CN112712784A - 一种低频宽带平板吸声结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频宽带平板吸声结构，包括框架、固定设于框架上下两侧的前面板和后背板、以及由框架、前面板和后背板围合而成的用于吸收低频噪声的吸声体；前面板上设有若干吸声孔，吸声孔一侧朝向声源，另一侧与吸声体相连。吸声体由若干平行设置在框架内的隔板组成，隔板的一端与框架一侧内壁固定，另一端与框架另一侧内壁间隙配合；隔板将框架内空间分隔成蛇形通道，通道上设有用于隔开的框架内壁，相邻框架内壁间的通道形成MIE型共振腔。本发明结构紧凑，质量轻，面密度小，低频吸声频带较宽，低频吸声性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸声结构，具体为一种低频宽带平板吸声结构。
背景技术
随着现代社会的发展，生活质量在不断提高，环境问题尤其是噪声问题也日趋严重。近年来，我国的交通设施逐步完善，交通运输高速发展，环境噪声影响日趋扩大，交通噪声问题也日益突出，噪声污染的治理已成为全球范围内亟待解决的问题。高速公路、地下铁道、高速铁道与航空运输是城市现代化的标志，但现代交通工具在高速行驶过程中的噪声问题一直影响着人们正常工作、学习和休息。由于通过的噪声具有频率低、暂时性、集中性等特点，使得通过噪声的治理变得十分困难。鉴于此，开发一种低频宽带的平板吸声结构，对改善人们居住环境、提高人们生活质量显得尤为重要。
目前，国内对于通过噪声的控制与治理主要采用隔声屏障。传统的隔声屏障一般为双层钢板内加多孔吸声材料组合结构，这种技术方案低频吸声效果差，整体隔声性能一般。新型低频吸声结构通常采用局域共振与多孔材料组合吸声机理，对低频通过噪声有一定的吸收作用，但其结构厚度较大，低频吸声性能一般，应用范围较窄。例如，公开号为CN1512482的中国专利公开了一种吸声材料及其制造方法与应用，所述吸声材料具有波状折起，波状折起的凸出面具有微细的缝隙；该技术方案的吸声原理与微穿孔板吸声原理相同，吸声性能与微穿孔板类似，故其吸声带宽较窄，低频吸声性能较差。公开号为CN1219989A的中国专利公开了一种轨道噪声控制装置，包括安装在轨道的铁轨上的吸声平板，此平板由弹性元件支撑在铁轨上并自承跨越铁轨之间的空间；该技术方案通过消声谐振腔与多孔轻型建筑材料颗粒的共同作用，吸收来自列车的通过噪声，但受限于铁轨的高度，结构的厚度较薄，消声谐振腔的体积较小，故其低频吸声性能较差。鉴于此，开发一种高效低频宽带的吸声结构，对环境噪声的控制与治理显得尤为重要。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种用于低频宽带吸声的平板吸声结构。
技术方案：本发明所述的一种低频宽带平板吸声结构，包括框架、固定设于框架上下两侧的前面板和后背板、以及由框架、前面板和后背板围合而成的用于吸收低频噪声的吸声体；所述前面板上设有若干吸声孔，吸声孔一侧朝向声源，另一侧与吸声体相连。
进一步地，所述吸声体由若干平行设置在框架内的隔板组成，所述隔板的一端与框架一侧内壁固定，另一端与框架另一侧内壁间隙配合；所述隔板将框架内空间分隔成蛇形通道，通道上设有用于隔开的框架内壁，相邻的框架内壁之间的通道形成MIE型共振腔。同时，为了保证吸声过程的稳定，每一个MIE型共振腔上对应设置有一个与其连接的吸声孔，保证吸声孔的数量与吸声体MIE型共振腔的数量相匹配，吸声孔的截面形状为圆形或四边形。
进一步地，MIE型共振腔的吸声频率随框架内壁之间距离的增大而降低，这是因为MIE型共振腔是一种类Fabry-Perot（简称FP）共振结构，它的吸声性能与其腔体深度、腔体截面形状、腔体体积相关，通过调整腔体体积，可以实现吸声系数与吸声频段的设计。通常，MIE型共振腔的个数为3~25个，考虑低频声阻抗匹配问题，这里优选的共振腔的个数为9个。
所述隔板之间等间距设置，相邻隔板间的间距为4~20 mm，优选为4mm，在保证结构整体刚度的前提下，提高平板吸声结构的低频吸声性能，拓宽其低频吸声频带。
进一步地，所述吸声结构的长度为50~300mm，宽度为50~200mm，深度为30~250mm；所述框架与前面板和后背板之间通过超声波焊接连接。
工作原理：当声波垂直入射到结构的前面板时，由于面板的作用，一部分声波被反射，从而减弱透射声能，提高平板吸声结构的隔声性能；同时，一部分声波通过吸声孔进入吸声体，当入射波长与MIE型共振腔声阻抗相匹配时，产生垂直共振，声波在共振腔内振荡，克服摩擦阻力而消耗声能，实现吸声的目的；同时，声波在共振腔内传播，由于慢波效应，消耗一部分声能，从而提高结构整体的吸声性能。通常，单个MIE型共振腔对应一个共振频率，吸收共振频率下的声波。但由于各共振腔间的邻近耦合作用，产生多个耦合谐振频率，从而拓宽了吸声频率范围，提高结构整体的吸声性能。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、本发明整体结构紧凑，质量轻，面密度小；
2、本发明的低频吸声频带较宽，低频吸声性能良好；
3、本发明的吸声性能与结构参数相关，通过改变结构参数设计吸声频段并提高吸声系数，以保证低频隔声性能良好，可广泛替代现有的低频吸/隔声层。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的俯视图；
图4是图2的A-A方向面剖视图；
图5是图3的B-B方向面剖视图；
图6是本发明的吸声特性曲线；
