CN106251854B - 一种组合穿孔板及组合穿孔板的吸声结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合穿孔板，其吸声频带宽，具有更加优良的吸声效果。一种组合穿孔板，包括板体，所述板体呈圆形，板体的厚度为1mm，在板体上设有多个孔，穿孔率为3.805％，并且多个所述孔以板体的中心作为中心点呈辐射状对称分布，所述孔包括中孔和小孔，中孔的孔径为2mm，小孔的孔径为1mm。此外，本发明还公开了一种组合穿孔板的吸声结构。
Description
技术领域
本发明属于共振吸声的技术领域，具体地说是涉及一种组合穿孔板。本发明还涉及一种组合穿孔板的吸声结构。
背景技术
目前噪声污染已是困扰人们的一大难题，它对环境、人体都有着严重的危害。随着生活质量的不断提高，防噪、降噪已成为生活追求的必要手段。目前，我国城市噪声污染日趋严重，多数城市处于噪声污染的中等水平，许多地区噪声已高于60dB。这些噪声大多来源于道路交通、建筑施工等等。这种环境扰乱了人们的生活，引发了各类疾病，直接危害到我们的身心健康，因此噪声已成为现代城市的一大公害。
在吸声降噪方面，吸声材料按结构来分，主要包括多孔吸声材料和组合穿孔板的吸声结构。穿孔板吸声材料的吸声机理,与多孔吸声材料有相同的地方,其不同点在于它是利用共振的特点,更有效的把声能转化为热能消耗。组合穿孔板的吸声结构中则以穿孔板最为常见，它是由穿孔的薄板与它背后的空气层所构成的。由于在组合穿孔板的吸声结构中，对穿孔板的材料要求相对较低，因此穿孔板可以由铝板、钢板、塑料板等材料制成而具有防潮、防火、清洁、耐高温等特点。众所周知，共振峰的位置主要取决于板厚、孔径、穿孔率、空腔深度几个方面，在其它参量不变的条件下，孔对吸声的频段是有选择，比如像大孔，它的共振峰通常在低频处，主要针对低频段吸声，中孔的吸收峰则在中频处，主要针对中频段吸声，而小孔的吸收峰则在高频处，主要针对高频段吸声。但是，穿孔板的缺点则是吸声频带较窄,比如在共振频率附近,吸声系数很高,可接近于1,但一偏离共振峰,吸声系数就迅速下降,因此它只能吸收中低频段的单频音，这也是长期以来它在吸声领域不可替代多孔材料的原因。
在提高穿孔板吸声频带方面，公开号为205158899U、公开日为2016年04月13日的中国发明专利公开了一种组合穿孔板。该一种组合穿孔板，包括中间面板，所述中间面板上设有由圆心向外辐射的穿孔，所述穿孔呈环状分布，所述穿孔孔径为2～8mm，所述穿孔率为1～2％，所述中间面板内设有由圆形软管组成的空气层；在穿孔率为1.39％，所述孔径为2mm的穿孔总面积与孔径为4mm的穿孔总面积之比为3时，全频的吸声效果最好。但是，这种结构的组合穿孔板的△f仅为691.7,吸声效果Sαf仅为282.14。这种穿孔板的吸声频带还是相对较窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合穿孔板，其吸声频带宽，具有更加优良的吸声效果。
为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：
一种组合穿孔板，包括板体，所述板体呈圆形，板体的厚度为1mm，在板体上设有多个孔，穿孔率为3.805％，并且多个所述孔以板体的中心作为中心点呈辐射状对称分布，所述孔包括中孔和小孔，中孔的孔径为2mm，小孔的孔径为1mm。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：板体的直径为29mm，所述中孔的数量为5个，小孔的数量为12个。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：5个中孔的圆心分布在一内圆上，并且5个中孔以等间距的方式分布；12个小孔的圆心分布在一外圆上，并且12个小孔以等间距的方式分布。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：内圆的直径为8mm，外圆的直径为16mm。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述板体呈圆形，板体的直径为29mm，所述中孔的数量为3个，小孔的数量为20个。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：3个中孔的圆心分布在一内圆上，并且3个中孔以等间距的方式分布；20个小孔的圆心分布在一外圆上，并且20个小孔以等间距的方式分布。
