CN110863577A - 一种单腿条缝吸音结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单腿条缝吸音结构，包括多个板条平行排列组合而成的面板，板条之间形成具有狭缝出口的间隙腔，板条的一侧设有固定腿，固定腿用于固定安装板条；本发明单腿条缝吸音结构，单个固定腿的条缝吸音结构提高了吸音的效率，同时减少了材料的用量，降低了生产成本；单个固定腿的设置使得间隙腔的宽度增大，入射声波在吸音腔体内的碰撞和摩擦几率变大，声波耗散增加；间隙腔同时形成一个亥姆霍兹穿孔共振器和抗性消声器，增强吸音效果；单个固定腿作为板条的固定基础，不会对板条在入射声波的影响下的振动形成强限制，利于入射声波的能量通过板条的振动耗散。

Description

一种单腿条缝吸音结构
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种单腿条缝吸音结构。
背景技术
吸音板是一种理想的吸声装饰材料，广泛用于音乐厅、影剧院、录音室、演播厅、监听室、会议室、体育馆、展览馆、歌舞厅、KTV包房、家庭影视厅、工厂、静音室、法庭、报告厅、审讯室等、噪声超标准的厂房以及大型公共建筑的吸声墙板、天花吊顶板等场所。
目前，按照结构来划分，吸音板通常包括吸音尖劈吸音板、槽木吸音板和穿孔吸音板等。吸音尖劈是采用多孔性或纤维性材料切割成型制作的锥形或尖劈状的吸声体。槽木吸音板是在中密度的纤维板的正面上开槽、在背面开圆孔的结构，除了具有平面吸音板的所有功能外，还能够通过它的立体表面对音波进行不同角度的传导。而穿孔吸音板是利用材料特有的属性，即，材料内部有大量微小的连通的空隙，声波进入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。特别是木质的吸音板，由于木材的内部包含许多细小的孔隙，对声波产生特别优良的吸音效果。但是木材在使用中容易变形、不能防火，现有技术中应用最多的是一种铝条缝吸音板。这种吸音板的截面为“π”字形，通常被称为双腿铝条缝吸音板，(如中国专利CN106013660A，一种吸音板及其安装方法中的技术方案)其通过腿部的安装结构固定在墙面或者天花板上。双腿铝条缝吸音板的吸音效果有待提高，加工难度有待降低。
随着现代社会的发展，人们对吸声板的性能要求不断攀升，人们希望得到吸声效果更好的吸音结构，以获得更好的生活质量。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种单腿条缝吸音结构，能够取得更好的吸音效果，该技术方案是这样实现的：
一种单腿条缝吸音结构，包括多个板条平行排列组合而成的面板，所述板条之间形成具有狭缝出口的间隙腔，所述板条包括条主体和设置于所述条主体一侧的固定腿，每个板条上只设单个固定腿，所述固定腿用于固定安装所述板条。
所述板条之间的间隙腔形成吸音腔体阵列，入射声波在吸音腔体内发生碰撞和摩擦而转化为热能从而被消耗。所述间隙腔的长度方向为板条的延展长度方向。
每个板条上只设单个固定腿，因此相邻两个板条上固定腿之间所有空间均可以用于吸音。而对于现有技术常用的双腿甚至于多腿的条缝吸音结构，同一板条上固定腿之间的腔体不能被用于吸音，从而降低了整体吸音效果。单个固定腿的设置使得间隙腔的宽度增大，入射声波在吸音腔体内的碰撞和摩擦几率变大，声波耗散增加。单个固定腿的条缝吸音结构提高了吸音的效率，同时减少了材料的用量，降低了生产成本。
此外，单个固定腿作为板条的固定基础，一方面能固定板条，另一方面不会对板条在入射声波的影响下的振动形成强限制，利于入射声波的能量通过板条的振动耗散。对于现有技术常用的双腿甚至多腿条缝吸音结构，板条的固定过于牢固，板条在入射声波的影响下的振动被限制，然而板条在入射声波的影响下的受迫振动是利于声波耗散。
优选的，还包括龙骨，所述板条与所述龙骨固定连接形成面板；所述龙骨上排布有插口，所述固定腿与所述插口卡接。龙骨的结构简单、成本低廉，适合作为板条的固定基座。
实施中，龙骨固定于墙体上，板条与所述龙骨固定连接形成面板，面板与墙体之间填充吸音层。吸音层种类、容重、厚度等，均可改变单腿条缝吸音结构的吸声性能。
