CN113903321A - 一种低压背腔吸声单元及建筑壁面 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低压背腔吸声单元及建筑壁面，所述低压背腔吸声单元包括：吸声基体；所述吸声基体用于设于凹槽构件的槽口端，以在所述吸声基体与所述凹槽构件之间围成密闭的吸声背腔；所述吸声背腔内的气压小于所述低压背腔吸声单元所在环境的气压，以使得所述吸声基体处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态。本发明通过利用吸声基体在负压差的作用下形成的临界屈曲前的低刚度状态，使得低压背腔吸声单元的整体刚度降低，实现低频宽带吸声，并对吸声背腔的厚度不再限制，可大幅度减小对吸声背腔的厚度要求。

Description

一种低压背腔吸声单元及建筑壁面

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种低压背腔吸声单元及建筑壁面。

背景技术

当前，为了减少外界声音对家居生活的影响，通常在建筑墙面、天花板面、家具产品的壳壁、箱体壳壁以及屏障壁面等建筑壁面上设置吸声结构，以对相关噪音进行降噪处理。

相关技术中，主要在建筑墙面上设置吸声结构进行吸声降噪。吸声结构包括薄膜型吸声器或薄板型吸声器，这类吸声结构在结构上包括壳体和质量块，壳体由吸声基体围成，吸声基体为薄膜或薄板，壳体内具有中空的吸声背腔，质量块设置于吸声基体上。

然而，在实际应用中，上述吸声结构的吸声带宽有限，同时还需要较厚的吸声背腔来实现吸声，导致结构整体厚度较大，难以实现深亚波长吸声和宽带吸声。

发明内容

本发明提供一种低压背腔吸声单元及建筑壁面，用以解决或改善现有的吸声结构存在需要较厚的吸声背腔吸声，以及难以实现低频宽带吸声的问题。

本发明提供一种低压背腔吸声单元，包括：吸声基体；所述吸声基体用于设于凹槽构件的槽口端，以在所述吸声基体与所述凹槽构件之间围成密闭的吸声背腔；所述吸声背腔内的气压小于所述低压背腔吸声单元所在环境的气压，以使得所述吸声基体处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态。

根据本发明提供的一种低压背腔吸声单元，所述吸声基体包括薄板。

根据本发明提供的一种低压背腔吸声单元，所述薄板包括：铝板、铁板、钢板、铜板、木板、塑料板、纸板以及尼龙板当中的任一种。

根据本发明提供的一种低压背腔吸声单元，所述薄板包括：多个复合层；所述多个复合层采用铝板、铁板、钢板、铜板、木板、塑料板、纸板以及尼龙板当中的至少一种复合而成。

根据本发明提供的一种低压背腔吸声单元，所述薄板的厚度小于10mm。

根据本发明提供的一种低压背腔吸声单元，所述薄板的形状包括圆形、矩形及三角形，在所述薄板的形状为矩形的情况下，所述薄板的长度小于1000mm。

根据本发明提供的一种低压背腔吸声单元，所述低压背腔吸声单元用于吸收深亚波长的声波。

本发明还提供一种建筑壁面，所述建筑壁面设有至少一个如上任一项所述的低压背腔吸声单元。

本发明提供的一种低压背腔吸声单元及建筑壁面，基于对现有薄板型吸声器的改进，通过将吸声背腔与外界环境设置为负压差，使得吸声基体处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态，在此，利用吸声基体在负压差的作用下形成的临界屈曲前的低刚度状态，使得低压背腔吸声单元的整体刚度降低，实现低频宽带吸声，并对吸声背腔的厚度不再限制，可大幅度减小对吸声背腔的厚度要求，以减小低压背腔吸声单元的整体厚度。

与此同时，本发明所示的低压背腔吸声单元不仅结构简单、易于加工、可一体成型，而且具有安装方便、成本低、无污染、重量轻、防火性能良好等特点，适于航空航天、轨道交通、电厂、机械加工等低频声波的降噪处理和建筑环境噪声防护。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的低压背腔吸声单元的结构示意图；

图2是本发明提供的对铝制的吸声基体进行有限元仿真，得到的载荷力与位移的曲线图；

图3是本发明提供的低压背腔吸声单元与常规薄板型吸声器的有限元仿真的吸声系数对比图；

附图标记：

11：吸声基体；2：凹槽构件；3：吸声背腔 ；12：穹顶结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明的一种低压背腔吸声单元及建筑壁面。

