CN113799450A - 一种声学超材料降噪阻尼板 - Google Patents
一种声学超材料降噪阻尼板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种声学超材料降噪阻尼板，包括：由至少两个呈一字型均匀间隔排布的金属质量块组成一组质量单元组，所述金属质量块的外侧均包覆有电敏膨胀条，所述质量单元组均设有控制所述电敏膨胀条膨胀的电路控制器，用于粘连每组所述金属质量块的粘黏弹性薄膜，通过粘流态阻尼胶料压接于所述粘黏弹性薄膜两侧的复合层；所述质量单元组设有若干个且呈阵列排布，并通过软质框架相间隔，所述金属质量块厚度大于所述粘黏弹性薄膜的厚度，且所述粘黏弹性薄膜粘接于所述金属质量块的厚度中央处，所述复合层开设有多个冲孔。通过本发明的公开，能够减弱中低频噪音对人与设备的影响，提高了中低频的降噪能力，能够针对特定频率下的噪音进行优化降噪。
Description
技术领域
本发明涉及声学超材料技术领域，更具体涉及一种声学超材料降噪阻尼板。
背景技术
由于低频振动噪声在日常生产生活中普遍存在，一方面表现为使人烦恼和对身体健康的潜在危害，影响人的工作生活；另一方面也对装备产品性能的发挥造成严重制约。例如，飞机、车辆等载运工具的振动和噪声不仅影响乘员的乘坐舒适性，还有可能损坏仪器甚至造成安全事故。洗衣机、空调和冰箱等家用电器的噪声，影响着人们的正常休息。建筑工地的施工噪声、工业生产车间噪声等不但会影响到周边的居民，还会导致工人轻则心情烦躁、睡眠质量降低，重则引发心脏病、导致听力下降，更严重还会导致耳聋等。而振动和噪声的控制方法一般有两类，一类是从源头上进行控制，主要是开发低振动和静音产品；另一类是从传播路径上进行控制，包括隔离、衰减和吸收等。随着科技的不断进步和工业的不断发展，产品结构和性能越来越优化，从源头上进行振动和噪声的控制已经越来越困难。这样，从传播路径上进行控制就成了必然的选择。相对于现有技术中对降低低频振动与噪声的处理方式大多选择隔声材料与阻尼材料通过对声能的转化实现，但是，传统材料在隔离声波与振动时，一般需要隔声材料部件的厚度尺寸与声波波长相匹配，即声波波长越长，所需隔声材料的厚度也就越厚，某些金属材料其虽然隔声能力好，但成本过高，过于厚重，难以灵活使用。现有的阻尼材料能够起到对低频噪声的消解作用，但效果单一，面对不同频率的噪声，现有的阻尼板要么降频降噪能力不足，消除噪音效果差，要么降噪频率单一，仅仅在一定频率下的噪声处理效果较好。
发明内容
本发明的目的在于公开一种声学超材料降噪阻尼板，其能够减弱中低频噪音对人与设备的影响，提高了中低频的降噪能力，同时能够针对特定频率下的噪音进行优化降噪。
为实现上述目的，本发明提供了一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，包括：由至少两个呈一字型均匀间隔排布的金属质量块组成一组质量单元组，所述金属质量块的外侧均包覆有电敏膨胀条，所述质量单元组均设有控制所述电敏膨胀条膨胀的电路控制器，用于粘连每组所述金属质量块的粘黏弹性薄膜，通过粘流态阻尼胶料压接于所述粘黏弹性薄膜两侧的复合层；
所述质量单元组设有若干个且呈阵列排布，并通过软质框架相间隔，所述金属质量块厚度大于所述粘黏弹性薄膜的厚度，且所述粘黏弹性薄膜粘接于所述金属质量块的厚度中央处，所述复合层开设有多个冲孔，所述冲孔与所述金属质量块对应分布且供所述金属质量块部分容置；
所述电敏膨胀条以通电膨胀的方式改变所述金属质量块的体积，所述粘黏弹性薄膜表面张力的大小分布以及所述金属质量块相对所述粘黏弹性薄膜的位置。
作为本发明的进一步改进，所述粘黏弹性薄膜通过模具以浇筑的方式粘连每组所述金属质量块。
作为本发明的进一步改进，所述金属质量块设有两个，且为半圆块状且对称分布。
作为本发明的进一步改进，所述金属质量块设有三个，且为圆块状。
作为本发明的进一步改进，通过所述电路控制器控制任意一个或多个所述电敏膨胀条膨胀。
作为本发明的进一步改进，所述复合层采用多层纤维材料组成。
