CN110010115A - 一种吸声结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及降噪技术领域，尤其涉及一种吸声结构，其包括第一薄板、中层体和第二薄板，所述第一薄板与所述第二薄板平行间隔设置，所述第一薄板朝向所述中层体的一侧阵列设置有若干接合公端，所述第二薄板朝向所述中层体的一侧设置有与所述接合公端相配合的接合母端，所述中层体为柔性吸声材料，所述中层体夹设于所述第一薄板和所述第二薄板之间，所述第一薄板和所述第二薄板通过所述接合公端和所述接合母端的相互配合连接在一起。本发明可实现低频宽带吸声效果，同时，可以柔性贴附，并能够有效防止粉尘侵入和受潮成坨的现象。

Description

一种吸声结构
技术领域
本发明涉及降噪技术领域，尤其涉及一种吸声结构。
背景技术
吸声结构广泛应用于交通运载工具、机电设备、建筑墙面和工业管道等对象，依靠其内部构造的阻尼损耗，如粘热边界层和结构形变阻尼等，将声波携带的机械能转化为热能，从而实现降噪的目的。
根据工作原理的不同，传统的吸声结构可分为两类：一是非共振型吸声结构，如泡沫、纤维棉这类多孔吸声材料；二是共振型吸声结构，如微穿孔板、薄膜或薄板共振吸声体。其中，非共振型吸声结构依靠自身材料内部的曲折空隙或纤维与声波相互作用吸收声能，其吸声性能与材料的厚度直接相关，具有优异的中高频宽带吸声性能，但对低频噪声的吸收不太理想；而共振型吸声结构则依靠构造的共振单元实现与入射侧介质的阻抗匹配，进而利用自身阻尼损耗吸收声能，其吸声性能与共振单元的共振频率直接相关，因此吸声带宽通常较窄。如何在吸声结构厚度很小的前提下实现较好的低频宽带吸声效果，是噪声控制领域的一个难题。
在实际应用层面，因非共振型吸声结构通常质地柔软，故可方便实施于复杂曲面对象的表面，例如曲率较大的管路、汽车舱壁和车门等，但非共振型吸声结构易受粉尘侵入和受潮成坨等因素影响，在许多场合不宜直接暴露使用；而共振型吸声结构通常质地刚硬，其多应用于大面积平直对象的表面，例如墙壁、声屏障等。
因此，亟需一种吸声结构来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸声结构，可实现低频宽带吸声效果，同时，可以柔性贴附，并能够有效防止粉尘侵入和受潮成坨的现象。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种吸声结构，包括：第一薄板、中层体和第二薄板，所述第一薄板与所述第二薄板平行间隔设置，所述第一薄板朝向所述中层体的一侧阵列设置有若干接合公端，所述第二薄板朝向所述中层体的一侧设置有与所述接合公端相配合的接合母端，所述中层体为柔性吸声材料，所述中层体夹设于所述第一薄板和所述第二薄板之间，所述第一薄板和所述第二薄板通过所述接合公端和所述接合母端的相互配合连接在一起。
优选地，所述第一薄板上设置有质量块，所述质量块与所述第一薄板共同形成共振单元。
优选地，所述质量块的数目至少为一个。
优选地，所述中层体上与所述接合公端相对的位置开设有贯穿所述中层体的通口。
优选地，所述接合公端包括第一基座和凸起，所述第一基座设置在所述第一薄板上，所述凸起设置在所述第一基座背离所述第一薄板的一端，所述凸起能够卡入所述接合母端内。
优选地，所述接合母端包括第二基座，所述第二基座设置在所述第二薄板上，所述第二基座背离所述第二薄板的一端设有凹槽，所述凸起能够卡入所述凹槽内。
优选地，所述凸起的高度大于或等于所述凹槽的深度。
优选地，所述凸起的截面形状为圆形或多边形。
优选地，所述第一薄板上阵列分布第一开口，多个所述接合公端通过所述第一开口设置在所述第一薄板上。
优选地，所述第二薄板上阵列分布第二开口，多个所述接合母端通过所述第二开口设置在所述第二薄板上。
本发明的有益效果：
本发明所提供的吸声结构，第一薄板具有多个共振单元，其共振频率可方便设计到低频域，通过中层体所在区域的声压在共振单元的共振频率处被大幅度提高，可以提高中层体吸收入射声能的能力，实现低频宽带吸声功能；第一薄板与第二薄板以及中层体均可以弯折，而且采用第一薄板和第二薄板通过接合公端和接合母端相配合的方式进行连接，将面面结合改为凹槽与凸起的多点结合，提高了该吸声结构的柔性，从而实现柔性贴附，方便贴附于复杂曲面对象的表面；中层体的两侧设置第一薄板和第二薄板，第一薄板和第二薄板的密闭表面能够对中层体进行保护，可以有效防止中层体被粉尘侵入和受潮成坨的现象。
