CN102968985B

CN102968985B - 复合多层机械阻抗板的薄型宽频吸声结构

Info

Publication number: CN102968985B
Application number: CN201210441308.0A
Authority: CN
Inventors: 赵晓丹; 胡鹏; 蔡忆昔; 丁瑞
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN102968985A

Abstract

本发明提供了一种薄型宽频吸声结构，包括吸声材料和支架，还包括至少两层机械阻抗板；所述吸声材料安装在支架一端的内侧；支架另一端的内壁上设有托板，机械阻抗板由背板和背板两端的粘弹性圈组成；相邻背板不接触；粘弹性圈用粘接剂粘接在托板上，粘弹性圈、支架内壁和背板之间紧密粘接；吸声材料与机械阻抗板之间形成一个空腔，最外侧的背板向支架端面凹进一定距离。本发明在传统吸声材料和腔共振吸声机理中耦合机械阻抗，形成新的薄型宽频吸声机制。在声学性能上做到了基本不增加结构厚度，保持中高频吸声性能良好的同时，显著提高低频吸声效果，制造出厚度薄但吸声频带宽的吸声结构。

Description

复合多层机械阻抗板的薄型宽频吸声结构

技术领域

本发明涉及吸声装置，将机械阻抗和传统的吸声材料相结合的新型吸声结构，属于环境噪声控制的技术领域。

背景技术

在传统多孔质材料类的吸声材料和微穿孔板吸声结构中，有玻璃棉、矿渣棉、岩棉、泡沫塑料、石棉绒、毛毡、软质纤维板的吸声材料。通常，吸声材料(结构)有良好中、高吸声性能，而低频吸声性能不佳；微穿孔板结构利用腔的共振，在空间受限情况下，同样存在低频吸声性能不佳；薄膜吸声结构和薄板吸声结构只在共振频率附近吸声，吸声频带窄。为了提高低频吸声效果，往往需要加厚材料(结构)或在背后设置厚的空气层，其吸声特性曲线图5(a)和(b)。在吸声空间严格受到限制的场合下，如在工业机械、家电产品、车辆与动力等领域，要想实现包括低频噪声的宽频带噪声控制就显得有些力不从心。

本发明正是基于上述原因，提出结合多层机械阻抗板的薄型宽频吸声结构，将多层机械阻抗引入到传统的吸声材料(结构)中，利用多层机械阻抗板的振动吸收低频噪声，中高频噪声仍然由传统的吸声材料(结构)吸收。在传统吸声材料和腔共振吸声机理中耦合多层机械阻抗，整个结构能够做到同时兼顾低、中、高频率的吸声要求，并且厚度可以做得比较薄。

发明内容

为了解决在空腔距离保持较小的情况下，仍然具有良好的宽频吸声效果，发明了结合多层机械阻抗板的薄型宽频吸声结构。

本发明所述的复合多层机械阻抗的薄型宽频吸声结构，包括吸声材料和支架，还包括至少两层机械阻抗板；所述吸声材料安装在支架一端的内侧；支架另一端的内壁上设有托板，机械阻抗板由背板和背板两端的粘弹性圈组成；相邻背板不接触；粘弹性圈用粘接剂粘接在托板上，粘弹性圈、支架内壁和背板之间紧密粘接；吸声材料与机械阻抗板之间形成一个空腔，最外侧的背板向支架端面凹进一定距离。

上述方案中所述吸声结构是多孔吸声材料或微穿孔板腔共振结构。所述多孔吸声材料表面可以有护面层。

上述方案中所述背板是金属板或非金属板，背板上没有穿孔。

本发明所述的复合多层机械阻抗板的薄型宽频吸声结构，新型吸声结构中吸声材料可以是多孔质材料类的吸声材料和微穿孔板吸声结构，根据对实际工程要求选择相应的吸声材料(结构)。入射声波的高频部分声能耗散于吸声材料或微穿孔板结构；低频部分则引起机械系统的共振，多层机械阻抗板上是没有穿孔，声波入射到板面以后，在共振区域附近能够有效地激发起薄板的机械振动，声能耗散于边界的粘滞。通过合理选择机械阻抗板的层数和质量以及粘弹性材料的刚度以及粘性阻尼系数，中低频处产生多个共振吸声峰值，有效拓宽吸声频带。从吸声机理上，无论是微穿孔板还是吸声材料，要获得良好的低频吸声，都需要使结构和材料的厚度增加。而本发明提出的新结构，将机械阻抗和空气阻抗相结合，给吸声材料提高低频效果的观念上带来了变化。只需要更换弹性边界的材料特性，选用柔度系数高的材料，就可以在低频获得良好吸声，无需增加吸声结构厚度。传统观念上，同时要在低频、中频和高频获得宽频带的吸声，其结构的厚度一定比较高，新提出的这一结构突破了这一观念，复合多层机械阻抗的薄型宽频吸声结构也可以实现在低、中、高频同时具有良好的吸声功能。