如图1所示，本实施例提供一种低压背腔吸声单元，包括：吸声基体11；吸声基体11用于设于凹槽构件2的槽口端，以在吸声基体11与凹槽构件2之间围成密闭的吸声背腔3；吸声背腔3内的气压小于低压背腔吸声单元所在环境的气压，可使得吸声背腔3与低压背腔吸声单元所在环境之间形成负压差，在负压差的作用下，能够使得吸声基体11处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态。其中，图1中呈向内汇聚排布的多个箭头用于指示吸声背腔3处于低压状态。

具体地，本实施例基于对现有薄板型吸声器的改进，通过将吸声背腔3与外界环境设置为负压差，使得吸声基体11处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态，在此，利用吸声基体11在负压差的作用下形成的临界屈曲前的低刚度状态，使得低压背腔吸声单元的整体刚度降低，实现低频宽带吸声，并对吸声背腔3的厚度不再限制，可大幅度减小对吸声背腔3的厚度要求，以减小低压背腔吸声单元的整体厚度。

与此同时，本实施例所示的低压背腔吸声单元不仅结构简单、易于加工、可一体成型，而且具有安装方便、成本低、无污染、重量轻、防火性能良好等特点，适于航空航天、轨道交通、电厂、机械加工等低频声波的降噪处理和建筑环境噪声防护。

在此应指出的是，本实施例所示的吸声背腔3与低压背腔吸声单元所在环境之间形成的负压差接近1个标准大气压，例如，该负压差的大小可以为80%-100%的标准大气压。其中，负压差的具体大小是根据吸声基体11的材质和面积确定的。

与此同时，本领域公知，对工件结构进行的屈曲分析主要用于研究工件结构在特定载荷下的稳定性以及确定工件结构失稳的临界载荷。在此，本实施例所示的吸声基体11处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态，可理解为，在负压差以及吸声基体的回复力的共用作用下，吸声基体11在发生结构失稳前的所能保持的状态。显然，在此状态下，吸声基体11能够承受的形变位移达到最大值，在吸声基体11的形变位移大于最大值时，吸声基体11会发生结构失稳。

如图1所示，为了便于在表述上进行区分，将用虚线表征的吸声基体表示为未受到负压作用的穹顶结构12，而本实施例所示的吸声基体11用实线表示。也就是说，在吸声背腔3内的气压与外界环境的气压相等时，吸声基体为初始状态，吸声基体的形态呈现为向上凸起的穹顶结构12的形态，而随着压差的增大，吸声基体11开始变形，直至吸声基体11处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态。

如图2所示，为了研究在压差条件下吸声基体11的屈曲变形情况，本实施例对铝制的吸声基体进行有限元仿真。

在图2中，由于在吸声基体处于穹顶结构12的状态下，压差为零，在吸声基体处于穹顶结构12的状态下，吸声基体发生形变的位移也为零，从而对吸声基体进行有限元仿真，得到的压差（相当于载荷力）相对于位移的曲线汇聚于坐标零点，坐标零点（0，0）用S1表示。

相应地，在压差大于零时，吸声基体11随着压差增大，吸声基体11的载荷力-位移曲线的变化状态用曲线S2表示。当压差接近一个大气压时，在0.8-1.8mm的位移范围内，吸声基体11处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态，曲线S2在此区段的斜率较小，该斜率代表着吸声基体11的结构刚度，即吸声基体11处于临界屈曲前的低刚度区域。其中，本实施例用K表示0.8-1.8mm的位移范围所对应的曲线区段。

显然，本实施例所示的吸声基体11所处的接近发生结构失效前的临界屈曲状态与K所指示的区段相对应。

由于在上述曲线区段内，吸声基体11呈现为低刚度状态，基于吸声基体11与吸声背腔3的综合作用，可实现低频宽带吸声。

在此，本实施例基于吸声基体11的材质与厚度，以及吸声背腔3与低压背腔吸声单元所在环境之间的压差的优化设计，还可使得本实施例所示的低压背腔吸声单元用于吸收深亚波长的声波。

进一步地，为了便于直观地体现低压背腔吸声单元的低频宽带吸声特性，本实施例选用相同厚度的吸声基体与相同厚度的吸声背腔（例如：20mm），对低压背腔吸声单元与常规薄板型吸声器进行有限元仿真，得到如图3所示的吸声系数对比图。

如图3所示，本实施例低压背腔吸声单元的吸声峰值集中在150Hz附近，而常规薄板型吸声器的吸声峰值集中在460Hz附近。显然，本实施例所示的低压背腔吸声单元的吸声峰值显著向低频移动，实现比常规薄板型吸声器更低频的噪声控制效果。

