一种用于核磁共振噪声防护的吸声结构

技术领域

本发明属于声学吸声材料技术领域，更具体地，涉及一种用于核磁共振噪声防护的吸声结构。

背景技术

核磁共振作为目前重要的医学检测手段被广泛使用，但是核磁共振检查中会产生大量噪声，长时间的检查过程会对患者产生生理和心理带来严重的负面影响，因此很有必要控制这部分噪声，以降低对人体的损伤，对患者达到更好的保护效果。

目前，核磁共振的耳部直接防护较少，主要是通过传统的吸音隔音结构实现，其中吸音结构主要使用多孔吸声材料，隔音结构则主要在外部使用一些隔板弹簧。目前这些设计大多设计复杂难以实际应用，并且实用效果达不到需求，在实际应用中收效甚微，针对患者耳部的直接防护手段欠缺。现有隔声耳罩效果微弱，以至于目前医院的核磁共振检查的噪声防护依旧是仅仅往患者耳朵里塞一团棉花，或者根本不加以防护，因此直接应用于患者耳部的简单实用核磁共振的吸声防护耳罩设计就十分必要。

在已有的核磁共振系统下，噪声主要分布在一千赫兹附近的几百赫兹宽度范围内，这部分噪声含有部分中低频部分传统方式无法做到彻底的消除，因此需要针对这部分具有特殊频率的噪声做特别的防护。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于核磁共振噪声防护的吸声结构，其目的在于通过多个吸声单元在一个平面内并行排列组合成一个整体结构，利用多个吸声单元的声学耦合作用，实现在一定宽度频域下的噪声吸收，由此解决核磁共振设备运行中噪声含有部分中低频部分传统方式无法做到彻底的消除的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于核磁共振噪声防护的吸声结构，包括多个吸声单元；

所述吸声单元包括腔体和连通管；

所述连通管的一端插入所述腔体，另一端置于所述腔体外表面；所述连通管用于使所述腔体内部与外部环境连通从而形成亥姆霍兹共鸣器，所述吸声单元用于对单个频率的声音进行吸收；

多个吸声单元平行设置于同一平面内，且多个吸声单元用于吸收不同频率的声音，从而降低核磁共振机器运行中产生的噪声。

优选地，所述连通管位于所述腔体表面的中心处。

优选地，多个吸声单元的腔体通过粘接方式连接且相邻腔体之间不连通。

优选地，所述腔体为矩形空腔。

优选地，通过将多个吸声单元置于腔体外表面的连通管设置为不同长度以使每个吸声单元对不同频率声音的吸收。

优选地，多个吸声单元的腔体结构及尺寸相同。

优选地，通过将多个吸声单元连通管的半径设置为不同长度以使每个吸声单元对不同频率声音的吸收。

优选地，通过将多个吸声单元的腔体设置为不同尺寸以使每个吸声单元对不同频率声音的吸收。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提出的用于核磁共振噪声防护的吸声结构通过将多个对不同频率声音吸收的吸声单元在一个平面内并行排列组合成一个整体结构，利用多个吸声单元的声学耦合作用，实现在一定宽度频域下的噪声较高吸收。

2、本发明提出的用于核磁共振噪声防护的吸声结构，通过调节单个吸声单元的结构，即置于腔体外表面的连通管长度、连通管的半径和腔体尺寸的改变，相应计算匹配的耦合方式，以此获得不同频域的吸收，拥有非常好的调节适应性，可以根据不同的吸声需求进行独特设计相应调整。

3、本发明提出的用于核磁共振噪声防护的吸声结构不同于传统的多孔材料的热吸收耗散，可以有针对性地对核磁共振产生的噪声做到大量吸收，并且这种吸收基于共振，其噪声吸收单纯由空气本身耗散而不需要额外多孔材料的添加，结构简单便于实现。

附图说明

图1是本发明实施例中在实际核磁共振设备运行中测得的频率图；

图2是本发明用于核磁共振噪声防护的吸声结构的吸声单元结构示意图；

图3是本发明的一个实施例中4个吸声单元平行排列构成的吸声结构的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例中9个吸声单元平行排列构成的吸声结构的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例中9个吸声单元分别作用的结果示意图；

图6是本发明的一个实施例中吸声结构设置不同吸声单元数量对入射声波的吸收效果示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：2-1为连通管；2-2为腔体；3-1为吸声单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图2-4所示，本发明提出一种用于核磁共振噪声防护的吸声结构，所述吸声结构的整体结构为厘米尺度的薄层，对入射于该薄层平面的相应频率的声波有高吸收效果，不同于传统的多孔材料的热吸收耗散，这种声学超材料结构可以有针对性地对核磁共振产生的噪声做到大量吸收，并且这种吸收基于共振，其噪声吸收单纯由空气本身耗散而不需要额外多孔材料的添加，结构简单便于实现。

