CN111916040B - 一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，该隔声装置的四个腔壁围合成截面为正方形的框壁，框壁的后方安装有穿孔板，前方安装有开孔框架，中间形成空腔，开孔框架内固定有薄膜，薄膜中心粘贴有质量块，薄膜为圆形，质量块为实心圆柱结构。解决了现有的薄膜型声学超材料对中频段的声波作用有限的问题，提出一种解决单一穿孔板或者单一膜型声学超材料吸声频带较窄，适合宽频段范围使用的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，应用于船舶及其他领域吸隔声设计，改善人们的生活环境，具有良好的工程应用前景。

Description

一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置
技术领域
本发明涉及一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，属于吸隔声装置技术领域。
背景技术
伴随着现代工业和交通运输业的高速发展，以及人们对于环境保护意识的不断增强，噪声污染已经同空气污染和水污染一样，成为当前人类面临的三大污染问题之一。目前，噪声问题已经被列为“城市新公害”，为了更好地控制环境噪声污染问题，改善人们的生活和工作环境，世界各国在减振降噪方面都投入了大量的人力、物力，并制定了一系列的标准与法规。
近年来，在传统结构学与材料学发展的基础上，人们对周期性结构有了更新的认识。其中，对于声子晶体与超材料问题的研究更是开创了对声波、弹性波传播途径控制以及新型材料设计的新方向。人们普遍认为这类声学人工结构在减振、降噪、声学器件等方面具有广阔应用前景。轻质薄膜型声学超材料被发现在1000Hz以下的若干共振频率处可以吸收高达99％的入射声波。这一发现能更加有效地控制低频声波。薄膜型声学超材料弥补了传统的线性隔声材料应对低频噪声问题上的缺陷，表现出了良好的低频吸隔声性能。基于结构局域共振原理的薄膜型声学超材料，已经成为超材料在低频噪声领域应用的主要发展趋势，但这种声学超材料对中频段的声波作用有限。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的现有的薄膜型声学超材料对中频段的声波作用有限的问题，提出一种解决单一穿孔板或者单一膜型声学超材料吸声频带较窄，适合宽频段范围使用的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，应用于船舶及其他领域吸隔声设计，改善人们的生活环境，具有良好的工程应用前景。
本发明提出一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，包括穿孔板、质量块、薄膜、开孔框架和四个腔壁，四个腔壁围合成截面为正方形的框壁，所述框壁的后方安装有穿孔板，前方安装有开孔框架，中间形成空腔，所述开孔框架内固定有薄膜，所述薄膜中心粘贴有质量块，所述薄膜为圆形，所述质量块为实心圆柱结构。
优选地，所述穿孔板为正方形，厚度为0.9mm-2mm，孔隙率5％-25％，穿孔直径2-5mm。
优选地，所述空腔为立方体形状，所述腔壁的材料为铝或铁，壁厚度为1mm-2mm。
优选地，所述质量块为金属材料，半径为2mm-3mm，高度为1.5mm-3mm，质量为150g-2000g。
优选地，所述薄膜由硅胶制成，薄膜半径为15mm-18mm，厚度为0.2mm-1mm。
优选地，所述开孔框架为中间开圆形孔的刚性框架，为铝或其它轻质材料制造制成，其边长为40mm-80mm，厚度为2mm。
优选地，所述穿孔板的材料为铁或铝。
优选地，所述穿孔板为金属材料时，其厚度为1mm-3mm，穿孔板1和开孔框架5之间的距离为10mm-30mm。
优选地，所述穿孔板的材料为木材或塑料。
优选地，所述穿孔板为非金属材料时，其厚度为3mm-10mm，穿孔板1和开孔框架5之间的距离为40mm-100mm。
本发明所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置的有益效果为：
本发明将薄膜-质量块结构固定在刚性框架内，声波由穿孔板通过空腔，经过穿孔板与膜型声学超材料的声学耦合作用，既将声学超材料的隔声性能提高，同时显著增加膜型声学超材料的吸声带宽，在宽频段显现出优异的吸隔声性能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置的整体结构示意图；
图2为本发明所述的一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置的膜型声学超材料示意图；
图3为本发明所述的一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置的穿孔板结构示意图；
图4为本发明所述的一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置的立体结构示意图；
其中，1-穿孔板、2-空腔、3-质量块、4-薄膜、5-开孔框架、6-腔壁。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-4说明本实施方式。本实施方式所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，包括穿孔板1、质量块3、薄膜4、开孔框架5和四个腔壁6，四个腔壁6围合成截面为正方形的框壁，所述框壁的后方安装有穿孔板1，前方安装有开孔框架5，中间形成空腔2，所述开孔框架5内固定有薄膜4，所述薄膜4中心粘贴有质量块3，所述薄膜4为圆形，所述质量块3为实心圆柱结构。
