CN107401225A - 一种柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，包括盖板、底板和柔性颗粒，所述盖板和底板相对设置，底板和盖板之间为填充所述柔性颗粒的背腔；所述盖板上有开孔。本发明提出的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，利用柔性颗粒之间的堆砌形成一种复合结构，当声致振动时，除了常规方式的声能消耗，还可以通过非线性阻尼运动来实现更多能耗。特别是穿孔板作为护面结构时，形成穿孔板框架结合柔性颗粒的复合吸声结构，不仅拓宽了微穿孔板的吸声带宽，而且还增强了部分频段的吸声效果。本发明的结构相对简单，柔性颗粒质量较轻便，堆砌方式灵活，节约了加工成本和材料，并且背腔结构没有严格的形式限制，具有相当大的灵活性。
Description
技术领域
本发明属于减少噪声的装置的领域，具体涉及一种含有柔性颗粒的吸、隔声结构。
背景技术
传统的吸声材料分为两大类：一种是多孔吸声材料，另一种是共振型吸声结构。多孔吸声材料的吸声原理主要包括，当声波入射时，空气与多孔材料内部结构之间的粘滞作用，同时还存在内部结构之间的热传导现象和分子水平的弛豫现象。共振型吸声结构包括：穿孔板共振吸声结构、薄膜共振吸声结构和薄板共振吸声结构。其中穿孔板共振吸收结构的原理可以简单理解为：穿孔板上每个孔后都有封闭空腔，相当于许多并联的“亥姆霍兹”共振器，当入射波的频率和系统的共振频率一致时，即产生共振。此时，穿孔板孔洞处的空气往复振动，其幅度达到最大值，且摩擦和阻尼也最大，声能因粘滞损失转变为热能，即声能耗散达到最大，这是穿孔板共振吸收结构的优点。但这种结构也有其固有的缺点，其主要缺点在于：频率的选择性强，也即是其吸声频带窄，仅在共振频率附近才会具有较好的吸声性能，而偏离共振频率，其吸声效果明显变差。拓宽单层微穿孔板吸声体的有效吸声带宽，一种方法是采用多层复合的微穿孔板吸声结构。但多层复合结构明显增加了结构的复杂度，同时也增加了材料和成本，在实际工程应用中还受到空间距离的限制。另一种方法是在微穿孔板背面放置吸声材料，但增加的吸声材料会带来结构的二次污染。再有就是进一步缩小穿孔直径，根据马大猷先生的理论，当微穿孔板的穿孔直径小于0.1毫米时，有望达到微穿孔板吸声体的频带极限。但是传统机械加工方法无法实现超微孔孔径微穿孔板的加工，其他加工方法如激光打孔，因打孔密度的增加，生产成本也会大大增加，不适合批量生产。最近，中科院声学所的专家开发了一种管束微穿孔板吸声结构，这种结构改变了微穿孔板的低频性能，也增加了穿孔板结构的吸声带宽，但结构相对复杂，加工制作比较困难。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是通过将柔性颗粒填充入吸声空腔的内部，将微穿孔板做为护面板结构，加之各种分割背腔，利用微孔吸声原理和柔性颗粒之间的相互阻尼，来实现更好的吸、隔声的目的。
实现本发明目的的技术方案为：
一种柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，包括盖板、底板和柔性颗粒，所述盖板和底板相对设置，底板和盖板之间为填充所述柔性颗粒的背腔；所述盖板上有开孔。
考虑到固体颗粒通过粘贴而形成的多孔材料，具有一定的吸声性能，我们将柔性颗粒堆砌形成一种复合吸声结构。该结构的吸声理论除了常规方式的耗能之外，其特别之处在于，在声致振动下，颗粒之间的非线性阻尼运动。特别的当护面板材料为穿孔板结构时，颗粒完全充满后，一定程度上等效改变了护面板的孔径大小和穿孔率，从而实现更好的吸声效果。该吸声结构不仅具有微穿孔板吸声结构的优点，而且填充方便、容易加工，成本较低，并且在较宽的频带范围内都具有良好的吸声效果。同时也可以做为一种改善穿孔板吸声效果的手段。
其中，所述盖板为开孔的孔板和/或框架护面板，盖板上开孔的面积为盖板面积的0.01～99％。
其中，所述孔板为穿孔板、微穿孔板或超微孔板；开孔孔径在1nm～100cm，开孔率为(0.01～99)％。当开孔孔径为厘米级别称为穿孔板，当开孔孔径为毫米级别及以下称为微穿孔板，当开孔孔径为微米及以下时称为超微孔板。
优选地，所述微穿孔板上开孔的孔径为0.01～1mm，开孔率为0.01～10％。