附图说明

图1和图2是本发明结合机械阻抗的薄型宽频吸声结构实施例的基本结构示意图，其中图1传统吸声结构是多孔质材料类的吸声材料，图2传统吸声结构是微穿孔板吸声结构。

图3和图4分别是图1和图2相对应的若干个结构并联形成的吸声平面示意图。

图5是吸声材料和共振吸声结构的吸声特性曲线。(a) 吸声材料的吸声特性， (b)微穿孔板结构的吸声特性。

图6是表示本发明的薄型宽频吸声结构的正入射吸声系数α与频率f的理论计算结果。其中图6吸声结构以三层微穿孔板结构为例，阻抗板是敷设粘弹性材料的三层背板。

具体实施方式

附图1是本发明的基本结构图，图中1.吸声材料，可以是玻璃棉、矿渣棉、岩棉、泡沫塑料、石棉绒、毛毡等， 2.支架，3.空腔，4.托板，5. 粘弹性圈，6.壁面，7.空腔，8背板。如图1所示，所发明的吸声结构由支架2、吸声材料(结构)1和多层机械阻抗板组成，其中机械阻抗板由背板8和粘弹性圈5组成。吸声材料(结构)，安装于所述支架2的前端内侧，其中多孔吸声材料表面可以是敷设织物、穿孔罩面板、薄膜、罩网和装饰木条等不影响吸声材料吸声性能的护面层。机械阻抗板安装于支架2的内壁，通过在支架2 焊接托板，粘弹性圈5用粘接剂粘接托板上，粘弹性圈5、支架2内壁和背板之间要求紧密粘接，保证不漏声。粘弹性圈5由粘弹性材料制作而成，其形状为矩形。吸声材料(结构)1与机械阻抗板之间形成一个空腔3，机械阻抗板5与壁面6之间也形成空腔5。弹性圈一端和机械阻抗板粘接，另一端和托板或其它阻抗板粘接，粘弹性圈不仅是起粘接作用，粘弹性材料兼有弹性和粘阻尼的性质，具有一定的内损耗，当它受力变形时部分能量由于材料的内摩擦成为热能而耗散，起吸声的作用。除了背板和弹性圈之间要用粘接剂粘接外，背板之间不需要粘接剂，因为背板之间并不是直接连接的，背板与背板通过粘弹性圈组合在一起，背板之间留有间隙。

附图2是本发明实施方式的另一种结构示意图，其中传统吸声结构是多层微穿孔板吸声结构。图3和图4分别是图1和图2相对应的若干个结构并联形成的大的吸声平面示意图。

附图5是吸声材料和共振吸声结构的吸声特性曲线，通过图5说明，以往的吸声材料和结构要想获得良好的低频吸声性能，需要使结构和材料的厚度增加。

附图6是本发明的薄型宽频吸声结构和传统的吸声结构的吸声系数α与频率f的理论计算对比结果，吸声结构以三层微穿孔板结构为例，阻抗板是敷设粘弹性材料的三层背板。该新型吸声结构的参数为：微穿孔板穿孔率σ ₁=0.04,σ ₂=σ ₃=0.02，微孔直径d ₁=d ₂=d ₃=0.6mm；微穿孔板板厚t ₁=t ₂=t ₃=0.8mm；空腔距离D ₁=45mm，D ₂=40mm，D ₃=40mm；背板与刚性背衬之间的空腔D ₄=15mm；背板面密度ρ _s1=0.955kg/m²，ρ _s2=0.955kg/m²，ρ _s3=6.3695kg/m²；粘弹性材料阻尼系数c ₁=3.504N·s/m，c ₂=2.3367N·s/m，c ₃=2.336N·s/m；粘弹性材料的刚度k ₁=15383 N/m，k ₂=15382N/m，k ₃=7692N/m。从图6中可以看出，增加三层机械阻抗板，在低频出现明显的吸声峰值，整个结构厚度约140mm。

Claims

1. 一种复合多层机械阻抗的薄型宽频吸声结构，包括吸声材料和支架，其特征在于还包括至少两层机械阻抗板；所述吸声材料安装在支架一端的内侧；支架另一端的内壁上设有托板，机械阻抗板由背板和背板两端的粘弹性圈组成；相邻背板不接触；粘弹性圈用粘接剂粘接在托板上，粘弹性圈、支架内壁和背板之间紧密粘接；吸声材料与机械阻抗板之间形成一个空腔，最外侧的背板向支架端面凹进。

2.根据权利要求1所述的复合多层机械阻抗的薄型宽频吸声结构，其特征在于所述吸声结构是多孔吸声材料或微穿孔板与多层机械阻抗结合的复合共振结构。

3.根据权利要求2所述的复合多层机械阻抗的薄型宽频吸声结构，其特征在于所述机械阻抗为多层结构。

4.根据权利要求1所述的所述的复合多层机械阻抗的薄型宽频吸声结构，其特征在于背板是金属板或非金属板，背板上没有穿孔。