CN102543061B - 薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构，包括与壁面垂直固定连接的上、下2个支架，在2个支架之间垂直固定连接前、后微穿孔板，前、后微穿孔板之间以及后微穿孔板和壁面之间各形成一个矩形空腔，在后微穿孔板和壁面之间形成的矩形空腔内，2个支架的内侧面上分别上、下对称地固定连接一个槽口正面朝向后微穿孔板的凹槽结构，凹槽结构的槽口内紧密粘接粘弹性圈，粘弹性圈粘接复合膜片，复合膜片由弹性薄膜和隔声膜片均匀粘贴而成；在后空腔中加入了由膜片组成的机械阻抗单元，将微穿孔板和膜片的机械阻抗结合，在中、高频段利用微穿孔板结构吸收声能，低频则利用膜片的机械阻抗吸收声能，具有吸声频带宽的特性。

Description

薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构

技术领域

本发明涉及噪声控制领域中的吸声技术，尤其涉及采用了微穿孔板的吸声结构。

背景技术

噪声控制工程中吸声技术是一个核心，吸声的材料很多，传统的孔纤维性材料有二次污染的缺点。1975年马大猷教授发表了关于“微穿孔板吸声结构的理论与设计”的文章，微穿孔板吸声结构基本声学单元只有空腔和微穿孔两个，利用微穿孔的声阻结合空腔的共振吸收声能量，它的特点是不需另外添加吸声性材料，是一种绿色环保的吸声结构，其在工程中已得到应用。微穿孔板结构高的吸声系数发生在腔共振的附近，结构共振频率主要由背腔的厚度决定，要想获得良好的低频吸声效果，微穿孔板结构必然要制造得很厚,这就需要要占据大量的空间，在实际工程中会遇到困难，因此微穿孔板低频的吸声性能不佳，成为制约其工程应用的瓶颈。

目前，为了提高吸声结构的低频吸声性能，出现将微穿孔板与吸声材料结合起来的组合结构，但是这种结构使用了吸声材料后，有二次污染的缺点，即使如此，要在低频吸声良好，吸声材料层的厚度也是需要增加的。专利号为200920160620.6的专利文献将管束与微缝吸声结构复合吸声，但是其缺陷是结构复杂，制造成本高，吸声性能向低频移动时管束的长度需要增加，这也要求背腔增加体积来容纳增长的管束，整个结构自然也要变厚。这些改进可以将吸声峰值向低频有所移动，但是不能在任意需要的低频达到良好的吸声性能。

膜片结构在低频吸声技术中有一定的吸声性能，但是其往往只有一个共振峰，虽然满足了低频的吸声性能，高频吸声效果却很差。

因此，在噪声控制领域，特别是噪声的吸收领域，迫切需求一种结构总厚度小、能够同时兼顾低频和中、高频的宽频吸声结构，并且对环境无二次污染的吸声结构。 

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构，将机械阻抗和由空腔组成的空气阻抗结合于一体,在不增加吸声结构厚度的情况下，将低频吸声性能好的薄膜结构和高频吸声性能好的微穿孔板集为一体，使中、高频和低频都具有良好吸声性能。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：包括与壁面垂直固定连接的上、下2个支架，在2个支架之间垂直固定连接前、后微穿孔板，前、后微穿孔板之间以及后微穿孔板和壁面之间各形成一个矩形空腔，在后微穿孔板和壁面之间形成的矩形空腔内，2个支架的内侧面上分别上、下对称地固定连接一个槽口正面朝向后微穿孔板的凹槽结构，凹槽结构的槽口内紧密粘接粘弹性圈，粘弹性圈粘接粘接厚度小于1.0mm的复合膜片，复合膜片由弹性薄膜和隔声膜片均匀粘贴而成。

本发明采用上述技术方案后产生的有益效果是：

1、本发明在单层或者多层微穿孔板的板后空腔中加入了由膜片组成的机械阻抗单元，将微穿孔板和膜片的机械阻抗结合，在中、高频段利用微穿孔板结构吸收声能，低频则利用膜片的机械阻抗吸收声能，具有吸声频带宽的特性。2、只要合理地设计本发明机械阻抗的劲度就能够使结构在任意需要的低频达到良好的吸声性能；粘弹性材料的材质改变后，系统的劲度将变化，无需改变吸声结构的总长度就能够在低频有良好的吸声效果，且在中、高频能够保持原有微穿孔板良好的吸声效果，整个吸声结构增加的厚度不大。3、由于吸声结构未使用纤维性等传统多孔性吸声材料，具有绿色环保的特性。