间隙腔形成一个亥姆霍兹穿孔共振器，增强吸音效果，狭缝为亥姆霍兹穿孔共振器的穿孔，间隙腔主体为亥姆霍兹穿孔共振器的共振腔。整个面板形成一个亥姆霍兹穿孔共振器阵列。
赫尔姆霍兹效应对吸声的声波频率进行模拟计算：
主要吸收的声波频率f0(单位为Hz)为：
Figure BDA0002327503450000031
c-声速，S-穿孔截面积，V-空腔容积，t-穿孔深度，δ-穿孔末端修正量；
间隙腔同时形成一个抗性消声器，增强吸音效果，狭缝作为抗性消声器小尺寸通道，间隙腔主体为抗性消声器大尺寸通道。当大尺寸通道的横截面积与小尺寸通道的横截面积增大时，抗性消声器的传声损失增大。整个面板形成一个抗性消声器阵列。
抗性消声器传声损失
Figure BDA0002327503450000032
其中：
Figure BDA0002327503450000033
-抗性消声器的扩张比，S1、S2-消声器通道截面积，τ1-声强透射系数，改变板条的宽度能同时影响上述两种吸音效应，通过计算和实验设计出不同板条宽度，针对不同频率范围的吸音目标。
进一步优选的，所述板条的条主体两侧端部设有与固定腿凸出方向一致的1-5mm高内凸沿，从而使狭缝具有一定的深度。
作为亥姆霍兹穿孔共振器的穿孔和抗性消声器小尺寸通道，狭缝结构是必须的，狭缝的深度保证形成亥姆霍兹穿孔共振器和抗性消声器效果。
为了形成板条之间具有狭缝出口的间隙腔，狭缝需要具有一定深度，如1mm以上。采用条主体的厚度形成狭缝时，会增加条主体的材料浪费，同时条主体厚度增加会降低条主体的入射声波影响下的振动，降低声波耗散效果。
实施中，优选的，所述固定腿沿所述板条的长度方向延展，所述固定腿的末端设有固定部，所述固定部为延展性材料。
实施中，优选的，所述插口内设有缩颈部。由于板条较薄以及龙骨插口的结构都不适宜形成过盈配合或形变配合。所述固定腿插入所述插口，插口处的固定部被破坏形成变形缺口，沿板条长度方向推动所述板条，将未发生形变的固定部卡接于缩颈部。
例如，板条为铝合金材料，所述铝合金材料板条的固定部穿过所述缩颈部的部分被破坏形成变形缺口。沿板条长度方向推动所述板条，将未发生形变的固定部卡接于所述缩颈部，板条被固定于所述插口内。
可选的，所述板条的横截面呈工字形，所述固定部的横截面的形状为单弧梯形、侧弧梯形、全弧梯形、侧弧倒梯形、单弧倒梯形、全弧倒梯形、直边扇形、侧弧凹扇形、弧形、凹弧形、凸弧形、三角形、凸三角形、凹三角形、圆弧、正梯形、侧弧倒梯形、扇形倒三角形中的一种。
可选的，所述条主体为平面、弧形拱面、弧形凹面、波纹面、凸起棱面或下凹棱面。
可选的，所述板条为铝合金，所述龙骨为合金钢。
实施中，可选的，相邻所述板条的条主体间的间隙为1-20mm，所述固定腿的长度为2-10mm。
实施中，可选的，所述狭缝面积占整个面板面积的1-40％。狭缝面积占整个面板面积值为透声率。以透声率为18％为界限，当透声率小于18％时，主要为穿孔共振与抗性消声两种方式实现吸音；当透声率大于18％时，主要为面板后的吸音层实现吸音(即穿孔吸音结构)。穿孔共振与抗性消声两种方式与穿孔吸音结构方式的最优吸音频率范围是不一致的，通过计算和实验设计出不同的透声率，针对不同频率范围的吸音目标。
本发明提供的单腿条缝吸音结构，具有以下有益效果：
1、单个固定腿的条缝吸音结构提高了吸音的效率，同时减少了材料的用量，降低了生产成本；
2、单个固定腿的设置使得间隙腔的宽度增大，入射声波在吸音腔体内的碰撞和摩擦几率变大，声波耗散增加；
3、间隙腔同时形成亥姆霍兹穿孔共振器和抗性消声器，增强吸音效果；
4、单个固定腿作为板条的固定基础，不会对板条在入射声波的影响下的振动形成强限制，利于入射声波的能量通过板条的振动耗散；
5、设计了配合安装于龙骨上的固定部，方便安装和拆卸；
6、通过计算和实验可设计出不同的透声率，针对不同频率范围的吸音目标；
7、通过计算和实验可设计出不同板条宽度，针对不同频率范围的吸音目标。
附图说明
图1为本发明实施例1板条在龙骨上排列组合的正面示意图；
图2为本发明实施例1板条在龙骨上排列组合的背面示意图；
图3为本发明实施例1板条结构示意图；
图4为本发明实施例1龙骨结构示意图；
