单元及封闭背腔， 负电阻 -RE， 电容 Cp和电感 Lp构成 ； 所述的负电阻， 电容和 电感串联构成分流电路后并联在扬声器单元两端， 如图 1 所示。 说 明 书 CN 104078037 A 3 2/。
10、3 页 4 0010 本发明所述的低频双共振吸声结构的设计方法， 其特征在于包括以下步骤 ： 0011 (1) 测量扬声器单元的 TS 参数。 0012 (2) 扬声器振膜与连接在振膜上的线圈等构成了一个振动系统， 在扬声器振膜处 有一定的声阻抗， 对声波有一定吸收效果。 0013 将动圈式扬声器的电学部分与力学部分折算至声学部分后类比线路图如图 2 所 示， 扬声器振膜处的等效声阻抗为 ： 0014 0015 式中 Rms为振动系统的力阻， Mms为扬声器和空气负载的机械质量， Cms为振动系统 的力顺， S 为扬声器振膜面积， 为角频率， j 为复数符号， V 为扬声器背腔体积， Cac 。
11、V/ 0c02S2为扬声器背腔声容， 0、 c0分别为空气密度与空气内声速， B 为扬声器磁隙中的磁 通量密度， l 为磁场中音圈导线长度， RE为音圈直流电阻， LE为音圈电感。 0016 开路状态下共振频率 fL、 吸声系数 如下 ： 0017 0018 0019 式中 为吸声系数， ZL为扬声器振膜处等效声阻抗， Re(ZL)、 Im(ZL) 分别为 ZL的 实部与虚部。系统在共振频率 fL处吸声系数达到最大值。 0020 在扬声器上串联由负电阻 -RE( 负电阻的实现可参考模拟电路设计教科书， 如 电 子技术基础模拟部分 第五版， 高等教育出版社， 2005)、 电容器件 Cp构成的分。
12、流电路后， 扬 声器振膜处的等效声阻抗为 ： 0021 0022 共振频率如下， 吸声系数在此处有一峰值。 0023 0024 以上需要设计和调节的是 ： 负电阻 -RE中 RE为扬声器单元音圈直流电阻 ； 参照公 式 (5)， 调节电容 Cp， 使第一个吸声峰值出现在设计的第一个共振频率处。当第一个吸声峰 值出现的频率高于设计的频率较低的共振频率时， 增大电容 Cp； 当第一个吸声峰值出现的 频率低于设计的频率较低的共振频率时， 减小电容 Cp。 0025 (3) 在分流电路中添加电感器件 Lp， 扬声器振膜处的等效声阻抗为 ： 0026 0027 在第一个吸声峰值出现的频率之后出现第二个共。
13、振频率， 吸声系数在此处有一峰 说 明 书 CN 104078037 A 4 3/3 页 5 值。 0028 0029 以上需要设计和调节的是 ： 参照公式 (7)， 调节电感 Lp使第二个吸声峰值出现在 设计的第二个共振频率处。 当第二个吸声峰值出现的频率高于设计的频率较高的共振频率 时， 增大电感 Lp； 当第二个吸声峰值出现的频率低于设计的频率较高的共振频率时， 减小电 感 Lp。 0030 (4) 由于公式 (5) 和公式 (7) 中对共振频率的计算采用了近似处理， 当电容 Cp、 电 感 Lp同时接入分流电路时， 实际操作中两个共振频率与通过公式 (5) 和公式 (7) 得到的计 算。
14、值有所偏差， 需要对电容 Cp和电感 Lp做微调， 以确保两个共振峰出现在设计的共振频率 处。 0031 对电容 Cp和电感 Lp微调的方法为 ： 先根据步骤 (2) 所述方法调整电容 Cp， 同时改 变两个吸声峰值出现的频率 ； 再根据步骤 (3) 所述方法调整电感 Lp， 改变第二个吸声峰值 出现的频率并对第一个吸声峰值频率做微调。 四、 附图说明 0032 图 1 为低频双共振吸声结构的示意图。 0033 图 2 为分流阻抗为 ZE时动圈式扬声器的电力声类比线路图。 0034 图 3 为实施例中扬声器单元未连接分流电路的吸声系数。 0035 图 4 为实施例中双共振结构的实测吸声系数。 。
15、五、 具体实施方式 0036 以某扬声器单元为基础设计分流电路为例。 经实测， 扬声器单元参数如下 ： 直流阻 抗 RE 31.1， 音圈电感为 LE 9.84mH， 扬声器磁隙中的磁通量密度 B 与磁场中音圈导线 长度 l 的乘积为 Bl 17.02T m， 振动系统的力阻 Rms 2.14kg/s、 扬声器和空气负载的机 械质量 Mms 15.95g、 振动系统的力顺 Cms 0.23mm/N、 扬声器振膜面积 S 1.510-2m2， 扬 声器背腔体积 V 5.5310-3m3。 0037 1、 扬声器单元的直流阻抗RE31.1， 故选择适当元件搭建负电阻电路(负电阻 的实现可参考模拟电。
16、路设计教科书， 如 电子技术基础模拟部分 第五版， 高等教育出版社， 2005)， 使负电阻电路的等效阻值为 -RE， 即 -31.1。 0038 2、 根据技术方案中步骤 (2)， 选择电容 Cp 23F， 串联到分流电路中， 使吸声系 数的峰值出现在 100Hz。 0039 3、 根据技术方案中步骤 (3)， 选择电感 Lp 31mH， 串联到分流电路中， 吸声系数出 现第二个峰值， 调整电感值， 使该峰值出现在 200Hz。 0040 4、 根据技术方案中步骤 (4)， 对电容 Cp、 电感 Lp做微调， 具体取值为 Cp 21F、 Lp 33mH， 此时两个峰值同时出现在 100Hz 和 200Hz 处， 如图 4 所示。 0041 测量结果 ： 0042 采用本发明提供的设计方法， 分流扬声器振膜处的吸声系数在 100Hz、 200Hz处吸 声系数大于 0.9。 说 明 书 CN 104078037 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104078037 A 6 2/2 页 7 图 4 说 明 书 附 图 CN 104078037 A 7 。