本发明还提供一种组合穿孔板的吸声结构，包括板体，在板体上具有多个正方形区域，每一个所述正方形区域的边长为25.7mm，在每一个所述正方形区域中设有5个中孔和12个小孔，中孔的孔径为2mm，小孔的孔径为1mm，5个中孔中的1个中孔分布在正方形区域的中心，剩余的4个中孔以及12个小孔以所述正方形区域的中心作为中心点呈辐射状对称分布，板体的后面设有空气层，板体的厚度为1mm。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：空气层的厚度为21mm。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述剩余的4个中孔以及12个小孔分布在位于正方形区域的中心的中孔周围，并且剩余的4个中孔和12个小孔的圆心构成一大一小的两个正方形，这两个正方形的中心与正方形区域的中心重合，在每一个正方形中相邻的两个孔的圆心之间的距离相等。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：小的正方形的边长为7.1mm，大的正方形的边长为14.2mm。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
本发明的组合穿孔板，通过设置中孔和小孔，穿孔率为3.805％，其中，中孔的数量少于小孔的数量，提升了吸声频带，并且在吸声效果方面也显著提高。
本发明的一种组合穿孔板的吸声结构，通过设置中孔和小孔，穿孔率为3.805％，具有较宽的吸声频带以及优良的吸声效果。此外，由于中孔和小孔是分布在正方形区域上的，便于制造。
附图说明
图1是本发明的组合穿孔板的多种方案的示意图。
图2是本发明的组合穿孔板的吸声结构的示意图。
图3是组合穿孔板的吸声结构中的中孔及小孔的分布结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1—图3；
一种组合穿孔板，其可在频段668－3240.2Hz范围内具有较宽的吸声频带。参见图1，该组合穿孔板包括板体1，所述板体呈圆形，板体的厚度为1mm，板体的直径为29mm。在本实施例中，所述板体采用牛卡纸材料制成。
需要说明的是，虽然板体在穿孔后也具备一固有的共振频率，也具有一定的共振吸声效果，基于共振吸声的基理，当声波入射时，激发孔中的空气做往复运动，并通过与孔壁发生的摩擦，进而部分声能转化为热能而耗损，以此达到吸收噪声的目的，可以得出板体的材料本身对吸声效果的影响微乎其微，因此，板体不限于采用牛卡纸材料制成，还可以采用铝板、钢板、塑料板等其它具有一定硬度的材料制成。
在板体上设有多个孔，孔是穿透板体的，穿孔率为3.805％。穿孔率，即板体上所有孔的总面积占板体设置有孔的一表面的百分数。需要说明的是，在本发明中，穿孔率为3.805％为近似值。
多个所述孔以板体的中心作为中心点呈辐射状对称分布。在一实施例中，所述孔包括中孔2和小孔3，中孔的孔径为2mm，大孔的孔径为1mm。所述中孔的数量为5个，小孔的数量为12个。为符合辐射状对称分布的要求，5个中孔的圆心分布在一内圆上，并且5个中孔以等间距的方式分布；12个小孔的圆心分布在一外圆上，并且12个小孔以等间距的方式分布。通常，内圆的直径为8mm，外圆的直径为16mm。采用这种结构，便于测试，以避免在测试安装时，外圆上的孔被遮挡而影响检验的准确性。
需要说明的是，由于声波的波长远大于同一圆上的相邻两个孔之间的间距，因此距离对吸声的影响是很小的，在此可以完全忽略不计。因此，内圆、外圆的直径可以选用其它的参数。
在上述实施例中，所述中孔的数量为5个，小孔的数量为12个。中孔及小孔的数量也并不局限于上述个数，在满足穿孔率为3.805％的前提下，作为另一实施例，中孔的数量为也可以采用3个，小孔的数量则采用20个。这些孔以板体的中心作为中心点呈辐射状对称分布。3个中孔分布在内圆上，20个小孔分布在外圆上。
为了论证上述两个方案具有较宽的吸声频带以及优良的吸声效果，我们还给出了对比例，在此我们取大、中、小三种孔进行排列组合，孔径分别为4mm的大孔4、2mm的中孔2及1mm的小孔3。为了保证统一性，大孔分布在直径为4mm的圆上，中孔分布在直径为8mm的内圆上，小孔分布在直径为16mm的外圆上，板体采用直径为29mm的牛卡纸制成。在满足穿孔率P＝3.805％的前提下，不同孔径的组合方案如下表：
需要说明的是，在上面表格中，第10号方案以及第12号方案为上述两个实施例的内容，1～9、11以及13～15号方案为对比例内容。
在实验时，空气层的厚度采用21mm。
实验采用如下设备：装有AWA6290M软件(须有FFT、1/3OCT和传递函数法吸声系数测量授权)的计算机一台(CPN主频2.5以上，内存2G以上)，并和信号发生器软件、AWA6223声校准器1台、AWA6290B信号采集器一台、带扬声器的阻抗管一台(AWA8551型阻抗管)，两个1/4传声器及对应的前置级、AWA5871功率放大器及配线多条。声速为34129cm/s。
在测定后，将761.7—3064.5Hz确定为效果评定的选用频段。
经测得的半共振频实验结果如下表。
经测得的共振峰及其相应的吸声系数的实验结果如下表。
为了评价全频段内的吸声效果，可利用平均吸声系数
和频带宽度△f这两个物理量。