所述所述穿孔板1为正方形，厚度为0.9mm-2mm，孔隙率5％-25％，穿孔直径2-5mm。
所述空腔2为立方体形状，所述腔壁6由包括铁，铝在内的金属材料制成，壁厚度为1mm-2mm。
所述质量块3为金属材料，半径为2mm-3mm，高度为1.5mm-3mm，质量为150g-2000g。
所述薄膜4由硅胶制成，薄膜半径为15mm-18mm，厚度为0.2mm-1mm。
所述开孔框架5为中间开圆形孔的刚性框架，为铝或其它轻质材料制造制成，其边长为40mm-80mm，厚度为2mm。
所述空腔2的截面形状与穿孔板1和开孔框架5相同，均为正方形。所述空腔2的宽度等于穿孔板1和膜型声学超材料之间的距离。
所述穿孔板1由包括铁，铝在内的金属材料制成，或由包括木材，塑料在内的非金属材料制成；所述穿孔板1为金属材料时，其厚度为1mm-3mm，穿孔板1和开孔框架5之间的距离为10mm-30mm。所述穿孔板1为非金属材料时，其厚度为3mm-10mm，穿孔板1和开孔框架5之间的距离为40mm-100mm。
薄膜型声学超材料由薄膜4、质量块3和开孔框架5组成；其中，开孔框架5又分为上框架和下框架。质量块3用胶水固定于薄膜4的中心，再用上框架和下框架夹紧薄膜，并用胶水固定好薄膜4，制成薄膜型声学超材料。
本实施例中的薄膜4由硅胶制成；质量块3的材料为铁；开孔框架5的材料为铝；穿孔板1的材料为铁或铝。具体的材料参数为：铝[密度ρ＝2700kg/m3；弹性模量E＝7e10Pa；泊松比ν＝0.33]；铁[密度ρ＝7900kg/m3；弹性模量E＝2.12e10Pa；泊松比ν＝0.31]；硅胶[密度ρ＝970kg/m3；弹性模量E＝6e6Pa；泊松比ν＝0.47]。
本发明提供了一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，将薄膜-质量块结构固定在刚性框架内，声波由穿孔板通过空腔，经过穿孔板与膜型声学超材料的声学耦合作用，既将声学超材料的隔声性能提高，同时显著增加膜型声学超材料的吸声带宽，在宽频段显现出优异的吸隔声性能。变化薄膜厚度和质量块的质量能够调节薄膜型声学超材料的隔声峰值，变化穿孔板的板厚以及空腔的长度能够调节吸声带宽；通过调节参数，使带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置在宽频段范围的吸隔声性能提高。
本发明通过调节穿孔板以及膜型声学超材料参数可以在一定范围内控制吸声峰值所在频率，并且使吸收峰值频率向低频移动；该吸隔声装置的各项参数均为常数，其隔声性能可由软件精确计算；穿孔板可在一定程度上保护膜型声学超材料结构。所述穿孔板1和膜型声学超材料之间的距离、穿孔板1的厚度和开孔孔径大小能够改变隔声峰值的频率和吸声带宽。
根据本发明的上述特点，其可以应用于船舶及其他领域吸隔声设计，改善人们的生活环境，具有良好的工程应用前景。
所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置的制造方法为：
用开孔框架5固定好薄膜4，用胶水将质量块3固定于薄膜4中心；将穿孔板1和膜型声学超材料的外壁固定在空腔2内壁上，构成一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，包括穿孔板(1)、质量块(3)、薄膜(4)、开孔框架(5)和四个腔壁(6)，四个腔壁(6)围合成截面为正方形的框壁，所述框壁的后方安装有穿孔板(1)，前方安装有开孔框架(5)，中间形成空腔(2)，所述开孔框架(5)内固定有薄膜(4)，所述薄膜(4)中心粘贴有质量块(3)，所述薄膜(4)为圆形，所述质量块(3)为实心圆柱结构。
2.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述穿孔板(1)为正方形，厚度为0.9mm-2mm，孔隙率5％-25％，穿孔直径2-5mm。
3.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述空腔(2)为立方体形状，所述腔壁(6)的材料为铝或铁，壁厚度为1mm-2mm。
4.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述质量块(3)为金属材料，半径为2mm-3mm，高度为1.5mm-3mm，质量为150g-2000g。
5.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述薄膜(4)由硅胶制成，薄膜(4)半径为15mm-18mm，厚度为0.2mm-1mm。
6.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述开孔框架(5)为中间开圆形孔的刚性框架，为铝或其它轻质材料制造制成，其边长为40mm-80mm，厚度为2mm。
7.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述穿孔板(1)的材料为铁或铝。
8.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述穿孔板(1)为金属材料时，其厚度为1mm-3mm，穿孔板(1)和开孔框架(5)之间的距离为10mm-30mm。
9.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述穿孔板(1)的材料为木材或塑料。
10.根据权利要求1所述的带有穿孔板的膜型声学超材料吸隔声装置，其特征在于，所述穿孔板(1)为非金属材料时，其厚度为3mm-10mm，穿孔板(1)和开孔框架(5)之间的距离为40mm-100mm。
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