CN113593509B - 一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及噪声控制技术领域，具体公开了一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，包括基体、安装在基体上的多个参数相同或不同的反相位消声结构；所述反相位消声结构包括弹性单元、安装在弹性单元一侧的辐射单元；所述弹性单元的密度小于辐射单元的密度；本发明中的基体可以为板结构、壳结构、建筑墙体、机器设备表面等等。本发明通过设置反相位消声结构，基体在振动时，将带动反相位消声结构振动，在高于其共振频率后的频段内，产生的基体振动辐射噪声与反相位消声结构振动辐射噪声的相互抵消作用；可以有效的对噪声进行抑制。

Description

一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构

技术领域

本发明涉及噪声控制技术领域，更具体地讲，涉及一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构。

背景技术

板类结构在飞行器、舰船、列车、汽车等运载工具中大量应用，是相关运载工具舱内噪声的主要直接辐射声源以及外部噪声的主要传入路径，其声学特性对内部噪声环境具有直接影响。相应的，通过采用不同降噪技术，降低板结构噪声辐射或提高板结构隔声能力，对相关实现运载工具舱内噪声控制，具有重要意义。针对这一问题，国内外已开展了广泛研究，典型板类结构降噪措施包括复合结构设计与参数优化、阻尼处理、吸声处理、吸振设计、阻振质量以及振动主动控制、结构声主动控制等。

近些年，基于声子晶体、声学超材料等人工周期结构/材料设计理念的降噪方案，引起了较为广泛的关注。就常规超材料型板类结构而言，其主要通过采用不同材料构建板结构或者在板结构表面附加共振单元等来实现波传播特性、等效动态质量调控，进而实现振动以及噪声控制，其减振降噪设计主要是立足于对板结构本身发生作用；就薄膜型超材料而言，其主要通过在薄膜上安装质量单元来进行薄膜振动响应分布调制，进而降低在一定频段的噪声，但薄膜难以独立作为舱室基体的主要结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，能够有效的实现对于噪声的抑制。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，包括基体、安装在基体上的多个参数相同或不同的反相位消声结构；所述反相位消声结构包括弹性单元、安装在弹性单元一侧的辐射单元；

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元的密度小于辐射单元的密度，所述弹性单元的弹性模量小于辐射单元的弹性模量。

在一些可能的实施方式中，所述基体包括芯层、以及安装在芯层两侧且用于安装反相位消声结构的蒙皮。

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元安装在蒙皮上，所述辐射单元安装在弹性单元远离蒙皮的一侧。

在一些可能的实施方式中，所述基体上设置有与反相位消声结构一一对应设置的凹槽A，所述弹性单元安装在凹槽A内，所述辐射单元位于弹性单元远离凹槽A底部的一侧且与凹槽A的内侧面存在间隙。

在一些可能的实施方式中，所述基体上设置有用于安装辐射单元且与辐射单元一一对应设置的凹槽B，所述弹性单元安装在基体上且用于封闭凹槽B，所述辐射单元与弹性单元连接且位于凹槽B内，所述凹槽B与辐射单元之间存在间隙。

在一些可能的实施方式中，所述基体为波纹板；波纹板的每个波谷内安装有若干个反相位消声单元，相邻两个波谷内的反相位消声单元交错设置。

当然，相邻两个波谷内的反相位消声单元也可采用不交错设置；交错设置是一种优选的方案。

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元安装在波谷内，所述辐射单元安装在弹性单元远离波谷的一侧且与基体之间存在间隙。

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元采用具有弹性的软质材料制成；所述辐射单元采用硬质材料制成。

在一些可能的实施方式中，所述反相位消声结构安装在基体的一侧或两侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过设置反相位消声结构，基体在振动时，将带动反相位消声结构振动，在高于其共振频率后的频段内，产生的基体振动辐射噪声与反相位消声结构振动辐射噪声的相互抵消作用；