作为本发明的进一步改进，所述冲孔自靠近所述粘黏弹性薄膜的一侧向外侧呈扩大状的锥形结构。
作为本发明的进一步改进，所述复合层的外侧敷设有吸声涂层材料。
作为本发明的进一步改进，所述吸声涂层材料包括石墨，空心微粉，三氧化二铝粉中的一种或多种与硅橡胶的组合。
作为本发明的进一步改进，所述粘黏弹性薄膜采用丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶中的一种或任意几种的组合通过熬制而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)一种声学超材料降噪阻尼板，有至少两个呈一字型均匀间隔排布的金属质量块组成一组质量单元组，每组所述金属质量块之间通过粘黏弹性薄膜粘连，金属质量块的外侧均包覆有电敏膨胀条能够改变金属质量块相对粘黏弹性薄膜的分布面积与粘黏弹性薄膜表面张力的大小，从而实现对不同频率噪声的减振降噪调节，可以有效的提高降噪阻尼板的隔声系数，使得降噪阻尼板在各种噪声环境下均具有最佳的降噪效果，通过电路控制器的控制，可以模仿阵列像素点，实现对降噪阻尼板降噪能力的区域性调节，优化的降噪阻尼板的降噪性能，能够对20-1000Hz之间的噪声进行有效吸声处理。
(2)一种声学超材料降噪阻尼板，将整个降噪阻尼板的降噪分为若干个单元区，每个单元均具有一个质量单元组与粘黏弹性薄膜组成的降噪单元，通过对噪声进行分割处理，提高了降噪阻尼板的处理效果，在金属质量块的外侧包覆电敏膨胀条，通过电路控制器调节电敏膨胀条的膨胀体积，从而改变每个降噪单元内的粘黏弹性薄膜的表面张力大小分布，从而调节降噪单元的吸声性能，若干个电路控制器通过芯片控制提高整个降噪阻尼板的整体降噪能力或局部降噪能力，针对降噪阻尼板对噪声源的传播路径区别，对降噪阻尼板每个区域的降噪能力进行选择调控。
(3)通过粘流态阻尼胶料压接于粘黏弹性薄膜两侧的复合层，位于外侧的复合层起到对噪声的反射隔声处理，位于内侧的复合层起到最噪声的二次隔声吸声处理，复合层开设有多个冲孔将噪声进行分割，利用空气的粘滞性和摩擦阻力，使得热能流失，达到阻性吸声，同时，冲孔自靠近粘黏弹性薄膜的一侧向外侧呈扩大状的锥形结构，锥形结构具有最佳的吸声效果；冲孔与金属质量块对应分布且供金属质量块部分容置，当噪声通过冲孔到达金属质量块，金属质量块将声能转化为与粘黏弹性薄膜的共振，利用金属质量块刚度较大，因此振幅较小，而粘黏弹性薄膜相对与质量块的振动幅度较大，能够实现对声能的转化，从而达到吸声阻声的效果。
(4)通过复合层的外侧敷设有吸声涂层材料，吸声涂层材料包括石墨，空心微粉，三氧化二铝粉中的一种或多种与硅橡胶的组合，此外复合层采用的多层纤维材料，其本身也具有很好的吸声性能。通过电敏膨胀条的热膨胀系数控制粘黏弹性薄膜的吸声能力表达对频率的选择，实现选频衰减，使用粘流态阻尼胶料在粘黏弹性薄膜的两侧相对应压合复合层，使得降噪阻尼板结构具有较强的整体性，便于布置、安装。
(5)粘黏弹性薄膜采用丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶中的一种或任意几种的组合通过熬制而成，其具有透射率低，吸声系数高，反射系数高等优点。
(6)金属质量块设有两个，且为半圆块状且对称分布，在声波激励下，两个半圆块状的金属质量块能够振动，实现能量的损耗，从而实现低频段的完美声吸收。而金属质量块设三个，呈圆形块，能够提高粘黏弹性薄膜的表面张力区域丰富性，以及金属质量块相对粘黏弹性薄膜的面积比，实现对不能频率噪声的优化降噪。
附图说明
图1为本发明一种声学超材料降噪阻尼板的爆炸示意图；
图2为本发明一种声学超材料降噪阻尼板的主视状态下的位置关系示意图；
图3为本发明一种声学超材料降噪阻尼板的质量单元组与粘黏弹性薄膜的位置关系示意图；
图4为本发明一种声学超材料降噪阻尼板实施例二中质量单元组与电敏膨胀条与粘黏弹性薄膜的连接关系示意图；
图5为本发明一种声学超材料降噪阻尼板实施例一中质量单元组与电敏膨胀条与粘黏弹性薄膜的连接关系示意图。
