CN113539224A - 一种低频宽带复合平板吸声结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频宽带复合平板吸声结构，包括微穿孔板和吸声体，吸声体包括前面板、框架、隔板和后背板，前面板上设置若干吸声孔，前面板、框架、隔板、后背板围合而成的若干空腔为MIE型共振腔，吸声孔的一侧朝向声源，另一侧与MIE型共振腔相连，MIE型共振腔的长度由外向内依次递减。MIE型共振腔与吸声孔的数量相等且一一对应。本发明的低频吸声频带较宽，低频吸声性能良好；吸声性能与结构参数相关，通过改变结构参数设计单腔的吸声性能并优化腔体间的耦合作用，提高整体频段的吸声系数，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；结构新颖，开孔位置可在对应空腔上方做适当调整，结构轻薄，面密度小。
Description
技术领域
本发明涉及吸声结构，具体为一种低频宽带复合平板吸声结构。
背景技术
提高交通载具的运行速度，保证运行安全，提升乘坐体验舒适性，已经成为了当前高速运输载具发展的主要发展方向。载具运行速度的提升和对节能减排提出了更高要求，实现对载具整体结构与材料的轻量化的同时，保证出行体验的舒适性，对减振降噪性能也提出了更高要求。因此，发展轻量化减振降噪材料对交通运载行业的发展具有重大意义。
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。现有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。
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吸声频带较宽、吸声性能好的低频宽带复合平板吸声结构。
技术方案：本发明所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，包括微穿孔板和吸声体，吸声体包括前面板、框架、隔板和后背板，前面板上设置若干吸声孔，前面板、框架、隔板、后背板围合而成的若干空腔为MIE型共振腔，吸声孔的一侧朝向声源，另一侧与MIE型共振腔相连，MIE型共振腔的长度由外向内依次递减。
为了保证吸声过程的稳定，MIE型共振腔与吸声孔的数量相等且一一对应。吸声孔的截面形状为圆形或四边形，面积为100～1200mm2。
进一步地，MIE型共振腔的长度满足Ln＝c0/4f，其中，Ln为MIE型共振腔的长度，n为MIE型共振腔由外向内的序数，c0为声速，f为频率。MIE型共振腔的吸声频率随框架前后隔板之间距离的增大而降低，这是因为MIE型共振腔是一种类FP共振结构，它的吸声性能与其腔体深度、腔体截面尺寸、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。MIE型共振腔的数量为5～30个，长度为50～300mm。考虑低频声阻抗匹配问题，MIE型共振腔的个数优选为25个。
进一步地，框架等间距设置，隔板的间距为4～30mm，优选为16mm。在保证结构整体刚度的前提下，提高复合平板吸声结构的低频吸声性能，拓宽其低频吸声频带。框架与前面板和后背板之间通过超声波焊接连接。
进一步地，吸声体的长度为80～500mm，宽度为80～500mm，深度为10～40mm。
进一步地，微穿孔板包括边框、强化筋和面板，面板嵌套在边框内，面板上设置通孔，面板朝向吸声体的一侧设置强化筋。通孔的截面形状为圆形或四边形，通孔的尺寸为0.05～1.0mm，微穿孔板的穿孔率为0.5～30％。通孔的尺寸小于0.05mm，会造成阻抗失配，共振频率偏移。通孔的尺寸大于1.0mm，共振效果明显减弱。微穿孔板的穿孔率低于0.5％，背腔耦合效果太弱；微穿孔板的穿孔率大于30％，背腔耦合效果过强，难与下方低频吸声体共振频率匹配。
进一步地，隔板与MIE型共振腔相交，使得声波沿MIE型共振腔的一端向另一端传递，行程最长，能量进一步耗散。
工作原理：当声波垂直入射到微穿孔板时，低频声波直接穿过微穿孔板。由于面板的作用，一部分声波被反射回来，反射声波在微穿孔板与吸声体之间的空腔(边框、强化筋、吸声体围合而成)内振荡，从而减弱透射声能，提高整体的吸声性能。同时，另一部分声波通过吸声孔进入吸声体，当入射波长与MIE型共振腔的声阻抗相匹配时，发生垂直共振，声波在MIE型共振腔内振荡，通过与内壁摩擦产生粘热效应而消耗声能，实现吸声的目的。同时，声波在回字形MIE型共振腔内传播，由于慢波效应极大的增加了声程，多次改变声波传播方向，使声波在传播过程中发生多重反射，引发高阶共振模态，其共振效应呈倍数增强，极大的消耗声能，在折叠处产生相位相反的反射声波，与部分入射声波产生干涉，以此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近场耦合作用，耦合效果的强弱可根据共振频率的间隔调整，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：低频吸声频带较宽，低频吸声性能良好；吸声性能与结构参数相关，通过改变结构参数设计单腔的吸声性能并优化腔体间的耦合作用，提高整体频段的吸声系数，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；结构新颖，开孔位置可在对应空腔上方做适当调整，结构轻薄，面密度小。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明微穿孔板1的结构示意图；
图4是本发明吸声体2的结构示意图；
图5是本发明前面板21的结构示意图；
图6是本发明的A-A面剖视图；
图7是本发明的吸声特性曲线；
图8是本发明的传递损失特性曲线。
具体实施方式
