CN111276116A - 一种多层微穿孔板吸声结构 - Google Patents

一种多层微穿孔板吸声结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层微穿孔板吸声结构，包括依次间隔设置的框体和微穿孔板，以及由框体与微穿孔板围合而成的吸声空腔。框体为中空直角六面体，微穿孔板为直角六面体薄片。框体的总厚度为30～100mm。微穿孔板的表面均匀分布通孔。通孔的截面为圆形或四边形，通孔尺寸为0.1～1.0mm。微穿孔板的穿孔率为1.0～15.0％。微穿孔板的厚度为0.1～1.0mm。微穿孔板的数量为2～6个。吸声空腔的深度为5～60mm。框体的一侧设有凹槽，另一侧设有凸起。凹槽和相邻的凸起相匹配，用于确定微穿孔板在框体中的位置，并加以固定。本发明质量轻，面密度小，全频段吸声系数高，尤其是低频吸声性能较好。

Description

一种多层微穿孔板吸声结构
技术领域
本发明涉及吸声结构领域，具体为一种多层微穿孔板吸声结构。
背景技术
在日常生活中穿孔板的应用非常广泛，它既可以作为装饰板，又可以作为多孔吸声材料的面板，以增强低频吸声性能。传统穿孔板的吸声系数大约在0.16左右，由于穿孔板自身的声阻较小，因此这种结构的吸声带宽较窄，通常只有几十赫兹到几百赫兹。相对于传统穿孔板，微穿孔板吸声结构的板厚一般小于2mm，穿孔直径均小于1mm，其穿孔率小于15％。由于微穿孔板的结构特性，在不加多孔吸声材料的情况下可以得到良好的吸声性能，其吸声频率主要集中在中、高频段。同时，微穿孔板吸声结构具有结构简单、质量轻、耐恶劣工况、可冲洗等特点，已广泛应用于建筑与工业领域。
目前，现有的微穿孔板一般用于管道与消声器消声，其吸声频率一般为2～4kHz，频段内平均吸声系数大约为0.7。例如，申请号为201880042825.6的中国专利公开了一种微穿孔管道，包括第一节段和第二节段；该第一节段为管状且基本为非穿孔，该第二节段一部分为微穿孔，且与第一节段串联连接。在管道外壁包裹有纤维材料层、泡沫层和颗粒层的一种或多种隔声材料。但该结构主要用于隔离噪声，其整体的吸声性能一般。申请号为201820991506.7的中国专利公开了一种局部穿孔板消声单元、组合穿孔板消声单元、复合消声片、复合消声装置和管道系统，局部穿孔板消声单元包括底板、侧板与局部穿孔板。局部穿孔板与底板对称布置，侧板围绕在局部穿孔板与底板之间，共同形成消声空腔，空腔内填充吸声材料。但局部穿孔板消声单元一般用于低频噪声(0.1～1kHz)控制，吸声频带较窄；若要实现宽频噪声控制，需要局部穿孔板消声单元阵列并且外加多孔吸声材料，传统吸声材料寿命短，环境抗性较差。申请号为201910909756.0的中国专利公开了一种带刺三角微穿孔的新型微穿孔板消声器，包括壳体，以及内部微穿孔板。微穿孔板的数量为两个，以壳体竖直方向的中线为对称轴对称布置。通过同时调控两个微穿孔板与壳体相邻一侧的距离实现对不同音量及音频噪音的消音。但该结构复杂，且仅对一定范围内的噪音具有较号的消音效果，故其全频段吸声性能一般。鉴于此，开发一种高效宽频吸声与隔声结构，对噪声控制、噪声污染治理显得尤为重要。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种用于吸声与隔声的多层微穿孔板吸声结构。
技术方案：本发明所述的一种多层微穿孔板吸声结构，包括依次间隔设置的框体和微穿孔板，以及由框体与微穿孔板围合而成的吸声空腔。
框体的一侧设有凹槽，另一侧设有凸起。凹槽和相邻的凸起相匹配，用于确定微穿孔板在框体中的位置，并加以固定。框体为中空直角六面体，框体的总厚度为30～100mm，分为以下四种规格：30mm，50mm，80mm，100mm。框体的主要作用有：确定微穿孔板在框体中的位置；对微穿孔板起支撑及固定作用；形成所需的吸声空腔；在多层微穿孔板串联连接时，起拼接及固定作用。
