CN112927669A - 多频吸声类声学超结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多频吸声类声学超结构，包括多个依次连接的吸声单元，在每个吸声单元内分别设置有腔体，相邻的两个吸声单元内的腔体之间通过开孔相连通，并在第一个吸声单元上还设置有第一开孔与该吸声单元内的腔体连通。本申请通过设置多个吸声单元，每个吸声单元通过设置腔体以及开孔形成一个亥姆霍兹共振腔，每个吸声单元相当一个亥姆霍兹共振腔，通过组合多个不同单元的腔体可以产生多组吸收峰，对多组频率能够达到近乎完美的吸声，提升了吸声降噪效果。

Description

多频吸声类声学超结构

技术领域

本申请涉及声学材料的技术领域，尤其是涉及一种多频吸声类声学超结构。

背景技术

声音的吸收在室内声学以及环境噪声控制方面具有重要意义，自上世纪开始对吸声的研究、应用层出不穷，人耳可听声波频率范围20Hz到20000Hz，声波在空气中的吸收，即损耗通常是很小的，因此，声波的损耗主要通过以下机理发生的：在固体表面与空气的粘滞损耗，由于固体表面的粘性边界层无滑移，固体界面存在一个粘性层，一般来说，速度梯度差越大，粘滞损耗也就越大，因此声学材料是降噪工程中重中之重，传统声学材料分为两大部分：声学多孔材料和穿孔吸声结构。

传统材料在低频区域的能量耗散较弱，如果要吸收低频的声波，就需要非常厚的结构(多孔材料)和非常深的后腔(微穿孔板)，这样既不经济又占用很大空间，限制了其使用范围和应用情景。

发明内容

为了提高对低频的吸声降噪效果，本申请提供一种多频吸声类声学超结构。

本申请提供的一种多频吸声类声学超结构，采用如下的技术方案：

一种多频吸声类声学超结构，包括多个依次连接的吸声单元，在每个吸声单元内分别设置有腔体，相邻的两个吸声单元内的腔体之间通过开孔相连通，并在第一个吸声单元上还设置有第一开孔与该吸声单元内的腔体连通。

通过上述技术方案，通过设置多个吸声单元，每个吸声单元通过设置腔体以及开孔形成一个亥姆霍兹共振腔，每个吸声单元相当一个亥姆霍兹共振腔，通过组合多个不同单元的腔体可以产生多组吸收峰，对多组频率能够达到近乎完美的吸声，提升了吸声降噪效果。

可选的，在所述的第一开孔上设置有第一插管，所述的第一插管伸入到第一个吸声单元内的腔体内。

通过上述技术方案，通过在第一开孔上设置第一插管，通过改变第一插管的长度就可以产生不同亥姆霍兹共振腔共振频率，便于针对不同的噪声频率进行设置；同时将第一插管设置成伸入到第一个吸声单元的腔体，这样能够节省吸声单元空间。

可选的，在所述的开孔内设置插管。

通过上述技术方案，通过在开孔内设置插管，通过改变插管的长度就可以产生不同亥姆霍兹共振腔共振频率，便于针对不同的噪声频率进行设置。

可选的，所述的腔体为单腔或者多腔结构。

通过上述技术方案，通过将腔体设置成单腔或者多腔的结构，能够在保持各个吸声总体尺寸不变的情况下，通过多腔体内部结构尺寸的精确调整，可实现多组峰值噪声的几乎完美吸收。

可选的，所述的多腔体结构为多个等分的腔体结构。

通过上述技术方案，通过将多腔体结构分成多个等分的腔体，能够保证每个腔体完成同样的吸声效果。

可选的，各个吸声单元之间为套嵌设置。

通过上述技术方案，将各个吸声单元采用套嵌的设置方式，便于将各个不同的吸声单元组合在一起，便于通过更换不同的吸声单元实现多组不同峰值噪声吸收。

可选的，相邻的两个吸声单元之间为共用侧壁结构，所述的开孔设置在所述的共用侧壁上。

通过上述技术方案，通过将相邻的两个吸声单元采用共用侧壁的结构，能够将一个腔嵌套在另一个腔内部，这样便于各个吸声单元的组装。

可选的，各个吸声单元的的外壳的截面相同，且均为矩形状结构。

通过上述技术方案，将各个吸声单元的外壳的截面设置成矩形状的结构，使得整个多频吸声类声学超结构成一个矩形状结构，这样便于将多个多频吸声类声学超结构进行装配使用。

可选的，各个吸声单元均采用光敏树脂材料制造。

通过上述技术方案，各个吸声单元均采用光敏树脂材料制造，可通过增材制造的方式进行生产制造，可实现对复杂结构的快速成型。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请通过设置多个吸声单元，每个吸声单元通过设置腔体以及开孔形成一个亥姆霍兹共振腔，每个吸声单元相当一个亥姆霍兹共振腔，通过组合多个不同单元的腔体可以产生多组吸收峰，对多组频率能够达到近乎完美的吸声，提升了吸声降噪效果。

