CN107039028B - 一种宽频穿孔板的性能测试方法 - Google Patents

一种宽频穿孔板的性能测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽频穿孔板，包括背板，背板上设置有多个第一空腔体和多个第二空腔体，每相邻的两个第一空腔体之间设置有一个第二空腔体，第一空腔体包括A孔板，第二空腔体包括B孔板，A孔板和B孔板均为一种设置有多个小孔结构的吸声板，A孔板与背板之间的距离大于B孔板与背板之间的距离。本发明的宽频穿孔板可以有效拓宽吸声带宽，其吸声性能高；本发明的性能测试方法简单实用。

Description

一种宽频穿孔板的性能测试方法
技术领域
本发明涉及一种宽频穿孔板的性能测试方法，属于噪声控制技术领域。
背景技术
目前，一些研究机构提出主被动结合微穿孔吸声体的简化形式，即将基于压电分流阻尼电路的扬声器放置于微穿孔的空腔中，这种微穿孔结构适用于吸收中高频噪声，而对于宽频的噪声吸声效果较差。
普通的微穿孔吸声结构只具有一个共振吸收峰，在不增加任何声学修饰的情况下不能改变单一吸声峰。对于传统大孔径单层微穿孔吸声结构，吸收宽度为共振频率附近的2个倍频程，因而普通微穿孔吸声结构的共振吸声特性本身限制了微穿孔吸声结构。因此，如何引入多个吸收峰克服微穿孔板的自身局限性，是本发明的关键。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种宽频穿孔板的性能测试方法，本发明的宽频穿孔板可以有效拓宽吸声带宽，吸声性能高；本发明的性能测试方法简单实用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种宽频穿孔板，包括背板，背板上设置有多个第一空腔体和多个第二空腔体，每相邻的两个第一空腔体之间设置有一个第二空腔体，第一空腔体包括A孔板，第二空腔体包括B孔板，A孔板和B孔板均为一种设置有多个小孔结构的吸声板，A孔板与背板之间的距离大于B孔板与背板之间的距离。
前述的这种宽频穿孔板中，所述第一空腔体还包括隔板，隔板与背板垂直连接。隔板用于形成第一空腔体和第二空腔体，同时起到支撑A孔板和B孔板的作用。
前述的这种宽频穿孔板中，所述A孔板上设置的小孔的孔径大于或者小于B孔板上设置的小孔的孔径。
前述的这种宽频穿孔板中，所述A孔板上相邻两个小孔之间的距离大于或者小于B孔板上相邻两个小孔之间的距离。
一种宽频穿孔板的性能测试方法，宽频穿孔板的性能由吸声系数频谱α表征，吸声系数频谱α由下述公式1得到，
Figure BDA0001311031360000011
式中，Ztotal表示微穿孔总体声阻抗,Ztotal根据公式2得到，
Figure BDA0001311031360000021
式中，
n表示小孔的种数，x表示空腔体的种数，
Zn表示一种孔径小孔的声阻抗，
Figure BDA0001311031360000022
不同种小孔的孔径尺寸不同，
Δp表示吸声板两侧的声压差，Δp＝p1-p2，
p1为吸声板一侧的声压，p2为吸声板另一侧的声压，
ηm表示一种空腔体上吸声板的穿孔率，不同种空腔体上吸声板与背板之间的距离不同，
Figure BDA0001311031360000023
表示深度为Dm的空腔体的声阻抗率，
Figure BDA0001311031360000024
j表示虚数单位，ω表示角频率，ω＝2πf，f表示声音频率，
公式2通过将宽频穿孔板结构等效为电路图后，根据电路原理计算得到。
前述的一种宽频穿孔板的性能测试方法中，根据公式1，可得到如图4所示不同类型宽屏穿孔板的垂直入射吸声系数曲线。
本发明宽频穿孔板的性能测试方法的理论分析如下：
在建立吸声板两侧流量连续的条件下进行分析，流量分布示意图如图5所示。
图5中，p1和p2为吸声板两侧声压，吸声板两侧的声压差可表示为Δp＝p1-p2；v1和v2是两种孔径下的平均流速；根据流量连续的原理，平均流速可以表示为：
Figure BDA0001311031360000025
η1和η2分布表示板的穿孔率，两种小孔的声阻抗为：
Figure BDA0001311031360000026
如图6所示，对于深度为D的空腔，其声阻抗率可以表示为：
Figure BDA0001311031360000027
在没有隔板分割开的情况下，所有声波最终汇入单一腔体声阻抗率ZD上，因此中间没有隔板的宽频穿孔板结构可以用串并联电路原理进行分解，即没有隔板的宽频穿孔板结构声阻抗率先并联再与空腔串联，由此可以得到微穿孔总体声阻抗表达式为：
Figure BDA0001311031360000031
反之，如果具有不同种孔径宽频穿孔板的空腔被隔板分开，且每个空腔对应的小孔孔径均不同，那么不同的微孔声流通过小孔汇入与之对应的空腔体内，若腔深D不变，则声阻抗率保持不变，仍为ZD。此时，可以理解为吸声板不同孔径的声阻抗率先与各自空腔串联再相互并联，由此得到表达式为：
Figure BDA0001311031360000032
由此，将上述具有两种孔径且分别对应相同深度空腔体的宽频穿孔板结构采用等效电路的形式进行简化，等效电路图如图7所示：
