发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种具有多个共振峰且具有宽阻尼频率的并列式赫姆霍兹共鸣器；本发明的第二目的在于提供上述赫姆霍兹共鸣器的工作方法。

技术方案：本发明所述的一种可自动切换的并列式赫姆霍兹共鸣器，包括主管道，还包括与主管道连接并用于采集声学信号的控制系统、设置在控制系统一侧与主管道连接并用于消声的消声组件以及设置在消声组件外与控制系统信号连接并用于控制消声组件沿主管道移动的齿轮齿板传动系统；所述的消声组件由若干赫姆霍兹工作器并列设置组成，所述赫姆霍兹工作器包括共振腔以及与用于与主管道连接的颈部，所述主管道上设置有与颈部对应连接的消声孔；所述赫姆霍兹工作器的共振腔内设有用于调节阻尼频率的刚性挡板。

上述阻尼频率随刚性挡板数量的增多而增大。其中，所述刚性挡板沿共振腔内横向设置并将共振腔等分，等分的目的相当于增加了赫姆霍兹工作器的数量，进而提高了消声性能；刚性挡板上设有与颈部对正的通孔，所述通孔的直径与颈部的直径一致，设置直径一致可以保证主管道内的切线流进入共振腔后仍保持初始的运动状态，减少因外界环境变化造成的测试误差。所述刚性挡板的厚度为颈部高度的三分之一至三分之二，优选为二分之一，采用较厚的刚性挡板可以对共振腔的内部体积进行调控。

上述的齿轮齿板传动系统包括齿轮转动轴杆、齿轮、齿板以及移动卡槽，所述的移动卡槽固定在主管道外表面，所述的齿板置于移动卡槽内，齿板的一端与赫姆霍兹工作器的颈部固定连接，齿板的一侧设有齿轮转动轴杆，所述的齿轮转动轴杆端部设有齿轮，所述齿轮与齿板上的齿板齿相互啮合。

上述的控制系统包括声学传感器、信号处理器、步进电机控制器和步进电机；所述声学传感器嵌入主管道的内壁上，述声学传感器的信号输出端与信号处理器的信号输入端连接；所述信号处理器的信号输出端与步进电机控制器的信号输入端连接；所述步进电机控制器的信号输出端与步进电机信号输入端连接，所述步进电机的信号输出端与齿轮转动轴杆连接。

上述的声学传感器与主管道连接的地方设有用于密封固定的密封圈。

本发明还保护一种可自动切换的并列式赫姆霍兹共鸣器的工作方法，包括以下步骤：

步骤一、声学传感器采集主管道内的切线流速度大小，形成声学信号，并将声学信号发送给信号处理器；

步骤二、信号处理器将声学信号转化为电信号，并将电信号发送给步进电机控制器；

步骤三、步进电机控制器根据电信号控制步进电机转动，步进电机通过齿轮轴杆带动齿轮转动，齿轮与齿板的齿板齿作用从而带动齿板移动，通过改变消声组件与主管道的相对位置，以针对不同阻尼频率进行消声。

进一步的，所述步骤三中，阻尼频率范围是0～500Hz。

进一步的，所述步骤三中，步进电机控制器根据电信号控制步进电机转动的具体方法为：若当前电信号的大小大于前次电信号的大小，步进电机控制器根据电信号的变化控制步进电机正转；反之则反转。

进一步的，所述步骤二中，信号处理器将声学信号转化为电信号，详细的步骤如下：首先，将步骤一中获取的声学信号进行傅立叶变换，形成频域信号；然后再所述频域信号中提取主要噪声频率，从而形成所需要的电信号。

工作原理：赫姆霍兹工作器的阻尼频率公式为：式中，c是声速，V是共振腔体积，L_eff是颈部的有效长度，S是颈部的截面积。根据公式可知，影响阻尼频率的因素有共振腔体积、颈部的有效长度和截面积等，且不同的共振频率对应着各自不同的传递损失。本发明中将多个赫姆霍兹工作器并列设置，在齿轮传动系统的控制下，可以根据实际的噪声环境选择不同的赫姆霍兹工作器进行消声，在赫姆霍兹工作器中设置的刚性挡板将共振腔的内部体积重新划分，并形成了可以与共振腔协同产生传递损失的膨胀腔，膨胀腔的传递损失为：其中，m为膨胀比，S为腔体横截面积，k为常系数，l为腔体的高度，单独的赫姆霍兹共鸣器的传递损失全部来自共振腔，带中间开孔的挡板的赫姆霍兹共鸣器的传递损失除了来自赫姆霍兹共鸣器本身，还包括因为共鸣腔内加了挡板所形成的膨胀腔所带来的额外传递损失，因此可以产生多个共振峰以拓宽消声频带，增大消声效果。而且随着刚性挡板数量的增加，共振腔内的体积变化较大，不同传递损失峰值也不断变化，进而可以提高调节的阻尼频率。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著优点：本发明通过信号处理器对声学信号进行采集处理，变成电信号，步进电机控制器接受电信号，从而调节步进电机的正反转，以切换并列设置的多个赫姆霍兹共鸣器，以便达到需要的共振频率。本发明通过齿轮的转动从而移动并列式赫姆霍兹共鸣器，不但大幅提高了消声效果，产生了多个传递损失峰值，而且扩充了可以用于消声的工作频率范围，以达到最优的消声效果。