附图说明
图1是本发明一种吸声结构第一种实现形式的示意图；
图2是本发明一种吸声结构中第一薄板的示意图；
图3是本发明一种吸声结构中第二薄板的示意图；
图4是本发明一种吸声结构第二种实现形式的示意图；
图5是本发明一种吸声结构第三种实现形式的示意图；
图6是本发明一种吸声结构中质量块排布三种形式的示意图；
图7是本发明一种吸声结构的一种贴附方式示意图；
图8是本发明吸声结构第一种实现形式的法向入射吸声系数试验结果。
图中：
11-第一薄板；111-接合公端；1111-第一基座；1112-凸起；112-第一开口；113-第一长板；114-质量块；
12-中层体；
13-第二薄板；131-接合母端；1311-第二基座；1312-凹槽；132-第二开口；133-第二长板；
14-施工对象表面。
具体实施方式
下面接合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
如图1-图3所示，本发明所提供的吸声结构包括第一薄板11、中层体12和第二薄板13，第一薄板11与第二薄板13平行间隔设置，第一薄板11朝向中层体12的一侧阵列设置有若干接合公端111，第二薄板13朝向中层体12的一侧设置有与接合公端111相配合的接合母端131，中层体12为柔性吸声材料，中层体12设置在第一薄板11和第二薄板13之间，第一薄板11与第二薄板13通过接合公端111和接合母端131连接在一起形成该吸声结构的整体。
进一步地，接合公端111可固定设在第一薄板11上，或者与第一薄板11一体成型；接合母端131可固定设在第二薄板13上，或者与第二薄板13一体成型。也可以采用以下方式：
如图4所示，第一薄板11上分布有与接合公端111相对应的第一开口112，多个接合公端111通过第一开口112设置在第一薄板11上。与之类似的是，第二薄板13上分布有与接合母端131相对应的第二开口132，多个接合母端131通过第二开口132设置在第二薄板13上。
当然，如图5所示，也可以将位于同一排上的接合公端111设置在第一长板113上；与之类似的是，位于同一排上的接合母端131设置在第二长板133上。通过第一长板113和第二长板133能够一次性完成多个接合公端111和接合母端131的配合；一方面可以降低配合工艺复杂度，另一方面并不影响吸声结构在垂直于第一长板113或第二长板133长度方向上的柔性。值得注意的是，接合公端111与接合母端131的这几种配合方式，可以相互替换，在此不做过多限定。
进一步地，固定设置在第一薄板11上的接合公端111包括第一基座1111和凸起1112，第一基座1111设置在第一薄板11上，凸起1112固定设置在第一基座1111背离第一薄板11的一端，凸起1112能够卡入接合母端131内。
固定设置在第二薄板13上的接合母端131包括第二基座1311，第二基座1311设置在第二薄板13上，第二基座1311背离第二薄板13的一端开设有与凸起1112相配合的凹槽1312，凸起1112能够卡入凹槽1312内。值得注意的是，接合公端111和接合母端131的安装位置可互换，即接合公端111位于第一薄板11，而接合母端131位于第二薄板13，并不影响吸声结构的吸声性能。
进一步地，接合公端111上的凸起1112的高度大于或等于位于接合母端131上的凹槽1312的深度。接合公端111上的凸起1112的高度等于位于接合母端131上的凹槽1312的深度，这种完全配合的情况适用贴附于曲率较小或者平直的对象；接合公端111上的凸起1112的高度大于位于接合母端131上的凹槽1312的深度，这种非完全配合情况适合贴附曲率较大的对象，可确保第二薄板13和第一薄板11之间存在较大的形变偏移量。
进一步地，为了保证接合稳固，可选地，接合公端111的凸起1112与接合母端131的凹槽1312的横截面的形状一致，可以为圆形或多边形等，在此不做限定。接合公端111的凸起1112与接合母端131的凹槽1312的配合方式可以采用铆接，还可为胶粘、螺钉连接等，保证该吸声结构的一体性。
