CN114495887A - 基于弱耦合的通风宽频吸声贴片及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于弱耦合的通风宽频吸声贴片，包括第一贴片和第二贴片，所述第一贴片和第二贴片之间设置有风道，所述第一贴片和第二贴片均包括第一亥姆赫兹谐振单元和第二亥姆赫兹谐振单元，第一亥姆赫兹谐振单元和第二亥姆赫兹谐振单元为双层结构；每个亥姆赫兹谐振单元朝向风道的侧面上设置有延长颈，第一亥姆赫兹谐振单元的延长颈垂直于第二亥姆赫兹谐振单元的延长颈，且第一亥姆赫兹谐振单元的延长颈长度组成等差数列，第二亥姆赫兹谐振单元的延长颈长度组成等差数列。本发明可以对400‑800Hz范围内的低频噪音进行吸声，且吸声效率高达80％，通风面积比达到40％。

Description

基于弱耦合的通风宽频吸声贴片及其使用方法

技术领域

本发明属于降噪设备领域，尤其是一种基于弱耦合的通风宽频吸声贴片及其使用方法。

背景技术

近20年来，声波超材料在声学隐身、亚波长成像、拓扑声学、和隔声吸收等领域得到了迅速发展，为声波的控制提供了前所未有的途径，具有重要的理论和应用价值。吸声超材料的迅速发展，解决了传统吸声结构在中低频声波(1000Hz)下耗散较低，导致声能吸收效率低下的关键问题。同时有层出不穷的宽频隔声材料，但这些都具有不太好的通风效果，这阻碍了自由流体的工作。一些通风超材料的提出针对解决了低频完美吸收的问题，但事实是，往往日常生活和工作中的机械噪音都是复杂多变的，针对某一频率的完美吸声和应变缓慢的主动可调吸声超材料都无法满足实际场景中的应用。

申请人在先申请的基于嵌入颈部式的完美热对流降噪装置可实现频率范围为440-1600Hz的降噪，降噪频率宽，具体是在440-600Hz的频率范围进行吸声，600-1600Hz的频率范围进行隔声，隔声和吸声的意义完全不同，隔声是会包括吸收和反射，在实际生产中由于不停的反射可能会导致声音无法耗散最终还是存在，而吸声是将声音完全在内部腔体耗散掉，因此吸声的效果显著高于隔声。可知，现有技术吸声的频率范围还是比较低。此外，由于中心通孔越大，吸声效率越低，因此为了保证吸声效率，中心通孔的断面面积与工作区总面积的比值不能过大，而这有不适用于通风量较大的场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于弱耦合的通风宽频吸声贴片及其使用方法，增大吸声的频率范围，保证吸声效率的同时具有良好的通风效果。

本发明的目的是这样实现的：基于弱耦合的通风宽频吸声贴片，包括相互平行的第一贴片和第二贴片，所述第一贴片和第二贴片之间设置有风道，所述第一贴片和第二贴片均包括并排连接的第一吸声组件和第二吸声组件，所述第一吸声组件包括多个并排连接的第一亥姆赫兹谐振单元，所述第二吸声组件包括多个并排连接的第二亥姆赫兹谐振单元，所述第一亥姆赫兹谐振单元和第二亥姆赫兹谐振单元均包括内壳体和外壳体，内壳体和外壳体之间具有间距；每个第一亥姆赫兹谐振单元和每个第二亥姆赫兹谐振单元朝向风道的侧面上设置有延长颈，第一亥姆赫兹谐振单元的延长颈垂直于第二亥姆赫兹谐振单元的延长颈，且所有第一亥姆赫兹谐振单元的延长颈长度组成等差数列，所有第二亥姆赫兹谐振单元的延长颈长度组成等差数列。

进一步地，所述内壳体和外壳体之间的间距为1.4mm。

进一步地，所述第一吸声组件包括3个第一亥姆赫兹谐振单元，第二吸声组件包括3个第二亥姆赫兹谐振单元。

进一步地，所述第一亥姆赫兹谐振单元和第二亥姆赫兹谐振单元均呈长方体形，所述第一亥姆赫兹谐振单元的延长颈贯穿第一亥姆赫兹谐振单元的长度方向，第二亥姆赫兹谐振单元的延长颈贯穿第二亥姆赫兹谐振单元的宽度方向。

上述基于弱耦合的通风宽频吸声贴片的使用方法，将第一贴片和第二贴片固定在具有风道的设备内壁，且第一贴片和第二贴片相互平行。

进一步地，第一贴片和第二贴片粘贴于设备内壁。

本发明的有益效果是：1、将每个第一亥姆赫兹谐振单元和第二亥姆赫兹谐振单元设置为双层结构，使得吸声效率具有鲁棒性，吸声效率可达到80％，隔声效率达到88％。

2、第一亥姆赫兹谐振单元和第二亥姆赫兹谐振单元可分别对不同频率段的噪音进行吸声，两者结合，可以增大吸声频率范围，且由于所有的延长颈长度组成等差数列，进一步扩大了吸声频率范围，使得本发明可以对400-800Hz范围内的低频噪音进行吸声。

