本技術(shù)涉及氣流聲源的調(diào)控與演示，具體涉及了一種穩(wěn)壓控速轉(zhuǎn)盤發(fā)聲裝置。

背景技術(shù)：

1、帶孔轉(zhuǎn)盤不斷切割氣流會對氣壓產(chǎn)生周期性調(diào)制而發(fā)出聲音。這種類型的裝置，不借助任何發(fā)聲電子元件，僅憑簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)就能夠達(dá)到良好的發(fā)聲效果，相較于電磁動圈式揚(yáng)聲器，具有發(fā)聲功率大、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，在高強(qiáng)度聲源、防空警報、警笛等特殊聲源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2、這種裝置所發(fā)出聲音的特征，包括聲強(qiáng)、頻率和頻譜分布等多方面的參數(shù)。如何簡便的調(diào)節(jié)和控制發(fā)聲的特征，研究聲源設(shè)計方案，是有助于將聲源區(qū)別應(yīng)用于不同領(lǐng)域的并更大限度的利用該類型聲源的。與此同時，在日常生活中人們雖然在警報時可聽到該類聲音，但由于聲源分貝數(shù)較高，鮮有機(jī)會近距離觀察，對其工作原理的認(rèn)識也不直觀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種穩(wěn)壓控速轉(zhuǎn)盤發(fā)聲裝置，通過穩(wěn)恒氣流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣流控壓，通過直流步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)圓盤轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了影響聲音特征的基本參數(shù)可調(diào)，現(xiàn)象直觀明顯，既能應(yīng)用于不同特征聲源的調(diào)控與設(shè)計，又能作為發(fā)聲原理演示。

2、本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

3、一種穩(wěn)壓控速轉(zhuǎn)盤發(fā)聲裝置，包括穩(wěn)恒氣流系統(tǒng)、電動調(diào)控系統(tǒng)、透明亞克力支架和帶孔圓盤；

4、所述透明亞克力支架為方形腔體結(jié)構(gòu)，所述帶孔圓盤水平安裝在透明亞克力支架的內(nèi)部，所述穩(wěn)恒氣流系統(tǒng)和電動調(diào)控系統(tǒng)分別設(shè)置在透明亞克力支架的外部，所述電動調(diào)控系統(tǒng)連接帶孔圓盤且控制帶孔圓盤旋轉(zhuǎn)；所述穩(wěn)恒氣流系統(tǒng)連接到透明亞克力支架的內(nèi)部并向內(nèi)部傳輸空氣。

5、透明亞克力支架為上下兩層結(jié)構(gòu)，下層結(jié)構(gòu)為由前板、后板、左板和右板四個長方形板圍成的長方形狀的第一長方形腔體，第一長方形腔體的頂部裝有長方形形狀的上板將第一長方形腔體頂部密封，前板從和左板的連接處到前板中間處的部分向上延伸，后板從和左板的連接處到后板中間處的部分向上延伸，且左板向上延伸，形成高度相同的半包圍結(jié)構(gòu)方形腔體，上板的頂部裝有平行于左板的長方形形狀的隔板，隔板和半包圍結(jié)構(gòu)方形腔體形成包圍結(jié)構(gòu)的第二長方形腔體，上板被隔板分隔形成位于第二長方形腔體底部的左側(cè)隔板和位于第二長方形腔體外部的右側(cè)隔板。

6、所述左側(cè)隔板的中心開設(shè)有圓形通孔，所述右側(cè)隔板的表面開設(shè)有方形開口，所述圓形通孔的上方固定裝有帶孔圓盤，所述帶孔圓盤和左側(cè)隔板之間具有間隙。

7、所述電動調(diào)控系統(tǒng)包括穩(wěn)壓源、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器、電機(jī)控制板、導(dǎo)線和信號線；所述步進(jìn)電機(jī)固定安裝在所述帶孔圓盤的下方帶動帶孔圓盤旋轉(zhuǎn)，所述電機(jī)控制板嵌裝于所述透明亞克力支架上，所述電機(jī)控制板通過導(dǎo)線分別電連接于電機(jī)驅(qū)動器和穩(wěn)壓源，所述電機(jī)控制板通過信號線電連接電機(jī)驅(qū)動器，所述步進(jìn)電機(jī)通過導(dǎo)線和信號線電連接電機(jī)驅(qū)動器。

