CN117079628A - 一种多共振扩频带复合吸声结构 - Google Patents
一种多共振扩频带复合吸声结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117079628A CN117079628A CN202311022697.8A CN202311022697A CN117079628A CN 117079628 A CN117079628 A CN 117079628A CN 202311022697 A CN202311022697 A CN 202311022697A CN 117079628 A CN117079628 A CN 117079628A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- component
- cavity
- loudspeaker
- acoustic impedance
- porous material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 35
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 9
- 101150041326 air-2 gene Proteins 0.000 claims description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 7
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 229920001983 poloxamer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/162—Selection of materials
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Audible-Bandwidth Dynamoelectric Transducers Other Than Pickups (AREA)
Abstract
本申请提供了一种多共振扩频带复合吸声结构，包括壳体，第一组件和第二组件，所述第一组件和第二组件位于所述壳体内，第二组件围绕第一组件的周向设置，所述第一组件沿声波入射方向，依次为穿孔板、第一空腔、扬声器、分流电路和第二空腔，所述第二组件为由多孔材料层和第三空腔串联构成的单共振结构。在穿孔板、分流扬声器和多孔材料层的串‑并耦合作用下，通过穿孔板赫姆霍兹共振效应、多孔材料层的粘滞效应、分流电路阻尼损耗和扬声器振膜机械振动四种方式消耗声能量，所述结构表现为四共振耦合吸声，具有明显提高低中频吸声带宽的能力。
Description
技术领域
本申请属于吸声技术领域，特别涉及一种多共振扩频带复合吸声结构。
背景技术
吸声技术是通过结构或材料在声波传播途径上吸收消耗声能量的一种噪声控制方式，研究高效控制低中频段声波的宽频带吸声结构是噪声控制领域中重要的课题。常见的吸声结构包括多孔类吸声材料和共振类吸声结构。在空气粘滞性和热传导效应下，纤维类、泡沫类多孔吸声材料通常需要四分之一波长厚度才能实现中高频声波有效吸声效果。普通穿孔板孔径大于1mm，具有不足的声阻和过大的声质量，尤其在低频范围内表现为低系数、窄频带的单共振吸声特性；在穿孔板基础上，著名声学专家马大猷院士提出一种将孔径在丝米级的经典微穿孔板结构，微穿孔板结构在共振频率附近具有足够与空气相匹配的声阻和接近零的声质量，如果实现宽带低频有效吸声需要较大深度空腔，随着空腔深度增大，微穿孔板结构的单共振吸声频带呈现变窄趋势，其实用存在一定程度的空间尺度限制。
随着分流技术的发展，CN104078037A提出了一种基于分流扬声器的低频双共振吸声结构，通过调整分流电路中串联的电阻、电感、电容，所设计结构在100Hz、200Hz频率的吸声系数大于0.9。CN108932939A提出了一种由多个分流扬声器并联构成的分流扬声器阵列吸声结构，通过合理设计各分支电路，所发明结构在100Hz、200Hz、300Hz、400Hz的吸声系数能达到1。
CN112104951A公布了一种可调吸声结构，其扬声器背腔是一个170mm*170mm*60mm的方腔，在线圈-磁铁结构外端至少连接一个分流电路，所提出结构在100Hz-1000Hz内表现为具有两个共振峰的宽带吸声效果，若将背腔容积折合到扬声器有效面积上，其背腔等效深度约为173mm。现有的分流扬声器技术显示，连接有多个分支电路或多个扬声器阵列结构主要面向低频有调噪声，通过设置多个电路参数或串联具有较大空腔厚度的微穿孔板结构，分流扬声器复合结构能在一定频段内具有两共振峰特性的宽带吸声。