3、本发明的结构可以保留较大面积的风道，通风比可达到40％。

4、本发明的结构与其他现有的亥姆赫兹谐振降噪结构相比，结构简单，制造成本低廉，且安装使用方便。

附图说明

图1是本发明主视剖视示意图。

图2是图1中A-A的剖视示意图。

图3是本发明的反射、透射和吸收谱。

图4是本发明在400Hz噪音下的声压分布图。

图5是本发明在730Hz噪音下的声压分布图。

图6是第一贴片和第二贴片全部采用第一亥姆赫兹谐振单元的反射、透射和吸收谱。

图7是第一贴片和第二贴片全部采用第二亥姆赫兹谐振单元的反射、透射和吸收谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的基于弱耦合的通风宽频吸声贴片，包括相互平行的第一贴片1和第二贴片2，所述第一贴片1和第二贴片2之间设置有风道3，第一贴片1和第二贴片2平行设置，且之间的间距即为风道3，风道3用于通风。

所述第一贴片1和第二贴片2均包括并排连接的第一吸声组件11和第二吸声组件12，所述第一吸声组件11包括多个并排连接的第一亥姆赫兹谐振单元111，所述第二吸声组件12包括多个并排连接的第二亥姆赫兹谐振单元112，所述第一亥姆赫兹谐振单元111和第二亥姆赫兹谐振单元112均包括内壳体113和外壳体114，内壳体113和外壳体114之间具有间距；每个第一亥姆赫兹谐振单元111和每个第二亥姆赫兹谐振单元112朝向风道3的侧面上设置有延长颈115，第一亥姆赫兹谐振单元111的延长颈115垂直于第二亥姆赫兹谐振单元112的延长颈115，且所有第一亥姆赫兹谐振单元111的延长颈115长度组成等差数列，所有第二亥姆赫兹谐振单元112的延长颈115长度组成等差数列，公差大于0或小于0。

延长颈115连通风道3和亥姆赫兹谐振腔，根据亥姆赫兹谐振腔的自身特性，设置不同长度的延长颈115，可以对不同频率的噪音进行降噪，因此，本发明将延长颈115的长度设置为线性变化，可实现宽频降噪。具体地，多个第一亥姆赫兹谐振单元111的延长颈115长度组成等差数列，多个第二亥姆赫兹谐振单元112的延长颈115长度也组成等差数列，公差大于0或小于0。

此外，如果所有延长颈115的宽度方向为同一个方向，即相邻两姆赫兹谐振单元的延长颈115相互平行，那么只能够实现较窄的低频范围内的吸声，无法在较宽的中低频范围内吸声，因此，本发明中，第一亥姆赫兹谐振单元111的延长颈115相互平行，第二亥姆赫兹谐振单元112的延长颈115也相互平行，但第一亥姆赫兹谐振单元111的延长颈115垂直于第二亥姆赫兹谐振单元112的延长颈115，使得多个第一亥姆赫兹谐振单元111能够对一定范围内的噪音进行吸声，而多个第二亥姆赫兹谐振单元112能够对另一个范围内的噪音进行吸声，两者耦合工作，可扩大吸声频率。

一般来说，降噪设备的通风的面积比和吸声效率之间是具有矛盾性的，开放面积比越大，吸声效率越低，也就是说，风道3面积越大，吸声效率就越低，本发明为了使风道3具有足够的面积以保证通风效果，又要保证足够的吸声效率，将每个第一亥姆赫兹谐振单元111和第二亥姆赫兹谐振单元112设置为由内壳体113和外壳体114组成的双层结构，这种双层结构使得亥姆赫兹谐振单元吸声具有鲁棒性，吸声效率可达到80％，隔声效率可达到88％，同时风道3的面积比(风道3的面积与整个贴片断面面积的比值)为40％，保证良好的吸声和通风效果。延长颈115位于内壳体113侧壁，外壳体114开设有条形孔，条形孔位置与延长颈115对应，使得气流能够通过条形孔进入内壳体113和外壳体114之间意以及沿着延长颈115进入亥姆赫兹谐振腔。

具体地，所述内壳体113和外壳体114之间的间距为1.4mm。

所述第一吸声组件11包括3个第一亥姆赫兹谐振单元111，第二吸声组件12包括3个第二亥姆赫兹谐振单元112，一共6个第一亥姆赫兹谐振单元111，6个第一亥姆赫兹谐振单元111的延长颈115的长度分别为1mm、6.2mm、11.4mm、16.6mm、21.8mm和27mm，一共6个第二亥姆赫兹谐振单元112，6个第二亥姆赫兹谐振单元112的长度分别为13.5mm、16.5mm、19.5mm、22.5mm、25.5mm和28.5mm。此时，第一吸声组件11能够对350-480Hz的低频噪音进行吸声，第二吸声组件12能够对490-850Hz的低频噪音进行吸声，吸声范围广，降噪效果好。

本发明一种较佳的实施方式为：所述第一亥姆赫兹谐振单元111和第二亥姆赫兹谐振单元112均呈长方体形，所述第一亥姆赫兹谐振单元111的延长颈115贯穿第一亥姆赫兹谐振单元111的长度方向，第二亥姆赫兹谐振单元112的延长颈115贯穿第二亥姆赫兹谐振单元112的宽度方向。