其中，频带宽度：频带宽度是指两个半共振频率之间的区域，它主要由吸声体自身的结构参数所决定，它是评价吸声性能的一项重要指标，通常表示为：
△f＝f2 *-f1 *
式中，f1 *和f2 *为吸声系数为最大值一半时所对应的频率，又可称为半共振频率。
平均吸声系数：平均吸声系数是指在一定频段范围内吸声系数的均值。它同样可以衡量吸声体在某一频段内的吸声效果。通常表示为：
利用物理中的微元法可知，
就是穿孔板的α-f曲线在全频段内和坐标轴所围的面积，它的大小可粗略的用图中多个小梯形的面积之和来表示：
其中f1和f2为所选频段的上下限频率,可根据实际的需要来确定。
吸声面积：为了简便的从平均吸声系数
及频带宽度△f两个方面来评定吸声效果，在此我们引入一个新的物理量—吸声面积Sαf，它由平均吸声系数和频带宽度的乘积来表示：
借此，得到用于评价吸声效果的指标，如下表：
从上表可知，采用中孔和小孔的组合(中孔的数量少于小孔的数量)、穿孔率为3.805％的穿孔板，在整体上相对于现有的组合穿孔板在吸声频带有所拉宽、吸声效果有所提高。当大小孔组合较适当时(如方案5、10、11、12、13、14)，组合穿孔板的吸声效果很好，明显优于传统结构，主要表现为平均吸声系数略有增加，吸声频带也明显拉宽。但当大小孔组合不太适当时(如方案2、3、4、6、8)，它的吸声效果就不见得优于传统结构，有的甚至明显比传统的还要差，吸声频带也相对较窄。而采用方案10、12的方案，均吸声系数增加，吸声频带最宽，吸声效果最优。
如图2、图3所示，本发明还一种组合穿孔板的吸声结构，包括板体1，在板体上具有多个正方形区域10，每一个所述正方形区域的边长为25.7mm，在每一个所述正方形区域中设有5个中孔2和12个小孔3，中孔的孔径为2mm，小孔的孔径为1mm，5个中孔中的1个中孔分布在正方形区域的中心，剩余的4个中孔以及12个小孔以所述正方形区域的中心作为中心点呈辐射状对称分布，板体的后面设有空气层，板体的厚度为1mm。优选地，空气层的厚度为21mm。
采用具有多个正方形区域的板体的实施例中，作为中孔及小孔呈辐射状对称分布可以采用如下方式：所述剩余的4个中孔以及12个小孔分布在位于正方形区域的中心的中孔周围，并且剩余的4个中孔和12个小孔的圆心构成一大一小的两个正方形，这两个正方形的中心与正方形区域的中心重合，在每一个正方形中相邻的两个孔的圆心之间的距离相等，在本实施例中，小的正方形101的边长为7.1mm，大的正方形102的边长为14.2mm。具体地，如图2中的B所示。
需要说明的是，中孔及小孔呈辐射状对称分布还可以采用图2中其它的示例，如示例A、B、C、D、E、F、G或H所示的结构。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种组合穿孔板，包括板体，其特征在于：所述板体呈圆形，板体的厚度为1mm，在板体上设有多个孔，穿孔率为3.805%，并且多个所述孔以板体的中心作为中心点呈辐射状对称分布，所述孔包括中孔和小孔，中孔的孔径为2mm，小孔的孔径为1mm，中孔的数量少于小孔的数量；
板体的直径为29mm，所述中孔的数量为5个，小孔的数量为12个，5个中孔的圆心分布在一内圆上，并且5个中孔以等间距的方式分布；12个小孔的圆心分布在一外圆上，并且12个小孔以等间距的方式分布，内圆的直径为8mm，外圆的直径为16mm；
或者所述板体呈圆形，板体的直径为29mm，所述中孔的数量为3个，小孔的数量为20个，3个中孔的圆心分布在一内圆上，并且3个中孔以等间距的方式分布；20个小孔的圆心分布在一外圆上，并且20个小孔以等间距的方式分布；
利用平均吸声系数和频带宽度Δf这两个物理量来评价全频段内的吸声效果。
2.一种共振吸声结构，包括板体，其特征在于：在板体上具有多个正方形区域，每一个所述正方形区域的边长为25.7mm，在每一个所述正方形区域中设有5个中孔和12个小孔，中孔的孔径为2mm，小孔的孔径为1mm，5个中孔中的1个中孔分布在正方形区域的中心，剩余的4个中孔以及12个小孔以所述正方形区域的中心作为中心点呈辐射状对称分布，板体的后面设有空气层，板体的厚度为1mm；
穿孔率为3.805%，中孔的数量少于小孔的数量，利用平均吸声系数和频带宽度Δf这两个物理量来评价全频段内的吸声效果。
3.根据权利要求2所述的共振吸声结构，其特征在于：空气层的厚度为21mm。
4.根据权利要求3所述的共振吸声结构，其特征在于：所述剩余的4个中孔以及12个小孔分布在位于正方形区域的中心的中孔周围，并且剩余的4个中孔和12个小孔的圆心构成一大一小的两个正方形，这两个正方形的中心均与正方形区域的中心重合，在每一个正方形中相邻的两个孔的圆心之间的距离相等。
5.根据权利要求4所述的共振吸声结构，其特征在于：小的正方形的边长为7.1mm，大的正方形的边长为14.2mm。
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