目前亟需一种具有易操控、可实现、经济性等特点的复合吸声结构，能够在有限空间尺度下有效控制低中频宽带噪声。
本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。
发明内容
为了解决上述问题，本申请充分利用分流阻尼技术、赫姆霍兹共振效应、空气粘滞性及热传导效应，以分流扬声器、穿孔板结构、多孔材料、空气层为基体，通过串-并联耦合技术。提出一种多共振扩频带复合吸声结构。
在本申请的一些实施例中，提供一种多共振扩频带复合吸声结构，包括壳体，第一组件和第二组件，所述第一组件和第二组件位于所述壳体内，第二组件围绕第一组件的周向设置，所述第一组件沿声波入射方向，依次为穿孔板、第一空腔、扬声器、分流电路和第二空腔，所述第二组件为由多孔材料层和第三空腔串联构成的单共振结构。
在本申请的一些实施例中，沿着声波入射方向，第一组件的左端面和第二组件的左端面平齐；沿着声波入射方向，第一组件的底端与第二组件的底壁位于不同平面。
在本申请的一些实施例中，第一组件包括从左到右依次串行布置的穿孔板、第一空腔、扬声器、分流电路和第二空腔，穿孔板上穿设有多个直径为mm级的通孔。
在本申请的一些实施例中，通孔的形状为圆形、方形或不规则形状。
在本申请的一些实施例中，第一空腔位于在穿孔板的后面，是一个由穿孔板的右端面、扬声器的振膜、第二组件的内侧壁连接而成的封闭空气腔。
在本申请的一些实施例中，扬声器固定安装在第二组件的上底壁、第二组件的下底壁所在的刚性面板上。
在本申请的一些实施例中，扬声器的线圈两端连接所述分流电路，所述分流电路为RLC分流电路，包括电阻、电感、电容，所述电容的正负性由复阻抗变换器调节。
在本申请的一些实施例中，第二空腔位于扬声器的后部，由部分壳体、第二组件的底壁以及第一组件的底壁围成一个封闭腔。
在本申请的一些实施例中，第二组件为一个中间位置空心的环体，所述环体为圆环体或方环体，所述第二组件，沿声波入射方向，填充有多孔材料层。
在本申请的一些实施例中，所述多孔材料层为泡沫、纤维、颗粒型的开孔式多孔材料。
在本申请的一些实施例中，多孔材料层的背部留有第三空腔。
在本申请的一些实施例中，所述复合吸声结构为第一组件和第二组件并联组合，复合结构的总的表面声阻抗Z与第一组件的表面声阻抗Z1、第二组件的表面声阻抗Z2满足
S、S1、S2分别是复合结构、第一组件、第二组件的横向面积。
在本申请的一些实施例中，根据声传递矩阵法，第一矩阵的声阻抗传递矩阵满足
[T11]、[T12]、[T21]、[T22]表示2x2传递矩阵[T1]的四元素，[TPP]为穿孔板的声阻抗矩阵，[TAir1]为第一空腔的声阻抗矩阵，[TSL]为连接分流电路的扬声器的声阻抗矩阵，[TAir2]为第二空腔的声阻抗矩阵。
在本申请的一些实施例中，第一组件的表面声阻抗Z1表示为
Z1＝T11/T21 (14)
穿孔板、第一空腔、连接分流电路的扬声器、第二空腔的声阻抗矩阵表示为
kair、ρ0、c0表示空气的复波数、密度以及声波在空气的传播速度，Lair1、Lair2分别表示第一空腔、第二空腔的空气层等效厚度，j表示虚数单位。
在本申请的一些实施例中，当穿孔板的通孔为圆形时，穿孔板的声阻抗率ZPP、分流扬声器的声阻抗率ZSL分别表示为
η表示空气的动力粘度系数，t、d、p分别表示穿孔板的板厚、孔直径及穿孔率，是一个无量纲数，ω＝2πf表示角频率，f为频率，Zm、Rm、Mm、Cm分别表示扬声器的机械阻抗、力阻尼、机械质量及力顺，Ze表示扬声器的电生阻抗，Rc、Lc表示扬声器线圈的电阻和电感，Rs、Ls、Cs表示分流电路中电阻、电感及电容，Sd表示扬声器振膜等效面积，Bl表示扬声器的力电耦合因子。
在本申请的一些实施例中，第二组件的声阻抗传递矩阵记为
其中，[TPM]、[TAir]表示多孔材料层、第三空腔的声阻抗矩阵。
第二组件的表面声阻抗Z2表示为
Z2＝T11/T21 (19)
多孔材料层的声阻抗矩阵表示为
kPM、LPM、zPM分别表示多孔材料层的复波数、厚度及特征声阻抗。
其中，多孔材料层的特征声阻抗zPM和复波数kPM分别表示为
ρPM、KPM表示多孔材料层的等效动态密度及等效动态体积模量，P0是大气静态压力，γ是比热率，NPr是普朗特常数，φ、σ、Λ、Λ'、α∞分别表示多孔材料的孔隙率、流阻率、粘性特征长度、热性特征长度和曲折度。
声波垂直入射条件下，所述复合吸声结构的吸声系数用α表示为
其中，ρ0c0是空气的特性阻抗，Re(Z/ρ0c0)、Im(Z/ρ0c0)分别是复合结构的归一化声阻和声抗。
