CN110599995A - 一种吸收频段可调的吸声结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸收频段可调的吸声结构，属于吸声设备技术领域，解决了现有吸声材料具有低频吸声性能差、厚度尺寸大及不能全频段良好吸声而需要经常改变噪声频率的技术问题。本发明的超薄吸声结构，包括吸声主体结构，吸声主体结构包括多个结构相同且均匀排列的方形单胞；方形单胞包括依次连接的前面板、中间层和刚性背板；前面板上设有第一通孔及声波探测单元；中间层上加工有与第一通孔形状相同的第二通孔以及以第二通孔为起点进行盘绕的共面螺线管；共面螺线管的数量至少为一个；刚性背板上安装有结构控制器；结构控制器用于调整吸声频段。本发明的超薄吸声结构能实时探测噪声频率，并通过结构控制器进而调整吸声频段。
Description
技术领域
本发明涉及吸声结构技术领域，尤其涉及一种吸收频段可调的吸声结构。
背景技术
噪声在人们生活中无处不在，会严重妨碍人们正常休息、学习和生活；另外，噪声也会对汽车、高铁、喷气式飞机等交通工具的零部件产生破坏。此外，降低潜艇发动机噪声和导弹发射噪声，是军事领域的一个关键问题。因此，减少噪声对人类和环境的影响，对其进行吸声降噪显得尤为重要。
目前吸声材料主要以吸声棉及金属纤维毡等多孔材料和微穿孔板为主，主要基于粘滞力或共振吸声原理。这就导致吸声材料具有低频吸声性能差、厚度尺寸大、不能全频段良好吸声等缺点。此外，由于噪声源复杂多变，因此噪声的频率也经常发生改变，这更进一步增加了吸声降噪的难度。
另外，现有的超薄吸声结构仅具有宽低频吸声和超薄特性，但不具备可调频率功能。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种吸收频段可调的吸声结构，用以解决现有吸声材料具有低频吸声性能差、厚度尺寸大、不能全频段良好吸声而需要经常改变噪声频率的技术问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明公开了一种吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，包括吸声主体结构，吸声主体结构包括多个结构相同且均匀排列的方形单胞；方形单胞包括依次连接的前面板、中间层和刚性背板；
前面板上设有第一通孔及声波探测单元；中间层上设有与第一通孔形状相同的第二通孔以及以第二通孔为起点进行盘绕的共面螺线管；共面螺线管的数量至少为两个；刚性背板上设有第三通孔，第三通孔的数量、位置和大小与第二通孔的数量、位置和大小均一致；刚性背板上安装有结构控制器，结构控制器用于调整吸声频段。
在一种可能的设计中，结构控制器包括软管和电动马达；软管数量与第三通孔数量相同；电动马达用于调整软管进入共面螺线管的长度。
在一种可能的设计中，共面螺线管的形状为螺旋的通孔状，共面螺线管的横截面形状为正方形、矩形或圆形。
在一种可能的设计中，共面螺线管的盘绕分布方式为共面盘绕分布或螺旋非共面分布。
在一种可能的设计中，共面螺旋管的数量≥2个，共面螺旋管之间为串联、并联或混联排列。
在一种可能的设计中，声波探测单元包括声波探测器，声波探测器用于探知噪声的频率、方向和强度。
在一种可能的设计中，前面板、中间层和刚性背板的材料均为金属材料或硬质塑料。
在一种可能的设计中，软管的材料为软质耐火塑料。
在一种可能的设计中，软管的材料为软质耐火橡胶。
在一种可能的设计中，前面板的厚度为0.1mm～2mm；中间层的厚度为1mm～25mm；刚性背板的厚度为0.1mm～2mm。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)与现有的超薄吸声结构无法调整吸收主体结构的吸声频率相比，发明提供的吸收频段可调的吸声结构通过设定声波探测单元，能够实时探测噪声频率，当噪声源产生后，声波探测能够探知声波频率，并发送指令到结构控制器，在结构控制器调整下，吸声主体结构吸收相应频率的噪声。