本发明通过设置反相位消声结构，在高频段的反相位消声结构低振动-低噪声辐射的遮蔽效应，来实现结构辐射噪声的显著抑制；

本发明设置反相位消声结构，通过反相位消声结构传递到基体表面的激励，与声波等直接作用于基体表面的激励，同样具有相互抵消作用，这也会进一步提高结构隔声能力。

附图说明

图1为本发明中实施例1的轴侧示意图；

图2为本发明中实施例1侧面结构示意图；

图3为本发明中实施例1剖面结构示意图；

图4为本发明中实施例2的轴侧示意图；

图5为本发明中实施例2侧面结构示意图；

图6为本发明中实施例2剖面结构示意图；

图7为本发明中实施例3的轴侧示意图；

图8为本发明中实施例3侧面结构示意图；

图9为本发明中实施例3剖面结构示意图；

图10为本发明中实施例4的轴侧示意图；

图11为本发明中实施例4的俯视示意图；

图12为本发明中实施例4侧面结构示意图；

其中：1、基体；11、芯层；12、蒙皮；13、凹槽B；14、波谷；2、反相位消声结构；21、弹性单元；22、辐射单元。

具体实施方式

在本发明的附图中，需要理解的是，不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图，仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量，而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明。

如图1-图9所示：

一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，包括基体1、安装在基体1上的多个反相位消声结构2；所述反相位消声结构2包括弹性单元21、安装在弹性单元21一侧的辐射单元22。

辐射单元22设置在弹性单元21靠近或远离基体的一侧。

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元21的密度小于辐射单元22的密度，所述弹性单元21的弹性模量小于辐射单元22的弹性模量。

这样使得在基体1振动时，将带动弹性单元21振动，从而带动辐射单元22振动；进而实现在高于其单自由度共振频率的频段，其将发生与基体1表面振动相位相反的反相位振动，并且，这一反相位振动的幅度随频率发生变化，从而，反相位消声结构2的辐射噪声将与基体1表面的直接辐射噪声发生不同程度的相互抵消。

在一些可能的实施方式中，所述基体1包括芯层11、以及安装在芯层11两侧且用于安装反相位消声结构2的蒙皮12。

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元21安装在蒙皮12上，所述辐射单元22安装在弹性单元21远离蒙皮12的一侧。

在一些可能的实施方式中，所述基体1上设置有与反相位消声结构2一一对应设置的凹槽A，所述弹性单元21安装在凹槽A内，所述辐射单元22位于弹性单元21远离凹槽A底部的一侧且与凹槽A的内侧面存在间隙。

在一些可能的实施方式中，所述基体1上设置有用于安装辐射单元22且与辐射单元22一一对应设置的凹槽B13，所述弹性单元21安装在基体1上且用于封闭凹槽B13，所述辐射单元22与弹性单元21连接且位于凹槽B13内，所述凹槽B13与辐射单元22之间存在间隙。

在一些可能的实施方式中，所述基体1为波纹板；波纹板的每个波谷14内安装有若干个反相位消声单元，相邻两个波谷14内的反相位消声单元交错设置。

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元21安装在波谷14内，所述辐射单元22安装在弹性单元21远离波谷14的一侧且与基体1之间存在间隙。

在一些可能的实施方式中，所述弹性单元21采用具有弹性的软质材料制成；所述辐射单元22采用硬质材料制成。

在一些可能的实施方式中，所述反相位消声结构2安装在蒙皮12的一侧或两侧。

本发明中的基体1可以为板结构、壳结构、建筑墙体、机器设备表面等等；

在进行反相位消声结构的布置时，呈周期性布置、非周期布置等等；

优选的，本发明中弹性单元21可采用硅胶、橡胶、泡沫等具有弹性的材料制成，还可以采用弹性薄膜制成；

本发明中的，辐射单元22可采用硬质材料制成，如玻璃、金属；

本发明中的反相位消声结构采用圆形、三角形、方形甚至其他不规则形状等；

当基体1上设置有凹槽A或凹槽B13时，在安装时，辐射单元22与凹槽A或凹槽B13之间将存在间隙，这样设置的目的在于有效的保证辐射单元22的振动不会由于其与凹槽A或凹槽B13的内部接触而造成无法振动；

同理，当基体1为波纹板时，辐射单元22安装在弹性单元21远离波谷14的一侧且与基体1之间存在间隙，也是为了有效的辐射单元22的振动不会由于其与凹槽的内部接触而造成无法振动；

本发明中，对于反相位消声结构相对于基体1布置面的选择，可以选择单侧布置，也可以选择双侧同时布置，甚至两侧可以为图1所示突出结构与图4所示内嵌结构等不同具体布置形式的组合。