本基于弱耦合的通风宽频吸声贴片的使用方法为：将第一贴片1和第二贴片2固定在具有风道3的设备内壁，且第一贴片1和第二贴片2相互平行，即可保证通风效果，同时吸收气流中的噪音。具有风道3的设备可以是管道、风箱等输气设备，第一贴片1和第二贴片2可通过螺钉等连接件进行安装，优选的，第一贴片1和第二贴片2粘贴于设备内壁，拆装方便。

为了验证本发明的技术效果，分别对以下三种降噪贴片进行测试：

第一种，第一贴片1和第二贴片2和全部采用第一亥姆赫兹谐振单元111，一共12个第一亥姆赫兹谐振单元111；第二种：第一贴片1和第二贴片2和全部采用第二亥姆赫兹谐振单元112，一共12个第二亥姆赫兹谐振单元112；第三种，即本发明的贴片。这三种降噪贴片的尺寸相同。第一种降噪贴片的反射、透射和吸收谱如图6所示，第二种降噪贴片的反射、透射和吸收谱如图7所示，第三种(本发明)降噪贴片的反射、透射和吸收谱如图3所示，通过对比可知，在不改变整体单元长度和开放面积的情况下，可以通过简单的耦合实现低频斜率增加的操作，更加有效的进行400Hz目标频率的吸收，其次同样保持宽频(400-800Hz)的吸收。而这些效果都是源于双方向弱耦合，值得一提的是在目标频率范围内几乎没有反共振。

此外，将本发明分别贴于400Hz噪音环境中，得到的声压分布图如图4所示，再将本发明贴于730Hz噪音环境中，得到的声压分布图如图5所示，图中，黑色的深浅代表声音受压缩的幅度，箭头代表声速(箭头代表声音耗散最强的地方，箭头密集代表声音耗散大)。可以看出，在400Hz，声速大的地方集中在右端(即第二亥姆赫兹谐振单元112)的腔体中，说明主要的耗散集中在第二亥姆赫兹谐振单元112的腔体；在730Hz，更明显的可以看出声速大的地方集中在左端(即第一亥姆赫兹谐振单元111)颈部和夹层(内壳体113和外壳体114之间)位置，这证明颈部和夹层决定了最主要的耗散。因此第一亥姆赫兹谐振单元111和第二亥姆赫兹谐振单元112耦合，具有较宽的吸声频率范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于弱耦合的通风宽频吸声贴片，其特征在于：包括相互平行的第一贴片(1)和第二贴片(2)，所述第一贴片(1)和第二贴片(2)之间设置有风道(3)，所述第一贴片(1)和第二贴片(2)均包括并排连接的第一吸声组件(11)和第二吸声组件(12)，所述第一吸声组件(11)包括多个并排连接的第一亥姆赫兹谐振单元(111)，所述第二吸声组件(12)包括多个并排连接的第二亥姆赫兹谐振单元(112)，所述第一亥姆赫兹谐振单元(111)和第二亥姆赫兹谐振单元(112)均包括内壳体(113)和外壳体(114)，内壳体(113)和外壳体(114)之间具有间距；每个第一亥姆赫兹谐振单元(111)和每个第二亥姆赫兹谐振单元(112)朝向风道(3)的侧面上设置有延长颈(115)，第一亥姆赫兹谐振单元(111)的延长颈(115)垂直于第二亥姆赫兹谐振单元(112)的延长颈(115)，且所有第一亥姆赫兹谐振单元(111)的延长颈(115)长度组成等差数列，所有第二亥姆赫兹谐振单元(112)的延长颈(115)长度组成等差数列。

2.根据权利要求1所述的基于弱耦合的通风宽频吸声贴片，其特征在于：所述内壳体(113)和外壳体(114)之间的间距为1.4mm。

3.根据权利要求1所述的基于弱耦合的通风宽频吸声贴片，其特征在于：所述第一吸声组件(11)包括3个第一亥姆赫兹谐振单元(111)，第二吸声组件(12)包括3个第二亥姆赫兹谐振单元(112)。

4.根据权利要求1所述的基于弱耦合的通风宽频吸声贴片，其特征在于：所述第一亥姆赫兹谐振单元(111)和第二亥姆赫兹谐振单元(112)均呈长方体形，所述第一亥姆赫兹谐振单元(111)的延长颈(115)贯穿第一亥姆赫兹谐振单元(111)的长度方向，第二亥姆赫兹谐振单元(112)的延长颈(115)贯穿第二亥姆赫兹谐振单元(112)的宽度方向。

5.权利要求1至4所述基于弱耦合的通风宽频吸声贴片的使用方法，其特征在于：将第一贴片(1)和第二贴片(2)固定在具有风道(3)的设备内壁，且第一贴片(1)和第二贴片(2)相互平行。

6.权利要求5所述基于弱耦合的通风宽频吸声贴片的使用方法，其特征在于：第一贴片(1)和第二贴片(2)粘贴于设备内壁。

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