微穿孔板的数量为2～6个。微穿孔板的厚度为0.1～1.0mm。微穿孔板的表面均匀分布通孔。通孔的截面为圆形或四边形，圆形通孔直径为0.1～1.0mm，四边形通孔的边长为0.1～1.0mm。微穿孔板的穿孔率为1.0～15.0％。吸声空腔的深度为5～60mm。
工作原理：当声波入射到界面时，由于框体与微穿孔板的共同作用，一部分声波被反射，从而减弱透射声能，增加多层微穿孔板吸声结构的隔声性能。一部分声波沿入射方向进入微穿孔板，当入射波长与微穿孔板声阻抗相匹配时，产生共振，声波在微孔与空腔内振荡，克服摩擦阻力而消耗(吸收)声能，达到吸声的效果；同时，当声波从微孔进入吸声空腔时，由于声波与孔壁间的摩擦与热粘性效应，也会消耗(吸收)一部分声能，从而提高结构整体的吸声性能。通常，单层微穿孔板对应一个本征频率，产生周期性共振吸声峰，吸声曲线波动较大。但由于多层微穿孔板间的耦合作用，产生多个耦合共振吸声峰，拓宽了吸声频率范围，吸声曲线较为平坦。另外，通过增加结构的低频吸声系数可以提高多层微穿孔板吸声结构整体的隔声性能。
多层微穿孔板吸声结构的吸声性能与其微穿孔板的厚度、穿孔尺寸、穿孔率和腔体深度有关，通过改变这些结构参数来调整多层微穿孔板吸声结构的吸声系数与频率范围。多层微穿孔板吸声结构的隔声性能(尤其是低频隔声性能)与其吸声系数有关，通过增加结构的吸声系数以提高多层微穿孔板吸声结构整体的隔声性能。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、中空直角六面体夹层结构，质量轻，面密度小；
2、无需使用吸声材料，频段内吸声系数较高，整体吸声性能良好，尤其是低频吸声性能较好；
3、通过增加结构的吸声系数以提高其整体的隔声性能，多层微穿孔板吸声结构的低频隔声性能良好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的爆炸图；
图3是本发明框体1的结构示意图；
图4是本发明A处的局部放大图；
图5是本发明微穿孔板2的结构示意图；
图6是本发明B处的局部放大图；
图7是本发明的吸声特性曲线；
图8是本发明的传递损失频谱曲线。
具体实施方式
以说明书附图的方向为上、下、左、右。
如图1，多层微穿孔板吸声结构包括依次间隔串联设置的五个框体1和四个微穿孔板2，以及由此围合而成的四个吸声空腔3。
如图2，自左向右第一个框体1的外尺寸为4mm(W)×200mm(D)×300mm(H)，内尺寸为4mm(W’)×192mm(D’)×292mm(H’)，与第二个框体1连接，对第一个微穿孔板2起固定作用。第二个框体1的外尺寸为23.5mm(W)×200mm(D)×300mm(H)，内尺寸为23.5mm(W’)×192mm(D’)×292mm(H’)，一端与第一个框体1连接，对第一个微穿孔板2起支撑作用，确定其在第二个框体1中的位置，并形成所需的吸声空腔3(Dc＝21mm)；另一端与第三个框体1连接，对第二个微穿孔板2起固定作用。第三个框体1的外尺寸为27.5mm(W)×200mm(D)×300mm(H)，内尺寸为27.5mm(W’)×192mm(D’)×292mm(H’)，一端与第二个框体1连接，对第二个微穿孔板2起支撑作用，确定其在第三个框体1中的位置，并形成所需的吸声空腔3(Dc＝25mm)；另一端与第四个框体1连接，对第三个微穿孔板2起固定作用。第四个框体1的外尺寸为11.5mm(W)×200mm(D)×300mm(H)，内尺寸为11.5mm(W’)×192mm(D’)×292mm(H’)，一端与第三个框体1连接，对第三个微穿孔板2起支撑作用，确定其在第四个框体1中的位置，并形成所需的吸声空腔3(Dc＝9mm)；另一端与第五个框体1连接，对第四个微穿孔板2起固定作用。第五个框体1的外尺寸为29.5mm(W)×200mm(D)×300mm(H)，内尺寸为27.5mm(W’)×192mm(D’)×292mm(H’)。第五个框体1的一侧与第四个框体1连接，对第四个微穿孔板2起支撑作用，确定其在第五个框体1中的位置，并形成所需的吸声腔3(Dc＝25mm)；