实施例1：

如图1-图3所示；

一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，包括基体1、安装在基体1上的多个反相位消声结构2；所述反相位消声结构2包括弹性单元21、安装在弹性单元21一侧的辐射单元22；

所述弹性单元21的密度小于辐射单元22的密度；所述弹性单元21的弹性模量小于辐射单元22的弹性模量。

所述基体1包括芯层11、以及安装在芯层11两侧且用于安装反相位消声结构2的蒙皮12。

所述弹性单元21安装在基体1的两侧且与蒙皮12连接，所述辐射单元22安装在弹性单元21远离蒙皮12的一侧。本实施例中的基体1为夹层板结构，在基体1上下两侧的表面分别布置反相位消声结构2的结构形式。

在实际应用过程中，基体1可以为单层板或多层层合板的结构；基体1也不限于二维平板结构，对三维圆柱壳体、不同构型的飞机内饰板等不同形式的板结构也同样适用，只是反相位消声结构2的形状要同时发生变化；甚至于，对不属于常规意义的板结构，如建筑墙面、设备表面等，也可以作为前述基体1来看待，通过安装设计的反相位消声结构2，来抑制其噪声辐射，或者说改善隔声性能。

在实际使用过程中，对单个峰值频率以及宽频噪声的抑制，可以选择相同参数设计以提高设计频段内降噪幅度；而对两个峰值频率以及宽频噪声抑制，可以同时针对不同峰值频率进行分别设计。

此外，对单面设计已经可以满足降噪需求、出于外观平整考虑板结构外侧不便安装突出结构单元的情况，也可以仅在板结构的单侧表面进行设计，此时仍可取得良好降噪效果；而对单面设计需求下的多峰值抑制，可以在单侧表面进行不同结构参数的多组周期阵列的结构单元设计。

实施例2：

如图4-图6所示；

本实施例与实施例1的区别在于，基体1上设置有凹槽A，反相位消声结构2嵌入式的安装在凹槽A内，其中弹性单元21安装在凹槽A内，辐射单元22安装在弹性单元21远离凹槽A底部的一侧；辐射单元22的侧面与凹槽A的侧面之间预留一定的间隙，这样将保证反相位消声结构2的振动不受影响。在本实施例中基体1的上下表面基本上均为平整结构。

在实际应用中，基体1等同样可以具有不同的形式，或者说，针对不同的应用对象来进行设计。

实施例3：

如图7-图9所示；

本实施例与实施例2的区别在于，辐射单元22位于基体1的凹槽B13内，且使得弹性单元21安装在辐射单元22远离凹槽B13底部的一侧，将基体1上所有的凹槽B13进行封闭；位于凹槽B13内的辐射单元22与凹槽B13的底部、内侧面均存在间隙；设置这个间隙其目的与实施例2中的间隙设置的目的是一致的，也是保证反相位消声结构2的振动不受影响。本实施例中弹性单元21为一个整体，铺设在基体1上，将所有的凹槽B13封闭；

这里所描述的凹槽B13与实施例2中的凹槽A没有实质性的区别，只是为了更好的区分。

在实际应用中，基体1同样可以具有不同的形式，并且，弹性单元21也不一定要布满整个基体1的结构表面。

实施例4：

如图10-图12所示；

本实施例中，基体1的结构与上述实施例将不同，其为波纹板；若干个反相位消声结构2安装在波纹板的每个波谷14内，且相邻两个波谷14内的反相位消声结构2呈交错设置；其中辐射单元22安装在弹性单元21远离波谷14一侧，且与基体1之间存在间隙；这个间隙主要的目的在于保证反相位消声结构2的振动不受影响；

在实际应用中，波纹板同样可以具有不同的波纹形状、空间结构等。

虽然实施例1至实施例4中给出的是周期性分布的反相位消声结构2排列形式，但反相位消声结构2也可采用非周期排布、不同尺寸的结构单元的排布，同样可以取得有效的抑制效果；对反相位消声结构2的截面设计，也可采用圆形、三角形甚至其他不规则形状等；对反相位消声结构2的布置面的选择，可以选择单侧布置，也可以选择双侧同时布置，甚至两侧可以为图1所示突出结构与图4所示内嵌结构等不同具体布置形式的组合。