8、所述導(dǎo)線用于供電，信號線用于控制電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)在3000r/min以內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，誤差在千分之一以內(nèi)。

9、所述穩(wěn)恒氣流系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、節(jié)流閥、恒壓閥、指針壓力計、手動球閥、軟管口、軟管和直通接頭；

10、所述空氣壓縮機(jī)輸出端通過軟管依次經(jīng)節(jié)流閥、恒壓閥、手動球閥和直通接頭的一端連接，恒壓閥和手動球閥之間的軟管上連接有指針壓力計，所述直通接頭的另一端連接到軟管口的下端，軟管口上端朝向帶孔圓盤布置。

11、所述步進(jìn)電機(jī)包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件、轉(zhuǎn)軸、和法蘭；所述定子組件和轉(zhuǎn)子組件安裝在所述帶孔圓盤的正下方，所述轉(zhuǎn)軸的一端垂直穿入步進(jìn)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)軸的另一端連接法蘭，所述轉(zhuǎn)軸和法蘭垂直穿過所述透明亞克力支架的圓形通孔，所述法蘭固定連接所述帶孔圓盤。

12、所述可調(diào)接口沿所述透明亞克力支架的圓形通孔徑向布置在左側(cè)隔板上，所述可調(diào)接口設(shè)有若干軟管夾持孔位，所述軟管口上端插裝在軟管夾持孔位內(nèi)。

13、所述帶孔圓盤的上方固定有圓形的轉(zhuǎn)接輪盤，通過螺絲螺母穿過所述轉(zhuǎn)接輪盤、帶孔圓盤開設(shè)的圓孔將其固定，所述轉(zhuǎn)接輪盤、帶孔圓盤和步進(jìn)電機(jī)同軸固定連接。

14、所述步進(jìn)電機(jī)固定在左側(cè)隔板的底部。

15、所述帶孔圓盤的孔槽形狀為不同半徑的圓、矩形和梯形中的一種。

16、裝置的工作原理如下：

17、在帶孔圓盤高速旋轉(zhuǎn)時，由軟管口上端吹出的穩(wěn)定氣流反復(fù)沖擊帶孔圓盤的盤面與孔槽，使氣流被不斷地被切割，形成周期性通斷的氣流效應(yīng)。這種氣流效應(yīng)會導(dǎo)致周圍空氣的氣壓產(chǎn)生周期性振蕩，從而產(chǎn)生向周圍傳播的聲波。當(dāng)帶孔圓盤轉(zhuǎn)速達(dá)到一定范圍時，聲波的頻率隨之達(dá)到人耳可感知的范圍，就產(chǎn)生了可聞聲波，發(fā)出聲響。設(shè)氣流對準(zhǔn)位置處旋轉(zhuǎn)一周的孔數(shù)目為n個，孔槽間隔固定，帶孔圓盤的轉(zhuǎn)速為ωr/min，裝置的基頻f1為：

18、f1＝ωn/60hz。

19、如，使用50孔等間隔圓盤，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min時，裝置的基頻則為2500hz。由于氣流被孔切割時產(chǎn)生了突然的通斷，在所產(chǎn)生的聲波中存在諧波頻率分量，其頻率fk為：

20、fk＝k·ωn/60hz(k＝2,3,…)

21、與此同時，由于孔槽存在微小差異，還會出現(xiàn)由轉(zhuǎn)速引入的頻率偏移δfm，

22、δfm＝m·ω/60hz(m＝0,1,2,,…)

23、其中，k,m分別為可取不同值的整數(shù)，最終獲得的聲波主要包含下列頻率成分：

24、f＝fk±δfmhz(k＝1,2,…；m＝0,1,2,…，且使f>0)

