[发明专利]一种多级声功放大的开口式热声发生器

说明书

本发明提供一种多级声功放大的开口式热声发生器，包括：环形热声发生模块，其包括至少两个热声发生单元以及将各热声发生单元依次首尾联通形成级联环形管结构的连接管道，并且每两个相邻热声发生单元之间的连接管道的侧面均设置第一输出口；汇聚管，其包括至少两个输入通道和第二输出口；每个所述输入通道的输入端与一个所述第一输出口联通，各个所述输入通道的输出端交汇，并在交汇处设置所述第二输出口；以及开口式谐振管，包括等径管和聚声管；其中，所述第二输出口与所述开口式谐振管连接，所述环形热声发生模块的各个第一输出口的输出端阻抗、各个所述输入通道的长度和管径的取值能够使得汇聚管的交汇处形成叠加效应。本发明能够成倍数地提高输出声功。

技术领域

本发明涉及声学技术领域，具体地说，本发明涉及声学换能器技术领域。

背景技术

目前市场上的声学换能器主要是电声换能器，包括电动式换能器、电磁式换能器、电容式换能器、压电式换能器、磁致伸缩式换能器等。其中电磁式换能器、电容式换能器、压电式换能器、磁致伸缩式换能器由于其发声原理所限，均不适合做低频放音。而电动式换能器的结构简单牢固，方向性强，电声效率高，但是电动式换能器一般难以获得较大的发射声功率。

另外，当前还存在一些其它种类的声学换能器，例如流体动力式换能器、激光声源等。其中，流体动力式声源是将流体(气体或液体)的机械能转化为振动激发周围介质产生声波。目前采用的流体动力式声源有振腔哨(哈特曼声波发生器)、帕尔曼声波发生器、超声旋笛、簧片哨以及单孔或多孔喷注旋转阀等等。在石油开采工业中哈特曼声波发生器激发的超声波在解堵中应用广泛。此类流体动力式换能器的工作频率几乎都落在千赫兹频段，未见低频研究的报道。该类换能器都是使用流体射流作为动力源来激发声波，在流体发声过程中，流场与声场耦合在一起，其技术尚不成熟。

另一方面，在制冷和发电技术领域中存在一种基于热致声效应的热声系统。热致声效应是指可压缩性气体在处于声场中距离固体边界渗透深度层内经历压缩、加热、膨胀和放热的热力学循环，将热能转化为声音。早在1850年，Sondhauss发现：一端封闭的玻璃球连接一端开口的中空玻璃管，在封闭端加热就可以发出声音。1962年，美国新墨西哥大学的Carter和他的学生Feldman在Sondhauss管中加入回热器，大大加强了管内的热声效应，研制出世界上第一台有显著声功输出的热声系统。从提高热声转化效率、增大声功和工程化应用的角度考虑，各国热声学者开展了广泛的热声热机研究，提出了多种创新性的封闭声学结构，发展了驻波型、行波型和级联型热声热机，以达到热声技术逐步工程化的目的。目前，主要应用方向是在封闭高压的热声系统内实现热声转化，并利用声波(机械波)实现混合气体分离、制冷和发电。

2010年，Slaton研制出一台开口式驻波热声系统，该系统仅包括开口赫姆霍兹谐振管、板叠以及冷热端换热器，结构简单，谐振频率依据谐振管长度的不同从9Hz到16Hz可调。该驻波热声发生器在输入热量为275W的条件下，能将声波直接向大气空间输出，出口声压级为81dB。Slaton期待此类开口式热声系统在大幅度提高声压级后，作为一种热声形式的声学换能器，在低频声源研究等方面得到应用。该驻波热声发生器的工作过程大致分为二步：将热能通过热声效应的物理机制，带动气体介质振动产生声波，同时向外辐射。