在本申请的一些实施例中，所述复合结构在316Hz、655Hz、877Hz以及1484Hz频率处有四个共振峰，对应的吸声系数分别为0.995、0.944、0.943、0.984。
在本申请的一些实施例中，所述复合结构在252Hz-2030Hz频率范围的吸声系数大于0.5，半吸声带宽达到3个倍频程。
在本申请的一些实施例中，所述复合结构为直径100mm，沿声波入射方向的总厚度为100mm圆柱体，穿孔板孔径d＝2.2mm、板厚t＝2mm、穿孔率p＝1.63％；第一空腔的等效深度Lair1＝52mm；扬声器为4英寸动圈扬声器，其相关参数为：等效机械质量Mm＝2.711g、力阻Rm＝0.448kg/s、力顺Cm＝0.63mm/N、直流电阻Rc＝3.77Ω、电感Lc＝72μH、振膜有效面积Sd＝0.0079m2；分流电路的电阻Rs＝-3.57Ω、电感Ls＝680μH、电容Cs＝1mH；第二空腔的等效深度Lair2＝38mm；第二组件的多孔材料层为聚氨酯泡沫，其厚度为20mm。
与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：
1.本申请在穿孔板、分流扬声器和多孔材料层的串-并耦合作用下，通过穿孔板赫姆霍兹共振效应、多孔材料层的粘滞效应、分流电路阻尼损耗和扬声器振膜机械振动四种方式消耗声能量，所述结构表现为四共振耦合吸声，具有明显提高低中频吸声带宽的能力。
2.通过合理设置结构参数，一种总体尺度为100mm的复合结构在220Hz-1730Hz频带内的测量吸声系数大于0.5，半吸声带宽约为3个倍频程，具有中低频频带高效吸声效果。
3.本申请中使用孔径大于1mm的穿孔板、经济实用的轻质多孔材料层和通用性的扬声器振膜、易于连接的简单分流电路，本申请结构具有易操控、可实现、经济性等特点。
4.本申请仅在引入负电阻时需连接附加有电源的复阻抗变换器，可以实现半主动控制。
5.本申请在有限空间尺度下有效控制低中频宽带噪声提供新技术和方法。本申请结构组件紧凑、占有空间小，连接电路易调节，是一种易操控的面向中低频噪声场合的薄层吸声结构。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请一些实施例中的复合吸声结构的主视图纵剖面左视图；
图2为本申请一些实施例中的复合吸声结构的左视图；
图3为本申请一些实施例中的复合吸声结构及其组件的计算吸声系数；
图4为本申请一些实施例中的复合吸声结构的样品实物图；
图5为本申请一些实施例中的复合吸声结构的实验测量吸声系数。
其中，第一组件1、第二组件2、穿孔板11、第一空腔12、扬声器13、振膜131、分流电路14、第二空腔15、多孔材料层21、第三空腔22、第一组件的左端面111、第二组件的左端面211、第一组件的底端153、第二组件的上底壁251、第二组件的下底壁252、穿孔板的右端面112、第二组件的上内侧壁121、第二组件的下内侧壁122、线圈132、电阻141、电感142、电容143、复阻抗变换器144、上壳体151、下壳体152。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
结合附图1-5可知，对本申请的一些实施例进行阐述：
在本申请的一些实施例中，如图1所示，一种多共振扩频带复合吸声结构，包括壳体，第一组件1和第二组件2，所述第一组件1和第二组件2位于所述壳体内，第二组件2围绕第一组件1的周向设置，所述第一组件1沿声波入射方向，依次为穿孔板11、第一空腔12、扬声器13、分流电路14和第二空腔15，所述第二组件2为由多孔材料层21和第三空腔22串联构成的单共振结构，能够充分利用有限空间尺寸构建紧凑型结构。
在本申请的一些实施例中，沿着声波入射方向，第一组件的左端面111和第二组件的左端面211平齐；沿着声波入射方向，第一组件1的底端153与第二组件2的底壁位于不同平面。
在本申请的一些实施例中，第一组件1包括从左到右依次串行布置的穿孔板11、第一空腔12、扬声器13、分流电路14和第二空腔15，穿孔板11上穿设有多个直径为mm级的通孔。
在本申请的一些实施例中，通孔的形状为圆形、方形或不规则形状。
在本申请的一些实施例中，第一空腔12位于在穿孔板11的后面，是一个由穿孔板11的右端面112、扬声器13的振膜131、第二组件2的内侧壁连接而成的封闭空气腔。
在本申请的一些实施例中，扬声器13固定安装在第二组件2的上底壁251251、第二组件2的下底壁252所在的刚性面板上。
在本申请的一些实施例中，扬声器13的线圈132两端连接所述分流电路14，所述分流电路14为RLC分流电路14，包括电阻141、电感142、电容143，所述电容143的正负性由复阻抗变换器144调节。