图中：1、质量单元组；2、粘黏弹性薄膜；3、复合层；4、硬质框架；5、电敏膨胀条；11、质量块；30、冲孔。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
请参图1至图3所示出的本发明一种声学超材料降噪阻尼板的一种具体实施方式。
一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，包括：由至少两个呈一字型均匀间隔排布的金属质量块11组成一组质量单元组1，金属质量块11的外侧均包覆有电敏膨胀条5，质量单元组1均设有控制电敏膨胀条5膨胀的电路控制器，用于粘连每组金属质量块11的粘黏弹性薄膜2，通过粘流态阻尼胶料压接于粘黏弹性薄膜2两侧的复合层3；质量单元组1设有若干个且呈阵列排布，并通过软质框架相间隔，金属质量块11厚度大于粘黏弹性薄膜2的厚度，且粘黏弹性薄膜2粘接于金属质量块11的厚度中央处，复合层3开设有多个冲孔30，冲孔30与金属质量块11对应分布且供金属质量块11部分容置；电敏膨胀条5以通电膨胀的方式改变金属质量块11的体积，粘黏弹性薄膜2表面张力的大小分布以及金属质量块11相对粘黏弹性薄膜2的位置。粘黏弹性薄膜2通过模具以浇筑的方式粘连每组金属质量块11。金属质量块11设有两个，且为半圆块状且对称分布。通过电路控制器控制任意一个或多个电敏膨胀条5膨胀。复合层3采用多层纤维材料组成。冲孔30自靠近粘黏弹性薄膜2的一侧向外侧呈扩大状的锥形结构。复合层3的外侧敷设有吸声涂层材料。吸声涂层材料包括石墨，空心微粉，三氧化二铝粉中的一种或多种与硅橡胶的组合。粘黏弹性薄膜2采用丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶中的一种或任意几种的组合通过熬制而成。
需要注意的是，在本实施例中，一种声学超材料降噪阻尼板，有至少两个呈一字型均匀间隔排布的金属质量块11组成一组质量单元组1，每组所述金属质量块11之间通过粘黏弹性薄膜2粘连，金属质量块11的外侧均包覆有电敏膨胀条5能够改变金属质量块11相对粘黏弹性薄膜2的分布面积与粘黏弹性薄膜2表面张力的大小，从而实现对不同频率噪声的减振降噪调节，可以有效的提高降噪阻尼板的隔声系数，使得降噪阻尼板在各种噪声环境下均具有最佳的降噪效果，通过电路控制器的控制，可以模仿阵列像素点，实现对降噪阻尼板降噪能力的区域性调节，优化的降噪阻尼板的降噪性能，能够对20-1000Hz之间的噪声进行有效吸声处理。需要注意，金属质量块11的后侧留有空腔，降噪阻尼板外侧设有硬质框架4。
需要说明的是，在本实施例中，一种声学超材料降噪阻尼板，将整个降噪阻尼板的降噪分为若干个单元区，每个单元均具有一个质量单元组1与粘黏弹性薄膜2组成的降噪单元，通过对噪声进行分割处理，提高了降噪阻尼板的处理效果，在金属质量块11的外侧包覆电敏膨胀条5，通过电路控制器调节电敏膨胀条5的膨胀体积，从而改变每个降噪单元内的粘黏弹性薄膜2的表面张力大小分布，从而调节降噪单元的吸声性能，若干个电路控制器通过芯片控制提高整个降噪阻尼板的整体降噪能力或局部降噪能力，针对降噪阻尼板对噪声源的传播路径区别，对降噪阻尼板每个区域的降噪能力进行选择调控。
需要注意的是，通过粘流态阻尼胶料压接于粘黏弹性薄膜2两侧的复合层3，位于外侧的复合层3起到对噪声的反射隔声处理，位于内侧的复合层3起到最噪声的二次隔声吸声处理，复合层3开设有多个冲孔30将噪声进行分割，利用空气的粘滞性和摩擦阻力，使得热能流失，达到阻性吸声，同时，冲孔30自靠近粘黏弹性薄膜2的一侧向外侧呈扩大状的锥形结构，锥形结构具有最佳的吸声效果；冲孔30与金属质量块11对应分布且供金属质量块11部分容置，当噪声通过冲孔30到达金属质量块11，金属质量块11将声能转化为与粘黏弹性薄膜2的共振，利用金属质量块11刚度较大，因此振幅较小，而粘黏弹性薄膜2相对与质量块11的振动幅度较大，能够实现对声能的转化，从而达到吸声阻声的效果。