进一步地，中层体12与接合公端111相对的位置开设有贯穿中层体12的通孔，接合公端111与接合母端131通过通孔相配合，保证配合后接合公端111与接合母端131接合紧密。中层体12为柔性吸声材料，具体地可以采用泡沫或纤维棉等材料。
进一步地，第一薄板11上设置有质量块114，具体地，参见图2中第一薄板11的侧面未被接合公端111占据的区域固定设置至少一个质量块114，用以与第一薄板11形成共振单元。通过设置质量块114，一方面可以为第一薄板11提供更强的声波透射能力，另一方面，可以更加灵活地调节第一薄板11的质量和刚度参数，最终提高吸声结构的吸声效果。
进一步地，图6为本发明吸声结构的共振单元中质量块114的三种排布方式示意图。其中，图6(a)所示的吸声结构上的质量块114呈3行3列形式排布，图6(b)所示的吸声结构包含的质量块114呈2行2列形式排布，图6(c)所示的吸声结构包含的质量块114呈1列形式排布。图中，由质量块114与第一薄板11组成的共振单元的第一阶共振频率由小到大排列，并以符号F1、F2、……、F9表示。将具有不同共振频率的多个共振单元按照图6所示的排布方式排布，可实现宽频吸声效果。值得注意的是，质量块114的排布方式不限于图6所示的三种方式，而且某些共振单元中可不包含质量块114，或者某些共振单元中包含质量块114的数量不止一个，在此不做过多限定。
进一步地，图6中的共振单元的共振频率与第一薄板11和质量块114的几何形状、材料参数直接相关，而且还与相邻接合公端111的排布间距及第一基座1111的几何形状有关。因此，可通过合理设计和选择这些构成部件的几何形状、排布间距和材料参数等获得共振单元期望的共振频率范围，进而实现理想的吸声效果。
本发明吸声结构的工作机理如下：
第一薄板11中的共振单元可方便设计到较低的共振频率，在其共振频率处可满足与入射侧介质的阻抗匹配条件，从而使得声波顺利进入中层体12，并且中层体12所在区域的声压在共振单元的共振频率处被大幅度提高，即便构成中层体12的吸声材料的吸声系数很小，依然可以吸收大量的入射声能。而且，由于主要的耗能部件为中层体12，使得第一薄板11和第二薄板13选材宽泛，不需要具备较高的结构形变阻尼特性，可以为普通的金属材料，例如镀锌钢板或铝合金板；也可以采用高分子材料，如聚碳酸酯材料等。其次，将共振频率不同的多个共振单元按照不限于图6所示的三种排布方式排布，不同共振频率的多个共振单元之间的互相干涉可拓宽吸声结构的吸声频带。
此外，第一薄板11与第二薄板13以及中层体12均可弯折，第一薄板11和第二薄板13内部没有刚直的框架，而是采用第一薄板11和第二薄板13通过接合公端111和接合母端131相配合的方式进行连接，将面面结合改为凹槽与凸起的多点结合，提高了该吸声结构的柔性，从而实现柔性贴附，方便贴附于复杂曲面对象的表面。
此外，吸声结构的第一薄板11和第二薄板13均为密闭表面，可以有效防止中层体12被粉尘侵入和受潮成坨的现象，保证了中层体12的工作性能和使用寿命。本发明提出的吸声结构融合了非共振型吸声结构和共振型吸声结构的优点，并有效克服了各自缺点，可在厚度很小的前提下，具备优异的低频宽带吸声性能，并且结构表面密闭、质地柔软，方便贴附于复杂曲面对象的表面。
施工方式
图7为本发明吸声结构的一种贴附方式示意图。在应用时，吸声结构可以连续拼接，从而完整覆盖施工对象表面14；还可将吸声结构间隔一定的距离，呈离散状排布于施工对象表面14。
对于施工对象曲率较大的表面，可将吸声结构进行一定弯曲后贴合在该表面。此外，将第一薄板11和第二薄板13预先制作为贴合施工对象表面14的曲面形状，装配成型后直接贴附于施工对象曲率较大的表面。可确保吸声结构的有效吸声频带在施工前后保持一致，不受施工过程中结构变形的影响。
试验结果
图8为本发明吸声结构第一种实现形式的法向入射吸声系数试验结果。该实施例测试所采用的吸声结构的结构形式如图1-图3所示。本实施例中所做测试按照ASTM E1050-12标准执行。本实施例中，吸声结构包括如下具体参数：
吸声结构的外轮廓为正方形，边长为105mm；
第一薄板11为聚碳酸酯材料，其厚度为0.125mm；4行4列16个接合公端111均匀排布于第一薄板11的表面上，接合公端111的第一基座1111的横截形状为正方形，边长为10mm，厚度为5mm，接合公端111上的凸起1112的横截面形状为圆形，半径为2.5mm，厚度为5mm；第一薄板11分布的9个质量块114的外轮廓形状为正方形，其边长涵盖2mm-7mm范围，厚度为1mm和2mm两种，材质为不锈钢。