从图7可以看出，吸声结构引入了两个共振吸收峰，且由于不同孔径的小孔具有不同的声阻抗特性，因此每种小孔与各自对应空腔所构成的共振结构的吸声特性曲线不一致，并联后可以作用于不同的频带区域，因而可拓宽吸声带宽，从而提高该宽频穿孔板对于宽频噪声的吸声性能。
根据图7的等效电路图得到计算公式为：
Figure BDA0001311031360000033
由上所述，本发明的宽频穿孔板的结构形式如图1、图2所示，
本发明宽频穿孔板是将吸声板进行阶梯状弯折，并利用隔板分割空腔，从而形成如图2所示的结构，图2中孔径d1大于孔径d2。
本发明宽频穿孔板结构的等效电路图如图3所示，根据电路图原理，可以得到微穿孔总体声阻抗表达式为：
Figure BDA0001311031360000041
根据图3得到计算公式为：
Figure BDA0001311031360000042
其声阻抗表达式为：zpp＝(R1+R2)-1
其中，
Figure BDA0001311031360000043
吸声系数为：
Figure BDA0001311031360000044
与现有技术相比，本发明宽频穿孔板采用与背板不同距离的A孔板和B孔板，并在A孔板和B孔板上设置孔径尺寸不同的小孔，大大提高了宽频穿孔板对于宽频噪声的吸声性能；本发明的性能测试方法通过将宽频穿孔板结构简化为等效电路图后，根据电路原理计算得微穿孔总体声阻抗公式2和吸声系数公式1，从而根据吸声系数公式1获得具有不同孔径尺寸的宽频穿孔板的吸声系数频谱，并根据吸声系数频谱反映的吸声系数曲线，对不同的宽频穿孔板进行性能分析，本发明测试方法简单，预测结果准确。
附图说明
图1是本发明宽频穿孔板的结构示意图；
图2是图1的局部二维结构示意图；
图3是图2的等效电路图；
图4是本发明的吸声系数频谱；
图5是本发明中的流量分布示意图；
图6是本发明中的不同孔径小孔对应相同深度空腔的宽频穿孔板的结构示意图；
图7是图6的等效电路图。
附图标记：1-背板，2-第一空腔体，3-第二空腔体，4-A孔板，5-B孔板，6-小孔,7-隔板。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：一种宽频穿孔板，包括背板1，背板1上设置有多个第一空腔体2和多个第二空腔体3，每相邻的两个第一空腔体2之间设置有一个第二空腔体3，第一空腔体2包括A孔板4，第二空腔体3包括B孔板5，A孔板4和B孔板5均为一种设置有多个小孔6结构的吸声板，A孔板4与背板1之间的距离大于B孔板5与背板1之间的距离。
本发明的实施例2：一种宽频穿孔板，包括背板1，背板1上设置有多个第一空腔体2和多个第二空腔体3，每相邻的两个第一空腔体2之间设置有一个第二空腔体3，第一空腔体2包括A孔板4，第二空腔体3包括B孔板5，A孔板4和B孔板5均为一种设置有多个小孔6结构的吸声板，A孔板4与背板1之间的距离大于B孔板5与背板1之间的距离。第一空腔体2还包括隔板7，隔板7与背板1垂直连接。A孔板4上设置的小孔6的孔径大于B孔板5上设置的小孔6的孔径。A孔板4上相邻的两个小孔6之间的距离大于B孔板5上相邻的两个小孔6之间的距离。
本发明的实施例3：一种宽频穿孔板，包括背板1，背板1上设置有多个第一空腔体2和多个第二空腔体3，每相邻的两个第一空腔体2之间设置有一个第二空腔体3，第一空腔体2包括A孔板4，第二空腔体3包括B孔板5，A孔板4和B孔板5均为一种设置有多个小孔6结构的吸声板，A孔板4与背板1之间的距离大于B孔板5与背板1之间的距离。第一空腔体2还包括隔板7，隔板7与背板1垂直连接。A孔板4上设置的小孔6的孔径小于B孔板5上设置的小孔6的孔径。A孔板4上相邻的两个小孔6之间的距离小于B孔板5上相邻的两个小孔6之间的距离。
本发明的实施例4：一种宽频穿孔板的性能测试方法，宽频穿孔板的性能由吸声系数频谱α表征，吸声系数频谱α由下述公式1得到，
Figure BDA0001311031360000051
式中，Ztotal表示微穿孔总体声阻抗,所述Ztotal根据下述公式2得到，
Figure BDA0001311031360000052
式中，
n表示小孔的种数，x表示空腔体的种数，
Zn表示一种孔径小孔的声阻抗，
Figure BDA0001311031360000053
Δp表示A孔板和B孔板两侧的声压差，Δp＝p1-p2，
p1为A孔板和B孔板一侧的声压，p2为A孔板和B孔板另一侧的声压，
ηm表示一种空腔体上的孔板的穿孔率，
Figure BDA0001311031360000061
表示深度为Dm的空腔体的声阻抗率，
Figure BDA0001311031360000062
j表示虚数单位，ω表示角频率，ω＝2πf，f表示声音频率，
本实施例中公式2是通过将宽频穿孔板结构等效为电路图后，根据电路原理计算得到。
根据公式1
Figure BDA0001311031360000063
可获取如图4所示的四种噪声方向垂直射入宽频穿孔板吸声结构的吸声系数曲线，吸声系数越高吸声性能越好，由此可以看出具有两种或者三种或者四种孔径的宽频穿孔板吸声结构的吸声性能远远优于没有隔板单一孔径的吸声结构。