2.通过将腔体设置成单腔或者多腔的结构，能够在保持各个吸声总体尺寸不变的情况下，通过多腔体内部结构尺寸的精确调整，可实现多组峰值噪声的几乎完美吸收。

3.将各个吸声单元采用套嵌的设置方式，便于将各个不同的吸声单元组合在一起，便于通过更换不同的吸声单元实现多组不同峰值噪声吸收。

4.将各个吸声单元的外壳的截面设置成矩形状的结构，使得整个多频吸声类声学超结构成一个矩形状结构，这样便于将多个多频吸声类声学超结构进行装配使用。

附图说明

图1是本申请实施例1的结构示意图。

图2是本申请实施例1的剖面图。

图3是本申请实施例中体现第二吸声单元的结构示意图。

图4是本申请实施例1的仿真吸声系数和实验吸声系数图。

图5是本申请实施例2的结构示意图。

图6是本申请实施例2中体现第三吸声单元的结构示意图。

图7是本申请实施例2中体现第四吸声单元的结构示意图。

附图标记说明，1、第一吸声单元；2、第二吸声单元；3、第三吸声单元；4、第四吸声单元；101、第一开孔；102、第一插管；103、第一腔体；201、第二开孔；202、第二插管；203、第二腔体；301、第三开孔；302、第三插管；303、第三腔体；401、第四开孔；402、第四插管；403、第四腔体；5、侧壁。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

参照图1和图2，本实施例的多频吸声类声学超结构包括两个吸声单元，分别为第一吸声单元1和第二吸声单元2，第一吸声单元1和第二吸声单元2都是采用光敏树脂材料制造，本实施例中，第一吸声单元1和第二吸声单元2采用截面为正方形的长方体结构，在第一吸声单元1内设置有一个截面为正方形的第一空腔103，在第一吸声单元1上还设置有一个第一开孔101，第一开孔101连通到第一空腔103内，在第一开孔101上连接有一个第一插管102，第一插管102是与第一开孔101一体成型的结构，第一插管102伸入到第一空腔103内，在第一空腔103与第一开孔101相对的一侧为敞口不封闭的结构。

参照图2和图3，第二吸声单元2采用截面为正方形的长方体结构，在第二吸声单元2内设有多个等分的界面为矩形的第二空腔203，第二空腔203可以为两个、四个或者九个等分的腔体，本实施例中，采用九个截面为正方形的第二空腔203，第二空腔203为封闭的空腔。在第二吸声单元2的侧壁5上开设有第二开孔201，第二开孔201设置有9个，每个第二开孔201分别对应一个第二空腔203，第二开孔201与第二空腔203连通，在每个第二开孔201上均设置有一个第二插管202，第二插管202伸入到第二空腔203内，第二插管202与第二空腔203为一体成型的结构。

第二吸声单元2与第一吸声单元1连接时，将第二吸声单元2设有第二开孔201的一侧套嵌在第一空腔103内，这样第二吸声单元2上的侧壁5就将第一空腔103的敞口封堵住，也就是说第一空腔103与第二空腔203共用一个侧壁5。

本实施例以变电站应用在变电站附近的降噪实例来进行进一步地说明，变电站常常分布在居民和工厂聚居区，变电站在工作时会产生噪声，给居民的生活带来影响。由于一个国家或地区的交流电的频率固定，变电站产生的噪声频率分布呈现多峰值倍频分布，而且集中于中低频段。经对某型变电站的噪声频谱分析，该型变电站的噪声主要集中于100Hz和400Hz附近。

为了安全考虑，变电站周围一般都建有隔离墙与周边环境隔离，在原有基础上，在原有的隔离墙上采用多个本实施例的多频吸声类声学超结构进行拼装后，构成新的隔离墙进行吸音降噪。

本实施例的多频吸声类声学超结构基于亥姆霍兹共振腔共振原理设计的，其中孔径直径和长度、空腔直径和长度分别用d、l、D、T表示。

亥姆霍兹共振腔共振频率f_r可由公式(1)计算得到，其中，

是常数，

为孔径与空腔的直径比，

是由l、d和T共同决定的。

腔体截面是边长为a的正方形，通过公式π·(D/2)²＝a²进行等效转化。公式(1)适用于单个腔体的共振频率计算，根据降噪的目标频率，可以确定结构的大致尺寸，考虑到组合结构的耦合效应，需要对结构进行进一步精确调整。

参照图2，图中标注了具体结构参数，其中d₁表示第一开口101的直径，l₁表示第一插管102的长度，a₁和T₁是第一腔体103的边长和高度,其中d₂表示第二开口201的直径，l2表示第二插管202的长度，a₂和T₂是第二腔体203的边长和高度。考虑到实验室驻波管测试样品尺寸限制，组合结构长宽均为68mm，总高度100mm，腔体壁厚1mm。

为指导和优化设计，减少设计的盲目性，降低试制的成本，利用声学仿真软件对组合结构进行声场的数值模型，以公式计算尺寸结果为仿真模型初始尺寸，计算结构在声场激励作用下的吸声频率，根据目标吸声频率对结构参数进行进一步精确优化。表1为经过优化调整后的结构尺寸大小。