其中，所述背腔深度为0.1mm～10m，或者根据噪声源的频段范围，选择四分之一波长的背腔厚度。背腔内设置有分隔板，用于将背腔分割成不同深度的吸声室，深度分布在背腔深度范围内，且每个所述吸声室与所述盖板上的孔连通。
其中，所述柔性颗粒的材料为泡沫、乳胶、橡胶、高分子聚合物材料中的一种或多种；所述柔性颗粒的材料的比重在1～10000kg/m3之间。
其中，所述柔性颗粒充满背腔的0.1～100％。
当柔性颗粒不完全填满背腔时，背腔内的空间构成空气腔(也可以包括其他惰性气体腔)，通过空气腔内空气的共振，也可以实现声能消耗。
其中，所述柔性颗粒的尺寸为0.01mm～1m，且柔性颗粒的尺寸大于等于所述盖板上的开孔尺寸。
进一步地，所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构还设置有侧板，侧板和所述盖板、底板围设成封闭的空间，所述侧板为单独设置的板材或为建筑的墙体；所述底板为单独设置的板材或为建筑的墙体。
其中，所述侧板为单独设置的板材；所述侧板、盖板的材质互相独立地选自金属、织物、塑料、木材中的一种。
本发明优选技术方案之一为，所述底板为单独设置的板材，所述底板和分隔板的材质互相独立地选自金属、织物、塑料、木材中的一种。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，在常规声能消耗的基础上(常规声能损耗包括：粘滞作用、热损耗和弛豫效应)，利用柔性颗粒之间的堆砌形成一种复合结构，当声致振动时，还可以通过非线性阻尼运动来实现更多能耗。特别是穿孔板作为护面结构时，形成穿孔板框架结合柔性颗粒的复合吸声结构，不仅拓宽了微穿孔板的吸声带宽，而且还增强了部分频段的吸声效果。本发明的结构相对简单，柔性颗粒质量较轻便，堆砌方式灵活，节约了加工成本和材料，并且背腔结构没有严格的形式限制，具有相当大的灵活性。
附图说明
图1是柔性颗粒复合吸声结构示意图(穿孔板)
图2为聚苯乙烯泡沫柔性颗粒照片。
图3为实施例1吸、隔声结构的吸声性能对比曲线。
图4是实施例2柔性颗粒复合吸声结构剖面图。
图5是柔性颗粒复合吸声结构示意图(穿孔板和框架护面)。
图中，1为微穿孔板，2为底板，3为侧板，4为柔性颗粒，5为分隔板，5为框架护面板，6为分隔板。
具体实施方式
以下以具体实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。
实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。
实施例1：
一种柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，包括盖板、底板和柔性颗粒4，所述盖板和底板2相对设置，底板2和盖板之间为填充所述柔性颗粒的背腔；所述盖板上有开孔。本实施例中，所述盖板为开孔的微穿孔板1(铝合金板)。背腔内没有分隔板。本结构还设置有侧板3，侧板和所述盖板、底板围设成封闭的空间，所述侧板为单独设置的铝合金板。参见图1。
用声学测试仪器阻抗管进行测试。盖板上的孔径为d＝0.8mm,穿孔率为2％，盖板板厚t＝0.9mm的微穿孔板结构。同时微穿孔板做为护面材料，背腔内堆砌柔性颗粒4，填充率为100％，构成复合吸声结构，其背腔深度D＝50mm。
本结构的吸声性能对比曲线见图3。图3中虚线测试的是没有填充柔性颗粒、其他设置相同的吸声结构。其中柔性颗粒选择聚苯乙烯泡沫(EPS)，颗粒直径约为1mm，为闭孔结构(参见图2)。从吸声性能曲线我们可以看出，复合结构有更好的吸声性能和吸声带宽。
实施例2
参见图4，一种柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，包括盖板、底板和柔性颗粒，所述盖板和底板相对设置，底板和盖板之间为填充所述柔性颗粒的背腔；所述盖板为开孔的微穿孔板(塑料材质)。
本实施例中，所述背腔深度为100mm；背腔内设置有分隔板，将背腔分割为深度为15mm、30mm、70mm三种深度的吸声室，各吸声室的平行于背板的分隔板面积小于背板面积、平行于侧板的分隔板面积小于侧板面积(背板和侧板垂直)，使得每个所述吸声室与盖板上的孔连通。吸声室的分隔板为塑料材质，模压一体成型。
背腔内的柔性颗粒的材料为闭孔泡沫，粒径分布在0.5mm～5mm之间，填充率约85％。