第二薄板13为聚碳酸酯材料，其厚度为0.125mm；4行4列16个接合母端131均匀排布于第二薄板13的表面，接合母端131的第二基座1311的横截面形状为正方形，边长为10mm，厚度为5mm，接合母端131的凹槽1312的横截面形状为圆形，半径为2.5mm，深度为5mm；
中层体12为玻璃纤维棉，容重为9.6kg/m3，流阻率为25000Nsm-4，厚度为25mm。
如图8所示，吸声结构在500Hz-1600Hz的法向入射吸声系数均在0.5以上，尤其是800Hz-1000Hz频段处的吸声系数均到0.95以上，而且吸声结构的厚度尺寸仅为25mm，远低于所吸收噪声的波长。
值得理解的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”，“内”、“外”、“正”、“反”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，“多个”的含义指的是两个或两个以上，除非另有明确而具体的限定。
此外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“配合”、“连接”、“贴附”和“装配”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电或磁连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种吸声结构，其特征在于，包括：第一薄板(11)、中层体(12)和第二薄板(13)，所述第一薄板(11)与所述第二薄板(13)平行间隔设置，所述第一薄板(11)朝向所述中层体(12)的一侧阵列设置有若干接合公端(111)，所述第二薄板(13)朝向所述中层体(12)的一侧设置有与所述接合公端(111)相配合的接合母端(131)，所述中层体(12)为柔性吸声材料，所述中层体(12)夹设于所述第一薄板(11)和所述第二薄板(13)之间，所述第一薄板(11)和所述第二薄板(13)通过所述接合公端(111)和所述接合母端(131)的相互配合连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种吸声结构，其特征在于，所述第一薄板(11)上设置有质量块(114)，所述质量块(114)与所述第一薄板(11)共同形成共振单元。
3.根据权利要求2所述的一种吸声结构，其特征在于，所述质量块(114)的数目至少为一个。
4.根据权利要求1所述的一种吸声结构，其特征在于，所述中层体(12)上与所述接合公端(111)相对的位置开设有贯穿所述中层体(12)的通口。
5.根据权利要求1所述的一种吸声结构，其特征在于，所述接合公端(111)包括第一基座(1111)和凸起(1112)，所述第一基座(1111)设置在所述第一薄板(11)上，所述凸起(1112)设置在所述第一基座(1111)背离所述第一薄板(11)的一端，所述凸起(1112)能够卡入所述接合母端(131)内。
6.根据权利要求5所述的一种吸声结构，其特征在于，所述接合母端(131)包括第二基座(1311)，所述第二基座(1311)设置在所述第二薄板(13)上，所述第二基座(1311)背离所述第二薄板(13)的一端设有凹槽(1312)，所述凸起(1112)能够卡入所述凹槽(1312)内。
7.根据权利要求6所述的一种吸声结构，其特征在于，所述凸起(1112)的高度大于或等于所述凹槽(1312)的深度。
8.根据权利要求5所述的一种吸声结构，其特征在于，所述凸起(1112)的截面形状为圆形或多边形。
9.根据权利要求1所述的一种吸声结构，其特征在于，所述第一薄板(11)上阵列分布第一开口(112)，多个所述接合公端(111)通过所述第一开口(112)设置在所述第一薄板(11)上。
10.根据权利要求1所述的一种吸声结构，其特征在于，所述第二薄板(13)上阵列分布第二开口(132)，多个所述接合母端(131)通过所述第二开口(132)设置在所述第二薄板(13)上。
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