Claims (5)

1.一种宽频穿孔板的性能测试方法，所述宽频穿孔板的性能由吸声系数频谱α表征，其特征在于：所述宽频穿孔板包括背板(1)，所述背板(1)上设置有多个第一空腔体(2)和多个第二空腔体(3)，所述每相邻的两个第一空腔体(2)之间设置有一个第二空腔体(3)，所述第一空腔体(2)包括A孔板(4)，第二空腔体(3)包括B孔板(5)，所述A孔板(4)和B孔板(5)均为一种设置有多个小孔(6)结构的吸声板，所述A孔板(4)与背板(1)之间的距离大于B孔板(5)与背板(1)之间的距离；
所述吸声系数频谱α由下述公式1得到，
Figure FDA0004189212900000011
式中，Ztotal表示微穿孔总体声阻抗,所述Ztotal根据下述公式2得到，
Figure FDA0004189212900000012
式中，
n表示小孔的种数，x表示空腔体的种数，
Zn表示一种小孔的声阻抗，
Figure FDA0004189212900000013
不同种小孔的孔径尺寸不同，
Δp表示吸声板两侧的声压差，Δp＝p1-p2，
p1为吸声板一侧的声压，p2为吸声板另一侧的声压，
ηm表示一种空腔体上吸声板的穿孔率，不同种空腔体上吸声板与背板之间的距离不同，
Figure FDA0004189212900000014
表示深度为Dm的空腔体的声阻抗率，
Figure FDA0004189212900000015
j表示虚数单位，ω表示角频率，ω＝2πf，f表示声音频率，
所述的公式2，通过将所述的宽频穿孔板结构等效为电路图后，根据电路原理计算得到。
2.根据权利要求1所述的一种宽频穿孔板的性能测试方法，其特征在于，根据公式1，可得到不同类型宽频穿孔板的垂直入射吸声系数曲线。
3.根据权利要求1所述的一种宽频穿孔板的性能测试方法，其特征在于，所述第一空腔体(2)还包括隔板(7)，所述隔板(7)与背板(1)垂直连接。
4.根据权利要求3所述的一种宽频穿孔板的性能测试方法，其特征在于，所述A孔板(4)上设置的小孔(6)的孔径大于或者小于B孔板(5)上设置的小孔(6)的孔径。
5.根据权利要求4所述的一种宽频穿孔板的性能测试方法，其特征在于，所述A孔板(4)上相邻两个小孔(6)之间的距离大于或者小于B孔板(5)上相邻两个小孔(6)之间的距离。
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