图5为本发明实施例1龙骨侧面结构示意图；
图6为本发明实施例1板条在龙骨上的安装示意图；
图7为本发明实施例1的间隙腔示意图；
图8为本发明实施例2的板条示意图；
图9为本发明实施例2的间隙腔示意图；
图10为本发明单弧梯形固定部示意图；
图11为本发明侧弧梯形固定部示意图；
图12为本发明全弧梯形固定部示意图；
图13为本发明侧弧倒梯形固定部示意图；
图14为本发明单弧倒梯形固定部示意图；
图15为本发明全弧倒梯形固定部示意图；
图16为本发明直边扇形固定部示意图；
图17为本发明侧弧凹扇形固定部示意图；
图18为本发明弧形固定部示意图；
图19为本发明凹弧形固定部示意图；
图20为本发明凸弧形固定部示意图；
图21为本发明三角形固定部示意图；
图22为本发明凸三角形固定部示意图；
图23为本发明凹三角形固定部示意图；
图24为本发明圆弧固定部示意图；
图25为本发明正梯形固定部示意图；
图26为本发明侧弧倒梯形固定部示意图；
图27为本发明扇形倒三角形固定部示意图；
图28为本发明实施例之间吸声系数对比图；
附图标记：面板(100)、板条(1)、条主体(11)、内凸沿(111)、固定腿(12)、固定部(121)、变形缺口(122)、龙骨(2)、插口(21)、缩颈部(211)、间隙腔(3)、狭缝(31)、吸音层(4)、墙体(5)
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种单腿条缝吸音结构，包括多个板条1平行排列组合固定于龙骨2上形成面板100。所述板条1之间形成具有狭缝31出口的间隙腔3，所述板条1包括条主体11和设置于所述条主体11的一侧的有固定腿12，每个板条1上只设单个固定腿12，所述固定腿12用于固定安装所述板条1。所述固定腿12沿所述板条1的长度方向延展，所述固定腿12的末端设有固定部121，所述固定部121为延展性材料。所述板条1为铝合金，所述龙骨2为合金钢。龙骨2的结构简单、成本低廉，适合作为板条1的固定基座。
龙骨2上排布有插口21，所述固定腿12与所述插口21卡接。所述板条1的横截面呈工字形，所述固定部121的横截面的形状正梯形。所述条主体11为平面。
所述插口21内设有缩颈部211。由于板条1较薄以及龙骨2插口的结构都不适宜形成过盈配合或形变配合。所述固定腿12插入所述插口21，插口21处的固定部121被破坏形成变形缺口122，沿板条1长度方向推动所述板条1，将未发生形变的固定部121卡接于缩颈部211。
作为亥姆霍兹穿孔共振器的穿孔和抗性消声器小尺寸通道，狭缝31结构是必须的，狭缝31的深度保证形成亥姆霍兹穿孔共振器和抗性消声器效果。具体实施中，所述板条1的条主体11两侧端部设有与固定腿12凸出方向一致的2mm高内凸沿111。内凸沿111保证了狭缝31的深度。
相邻所述板条1的条主体11间的间隙为5mm，所述固定腿12的长度为5mm。条主体11的宽度为5mm。
所述板条1之间的间隙腔3形成吸音腔体阵列，入射声波在吸音腔体内发生碰撞和摩擦而转化为热能从而被消耗。所述间隙腔3的长度方向为板条1的延展长度方向。
每个板条1上只设单个固定腿12，因此相邻两个板条1上固定腿12之间所有空间均可以用于吸音。而对于现有技术常用的双腿甚至于多腿的条缝吸音结构，同一板条1上固定腿12之间的腔体不能被用于吸音，从而降低了整体吸音效果。单个固定腿12的设置使得间隙腔3的宽度增大，入射声波在吸音腔体内的碰撞和摩擦几率变大，声波耗散增加。单个固定腿12的条缝吸音结构提高了吸音的效率，同时减少了材料的用量，降低了生产成本。
此外，单个固定腿12作为板条1的固定基础，一方面能固定板条1，另一方面不会对板条1在入射声波的影响下的震动形成强限制，利于入射声波的能量通过板条1的振动耗散。对于现有技术常用的双腿甚至多腿条缝吸音结构，板条1的固定过于牢固，板条1在入射声波的影响下的震动被限制，然而板条1在入射声波的影响下的受迫振动是利于声波耗散。
实施中龙骨2固定于墙体5上，板条1与所述龙骨2固定连接形成面板100,面板100与墙体5之间填充50mm厚玻璃棉吸音层4。
间隙腔3形成一个亥姆霍兹穿孔共振器，增强吸音效果，狭缝31为亥姆霍兹穿孔共振器的穿孔，间隙腔3主体为亥姆霍兹穿孔共振器的共振腔。整个面板100形成一个亥姆霍兹穿孔共振器阵列。