(2)本发明所采用的前面板的厚度为0.1mm～2mm；中间层的厚度为1mm～25mm；刚性背板的厚度为0.1mm～2mm，该超薄吸声主体结构减小了所需吸声材料的厚度并扩宽了强吸声频带，该吸声结构从385Hz到1000Hz的吸声系数均达到0.8以上，而且吸声频带得到了有效扩宽，厚度最小仅为波长的1/162，因此，本发明提供的吸收频段可调的吸声结构具有很强的应用前景。
(3)本发明的结构控制器包括软管和电动马达；软管数量与第三通孔数量相同；电动马达用于调整软管进入共面螺线管的长度。工作时，当噪声源产生后，声波探测器探知噪声频率，从而发送指令到电动马达结构，在电动马达结构的控制下，调整软管进入共面螺线管的长度，从而改变吸收噪声的频率。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为实施例1提供的前面板立体结构示意图；
图2为实施例2提供的吸收频段可调的吸声结构的工作流程图；
图3为本发明实施例1提供的吸收频段可调的吸声结构的前面板示意图；
图4为本发明实施例1提供的吸收频段可调的吸声结构的中间层示意图；
图5为本发明实施例1提供的吸收频段可调的吸声结构的刚性背板示意图；
图6为本发明实施例1提供的吸收频段可调的吸声结构的软管结构示意图；
图7本发明实施例3提供的吸收频段可调的吸声结构的吸声效果图。
附图标记：
1-前面板；2-中间层；3-共面螺线管；4-刚性背板；5-软管；6-电动马达；7-声波探测器。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例，公开了一种吸收频段可调的吸声结构，如图1至图6所示，包括吸声主体结构，该吸声主体结构包括多个结构相同且均匀排列的方形单胞；方形单胞包括依次连接的前面板、中间层和刚性背板；前面板上加工有第一通孔及设有声波探测单元；中间层上加工有与第一通孔形状相同的第二通孔以及以第二通孔为起点进行盘绕的共面螺线管；共面螺线管的数量至少为一个；刚性背板上加工有第三通孔，第三通孔的数量、位置和大小与第二通孔一致；刚性背板上安装有结构控制器；结构控制器用于调整吸声频段。
具体地，吸声主体结构由相同的方形单胞均匀排列构成，每个方形单胞均包括依次固定连接的前面板、中间层和刚性背板，其中，前面板上加工有第一通孔以及声波探测单元，噪声源产生后，声波探测单元用于探测噪声频率；中间层上加工有与第一通孔形状和结构相同的第二通孔，第二通孔的几何中心与第一通孔的几何中心重合；另外，中间层上还设有以第二通孔为起点进行盘绕的共面螺线管，共面螺线管的数量可以为一个、两个或者多个，当共面螺线管的数量大于等于两个时，共面螺线管之间的排列方式为串联分布或者并联分布；在刚性背板上加工有第三通孔，第三通孔的数量、位置和大小均与第二通孔保持一致；另外，在刚性背板上还安装有结构控制器，该结构控制器能够用于调整吸声频段。
现有的超薄吸声结构无法调整吸收主体结构的吸声频率，而本实施例提供的吸收频段可调的吸声结构通过设定声波探测单元，能够实时探测噪声频率，当噪声源产生后，声波探测能够探知声波频率，并发送指令到结构控制器，在结构控制器调整下，吸声主体结构吸收相应频率的噪声；同时本发明所采用的超薄吸声结构设计，大大减小了所需吸声材料的厚度并扩宽了强吸声频带，该吸声结构从385Hz到1000Hz的吸声系数均达到0.8以上，而且吸声频带得到了有效扩宽，厚度最小仅为波长的1/162，因此，本发明提供的吸收频段可调的吸声结构具有很强的应用前景。
为精确调整噪声频段，本发明的结构控制器包括软管和电动马达；软管数量与第三通孔数量相同；电动马达用于调整软管进入共面螺线管的长度。
