CN109763577B

CN109763577B - 一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体

Info

Publication number: CN109763577B
Application number: CN201910054278.XA
Authority: CN
Inventors: 卢天健; 辛锋先; 徐志敏
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics; Xian Jiaotong University
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics; Xian Jiaotong University
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: CN109763577A

Abstract

本发明公开了一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，包括穿孔面板和刚性背衬，穿孔面板和刚性背衬之间是空腔，穿孔面板上开设有粗糙吸音孔，开孔方向均为垂直于上面板，穿孔面板上开设的吸音孔的粗糙孔形由函数控制；本发明结构简单实用，具有较好的中低频段吸音性能以及较灵活的调节吸声功能，同时兼具重量轻的特点，具有良好且广泛的应用前景。

Description

一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体。

背景技术

现有的微穿孔吸音板是一种利用带有空腔的板体上设置吸音孔的方式进行吸音减噪的板体，主要应用于音乐厅、博物馆、会议室等大型或小型的室内场景。一般的微穿孔吸音板上开设的孔为光滑圆孔，普遍存在着吸音频带不便于调节、吸音效果不佳的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，解决现有微穿孔吸音板吸音频带不便于调节、吸音效果不佳的问题，结构简单、合理，使用方便，通过加入表面粗糙修饰达到调节吸音频带、提高吸音效果的微穿孔板吸声体。

本发明采用以下技术方案：

一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，包括刚性背衬和设置在其上的穿孔面板，穿孔面板上设置有多个吸音孔，吸音孔采用粗糙孔形形成复合结构能够吸收声音。

具体的，吸音孔的粗糙孔形由函数r(x)确定，计算如下：

r(x)＝r₀[1-2εcos(βx)]

其中，r₀为基准孔径，ε为相对粗糙度，β为空间波数，x为以轴向无量纲化坐标。

进一步的，吸音孔的粗糙孔形为函数r(x)确定的一种或多种。

具体的，吸音孔的基准孔径r₀为0.1～0.9mm。

具体的，吸音孔的开孔方向垂直于穿孔面板，吸音孔在穿孔面板上的总穿孔率为1～10％。

具体的，穿孔面板的开孔面板朝向声源，刚性背衬背向声源。

具体的，穿孔面板和刚性背衬之间设置有空腔，空腔厚度为0～150mm。

进一步的，空腔内填充有多孔吸声材料。

具体的，穿孔面板的厚度为1～9mm。

具体的，穿孔面板采用木质板材或金属夹层板制成，或者采用塑料、多孔纤维或多孔泡沫材料制成。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明的带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，包括上面板和刚性背衬；通过调节孔形表面粗糙结构实现吸音频带的调节，拓宽了微穿孔板应用的频带范围；其粗糙孔形控制函数简单，易于调节。

进一步的，根据函数r(x)确定的粗糙孔形既能更好地消耗声能量，又可以通过调节相对粗糙度和空间波数来调节吸音频带。

进一步的，粗糙孔形为函数r(x)确定的一种或多种，从而达到较好调节吸声频带的目的。

进一步的，基准孔径r₀为0.1～0.9mm。这样既可以保证空气能够较好地进入，又不会出现因孔径过大而导致吸音效果不佳的情况。

进一步的，开孔面板朝向声源，刚性背衬背向声源，使得声音能够进入吸声体，并得到部分或全部吸收。

进一步的，穿孔面板和刚性背衬之间设置空腔，使微孔内空气与空腔内空气形成共振腔结构，达到较好吸音效果。

进一步的，穿孔面板厚度为1～9mm时，既保证了面板具有一定刚度，又不会因太厚而使面板重量太大。

进一步的，穿孔面板采用木质板材或金属夹层板制成，或者采用塑料、多孔纤维或多孔泡沫材料制成，从而使得穿孔面板能够在较轻的情况下也具有一定力学承载性能。

综上所述，本发明吸声体结构简单、使用方便、吸音效果极佳，具有较宽的中低频吸声频带，可以适用于室内墙体，能够较好地替代现有的微穿孔板吸声体。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一个实施例的三维结构示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图；

图3为吸声效果的计算结果图。

其中：1.穿孔面板；2.刚性被衬；3.吸音孔。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，包括穿孔面板1和刚性背衬2，穿孔面板1设置在刚性背衬2上，穿孔面板1上均匀或随机布置若干吸音孔3，吸音孔3的孔形为粗糙孔形，当孔形壁面上存在余弦形粗糙结构时，其

半径r是轴向坐标X的函数，且r(X)为：r(X)＝r₀-ecos(2πXb)

其中，r₀是基准半径，e是粗糙的幅值，b是一个周期的波长。

以2r₀作为特征长度对轴向坐标、粗糙幅值和波长进行无量纲化，得到轴向无量纲化坐标：

x＝X2r₀；

相对粗糙度：

ε＝e2r₀；

空间波数：

β＝2π*2r₀b。

将上述无量纲化参数代入到r(x)中，得到吸音孔3的粗糙孔形函数r(x)如下：

r(x)＝r₀[1-2εcos(βx)]