表1结构尺寸(mm)

T<sub>1</sub>	T<sub>2</sub>	d<sub>1</sub>	d<sub>2</sub>	l<sub>1</sub>	l<sub>2</sub>	a<sub>1</sub>	a<sub>2</sub>
								29	68	10	3	12	10	66	32

为了进一步验证数值模拟优化的有效性，根据参数优化结果，制备实验样品进行实验室吸声系数测试。

采用AWA6128A型驻波管测试仪进行材料吸声系数的测定，仪器配合计算机测试软件，根据测试传声器测量到的驻波管内峰点的声级和谷点的声级，根据吸声系数计算公式(2)自动计算出材料的吸声系数。

其中，L为声压级的峰值和谷值只差。

组合结构的仿真吸声系数和实验吸声系数如图4所示。结果表面仿真吸声系数分布与实验吸声系数分布具有很好的一致性，两组吸收峰的位置两者最大误差在5％以内，证明了仿真模型的有效性。

实施例2：

本实施例的多频吸声类声学超结构采用了3个吸声单元，这样能够针对具有三种低频的噪音进行吸音降噪。

参照图5和图6，本实施的多频吸声类声学超结构包括第一吸声单元1、第三吸声单元3以及第四吸声单元4，第一吸声单元1、第三吸声单元3以及第四吸声单元4都是采用光敏树脂材料制造。

参照图5和图6，本实施例中，第一吸声单元1、第三吸声单元3以及第四吸声单元4采用截面为正方形的长方体结构，在第一吸声单元1内设置有一个截面为正方形的第一空腔103，在第一吸声单元1上还设置有一个第一开孔101，第一开孔101连通到第一空腔103内，在第一开孔101上连接有一个第一插管102，第一插管102是与第一开孔101一体成型的结构，第一插管102伸入到第一空腔103内，在第一空腔103与第一开孔101相对的一侧为敞口不封闭的结构。

参照图5和图6，第三吸声单元3内设有多个等分的界面为矩形的第三空腔303，第三空腔303可以为两个、四个或者九个等分的腔体，本实施例中，采用两个截面为矩形的第三空腔303。在第三吸声单元3的侧壁5上开设有第三开孔301，第三开孔301设置有2个，每个第三开孔301分别对应一个第三空腔303，第三开孔301与第三空腔303连通，在每个第三开孔301上均设置有一个第三插管302，第三插管302伸入到第三空腔303内，第三插管302与第三空腔303为一体成型的结构。在第三空腔303与第三开孔301相对的一侧为敞口不封闭的结构。

第三吸声单元3与第一吸声单元1连接时，将第三吸声单元3设有第三开孔301的一侧套嵌在第一空腔103内，这样第三吸声单元3上的侧壁5就将第一空腔103的敞口封堵住，也就是说第一空腔103与第三空腔303共用一个侧壁5。

参照图5和图7，在第四吸声单元4内设有多个等分的界面为矩形的第四空腔403，第四空腔303可以为两个、四个或者九个等分的腔体，本实施例中，采用四个截面为正方形的第四空腔403，第四空腔403为封闭的空腔。在第四吸声单元4的侧壁5上开设有第四开孔401，第四开孔401设置有4个，每个第四开孔401分别对应一个第四空腔403，第四开孔401与第四空腔403连通，在每个第四开孔401上均设置有一个第四插管402，第四插管402伸入到第四空腔403内，第四插管402与第四空腔403为一体成型的结构。

第四吸声单元4与第三吸声单元3连接时，将第四吸声单元4设有第四开孔401的一侧套嵌在第三空腔303内，具体的是每两个第四开孔401与一个第三空腔303相对应。这样第四吸声单元4上的侧壁5就将第三空腔303的敞口封堵住，也就是说第三空腔303与第四空腔403共用一个侧壁5。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多频吸声类声学超结构，其特征在于：包括多个依次连接的吸声单元，在每个吸声单元内分别设置有腔体，相邻的两个吸声单元内的腔体之间通过开孔相连通，并在第一个吸声单元上还设置有第一开孔（101）与该吸声单元内的腔体连通。

2.根据权利要求1所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：在所述的第一开孔（101）上设置有第一插管（102），所述的第一插管（102）伸入到第一个吸声单元内的腔体内。

3.根据权利要求1所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：在所述的开孔内设置插管。

4.根据权利要求1所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：所述的腔体为单腔或者多腔结构。

5.根据权利要求4所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：所述的多腔体结构为多个等分的腔体结构。

6.根据权利要求1所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：各个吸声单元之间为套嵌设置。

7.根据权利要求7所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：相邻的两个吸声单元之间为共用侧壁结构，所述的开孔设置在所述的共用侧壁上。

8.根据权利要求1所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：各个吸声单元的的外壳的截面相同，且均为矩形状结构。

9.根据权利要求1到8中任意一项所述的多频吸声类声学超结构，其特征在于：各个吸声单元均采用光敏树脂材料制造。

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