从左向右，第一个微穿孔板2外尺寸为0.32mm(t)×196mm(D)×296mm(H)，表面均匀分布微小圆形通孔，其通孔直径d＝0.1mm，穿孔率δ＝8.7％。第二个微穿孔板2的外尺寸为0.32mm(t)×196mm(D)×296mm(H)，表面均匀分布微小圆形通孔，其通孔直径d＝0.1mm，穿孔率δ＝4.9％。第三个微穿孔板2的外尺寸为0.32mm(t)×196mm(D)×296mm(H)，表面均匀分布微小圆形通孔，其通孔直径d＝0.8mm，穿孔率δ＝2.7％。第四个微穿孔板2的外尺寸为0.32mm(t)×196mm(D)×296mm(H)，表面均匀分布微小圆形通孔，其通孔直径d＝0.1mm，穿孔率δ＝2.2％。
如图3～4，框体1为直角六面体框架。框体1的一侧设有凹槽4，另一侧设有凸起5，凹槽4与凸起5的结构尺寸相匹配，用于确定微穿孔板2在框体1中的位置，并加以固定。
如图5～6，微穿孔板2由铜板蚀刻而成，其外形为直角六面体薄片，表面均匀分布微小圆形通孔，与板后吸声空腔3组合，形成微穿孔板吸声结构。
如图7～8，将上述多层微穿孔板吸声结构进行吸声特性与传递损失有限元仿真分析。从图中可以看出，多层微穿孔板吸声结构整体的吸声性能较好，在频段0.1～5kHz内结构的平均吸声系数大约为0.92；同时，多层微穿孔板吸声结构整体的隔声性能良好，在频段0.1～5kHz内结构的平均隔声量为80dB左右。
将本实施例的多层微穿孔板吸声结构用于酒店客房噪声控制，用多层微穿孔板吸声结构代替现有吸声层，多层微穿孔板2的全频段吸声系数较高，整体的吸声性能，尤其是低频吸声性能较好。在不增加整体厚度的基础上，通过提高微穿孔板2的吸声性能达到提高墙体低频隔声性能的目的，可以给顾客更好的入住体验。

Claims (10)

1.一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：包括依次间隔设置的框体(1)和微穿孔板(2)，以及由框体(1)与微穿孔板(2)围合而成的吸声空腔(3)。
2.根据权利要求1所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述框体的总厚度为30～100mm。
3.根据权利要求2所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述框体(1)的一侧设有凹槽(4)，另一侧设有凸起(5)。
4.根据权利要求3所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述凹槽(4)和相邻的凸起(5)相匹配。
5.根据权利要求1所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述微穿孔板(2)的表面均匀分布通孔。
6.根据权利要求5所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述通孔的截面为圆形或四边形，通孔尺寸为0.1～1.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述微穿孔板(2)的穿孔率为1.0～15.0％。
8.根据权利要求1所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述微穿孔板(2)的厚度为0.1～1.0mm。
9.根据权利要求1所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述微穿孔板(2)的数量为2～6个。
10.根据权利要求1所述的一种多层微穿孔板吸声结构，其特征在于：所述吸声空腔(3)的深度为5～60mm。
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