实施例1
如图1～2，金属的微穿孔板1固设在吸声体2的上表面，可视为串联，形成低频宽带复合平板吸声结构，整体的外形尺寸为：460mm(W)×460mm(D)×50mm(H)。吸声体2的长度为80～500mm，宽度为80～500mm，深度为10～40mm。微穿孔板1的长度为80～500mm，宽度为80～500mm，深度为10～20mm。
如图3，微穿孔板1包括边框11、强化筋12和面板13，面板13嵌套在边框11内，面板13上设置通孔14，面板13朝向吸声体2的一侧设置十字形的强化筋12，边框11、强化筋12、吸声体围合而成空腔。通孔14的截面形状为圆形或四边形，通孔14的尺寸为0.05～1.0mm，微穿孔板1的穿孔率为0.5～30％。
如图4～6，吸声体2包括前面板21、框架22、隔板23和后背板24，通过超声波焊接连接。吸声体2由14个不同尺寸等间距嵌套设置的框架22以及内置其中的隔板23组成，相邻框架22之间的间距为16mm。在保证结构整体刚度的前提下，提高复合平板吸声结构的低频吸声性能，拓宽其低频吸声频带。隔板23与框架22厚度均为0.5～2mm，前面板21、框架22、隔板23、后背板24将平板空间分隔成螺旋形通道，由外至内尺寸递减的回字形。在螺旋形通道上设置有26个隔板23，相邻隔板23间的通道形成MIE型共振腔26，MIE型共振腔26一共设置25个，在吸声体2内成“回”字型排布。前面板21上设有25个狭长的矩形吸声孔25，分别与26个MIE型共振腔26相对应。吸声孔25的截面形状为圆形或四边形，面积为100～1200mm2。吸声孔25的一侧朝向声源，另一侧与MIE型共振腔26相连，MIE型共振腔26的长度由外向内依次递减。隔板23与MIE型共振腔26相交，使得声波沿MIE型共振腔26的一端向另一端传递，行程最长，能量进一步耗散。
MIE型共振腔26的长度满足Ln＝c0/4f，其中，Ln为MIE型共振腔26的长度，n为MIE型共振腔26由外向内的序数，c0为声速，f为频率，该长度做了误差修正。MIE型共振腔26的吸声频率随框架22前后隔板23之间距离的增大而降低，这是因为MIE型共振腔26是一种类FP共振结构，它的吸声性能与其腔体深度、腔体截面尺寸、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。
从左下角起，由外至内至依次为第一至二十五号吸声孔25。其中，一号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为609mm，可以吸收135～136Hz下的噪声；二号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为597mm，可以吸收138～139Hz下的噪声；三号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为586mm，可以吸收141～142Hz下的噪声；四号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为574mm，可以吸收143～144Hz下的噪声；五号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为564mm，可以吸收145～146Hz下的噪声；六号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为553mm，可以吸收148～149Hz下的噪声；七号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为542mm，可以吸收151～152Hz下的噪声；八号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为532mm，可以吸收154～155Hz下的噪声；十号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为522mm，可以吸收157～158Hz下的噪声；十一号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为512mm，可以吸收160～161Hz下的噪声；十二号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为502mm，可以吸收163～165Hz下的噪声；十三号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为492mm，可以吸收167～169Hz下的噪声；十四号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为474mm，可以吸收171～173Hz下的噪声；十五号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为465mm，可以吸收175～177Hz下的噪声；十六号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为456mm，可以吸收179～181Hz下的噪声；十七号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为447mm，可以吸收183～185Hz下的噪声；十八号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为439mm，可以吸收187～189Hz下的噪声；十九号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为430mm，可以吸收191～193Hz下的噪声