进一步的，通过复合层3的外侧敷设有吸声涂层材料，吸声涂层材料包括石墨，空心微粉，三氧化二铝粉中的一种或多种与硅橡胶的组合，此外复合层3采用的多层纤维材料，其本身也具有很好的吸声性能。通过电敏膨胀条5的热膨胀系数控制粘黏弹性薄膜2的吸声能力表达对频率的选择，实现选频衰减，使用粘流态阻尼胶料在粘黏弹性薄膜2的两侧相对应压合复合层3，使得降噪阻尼板结构具有较强的整体性，便于布置、安装。而粘黏弹性薄膜2采用丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶中的一种或任意几种的组合通过熬制而成，其具有透射率低，吸声系数高，反射系数高等优点。金属质量块11设有两个，且为半圆块状且对称分布，在声波激励下，两个半圆块状的金属质量块11能够振动，实现能量的损耗，从而实现低频段的完美声吸收。
实施例二：
金属质量块11设有三个，且为圆块状。而金属质量块11设三个，呈圆形块，能够提高粘黏弹性薄膜2的表面张力区域丰富性，以及金属质量块11相对粘黏弹性薄膜2的面积比，实现对不能频率噪声的优化降噪。
除上述区别技术特征以外，其余技术特征请参考实施例一，此处不再赘述。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，包括：由至少两个呈一字型均匀间隔排布的金属质量块组成一组质量单元组，所述金属质量块的外侧均包覆有电敏膨胀条，所述质量单元组均设有控制所述电敏膨胀条膨胀的电路控制器，用于粘连每组所述金属质量块的粘黏弹性薄膜，通过粘流态阻尼胶料压接于所述粘黏弹性薄膜两侧的复合层；
所述质量单元组设有若干个且呈阵列排布，并通过软质框架相间隔，所述金属质量块厚度大于所述粘黏弹性薄膜的厚度，且所述粘黏弹性薄膜粘接于所述金属质量块的厚度中央处，所述复合层开设有多个冲孔，所述冲孔与所述金属质量块对应分布且供所述金属质量块部分容置；
所述电敏膨胀条以通电膨胀的方式改变所述金属质量块的体积，所述粘黏弹性薄膜表面张力的大小分布以及所述金属质量块相对所述粘黏弹性薄膜的位置。
2.根据权利要求1所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述粘黏弹性薄膜通过模具以浇筑的方式粘连每组所述金属质量块。
3.根据权利要求2所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述金属质量块设有两个，且为半圆块状且对称分布。
4.根据权利要求1所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述金属质量块设有三个，且为圆块状。
5.根据权利要求4所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，通过所述电路控制器控制任意一个或多个所述电敏膨胀条膨胀。
6.根据权利要求1所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述复合层采用多层纤维材料组成。
7.根据权利要求1所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述冲孔自靠近所述粘黏弹性薄膜的一侧向外侧呈扩大状的锥形结构。
8.根据权利要求1所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述复合层的外侧敷设有吸声涂层材料。
9.根据权利要求8所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述吸声涂层材料包括石墨，空心微粉，三氧化二铝粉中的一种或多种与硅橡胶的组合。
10.根据权利要求1所述的一种声学超材料降噪阻尼板，其特征在于，所述粘黏弹性薄膜采用丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶中的一种或任意几种的组合通过熬制而成。
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