图7是本发明的传递损失特性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1-5所示，平板吸声结构包括前面板1、框架2、后背板3以及由此围成的吸声体4，它们通过超声波焊接连接。平板吸声结构，其外形尺寸为：128mm（W）×128mm（D）×30mm（H）；吸声体4由24个平行设置的隔板41组成，相邻隔板41之间的间距为4mm，隔板41的一端与框架2一侧内壁固定，另一端与框架2另一侧内壁间隙配合，间隙大小为6mm，隔板41将框架2内空间分隔成蛇形通道，在通道上设置有八个框架内壁5，相邻框架内壁5间的通道形成MIE型共振腔7，MIE型共振腔7一共设置9个，在吸声体4内成“之”字型排布。
如图3所示，在前面板1上设置有9个狭长的矩形吸声孔6，分别与9个MIE型共振腔相对应，由上至下依次为一号吸声孔、二号吸声孔、三号吸声孔、四号吸声孔、五号吸声孔、六号吸声孔、七号吸声孔、八号吸声孔和九号吸声孔；其中，一号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为429mm，可以吸收200~205 Hz下的噪声；二号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为408mm，可以吸收210~215 Hz下的噪声；三号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为388mm，可以吸收221~226 Hz下的噪声；四号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为369mm，可以吸收232~238 Hz下的噪声；五号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为350mm，可以吸收245~251 Hz下的噪声；六号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为333mm，可以吸收258~265 Hz下的噪声；七号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为317mm，可以吸收271~277 Hz下的噪声；八号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为300mm，可以吸收286~290 Hz下的噪声；九号吸声孔对应的MIE型共振腔的长度为208.5mm，可以吸收296~300 Hz下的噪声 。同时，由于相邻共振腔间的邻近耦合作用，吸声频率范围拓宽至200~300Hz。
如图6~7，将上述平板吸声结构进行有限元仿真分析，得到其吸声特性与传递损失特性。在结构总体厚度为30mm的情况下，平板吸声结构的低频吸声性能较好，在设计频段200~300Hz内结构的平均吸声系数大约为0.67；同时，平板吸声结构整体的隔声性能良好，在设计频段200~300Hz内结构的平均隔声量为25dB左右。
将本实施例的平板吸声结构用于高速列车车厢内噪声控制，用平板吸声结构代替现有低频吸/隔声层。平板吸声结构低频吸声性能良好，能够有效降低列车在高速行驶过程中车厢内的混响噪声；同时，平板吸声结构低频隔声性能较好，可以有效隔离列车在高速行驶过程中的通过噪声，提高乘客的乘坐舒适度。
Claims (8)
1.一种低频宽带平板吸声结构，其特征在于：包括框架(2)、固定设于框架(2)上下两侧的前面板(1)和后背板(3)、以及由框架(2)、前面板(1)和后背板(3)围合而成的用于吸收低频噪声的吸声体(4)；所述前面板(1)上设有若干吸声孔(6)，吸声孔(6)一侧朝向声源，另一侧与吸声体(4)相连。
2.根据权利要求1所述的低频宽带平板吸声结构，其特征在于：所述吸声体(4)由若干平行设置在框架(2)内的隔板(41)组成，所述隔板(41)的一端与框架(2)一侧内壁固定，另一端与框架(2)另一侧内壁间隙配合；所述隔板(41)将框架(2)内空间分隔成蛇形通道，通道上设有用于隔开的框架内壁(5)，相邻框架内壁(5)间的通道形成MIE型共振腔(7)。
3.根据权利要求2所述的低频宽带平板吸声结构，其特征在于：所述的MIE型共振腔(7)上对应设置有一个与其连接的吸声孔(6)，所述吸声孔(6)的截面形状为圆形或四边形。
4.根据权利要求2或3所述的低频宽带平板吸声结构，其特征在于：所述MIE型共振腔(7)的吸声频率随框架内壁(5)之间距离的增大而降低。
5.根据权利要求2所述的低频宽带平板吸声结构，其特征在于：所述MIE型共振腔(7)的个数为3~25个。
6.根据权利要求2所述的低频宽带平板吸声结构，其特征在于：所述的隔板(41)之间等间距设置，相邻的隔板(41)之间的间距为4~20 mm。
7.根据权利要求1所述的低频宽带平板吸声结构，其特征在于：所述吸声结构的长度为50~300mm，宽度为50~200mm，深度为30~250mm。
8.根据权利要求1所述的低频宽带平板吸声结构，其特征在于：所述框架(2)与前面板(1)和后背板(3)之间通过超声波焊接连接。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US11854523B2 (en) * | 2021-08-06 | 2023-12-26 | Pixie Dust Technologies, Inc. | Sound absorber, sound absorbing panel and sound absorbing wall |
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2020
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