优选地，为了确保较好的吸声特性，本实施例所示的吸声基体11优选为薄板，薄板的形状包括圆形、矩形及三角形。在此，薄板的具体形状可根据凹槽构件2的槽口端的形状进行适应性设置。

其中，吸声基体11也可以为薄板与其它部件的组合结构。例如，为了确保薄板的刚度，在薄板的板面上设置加强筋（图1中未示出）。

在一些示例中，薄板包括：铝板、铁板、钢板、铜板、木板、塑料板、纸板以及尼龙板当中的任一种。在此，薄板可根据实际需求设置为单层结构。

当然，薄板也可设置为由多个复合层构成的板状结构，多个复合层采用铝板、铁板、钢板、铜板、木板、塑料板、纸板以及尼龙板当中的至少一种复合而成。例如，薄板可以由多层铝板、多层纸板或者多层塑料板组成，薄板也可以由多层铁板与多层铜板交替排布而成，薄板还可以设置为其它复合形式，在此不在一一列举。

优选地，本实施例所示的薄板的厚度小于10mm，例如，薄板的厚度具体为3mm、5mm、8mm、9mm等，在此不做具体限定。与此同时，为了确保低压背腔吸声单元的可靠性，在薄板的形状为矩形的情况下，薄板设置的长度小于1000mm。

优选地，本实施例还提供一种建筑壁面，所述建筑壁面设有至少一个如上任一项所述的低压背腔吸声单元。

在此，为了确保较好的吸声效果，本实施例可在建筑壁面上设置多个低压背腔吸声单元，例如，将多个低压背腔吸声单元在壁面上呈阵列排布。

具体地，由于建筑壁面包括低压背腔吸声单元，低压背腔吸声单元的具体结构描述可参照上述实施例，则本实施例所示的建筑壁面包括了上述实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述实施例的全部技术方案所带来的全部有益效果，在此不做一一赘述。

进一步地，本实施例所示的建筑壁面可以是建筑墙面或天花板面，而本实施例所示的低压背腔吸声单元也可应用于家具产品的壳壁、箱体壳面以及屏障壁面等。

在此，根据应用场景的不同，本实施例可在相应的壁面上设置低压背腔吸声单元，以实现低频宽带吸声的效果。

在建筑壁面为建筑墙面的情况下，本实施例可将多个低压背腔吸声单元设于建筑外墙的主墙体朝向室外环境的一侧，以用于吸收外界环境中的低频噪声。本实施例也可将多个低压背腔吸声单元设于主墙体朝向室内环境的一侧，以调节室内混响时间，提高语音清晰度。

相应地，本实施例可将上述凹槽构件2安装于主墙体朝向室外环境的一侧。当然，凹槽构件2也可理解为构造于主墙体朝向室外环境的一侧的凹槽结构，如此，可便于本实施例所示的低压背腔吸声单元的布设。

在此，本实施例也可根据实际需求，将低压背腔吸声单元设置于衣柜、冰箱、洗衣机等家居产品的壳壁。另外，本实施例还可将低压背腔吸声单元设置于在路边屏障壁面、道路两旁的坡面上等，在此不做具体限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种低压背腔吸声单元，其特征在于，包括：吸声基体；

所述吸声基体用于设于凹槽构件的槽口端，以在所述吸声基体与所述凹槽构件之间围成密闭的吸声背腔；

所述吸声背腔内的气压小于所述低压背腔吸声单元所在环境的气压，以使得所述吸声基体处于接近发生结构失效前的临界屈曲状态。

2.根据权利要求1所述的低压背腔吸声单元，其特征在于，

所述吸声基体包括薄板。

3.根据权利要求2所述的低压背腔吸声单元，其特征在于，

所述薄板包括：铝板、铁板、钢板、铜板、木板、塑料板、纸板以及尼龙板当中的任一种。

4.根据权利要求2所述的低压背腔吸声单元，其特征在于，

所述薄板包括：多个复合层；所述多个复合层采用铝板、铁板、钢板、铜板、木板、塑料板、纸板以及尼龙板当中的至少一种复合而成。

5.根据权利要求2至4任一所述的低压背腔吸声单元，其特征在于，所述薄板的厚度小于10mm。

6.根据权利要求2至4任一所述的低压背腔吸声单元，其特征在于，所述薄板的形状包括圆形、矩形及三角形，在所述薄板的形状为矩形的情况下，所述薄板的长度小于1000mm。

7.根据权利要求1至4任一所述的低压背腔吸声单元，其特征在于，所述低压背腔吸声单元用于吸收深亚波长的声波。

8.一种建筑壁面，其特征在于，所述建筑壁面设有至少一个如权利要求1至7任一所述的低压背腔吸声单元。

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