CN104464709A - 一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，包括壁面和吸声材料，所述的壁面上水平安装有支架，所述的支架的内侧面焊接有托架，所述的托架粘贴在粘弹性软管的一侧，所述的粘弹性软管的另一侧粘贴有可变阻尼机械阻抗板，所述的粘弹性软管内注有阻尼液。本发明能够控制阻尼系数的改变，保证低频有高的吸声系数，同时有良好的吸声带宽。可变机械阻抗与吸声材料的复合，使得整个复合结构吸声频域宽广，在低、中高频都能具有良好的吸声性能。可变阻尼机械阻抗吸声结构厚度小，需要的空间不大，而中高频吸声本身不需要大的厚度，复合结构一个重要优良特性就是其整个结构的厚度不大，适用于空间有限而吸声要求高的工程问题。

Description

一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构

技术领域

本发明涉及噪声控制领域，特别是一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构。

背景技术

吸声技术是噪声控制工程的核心技术。吸声材料通常有多孔性吸声材料和共振吸声材料。传统的纤维性吸声材料属于多孔性吸声材料，微穿孔板等属于共振吸声结构，上述吸声材料和吸声结构要在低频有良好的吸声效果，吸声层的厚度或空腔的厚度必须大，这将占据大量空间。机械阻抗结构可以在低频获得吸声，但是吸声频带不宽，传统的机械阻抗结构的粘弹性性能来源于块状的粘弹性材料，要拓宽吸声频带，需要降低机械阻抗板的质量，此时对应材料的弹性系数也要下降才能保证在低频有良好吸声。增加粘弹性材料的厚度降低弹性系数，但是阻尼系数也随之降低，声学品质因子得不到改进。阻尼系数的改变使得吸声系数降低，同时吸声频带也不能够变宽。需要有一种在弹性系数改变时，不受弹性系数变化的影响，可以连续控制阻尼变化的技术，这样才能够既保证在低频有高的吸声系数，同时吸声频带宽。将这样的机械阻抗结构和其它吸声材料或吸声结构复合可以做到整个结构厚度薄而且吸声频带宽广。传统的机械阻抗结构一般选择某种材料用作其粘弹性边界，确定弹性系数以后，其阻尼系数随着材料的确定也相应确定下来，吸声系数不易控制，吸声频带窄。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够控制阻尼系数的改变，保证低频有高的吸声系数，同时有良好的吸声带宽、吸声频域宽广，在低、中高频都能具有良好的吸声性能、厚度小，需要的空间不大，适用于空间有限而吸声要求高的工程问题的可变阻尼机械阻抗复合吸声结构。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，包括壁面和吸声材料，所述的壁面上水平安装有支架，所述的支架的内侧面焊接有托架，所述的托架粘贴在粘弹性软管的一侧，所述的粘弹性软管的另一侧粘贴有可变阻尼机械阻抗板，所述的粘弹性软管内注有阻尼液，通过调节所述的阻尼液的粘度和注入量控制阻尼参数。所述的复合吸声结构的前端设有吸声材料，可变阻尼机械阻抗板放置于复合结构后部的空腔。所述的吸声材料层是多孔性纤维材料或微穿孔板吸声结构。所述的粘弹性软管、可变阻尼机械阻抗板和支架之间紧密连接。所述的粘弹性软管注入阻尼液后密封。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：(1)能够控制阻尼系数的改变，保证低频有高的吸声系数，同时有良好的吸声带宽。(2)可变机械阻抗与吸声材料的复合，使得整个复合结构吸声频域宽广，在低、中高频都能具有良好的吸声性能。(3)可变阻尼机械阻抗吸声结构厚度小，需要的空间不大，而中高频吸声本身不需要大的厚度，复合结构一个重要优良特性就是其整个结构的厚度不大，适用于空间有限而吸声要求高的工程问题。

附图说明

图1是本发明可变阻尼机械阻抗复合吸声结构实施例的基本结构示意图。

图2是整圈注入阻尼液控制阻尼变化的示意图。

图3是分段注入阻尼液控制阻尼变化的示意图。

图4是由若干基本结构并联形成的吸声平面。

图中：1.壁面，2.支架，3.托架，4.粘弹性软管，5.阻尼液，6.可变阻尼机械阻抗板，7.吸声材料。

具体实施方式

下面根据说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的解释。

如图1所示，一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，包括壁面1和吸声材料7，所述的壁面1上水平安装有支架2，支架2由金属板材制成；所述的支架2的内侧面焊接有托架3，整圈气焊保证托架3与支架2之间紧密粘结，所述的托架3粘贴在粘弹性软管4的一侧，所述的粘弹性软管4的另一侧粘贴有可变阻尼机械阻抗板6，保持粘贴紧密没有缝隙。所述的复合吸声结构的前端设有吸声材料7，可变阻尼机械阻抗板6放置于复合结构后部的空腔。所述的吸声材料7层是多孔性纤维材料或微穿孔板吸声结构。所述的粘弹性软管4注入阻尼液5后密封，通过调整阻尼液5的粘度配比改变结构的阻尼参数，或分段注入阻尼液5，控制阻尼液5的段长，改变结构的阻尼参数；可变阻尼机械阻抗板6的厚度小以保证其较小的质量，并且其与支架2之间保留一定孔隙使得可变阻尼机械阻抗板6振动时不与支架2之间发生干涉；在吸声结构的前端安装吸声材料7。如图4所示，将若干个这样的基本机构并联形成大的吸声面，用于噪声控制工程。