在工作过程中，基体1受机械力激励/振动传递、非稳定流场激励、声波激励等的作用，会产生基体1振动，进而向外辐射噪声。对基体1表面安装反相位消声结构2后，反相位消声结构2将作为一个局部共振单元而存在；基体1在振动时，通过弹性单元21带动辐射单元22振动，从而实现带动反相位消声结构2振动，在高于其单自由度共振频率的频段，其将发生与基体1表面振动相位相反的反相位振动，并且，这一反相位振动的幅度随频率发生变化，从而，反相位消声结构2的辐射噪声将与基体1表面的直接辐射噪声发生不同程度的相互抵消。相应的，在完全抵消频段，降噪幅度将非常显著；在相对的中等程度抵消频段，也可以取得显著降噪效果；在远远高于其共振频率的频段，抵消作用将变得非常弱，但此时基体1的振动在向反相位消声结构单元2的传递的过程中，将被大幅度的衰减，从而，基体1表面被辐射单元22覆盖的区域，噪声辐射会被显著抑制，基体1的整体辐射噪声也相应明显降低。

在实际应用中，可根据具体噪声特性与降噪需求，对反相位消声结构2的材料参数与结构尺寸进行具体综合设计，以实现对主要峰值频率噪声以及主要频段宽频噪声的最佳抑制。

此外，对声波激励以及声透射情况，除了上述结构振动所产生的噪声辐射相互抵消等效应以外，当声波激励的一侧存在反相位消声结构2时，其同时存在对作用于基体1的激励的抵消与抑制作用，进而实现了隔声性能的进一步提高。

本发明中通过反相位消声结构2的设置，基体1在振动时，将带动反相位消声结构2振动，在高于其共振频率后的频段内，产生的基体1振动辐射噪声与反相位消声结构2振动辐射噪声的相互抵消作用，以及在高频段的反相位消声结构2低振动-低噪声辐射的遮蔽效应，来实现结构辐射噪声的显著抑制；

同时，对声波激励等情况，通过反相位消声结构2传递到基体1表面的激励，与声波等直接作用于基体1表面的激励，同样具有相互抵消作用，这也会进一步提高结构隔声能力。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，包括基体、安装在基体上的多个参数相同或不同且呈周期性布置或非周期布置的反相位消声结构；所述反相位消声结构安装在基体的一侧或两侧；

所述反相位消声结构包括采用具有弹性的软质材料制成的弹性单元、安装在弹性单元一侧且采用硬质材料制成的的辐射单元；

在基体振动时，将带动弹性单元振动，从而带动辐射单元振动；进而实现在高于其单自由度共振频率的频段，将发生与基体表面振动相位相反的反相位振动，并且，这一反相位振动的幅度随频率发生变化，从而，反相位消声结构的辐射噪声将与基体表面的直接辐射噪声发生不同程度的相互抵消；

对发生于反相位消声单元安装一侧的声波激励，还可以通过反相位消声结构传递到基体表面的激励，与声波直接作用于基体表面的激励，实现抵消作用。

2.根据权利要求1所述的一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，所述弹性单元的密度小于辐射单元的密度，所述弹性单元的弹性模量小于辐射单元的弹性模量。

3.根据权利要求1所述的一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，所述基体包括芯层、以及安装在芯层两侧且用于安装反相位消声结构的蒙皮。

4.根据权利要求2所述的一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，所述弹性单元安装在蒙皮上，所述辐射单元安装在弹性单元远离蒙皮的一侧。

5.根据权利要求1所述的一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，所述基体上设置有与反相位消声结构一一对应设置的凹槽A，所述弹性单元安装在凹槽A内，所述辐射单元位于弹性单元远离凹槽A底部的一侧且与凹槽A的内侧面存在间隙。

6.根据权利要求1所述的一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，所述基体上设置有用于安装辐射单元且辐射单元一一对应设置的凹槽B，所述弹性单元安装在基体上且用于封闭凹槽B，所述辐射单元与弹性单元连接且位于凹槽B内，所述凹槽B与辐射单元之间存在间隙。

7.根据权利要求1所述的一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，所述基体为波纹板；所述波纹板的每个波谷内安装有若干个反相位消声单元，相邻两个波谷内的反相位消声单元交错设置。

8.根据权利要求7所述的一种高效隔声及低噪声辐射的复合结构，其特征在于，所述弹性单元安装在波谷内，所述辐射单元安装在弹性单元远离波谷的一侧且与基体之间存在间隙。

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