其中，r₀为基准孔径，ε为粗糙因子相对粗糙度，β为空间波数，x为轴向无量纲化坐标。

优选的，为达到较高吸声系数和较宽吸声频带，穿孔面板1上的吸音孔3采取四方排布方式，吸音孔3的基准孔径r₀应为亚毫米级，r₀为0.1～0.9mm。

穿孔面板1上吸音孔3的总穿孔率为1～10％，吸音孔3的开孔方向均为垂直于穿孔面板1，穿孔率过小会导致声波难以进入微孔，过大又会导致吸声系数降低；而开孔方向垂直于穿孔面板是使声波垂直入射时能够较好进入微孔，同时也可以降低加工难度。

穿孔面板1的厚度为1～9mm，开孔面板朝向声源，刚性背衬2背向声源，这样设计的目的是使得声音能够进入吸声体，并得到部分或全部吸收。

穿孔面板1和刚性背衬2之间设置有空腔，空腔厚度为0～150mm，空腔内填充或不填充多孔吸声材料，设置空腔使得微孔内空气能够与空腔内空气形成共振腔结构，达到更好吸声效果，空腔厚度设置与共振频率选择有关；空腔内填充多孔材料可进一步提升吸声效果，而不填充可以使得结构更加简单。

穿孔面板1采用木质板材或金属夹层板制成，或者采用塑料、多孔纤维、多孔泡沫材料制成，从而使得穿孔面板能够在较轻的情况下也具有一定力学承载性能。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1和图2，吸声体包括穿孔面板1和刚性背衬2。为方便观察该实施例中孔形的变化，图2中对穿孔面板1上开设的吸音孔3进行了放大，观察粗糙孔形。

穿孔面板1的厚度为6mm，空腔厚度是50mm。穿孔面板1上均匀开有基准孔径r₀为0.5mm的吸音孔，以便让噪音进入复合结构，从而达到吸收声音的目的。吸音孔3采取四方排布，孔间距为3.545mm，穿孔率为6.25％。粗糙因子ε变化范围是[0,0.2]，β变化范围是[0,6π]。穿孔面板1和刚性背衬2之间的空腔中填充或不填充多孔吸声材料。

在本实施例中，整个穿孔面板1的材质为铝合金，其密度约为2702kg/m³。该吸声体的单位面积质量仅为15.2kg/m²。

在本实施例中，光滑圆孔(ε＝0，β任意)对应吸声体的吸声系数在660Hz最大可达0.67，0.5以上吸声系数的带宽可达到265Hz(从535～800Hz)。

请参阅图3，通过引入粗糙表面，粗糙孔形1(ε＝0.2，β＝2π)对应吸声体的吸声系数在630Hz左右最大可达0.76，0.5以上吸声系数的带宽可达到365Hz(从480～845Hz)；

粗糙孔形2(ε＝0.1，β＝6π)对应吸声体的吸声系数在600Hz左右最大可达0.82，0.5以上吸声系数的带宽可达到385Hz(从445～830Hz)；

粗糙孔形3(ε＝0.2，β＝6π)对应吸声体的吸声系数在485Hz左右最大可达0.99，0.5以上吸声系数的带宽可达到420Hz(从330～750Hz)。

在本实施例中，带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体的最高吸声系数的提升，相比于传统光滑圆孔微穿孔板吸声体最大提升了47.7％。

在本实施例中，带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体的最高吸声系数对应的频率的降低，相比于传统光滑圆孔微穿孔板吸声体最大降低了38.3％。

在本实施例中，带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体的吸声系数大于0.5的频带拓宽，相比于传统光滑圆孔微穿孔板吸声体最大拓宽了58.5％。

本实施例能够以同样基准孔径、孔隙率和空腔厚度达到比传统光滑圆孔微穿孔板吸声体更好的吸声效果。

综上所述，本发明通过调节穿孔面板上吸音孔的粗糙孔形能够大大提升吸声体吸收声音的能力，并可以调节吸音波峰对应的频率以及吸音频带的宽度，更好的适应不同工况对吸音降噪的要求。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，其特征在于，包括刚性背衬(2)和设置在其上的穿孔面板(1)，穿孔面板(1)的开孔面板朝向声源，刚性背衬(2)背向声源，穿孔面板(1)和刚性背衬(2)之间设置有空腔，空腔厚度为0～150mm，穿孔面板(1)上设置有多个吸音孔(3)，吸音孔(3)采用粗糙孔形形成复合结构能够吸收声音，吸音孔(3)的开孔方向垂直于穿孔面板(1)，吸音孔(3)在穿孔面板(1)上的总穿孔率为1～10％，吸音孔(3)的粗糙孔形由函数r(x)确定，计算如下：

r(x)＝r₀[1-2εcos(βx)]

其中，r₀为基准孔径，ε为相对粗糙度，β为空间波数，x为以轴向无量纲化坐标，吸音孔(3)的粗糙孔形为函数r(x)确定的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，其特征在于，吸音孔(3)的基准孔径r₀为0.1～0.9mm。

3.根据权利要求1所述的带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，其特征在于，空腔内填充有多孔吸声材料。

4.根据权利要求1所述的带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，其特征在于，穿孔面板(1)的厚度为1～9mm。

5.根据权利要求1所述的带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，其特征在于，穿孔面板(1)采用木质板材或金属夹层板制成，或者采用塑料、多孔纤维或多孔泡沫材料制成。