具体的，本发明通过多个吸声单元的设计，在一个平面内并行排列组合成一个整体，利用多个吸声单元的声学耦合作用，实现在一定宽度频域下的噪声较高吸收。进一步地，所述吸声单元3-1包括腔体2-2和连通管2-1，所述连通管2-1一端连接所述腔体2-2表面，其另一端插入所述腔体2-2内部，所述腔体2-2为除去与连通管2-1相连部分四周封闭的空心腔体，所述连通管2-1将所述腔体内部空气和外部空气连通。

更进一步的说明，单个吸声单元构成一个内插管式的亥姆霍兹共鸣器，类似于传统的吸声穿孔板，可以做到对单个频率的声音做到良好吸收，但是由于带宽狭窄无法做到宽频的良好吸收。本发明通过采用弱耦合的并联方式，使得多个共鸣器耦合作用，能够获得较宽的噪声吸收。

作为本发明的优选实施例，所述连通管设置于所述腔体表面的几何中心处，便于设计和批量生产。

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

由于本发明用于直接耳部进行核磁共振的噪声防护，受限于尺寸等因此，要求再足够小的整体结构下获得足够高的噪声吸收，因此需要对核磁共振的噪声做具体的分析，如图1所示，图1为实际在核磁共振机器运行下测试得到的噪声频谱图，噪声中心频率在大约1200赫兹，分布在几百赫兹范围内，因此只需要吸声结构能够做到对该范围内的足够吸声(95％以上)，就能够获得很好的降噪效果。

如图2所示，单个吸声单元3-1由两部分组成，2-1为连通管，2-2为腔体，所述腔体为矩形空腔，所述连通管将矩形空腔内部空气和外部空气连接，本实例中矩形空腔的长为6mm,宽为6mm，高为16mm，所述连通管的半径为0.5mm，长度为1.15mm，为一个外部为长方体，颈部处于腔内的亥姆霍兹共鸣器，这样设计便于声波的传播和结构的排列，同时该结构也选定了基准控制频率，接下来的耦合就是在这频率附近进行排列设计。

如图3和图4所示，图3为4个吸声单元平行排列，图4为9个吸声单元平行排列，其中多个单元耦合为一个整体，通过参与耦合单元数量的增加，可以得到更加宽频的吸收系数峰，其作用效果在图6中表现。进一步地，在耳部允许容纳的空间内，所述吸声结构可以通过更多吸声单元的耦合获得更好的吸收效果。

更进一步的说明，所述吸声单元在结构上独立，表现为结构单元为独立的单体，并不发生直接结构上的作用，吸声单元各自的矩形空腔外壁封闭，无连通。所述吸声单元的连接可以采用粘接或者其他不改变单元结构内部结构且不引起过大间隙的连接方式，只要保证紧密连接并不影响发明效果。

更进一步的说明，所述吸声单元的耦合是作用效果的耦合，效果表现为吸收系数峰的耦合加宽为一个宽频域的吸收带，实现这种耦合的方式在实例中为调节连通管的长度，通过连通管的长度改变，能够使单个吸收峰发生移动，利用多个吸收峰的相互叠加作用，能够获得良好的耦合效果。

本发明的可选实施方案也包括调节矩形空腔的长宽高或连通管的半径，本发明为了便于平行排列并形成一个平行薄层，因此选择采用通过对连通管的长度设计达到耦合目的。

下面具体说明4个吸声单元和9个吸声单元的作用效果的变化，本实例中每个吸声单元的矩形空腔结构都完全相同，连通管的半径也相同，连通管的长度单独设置并在1.15mm的基础上逐渐增加。

如图3和图4所示，4个吸声单元的连通管长度分别为1.15mm,1.37mm,1.6mm,1.82mm；9个吸声单元的连通管分别为1.15mm,1.37mm,1.6mm,1.82mm,2.06mm,2.30mm,2.50mm,2.70mm,2.90mm。

单个吸声单元的排列方式对结果没有决定性的影响，所以不需做具体特殊设计，这样也可便于组装拼接便于生产制造。

随着连通管长度的增加，单个吸声单元的共振频率向低频移动，在吸收系数峰中表现处一系列向低频移动的吸收峰，请参阅图5，图5中曲线从下至上依次表示连通管分别为1.15mm,1.37mm,1.6mm,1.82mm,2.06mm,2.30mm,2.50mm,2.70mm,2.90mm的单体吸声单元的作用效果，倘如这些单独吸收峰能够排列合适，将共同作用表现出对一定频率宽度的吸收带。

图6为吸声结构设置不同吸声单元数量对入射声波的吸收效果示意图，其中吸收效果曲线由下至上依次为设置9个吸声单元、4个吸声单元和1个吸声单元的吸收效果。随着耦合单元数量的增加，平面整体结构对入射波的吸收系数的变化图，随着耦合数量的增加，在保证高吸收率(大于95％)的前提下，高吸收的频率范围能够获得足够的加宽。

本发明中，由于吸声结构仅为厘米尺度，并且能够对足够宽频的核磁共振噪声做到足量的吸收，因此可以作为吸声原件加入耳罩设计中，对核磁共振产生的噪声能够做到有效的防护。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。