具体地，当第三通孔的数量为两个时，软管数量对应的设为两个，设垂直于前面板的厚度方向分布为x轴方向和y轴方向，平行于厚度方向为z轴方向；前面板、中间层和刚性背板形成的方形单胞沿x轴、y轴方向排列，铺满整个xy平面形成吸收频段可调的吸声结构；工作时，将该超薄吸声结构沿xy方向覆盖需要吸声降噪的物体，使声音沿z轴方向入射；当噪声频率处于385Hz到485Hz之间时，通过电动马达和软管将两个共面螺线管的长度分别调整为205mm和173.5mm；当噪声频率处于485Hz到585Hz之间时，将两个共面螺线管的长度分别减小为168mm和143mm；当噪声频率处于585Hz到715Hz之间时，将两个共面螺线管的长度分别减小为135.5mm和116mm；当噪声频率处于715Hz到860Hz之间时，将两个共面螺线管的长度分别减小为111mm和95.8mm；当噪声频率处于860Hz以上时，将两个共面螺线管的长度分别减小为92.5mm和80.5mm；由图7所示，该吸声结构从385Hz到1000Hz的吸声系数均达到0.8以上，吸声频带得到了有效扩宽，厚度最小仅为波长的1/162。
本实施例的声波探测单元包括声波探测器，声波探测器用于探知噪声频率、方向和强度。具体地，在前面板的边角处镶嵌自带锂电池的声波探测器，需要注意的是，声波探测器所处的位置与中间层的共面螺线管之间不相互干涉。
本发明的共面螺线管的形状为螺旋的通孔状，共面螺线管的横截面形状为正方形、矩形或圆形。
需要强调的是，本发明的共面螺旋管的数量≥3个，各个共面螺旋管之间为串联、并联或混联排列。通过将共面螺旋管进行串联、并联或混联排列，能够拓宽吸声频带，进而达到全频段吸声的效果，最终保证超薄吸声结构具有良好的应用前景。
本发明的共面螺线管的盘绕分布方式为共面盘绕分布或螺旋非共面分布。将共面螺旋管采用共面盘绕能够减小中间层的厚度，进而减小超薄吸声结构的整体厚度；而将共面螺旋管采用螺旋非共面分布方式能够拓宽相应的吸声频带，且更易于加工实现。
本发明的前面板、中间层和刚性背板的选用材料均为金属材料或硬质塑料；硬质塑料可以选用聚乳酸PLA，该材料为3D打印材料，其拉伸强度和弯曲模量均大于80Mpa，满足吸收频段可调的吸声结构对于刚性的要求；金属材料可以选用钢、钨和铝等其它金属材料，该类材料同样能够满足吸收频段可调的吸声结构对于刚性的要求。
本发明的软管材料为软质塑料或软质橡胶；采用软质塑料或软质橡胶的柔性较大，方便改变超薄吸声结构主体。
本发明的前面板的厚度为0.1mm～1mm；中间层的厚度为1mm～25mm；刚性背板的厚度为0.1mm～1mm。将前面板、中间层及刚性背板的厚度控制在上述范围内能够保证吸声结构的超薄厚度。
实施例2
本实施例提供了一种吸收频段可调的吸声结构的制作方法，具体制作步骤包括以下步骤：
步骤S1.在前面板上加工第一通孔并在前面板的边角处镶嵌自带锂电池的声波探测器；
步骤S2.在中间层上加工与前面板的第一通孔大小和位置相同的第二通孔；在中间层上以第二通孔的一边为起始点，共面螺线管以共面盘绕方式或螺旋非共面方式分布；
步骤S3：在刚性背板上加工第三通孔，另外，在刚性背板远离中间层的一侧安装软管和电动马达结构；
步骤S4：将前面板、中间层和刚性背板通过铆钉或胶水进行固定连接，形成方形单胞，将多个方形单胞结进行平铺形成吸声主体结构即吸收频段可调的吸声结构。
工作时，当噪声源产生后，声波探测器探知噪声频率，从而发送指令到电动马达结构，在电动马达结构的控制下，调整软管进入共面螺线管的长度，从而使得吸声主体结构吸收相应频率的噪声。
与现有技术相比，本发明的声波探测器能实时探测噪声频率，并通过改变吸声结构的调整吸声频段。同时本发明所采用的超薄吸声结构设计，大大减小了所需吸声材料的厚度并扩宽了强吸声频带，具有很强的应用前景。
实施例3
本实施例的前面板、中间层和刚性背板所采用的材料均为聚乳酸(PLA)，聚乳酸(PLA)为常用的3D打印材料，其拉伸强度和弯曲模量均大于80Mpa，满足吸收频段可调的吸声结构对于刚性的要求；参见附图3，前面板、中间层和刚性背板的边长D均为60mm，总厚度h为5.5mm；其中：(1)关于前面板
前面板1的厚度为0.5mm，前面板1的几何中心处开设有第一通孔，第一通孔为方形，第一通孔的边长为4mm，且第一通孔的几何中心和前面板1的几何中心重合。前面板1的边角处镶嵌自带锂电池的声波探测器，且所处位置与中间层2的共面螺线管不干涉。
(2)关于中间层
中间层2的厚度为4mm，在中间层2上加工有与前面板1的第一通孔位置、大小和形状均相同的第二通孔，以第二通孔为起始点，并以左右两个方向圆形盘绕的方式开通孔，形成两个相同管径的共面螺线管，长度为205mm；刚性背板4的厚度为1mm。