狭缝31的实际宽d1＝0.5cm。条板1的实际长为50cm；结合赫尔姆霍兹效应对吸声的声波频率进行模拟计算：
主要吸收的声波频率f0(单位为Hz)为：
Figure BDA0002327503450000081
c-声速，
S-穿孔截面积，
V-空腔容积，
t-穿孔深度，
δ-穿孔末端修正量；
c-声速，一般取34000cm/s；
S-颈口(狭缝)面积，取(狭缝)的面积S＝0.5cm×50cm＝25cm2；
V-空腔容积，在实施例1中取V＝50×2.5×0.5＝62.8cm3；
t-狭缝深度，在实施例1中取t＝0.2cm；
δ-狭缝末端修正量，在实施例1中取0.8D(D为狭缝宽，δ＝0.4cm)。
经计算f0＝3969Hz。人耳能感受16Hz-20000Hz的声波。人耳对2000-5000Hz的频率范围感受力最强。计算频率f0＝3969Hz落入该范围，因此具有较高的实用意义。
间隙腔3同时形成一个抗性消声器，增强吸音效果，狭缝31作为抗性消声器小尺寸通道，间隙腔3主体为抗性消声器大尺寸通道。当大尺寸通道的横截面积与小尺寸通道的横截面积增大时，抗性消声器的传声损失增大。整个面板100形成一个抗性消声器阵列。单个固定腿12的设计相比双腿甚至于多腿的条缝吸音结构，其扩张比能增大近一倍。
改变板条1的宽度能同时影响上述两种吸音效应，通过计算和实验设计出不同板条1宽度，针对不同频率范围的吸音目标。
具体实施中，所述狭缝31面积占整个面板100面积的20％。狭缝31面积占整个面板100面积值为透声率。以透声率为18％为界限，当透声率小于18％时，主要为穿孔共振与抗性消声两种方式实现吸音；当透声率大于18％时，主要为面板100后的吸音层4实现吸音(即穿孔吸音结构)。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于相邻所述板条1的条主体11间的间隙为2mm。所述狭缝31面积占整个面板100面积的9.1％
实施例3：
实施例3与实施例2的区别在于，去除背面50mm厚玻璃棉吸音层4。
对比例1：双腿条缝吸音结构，板条宽20mm，板条缝隙宽3mm，背部填充50mm厚玻璃棉吸音层。
根据GB/T 20247-2006/ISO354-2003的标准，测试实施例1、实施例2与实施例3的吸声系数αs，同时对比以对比例1的吸声系数αs，四种条件下的测试数据如表1：
表1
Figure BDA0002327503450000101
表1中，实施例1与实施例2在100-5000Hz条件下整体吸声性能优秀。实施例3是去除背面50mm厚玻璃棉吸音层4的测试条件，对于入射声波200Hz附近有一个表现优越的吸收峰，推断为低频的入射声波能量通过引起单腿条缝吸音结构的板条振动的耗散显著。从1000Hz后开始吸声系数值持续继续大幅上升。推断为间隙腔3形成的亥姆霍兹穿孔共振器和抗性消声器，增强吸音效果。实施例1中赫尔姆霍兹效应声波频率的模拟计算值f0为3969Hz，也可用来解释上述效果。
实施例1与实施例2为存在背面50mm厚玻璃棉吸音层4的测试条件，在200Hz附近仍然可以看到一个表现优越的吸收峰，而没有被玻璃棉吸音层4掩盖，显示出单腿板条1阵列结构对于200Hz附近的吸声系数加强是显著的。
表1中，对比例1的双腿条缝吸音结构(板条宽20mm，板条缝隙宽3mm，背部填充50mm厚玻璃棉吸音层)，在声波大于1000Hz后，吸声系数就开始剧烈下降；相比之下实施例1与实施例2，在声波大于1000Hz后，吸声系数仍然很大，单腿板条1阵列的间隙腔3形成的亥姆霍兹穿孔共振器和抗性消声器，增强了此频率范围的吸音效果。
实施例4：
如图8-9所示，实施例4与实施例1的区别在于，板条1的条主体11厚度为2mm，利用条主体11的厚度形成具有狭缝31出口的间隙腔3。
