基于周期性子背腔的寬頻帶微穿孔板吸聲體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及環(huán)境噪聲控制、室內(nèi)聲學(xué)裝修的吸聲領(lǐng)域，具體來說為一種基于 周期性子背腔的寬頻帶微穿孔板吸聲體。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，典型的微穿孔板吸聲體由表面單層的均布穿孔的微穿孔板與其對應(yīng)的單個(gè) 板后背腔組成。不同于傳統(tǒng)多孔材料和纖維類材料的吸聲材料，它結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)體可由多 種材料，如金屬、塑料、木板甚至玻璃等制作而成。優(yōu)點(diǎn)包括長時(shí)間使用不碎屑化，表面能抗 沖擊，防潮防水，能適應(yīng)高速氣流等，是一種環(huán)境友好型的新型吸聲材料。但是該類吸聲體 在應(yīng)用中存在的一個(gè)突出問題是其相對傳統(tǒng)多孔、纖維類吸聲材料窄很多的有效吸聲頻帶 范圍。
[0003] 微穿孔板吸聲體設(shè)計(jì)方法及其吸聲性能理論是由中國學(xué)者[馬大獻(xiàn)，"微穿孔板 吸聲結(jié)構(gòu)的理論和設(shè)計(jì)"，中國科學(xué)，卷1，38-50 (1975)]首創(chuàng)，并在其1990年發(fā)表的論文 "組合微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)"中進(jìn)一步描述了一種由兩層微穿孔板組成的"雙共振串聯(lián)"結(jié)構(gòu) 吸聲體，運(yùn)種結(jié)構(gòu)的吸聲體能產(chǎn)生兩個(gè)明顯的吸聲峰，一定程度上增加了吸聲的有效帶寬， 但多層"串聯(lián)"結(jié)構(gòu)要求背腔深度較大，會(huì)占用較多的室內(nèi)空間。香港學(xué)者[化U叫i Wang and Lixi Huang，"0n the acoustic properties of parallel arrangement of multiple micro-perfor曰ted p曰nel 曰bsorbers with different c曰vity depths"，J. Acoust.Soc. Am, 130 (I)，208-218 (2011)]采用有限元仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，討論了一種簡化的"并聯(lián)" 背腔結(jié)構(gòu)的微穿孔板吸聲體的吸聲機(jī)理，包括=個(gè)深度不等的、平行排列的子背腔，但他們 的研究僅局限于該簡化結(jié)構(gòu)體的吸聲機(jī)理分析，尚未設(shè)及具有不等深度背腔的微穿孔板吸 聲體完整結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。
[0004] CN1311380A公開了一種特寬頻帶微穿孔板吸聲體及其制造方法和設(shè)備，包括微 穿孔板、與微穿孔板構(gòu)成一體的具有后腔深度D的盒形構(gòu)件，盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)有支撐擋板格， 通過降低微穿板的穿孔板常數(shù)K來達(dá)到增加實(shí)際應(yīng)用的吸聲頻帶的目的，實(shí)現(xiàn)高頻吸聲性 能，但是其盒形構(gòu)件的背腔深度恒定，無法形成不同頻段的局部共振效應(yīng)；CN102968985A 公開了一種復(fù)合多層機(jī)械阻抗板的薄型寬頻吸聲結(jié)構(gòu)，包括吸聲材料和支架，W及至少兩 層的機(jī)械阻抗板，吸聲材料可W是傳統(tǒng)多孔材料和微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，用于吸收高頻噪聲， 而低頻噪聲則由機(jī)械阻抗板的振動(dòng)來耗散；CN102646414A公開了一種基于微穿孔和腔內(nèi) 共振系統(tǒng)的組合吸聲結(jié)構(gòu)，包括微穿孔板、背腔和腔內(nèi)共振系統(tǒng)，旨在調(diào)整腔內(nèi)共振系統(tǒng)的 參數(shù)（平板質(zhì)量、力阻、彈黃勁度系數(shù)）、微穿孔板的參數(shù)（孔徑、板厚、穿孔率）和背腔深 度，W實(shí)現(xiàn)較寬頻帶的吸聲；CN102332259A公開了一種自適應(yīng)微穿孔板吸聲器及其微孔實(shí) 時(shí)調(diào)節(jié)方法，包括壓電薄膜微穿孔板、主動(dòng)控制電路、自適應(yīng)控制器和噪聲探測器，能夠根 據(jù)入射噪聲實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓電薄膜微穿孔板上微孔孔徑的大小，W有效擴(kuò)展微穿孔板共振吸聲 結(jié)構(gòu)的吸聲頻帶。
[0005] 微穿孔板吸聲體的現(xiàn)有技術(shù)與設(shè)計(jì)，尚未發(fā)現(xiàn)有基于"并聯(lián)"排列不等深度背腔設(shè) 計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體的報(bào)道。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于提出一種占用空間小的基于周期性子背腔的寬頻帶微穿 孔板吸聲體。
[0007] 本實(shí)用新型通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0008] 本實(shí)用新型所述的一種基于周期性子背腔的寬頻帶微穿孔板吸聲體，包括：微穿 孔板，在微穿孔板上設(shè)有深度各不相同的子背腔，且所述子背腔立于微穿孔板上，與相鄰微 穿孔板的側(cè)面相觸及。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下：