如图2所示，采用粘弹性材料制作成弹性软管，在软管中注入阻尼液5，见图二。粘弹性材料及弹性软管的尺寸参数选定后，可变阻尼机械阻抗板6的弹性系数确定，但是其阻尼系数却可以通过调整阻尼液5的配比或分段注入阻尼液5进行控制。可变阻尼机械阻抗结构的阻尼参数可以独立于弹性系数予以改变，进而控制机械阻抗结构的相对声阻率和声学品质因子，提高低频的吸声系数和吸声频带宽度。机械阻抗结构设置在吸声材料7的空腔，形成可变阻尼机械阻抗复合吸声结构。入射声波的中、高频部分被吸声材料7吸收，低频声波入射到可变阻尼机械阻抗板6，激发起可变阻尼机械阻抗板6的振动，由于机械阻抗结构的阻尼可控，可以高效吸收低频部分声能，整个复合吸声结构在低频和中、高频都具有良好吸声性能，并且结构厚度小。

在复合结构的前端设置吸声材料7，利用它们在中、高频优良的吸声功能吸收入射声波的中、高频部分能量，低频部分的声能透过前端吸声结构以后，入射到可变阻尼机械阻抗板6上。

发明的理论根据是机械阻抗共振吸声的品质因子公式

$Q=\frac{{\mathrm{\ω}}_{r}M}{\mathrm{S\ρc}(1+\frac{R}{\mathrm{S\ρc}})}---\left(1\right)$

其中Q是可变阻尼机械阻抗板6共振吸声的品质因子，它反比于吸声带宽，ωr为共振频率，M为可变阻尼机械阻抗板6的质量，S为可变阻尼机械阻抗板6的面积，c为空气特性阻抗，R为粘弹性材料的阻尼系数。要获得宽广的吸声频带，可变阻尼机械阻抗板6的质量要小。可变阻尼机械阻抗板6的共振频率公式是

${\mathrm{\ω}}_r=\sqrt{\frac{k}{M}}---\left(2\right)$

其中k为可变阻尼机械阻抗板6的弹性系数。降低可变阻尼机械阻抗板6的质量，要使吸声峰值所在的共振频率ωr不变，由式(2)可知，需要相应降低可变阻尼机械阻抗板6的弹性系数，采用传统的块状粘弹性材料调整弹性系数的途径是增加粘弹性边界层的厚度，这样在弹性系数降低的同时，阻尼系数也随着降低，阻尼系数不能独立于弹性系数而得到控制，根据吸声系数公式

$\mathrm{\α}=\frac{4r}{{(1+r)}^2+x^2}---\left(3\right)$

其中r为结构的相对声阻率，x为相对声抗率，相对声阻率要控制在1.5至2左右才能够获得高的吸声系数。阻尼不能控制，则吸声系数得不到保证，并且由式(1)可知，虽然质量下降，但同时阻尼系数R也随之下降，吸声带宽不能拓宽。可变阻尼机械阻抗板6是采用薄板制作，其粘弹性边界不采用传统的块状弹性材料制作，而是将弹性材料制作成管状结构，在弹性管中注入阻尼液5，当采用薄的管壁或弹性系数更低的材料制作弹性管时，材料自身的阻尼虽然降低了，但通过调整阻尼液5粘度的配比，采用粘度更高的阻尼液5弥补材料自身阻尼的降低，使得阻尼的控制可以独立于弹性系数的变化，达到高的吸声系数和宽的吸声频带。通过调整阻尼液5的粘度配比，或分段注入阻尼液5，如图2和图3所示，实现阻尼的连续控制。在整个复合结构中，可变阻尼机械阻抗结构吸收入射到它上面的低频声波能量。

Claims (5)

1.一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，包括壁面和吸声材料，其特征在于所述的壁面上水平安装有支架，所述的支架的内侧面焊接有托架，所述的托架粘贴在粘弹性软管的一侧，所述的粘弹性软管的另一侧粘贴有可变阻尼机械阻抗板，所述的粘弹性软管内注有阻尼液，通过调节所述的阻尼液的粘度和注入量控制阻尼参数。

2.根据权利要求1所述的一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，其特征在于所述的复合吸声结构的前端设有吸声材料，可变阻尼机械阻抗板放置于复合结构后部的空腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，其特征在于所述的吸声材料层是多孔性纤维材料或微穿孔板吸声结构。

4.根据权利要求1所述的一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，其特征在于所述的粘弹性软管、可变阻尼机械阻抗板和支架之间紧密连接。

5.根据权利要求1所述的一种可变阻尼机械阻抗复合吸声结构，其特征在于所述的粘弹性软管注入阻尼液后密封。