(3)制备吸声频段可调的超薄吸收结构
设垂直于前面板1的厚度方向分布为x轴方向和y轴方向，平行于厚度方向为z轴方向；前面板1、中间层2和刚性背板4形成的方形单胞沿x轴、y轴方向排列，铺满整个xy平面形成吸收频段可调的吸声结构。
(4)超薄吸声结构的工作过程
工作时，将该超薄吸声结构沿xy方向覆盖需要吸声降噪的物体，使声音沿z轴方向入射。如图6和下表1所示，当噪声频率处于385Hz到485Hz之间时，通过电动马达和软管调整两个共面螺线管的长度分别为205mm和173.5mm；当噪声频率处于485Hz到585Hz之间时，减小两个共面螺线管的长度分别为168mm和143mm；当噪声频率处于585Hz到715Hz之间时，减小两个共面螺线管的长度分别为135.5mm和116mm；当噪声频率处于715Hz到860Hz之间时，减小两个共面螺线管的长度分别为111mm和95.8mm；当噪声频率处于860Hz以上时，减小两个共面螺线管的长度分别为92.5mm和80.5mm。吸声效果根据图7可知，该吸声结构从385Hz到1000Hz的吸声系数均达到0.8以上，吸声频带得到了有效扩宽，厚度最小仅为波长的1/162。
表1两个软管通过电动马达随噪声频率的变化而变化情况
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，包括吸声主体结构，所述吸声主体结构包括多个结构相同且均匀排列的方形单胞；所述方形单胞包括依次连接的前面板、中间层和刚性背板；
所述前面板上设有第一通孔及声波探测单元；所述中间层上设有与第一通孔形状相同的第二通孔以及以第二通孔为起点进行盘绕的共面螺线管；所述共面螺线管的数量至少为一个；所述刚性背板上设有第三通孔，所述第三通孔的数量、位置和大小与所述第二通孔的数量、位置和大小均一致；所述刚性背板上安装有结构控制器，所述结构控制器用于调整吸声频段。
2.根据权利要求1所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述结构控制器包括软管和电动马达；所述软管数量与所述第三通孔数量相同；所述电动马达用于调整软管进入共面螺线管的长度。
3.根据权利要求1所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述共面螺线管的形状为螺旋的通孔状，所述共面螺线管的横截面形状为正方形、矩形或圆形。
4.根据权利要求1所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述共面螺线管的盘绕分布方式为共面盘绕分布或螺旋非共面分布。
5.根据权利要求1所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述共面螺旋管的数量≥2个，所述共面螺旋管之间为串联、并联或混联排列。
6.根据权利要求1所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述声波探测单元包括声波探测器，所述声波探测器用于探知噪声的频率、方向和强度。
7.根据权利要求1所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述前面板、中间层和刚性背板的材料均为金属材料或硬质耐火塑料。
8.根据权利要求2所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述软管的材料为软质耐火塑料。
9.根据权利要求2所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述软管的材料为软质耐火橡胶。
10.根据权利要求1至9所述的吸收频段可调的吸声结构，其特征在于，所述前面板的厚度为0.1mm～2mm；所述中间层的厚度为1mm～25mm；所述刚性背板的厚度为0.1mm～2mm。
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