[0010] 采用優(yōu)化的吸聲體參數(shù)組合，包括微穿孔板的穿孔直徑t板厚t、穿孔率O，和板 后多個(gè)"并聯(lián)"的背腔的深度、寬度和排列方式，得到了一種在400-3000化最主要的公共活 動(dòng)音頻段，吸聲系數(shù)不低于0. 45,最大吸聲系數(shù)不低于0. 9的寬頻帶微穿孔板吸聲體。
[0011] 本實(shí)用新型所述吸聲體的結(jié)構(gòu)由單層的微穿孔板和板后多個(gè)采用"并聯(lián)"方式平 行排列的深度互不相等的子背腔組成，各個(gè)子背腔的開口端與微穿孔板直接連接。運(yùn)種結(jié) 構(gòu)形式的微穿孔板吸聲體解決了 W下=點(diǎn)問題：（1)單層微穿孔板吸聲體的有效吸聲帶寬 過窄，本實(shí)用新型所述的"并聯(lián)"的深度不相等的子背腔與微穿孔板形成的不同頻率的局 部共振效應(yīng)，W及各子背腔表面因聲音傳播路徑不相等而形成的聲壓差趨于平衡狀態(tài)的趨 勢，迫使背腔表面的聲波產(chǎn)生的均衡流動(dòng)效應(yīng)，兩者共同作用下有效的拓寬了吸聲頻帶的 范圍，而運(yùn)種共同作用是單層或多層"串聯(lián)"微穿孔板吸聲體所不具備的；（2)吸聲體的有 效吸聲頻帶范圍往往與實(shí)際的吸聲需求不符，本實(shí)用新型所述的寬頻帶微穿孔板的吸聲體 可按照實(shí)際的吸聲需求，在設(shè)計(jì)前期通過調(diào)整背腔的深度序列和微穿孔板的參數(shù)組合來調(diào) 整有效吸聲頻帶的范圍；（3)雖然多層"串聯(lián)"背腔結(jié)構(gòu)的微穿孔板吸聲體一定程度上拓寬 了吸聲頻帶，但是占用了較多的安裝空間，本實(shí)用新型所述的寬頻帶微穿孔板吸聲體的背 腔采用"并聯(lián)"的方式排列，在取得高性能吸聲性的同時(shí)，可大幅度減少安裝空間，達(dá)到節(jié)省 建筑空間的目的。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖，W及按照本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體的實(shí)例， 作進(jìn)一步的實(shí)施方式說明。
[0013] 圖1是按本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)實(shí)例示 意圖；
[0014] 圖2是按本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)實(shí)例剖 面A-A示意圖；
[0015] 圖3是按本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體的實(shí)例的正入射吸聲系 數(shù)曲線；
[0016] 圖4是按本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)實(shí)例 示意圖；
[0017] 圖5是按本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)實(shí)例 剖面B-B示意圖；
[0018] 圖6是按本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體結(jié)構(gòu)實(shí)例的有限元仿真 分析的網(wǎng)格化模型；
[0019] 圖7是按本實(shí)用新型所述設(shè)計(jì)的寬頻帶微穿孔板吸聲體的實(shí)例實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施的 原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 一種基于周期性子背腔的寬頻帶微穿孔板吸聲體，包括：微穿孔板1，在微穿孔板 1上設(shè)有深度各不相同的子背腔，且所述子背腔立于微穿孔板1，與相鄰微穿孔板1的側(cè)面 相觸及。在本實(shí)施例中，在微穿孔板1上設(shè)有6個(gè)深度各不相同的子背腔。
[0022] 本實(shí)用新型的性能是可W預(yù)測的，性能預(yù)測方法具體如下：所述性能由吸聲系數(shù) 頻譜a ( 0 6)表征，所述吸聲系數(shù)頻譜a ( 0 6)由公式1得到，
公式1
[0024] 式中，0 e表示聲波的入射角，0 e= 0°表示正入射；Pe為有效聲壓，取值為IPa ; A。為振幅系數(shù)，n為整數(shù)且n =…，-2,-1,0,1，2，…；A為聲波波長，A = c/f，單位m，C 為聲音在空氣中的傳播速度，f表示聲音的頻率，單位化；T表示周期性背腔結(jié)構(gòu)的周期寬 度J =玄N為一個(gè)周期內(nèi)子背腔的數(shù)量，Li表示各個(gè)子背腔的寬度，單位：米，通常，子 背腔的寬度包括分隔構(gòu)件和空腔的寬度之和，此處默認(rèn)各子背腔的寬度相等。
[00巧]在本實(shí)施例中，
[0026] 所述振幅系數(shù)A。采用公式2得到：
公式2
[0028] 其中：
[0029] 丫。為吸聲體表面豎直方向的空間諧波的波數(shù)：
公式3
[0031] j表示虛數(shù)單位，k。= O/c表示波數(shù)，O = 2 JT f表示角頻率，f表示聲音的頻率， 單位化；
[003引 F(X)是吸聲體的等效表面導(dǎo)納，且，
公式4
[0034] g為變量，G(X)為子背腔的表面導(dǎo)納且；
Zmpp為微穿孔板的表 面相對聲阻抗，C (Im)為板后子背腔的相對聲阻抗，Im表示微穿孔板板后各個(gè)子背腔的深 度，m= 1,2... N，N表示一個(gè)周期的子背腔的數(shù)量，Zmpp可根據(jù)馬大獻(xiàn)院±提出的微穿孔 板阻抗計(jì)算理論求得；C Qm)根據(jù) liP.M. Morse and K. Ingard，Theoretical Acoustics， (McGraw-Hill,化W York, 1968)]中狹窄腔體阻抗計(jì)算理論求出。
[0035] 本預(yù)測方法會(huì)使用到的常數(shù)如表1所示：