25、其中，f為最終聲波頻率，fk為諧波頻率分量，δfm為頻率偏移。

26、孔槽的占空比則會影響各頻率所占強(qiáng)度比例。

27、聲音的強(qiáng)度由聲壓幅度決定。當(dāng)氣流保持壓強(qiáng)和流速穩(wěn)定時，氣壓的幅度與基頻的平方正相關(guān)。隨著圓盤轉(zhuǎn)速增大，聲音強(qiáng)度也將不斷增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速較快時，通過弱氣流就能產(chǎn)生較明顯的聲音。逐漸增大氣流壓強(qiáng)與流速，可以產(chǎn)生強(qiáng)度很大的聲音。在8bar的壓強(qiáng)下，裝置能產(chǎn)生超過150db的聲音，須配帶隔音耳罩進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以避免對人耳聽力帶來損傷。為減少高強(qiáng)度聲音對環(huán)境帶來影響，通過恒壓閥將壓強(qiáng)控制在2bar以內(nèi)，以適用于不同轉(zhuǎn)速下聲源的研究與演示。

28、裝置的實(shí)施過程如下：

29、開啟流程：關(guān)閉手動球閥，打開空氣壓縮機(jī)等待充氣完畢，調(diào)整恒壓閥與節(jié)流閥，使氣壓達(dá)到設(shè)定值；打開穩(wěn)壓源，通過電機(jī)控制板設(shè)置轉(zhuǎn)速，發(fā)送啟動/正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)指令，使帶孔圓盤按指定方向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；打開手動球閥，氣流沖擊帶孔圓盤的孔槽發(fā)出特定聲音。

30、調(diào)控轉(zhuǎn)速流程：通過電機(jī)控制板發(fā)送調(diào)速指令，連續(xù)調(diào)節(jié)帶孔圓盤轉(zhuǎn)速變化，聲音隨之變化。

31、調(diào)控氣壓流程：關(guān)閉手動球閥，調(diào)整恒壓閥與節(jié)流閥，調(diào)節(jié)氣壓設(shè)定值，打開手動球閥，裝置重新發(fā)聲。

32、更換帶孔圓盤流程：關(guān)閉手動球閥，通過電機(jī)控制板發(fā)送停止指令，使帶孔圓盤停止旋轉(zhuǎn)，拆換不同尺寸的圓盤，調(diào)節(jié)孔槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過電機(jī)控制板發(fā)送啟動指令，使圓盤恢復(fù)旋轉(zhuǎn)，打開手動球閥，裝置重新發(fā)聲。

33、關(guān)閉流程：關(guān)閉手動球閥，裝置停止發(fā)出聲音；通過電機(jī)控制板發(fā)送停止指令，使帶孔圓盤停止旋轉(zhuǎn)；關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，打開手動球閥，等待空氣壓縮機(jī)內(nèi)壓縮氣體完全排出；關(guān)閉穩(wěn)壓源，等待電機(jī)驅(qū)動器電容帶電指示燈熄滅。

34、本實(shí)用新型的有益效果是：

35、1、裝置發(fā)聲響度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，配有不同類型的帶孔圓盤，實(shí)現(xiàn)對氣流聲源特征的多種條件控制與研究。

36、2、裝置的結(jié)構(gòu)、連線與氣流管路清晰可見，與動圈式揚(yáng)聲器有明顯區(qū)別，具有較好的工作原理演示效果。

37、3、不同孔的尺寸會改變氣流通斷的時間比，從而調(diào)整聲音在基頻和諧波頻率上的強(qiáng)度比例，控制聲源特征。

38、4、透明亞克力支架的方形腔體結(jié)構(gòu)形成高于轉(zhuǎn)盤的圍欄，提供操作防護(hù)，對聲音匯聚增強(qiáng)，透明亞克力支架結(jié)構(gòu)輕便小巧，在自身重力摩擦效應(yīng)下能夠?qū)崿F(xiàn)帶孔圓盤旋轉(zhuǎn)時的動平衡。