；二十号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为422mm，可以吸收195～197Hz下的噪声；二十一号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为414mm，可以吸收199～201Hz下的噪声；二十二号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为406mm，可以吸收203～205Hz下的噪声；二十三号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为398mm，可以吸收207～209Hz下的噪声；二十四号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为391mm，可以吸收211～213Hz下的噪声；二十五号吸声孔25对应的MIE型共振腔26的长度为383mm，可以吸收215～217Hz下的噪声。同时，由于相邻MIE型共振腔26间的近场耦合作用，吸声频率范围拓宽至135～217Hz。
如图7～8，对上述低频宽带复合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40mm的情况下，平板吸声结构的低频吸声性能较好，为覆盖160Hz、200Hz两个三分之一倍频程中心频点而设计，在设计频段135～220Hz内结构的平均吸声系数大约为0.65。同时，平板吸声结构整体的隔声性能良好，在设计频段135～220Hz内结构的平均隔声量为15dB左右。现有技术暂时不能达到在设计频段135～220Hz内结构的平均吸声系数。不改变吸声孔25的面积，只改变形状不会影响其吸声效果，各种形状的尺寸应做等效(等面积)转化。
将本实施例的低频宽带复合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。复合平板吸声结构的低频吸声性能良好，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，复合平板吸声结构的低频隔声性能较好，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。
实施例2
本实施例与实施例1的其余特征均相同，区别在于：在上方的微穿孔板1的通孔14内壁设置薄膜或气凝胶。隔板23上开适当孔，开孔面积为通道截面的一半以上。
Claims (10)
1.一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：包括微穿孔板(1)和吸声体(2)，所述吸声体(2)包括前面板(21)、框架(22)、隔板(23)和后背板(24)，所述前面板(21)上设置若干吸声孔(25)，所述前面板(21)、框架(22)、隔板(23)、后背板(24)围合而成的若干空腔为MIE型共振腔(26)，所述吸声孔(25)的一侧朝向声源，另一侧与MIE型共振腔(26)相连，所述MIE型共振腔(26)的长度由外向内依次递减。
2.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述MIE型共振腔(26)与吸声孔(25)的数量相等且一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述吸声孔(25)的截面形状为圆形或四边形，面积为100～1200mm2。
4.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述MIE型共振腔(26)的长度满足Ln＝c0/4f，其中，Ln为MIE型共振腔(26)的长度，n为MIE型共振腔(26)由外向内的序数，c0为声速，f为频率。
5.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述MIE型共振腔(26)的数量为5～30个，长度为50～300mm。
6.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述框架(22)等间距设置，所述隔板(23)的间距为4～30mm。
7.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述吸声体(2)的长度为80～500mm，宽度为80～500mm，深度为10～40mm。
8.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述微穿孔板(1)包括边框(11)、强化筋(12)和面板(13)，所述面板(13)嵌套在边框(11)内，所述面板(13)上设置通孔(14)，所述面板(13)朝向吸声体(2)的一侧设置强化筋(12)。
9.根据权利要求8所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述通孔(14)的截面形状为圆形或四边形，通孔(14)的尺寸为0.05～1.0mm，所述微穿孔板(1)的穿孔率为0.5～30％。
10.根据权利要求1所述的一种低频宽带复合平板吸声结构，其特征在于：所述隔板(23)与MIE型共振腔(26)相交。
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| CN117364944A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-09 | 迈默智塔(无锡)科技有限公司 | 一种用于建筑物的消声构造 |
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