实施例3
本实施例柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，包括盖板、底板和柔性颗粒，所述盖板和底板相对设置，底板和盖板之间为填充所述柔性颗粒的背腔；所述盖板为开孔的微穿孔板(塑料材质)。
本实施例中，所述背腔深度为100mm；背腔内设置有分隔板，将背腔分割为深度为15mm、30mm、70mm三种深度的吸声室，各吸声室的平行于背板的分隔板面积小于背板面积、平行于侧板的分隔板面积小于侧板面积(背板和侧板垂直)，使得每个所述吸声室与盖板上的孔连通。吸声室的分隔板为塑料材质，模压一体成型。
本实施例结构的侧板是与建筑物室内的墙壁一体成型的。安装时，将建筑物的一面墙壁作为背板，相邻的两面墙体为侧板，用粘接的方式安装分隔板，再填充入泡沫颗粒，粘接上微穿孔板即得。
实施例4：
参见图5，一种柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，包括盖板、底板和柔性颗粒4，所述盖板和底板2相对设置，底板2和盖板之间为填充所述柔性颗粒的背腔；所述盖板上有开孔。本实施例中，所述盖板为开孔的微穿孔板1(铝合金板)和框架护面板5的结合。背腔内没有分隔板。本结构还设置有侧板3，侧板和所述盖板、底板围设成封闭的空间，所述侧板为单独设置的铝合金板。
框架护面板5上的孔尺寸为5mm×5mm,开孔率为60％，盖板板厚t＝0.8mm。背腔内堆砌柔性颗粒4，填充率为85％，构成复合吸声结构，其背腔深度D＝50mm。
以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，包括盖板、底板和柔性颗粒，所述盖板和底板相对设置，底板和盖板之间为填充所述柔性颗粒的背腔；所述盖板上有开孔。
2.根据权利要求1所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述盖板为开孔的孔板和/或框架护面板，盖板上开孔的面积为盖板面积的0.01～99％。
3.根据权利要求2所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述孔板为穿孔板、微穿孔板或超微孔板中的一种；开孔孔径在1nm～100cm，开孔率为0.01～99％。
4.根据权利要求1所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述背腔深度为0.1mm～10m；或者根据噪声源的频段范围，选择四分之一波长的背腔厚度，背腔内设置有分隔板，用于将背腔分割成不同深度的吸声室，吸声室深度在背腔深度范围内分布，且每个所述吸声室与所述盖板上的孔连通。
5.根据权利要求1～4任一项所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述柔性颗粒的材料为泡沫、乳胶、橡胶、高分子聚合物材料中的一种。
6.根据权利要求1～4任一项所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述柔性颗粒充满背腔的0.1～100％。
7.根据权利要求1～4任一项所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述柔性颗粒的尺寸为0.01mm～1m，且柔性颗粒的尺寸大于等于所述盖板上的开孔尺寸。
8.根据权利要求1～4任一项所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构还设置有侧板，侧板和所述盖板、底板围设成封闭的空间，所述侧板为单独设置的板材或为建筑的墙体；所述底板为单独设置的板材或为建筑的墙体。
9.根据权利要求8所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述侧板为单独设置的板材；所述侧板、盖板的材质互相独立地选自金属、织物、塑料、木材中的一种。
10.根据权利要求4所述的柔性颗粒堆砌的吸、隔声结构，其特征在于，所述底板为单独设置的板材，所述底板和分隔板的材质互相独立地选自金属、织物、塑料、木材中的一种。
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