附图说明

图1是本发明薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构示意图。

图2是图1所示的宽频吸声结构在使用时由若干个宽频吸声结构并联形成的使用状态图；

图中：1.壁面；2.支架；3.粘弹性圈；4.弹性薄膜；5.隔声膜片；6.后微穿孔板；7.前微穿孔板；8.凹槽结构。

具体实施方式

以下结合附图1对本发明作进一步详细说明：

本发明包括固定安装在壁面1上的支架2，支架2有2个，2个支架2沿壁面1上、下安装，并且均与壁面1相垂直，支架2由厚度为1mm的金属板制成。在2个支架2之间连接前微穿孔板7和后微穿孔板6，前微穿孔板7安装在支架2的前部，后微穿孔板6安装在支架2的后部，使前微穿孔板7和后微穿孔板6分别垂直支架2，在微穿孔板7和后微穿孔板6之间形成一个矩形空腔，在后微穿孔板6和壁面1之间形成另一个矩形空腔。位于后微穿孔板6和壁面1之间形成的另一个矩形空腔内，在2个支架2的内侧面上分别上下对称地焊接一个凹槽结构8，焊接时采用整圈气焊，使凹槽结构8的槽口正面朝向后微穿孔板6。在凹槽结构8内放置粘弹性圈3，粘弹性圈3由粘弹性材料制作而成，其形状为矩形，粘弹性圈3紧密粘接凹槽结构8。在粘弹性圈3上用粘接剂粘接复合膜片，复合膜片张粘于粘弹性圈3的边界上，复合膜片由具有一定弹性材料制作成的弹性薄膜4和具有一定隔声性能的隔声材料制作成的隔声膜片5复合而成，复合时，将隔声膜片5均匀粘贴在弹性薄膜4上，形成一层，本发明的层数可以是两层或者两层以上。复合膜片的厚度小，整个复合膜片厚度要小于1.0mm。凹槽结构8、粘弹性圈3以及复合膜片三者之间要求紧密粘接，密封良好，有利于复合膜片的振动，吸收入射到复合膜片上的低频部分的声能。同时，前微穿孔板7和后微穿孔板6吸收中、高频部分的声能。前微穿孔板7或后微穿孔板6可以是单层也可以是多层，其层数和孔径等其他参数视实际工程需要而定。

本发明增加了复合膜片和具有粘弹性的边界粘弹性圈3组成的机械阻抗单元，将机械阻抗单元置于后微穿孔板6之后，位于整个吸声结构的最后一层。复合膜片声质量低，劲度不高，将其粘接在粘弹性边界上，使得机械阻抗系统的共振频率设计在低频。粘弹性边界主要控制弹性系数和阻尼系数，弹性系数控制结构的共振频率，阻尼系数则控制吸声系数的高低。复合膜片既要有弹性，同时也要具有一定的隔声性能，这样当声波入射到复合膜片上时能有效地激励起复合膜片的振动，将声能吸收后传递到复合膜片边界的阻尼材料上，通过阻尼材料的粘滞作用耗散掉。本发明高频吸声部分由处于前、后微穿孔板7、6获得，根据需要可采用多层微穿孔板结构。低频部分的声能透过微穿孔板，作用在后端的膜片上，当复合膜片受到声波激励并且激励频率与复合膜片的共振频率一致的时候，系统发生共振，复合膜片振动，带动上下边界的粘弹性材料一起振动，在此过程中消耗能量，起到吸收声波能量的作用。前、后微穿孔板7、6和复合膜片两者共同作用，形成低频和高频能同时兼顾的宽频吸声结构。由于粘弹性边界的厚度较小，因此整个结构厚度的变化并不大。

机械阻抗单元有两个技术要点：1、声质量要低。从声学原理上来说，要获得宽的吸声频带，需要低的声质量，本发明采用膜片，原因在于其有低的声质量，采用薄的膜片能够在共振区域获得宽的吸声频带。2、阻尼要合适。声质量低，吸声频带宽，但是吸声系数不一定高，由吸声系数计算公式                                                

（为结构的相对声阻率，

为相对声抗率）可知，当发生共振时，相对声抗率

为零，相对声阻率要控制在1左右才能够获得高的吸声系数，高的吸声系数需要适当的阻尼，阻尼过大或过小对吸声都不利，仅依靠膜片材料自身的阻尼难以将其控制在合适的范围，因此在膜片的边界采用一层粘弹性材料，通过控制这一层粘弹性材料的阻尼，来控制整个机械阻抗的阻尼系数，使其在合适的范围。复合膜片有两个功能，除了要有粘弹性功能外还需要有一定的隔声能力，有了隔声能力以后，膜片两端才能形成压差，使得膜片在接近共振区域时能充分振动，有效吸收声能。

参见图2，本发明在使用时，可由若干个图1所示的宽频吸声结构并联在一起使用，用于噪声控制工程。

Claims (3)

1.一种薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构，包括与壁面（1）垂直固定连接的上、下2个支架（2），在2个支架（2）之间垂直固定连接前、后微穿孔板（7、6），前、后微穿孔板（7、6）之间以及后微穿孔板（6）和壁面（1）之间各形成一个矩形空腔，其特征是：在后微穿孔板（6）和壁面（1）之间形成的矩形空腔内，2个支架（2）的内侧面上分别上、下对称地固定连接一个槽口正面朝向后微穿孔板（6）的凹槽结构（8），凹槽结构（8）的槽口内紧密粘接粘弹性圈（3），粘弹性圈（3）粘接厚度小于1.0mm的复合膜片，复合膜片由弹性薄膜（4）和隔声膜片（5）均匀粘贴而成。

2.根据权利要求1所述的薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构，其特征是：隔声膜片（5）与弹性薄膜（4）形成的层数是两层或大于两层。

3.根据权利要求1所述的薄膜机械阻抗与微穿孔板声阻抗结合的宽频吸声结构，其特征是：粘弹性圈（3）由粘弹性材料制作而成，其形状为矩形；弹性薄膜（4）由弹性材料制作而成；隔声膜片（5）由隔声材料制作而成；复合膜片张粘于粘弹性圈（3）的边界上。

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