实施例仅是本发明的某一单一实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据附图获取其他的实施例，也在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种单腿条缝吸音结构，其特征在于：包括多个板条(1)平行排列组合而成的面板(100)，所述板条(1)之间形成具有狭缝(31)出口的间隙腔(3)，所述板条(1)包括条主体(11)和设置于所述条主体(11)一侧的固定腿(12)，每个板条(1)上只设单个固定腿(12)，所述固定腿(12)用于固定安装所述板条(1)。
2.根据权利要求1所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，还包括龙骨(2)，所述板条(1)与所述龙骨(2)固定连接形成面板(100)；所述龙骨(2)上排布有插口(21)，所述固定腿(12)与所述插口(21)卡接。
3.根据权利要求1或2所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述板条(1)的条主体(11)两侧端部设有与固定腿(12)凸出方向一致的1-5mm高内凸沿(111)。
4.根据权利要求3所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述固定腿(12)沿所述板条(1)的长度方向延展，所述固定腿(12)的末端设有固定部(121)，所述固定部(121)为延展性材料。
5.根据权利要求4所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述插口(21)内设有缩颈部(211)，所述固定腿(12)插入所述插口(21)，插口处的固定部(121)被破坏形成变形缺口，沿板条长度方向推动所述板条，将未发生形变的固定部(121)卡接于缩颈部(211)。
6.根据权利要求2所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述龙骨(2)固定于墙体(5)上，板条(1)与所述龙骨(2)固定连接形成面板(100),面板(100)与墙体(5)之间填充吸音层(4)。
7.根据权利要求4或5所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述板条(1)的横截面呈工字形，所述固定部(121)的横截面的形状为单弧梯形、侧弧梯形、全弧梯形、侧弧倒梯形、单弧倒梯形、全弧倒梯形、直边扇形、侧弧凹扇形、弧形、凹弧形、凸弧形、三角形、凸三角形、凹三角形、圆弧、正梯形、侧弧倒梯形、扇形倒三角形中的一种。
8.根据权利要求1所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述条主体(11)为平面、弧形拱面、弧形凹面、波纹面、凸起棱面或下凹棱面。
9.根据权利要求1、2、4、5或6所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述板条(1)为铝合金。
10.根据权利要求1、2、4、5或6所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，相邻所述板条(1)的条主体(11)间的间隙为1-20mm，所述固定腿(12)的长度为2-10mm。
11.根据权利要求1、2、4、5或6所述的单腿条缝吸音结构，其特征在于，所述狭缝(31)面积占整个面板(100)面积的1-40％。
CN201911322402.2A 2019-11-14 2019-12-20 一种单腿条缝吸音结构 Pending CN110863577A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111451118A (zh) * 2020-05-14 2020-07-28 郑州科技学院 实现音乐房之间音乐交互的装置
CN113775067A (zh) * 2021-10-25 2021-12-10 广州新静界声学科技股份有限公司 低频吸收加强的复合吸声组件
CN114654193A (zh) * 2020-12-22 2022-06-24 广州新静界声学科技股份有限公司 条缝吸音面板的加工方法

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