在本申请的一些实施例中，第二空腔15位于扬声器13的后部，由部分壳体、第二组件2的底壁以及第一组件1的底壁围成一个封闭腔。
在本申请的一些实施例中，第二组件2为一个中间位置空心的环体，所述环体为圆环体或方环体，所述第二组件2，沿声波入射方向，填充有多孔材料层21。
在本申请的一些实施例中，第二组件为方环体时，所述第二空腔15位于扬声器13的后部，由上壳体151、下壳体152、第二组件2的上底壁251、第二组件2的下底壁252、第一组件1的底壁以及扬声器13背面围成一个封闭腔，其空间尺度足够放置一个扬声器单元。
在本申请的一些实施例中，所述多孔材料层21为泡沫、纤维、颗粒型的开孔式多孔材料。
在本申请的一些实施例中，多孔材料层21的背部留有第三空腔22。
在本申请的一些实施例中，所述复合吸声结构为第一组件1和第二组件2并联组合，复合结构的总的表面声阻抗Z与第一组件1的表面声阻抗Z1、第二组件2的表面声阻抗Z2满足
S、S1、S2分别是复合结构、第一组件1、第二组件2的横向面积。
在本申请的一些实施例中，根据声传递矩阵法，第一矩阵的声阻抗传递矩阵满足
[T11]、[T12]、[T21]、[T22]表示2x2传递矩阵[T1]的四元素，[TPP]为穿孔板11的声阻抗矩阵，[TAir1]为第一空腔12的声阻抗矩阵，[TSL]为连接分流电路14的扬声器13的声阻抗矩阵，[TAir2]为第二空腔15的声阻抗矩阵。
在本申请的一些实施例中，第一组件1的表面声阻抗Z1表示为
Z1＝T11/T21 (25)
穿孔板11、第一空腔12、连接分流电路14的扬声器13、第二空腔15的声阻抗矩阵表示为
kair、ρ0、c0表示空气的复波数、密度以及声波在空气的传播速度，Lair1、Lair2分别表示第一空腔12、第二空腔15的空气层等效厚度，j表示虚数单位。
在本申请的一些实施例中，当穿孔板11的通孔为圆形时，穿孔板11的声阻抗率ZPP、分流扬声器13的声阻抗率ZSL分别表示为
η表示空气的动力粘度系数，t、d、p分别表示穿孔板的板厚、孔直径及穿孔率，是一个无量纲数，ω＝2πf表示角频率，f为频率，Zm、Rm、Mm、Cm分别表示扬声器的机械阻抗、力阻尼、机械质量及力顺，Ze表示扬声器的电生阻抗，Rc、Lc表示扬声器线圈的电阻和电感，Rs、Ls、Cs表示分流电路中电阻、电感及电容，Sd表示扬声器振膜等效面积，Bl表示扬声器的力电耦合因子。
在本申请的一些实施例中，第二组件2的声阻抗传递矩阵记为
其中，[TPM]、[TAir]表示多孔材料层21、第三空腔22的声阻抗矩阵。
第二组件2的表面声阻抗Z2表示为
Z2＝T11/T21 (30)
多孔材料层21的声阻抗矩阵表示为
kPM、LPM、zPM分别表示多孔材料层21的复波数、厚度及特征声阻抗。
其中，多孔材料层21的特征声阻抗zPM和复波数kPM分别表示为
ρPM、KPM表示多孔材料层21的等效动态密度及等效动态体积模量，P0是大气静态压力，γ是比热率，NPr是普朗特常数，φ、σ、Λ、Λ'、α∞分别表示多孔材料的孔隙率、流阻率、粘性特征长度、热性特征长度和曲折度。
声波垂直入射条件下，所述复合吸声结构的吸声系数用α表示为
其中，ρ0c0是空气的特性阻抗，Re(Z/ρ0c0)、Im(Z/ρ0c0)分别是复合结构的归一化声阻和声抗。
在本申请的一些实施例中，所述复合结构在316Hz、655Hz、877Hz以及1484Hz频率处有四个共振峰，对应的吸声系数分别为0.995、0.944、0.943、0.984。
在本申请的一些实施例中，所述复合结构在252Hz-2030Hz频率范围的吸声系数大于0.5，半吸声带宽达到3个倍频程。
在本申请的一些实施例中，所述复合结构为直径100mm，沿声波入射方向的总厚度为100mm圆柱体，穿孔板11孔径d＝2.2mm、板厚t＝2mm、穿孔率p＝1.63％；第一空腔12的等效深度Lair1＝52mm；扬声器13为4英寸动圈扬声器13，其相关参数为：等效机械质量Mm＝2.711g、力阻Rm＝0.448kg/s、力顺Cm＝0.63mm/N、直流电阻141Rc＝3.77Ω、电感142Lc＝72μH、振膜131有效面积Sd＝0.0079m2；分流电路14的电阻141Rs＝-3.57Ω、电感142Ls＝680μH、电容143Cs＝1mH；第二空腔15的等效深度Lair2＝38mm；第二组件2的多孔材料层21为聚氨酯泡沫，其厚度为20mm。
在本申请的一些实施中，图3和图4中的组件1即第一组件，组件2即第二组件。
图2给出了一组参数下所述复合结构、图中组件1即第一组件、组件2即第二组件，计算得到的吸声系数曲线如图3所示，能够看到所述复合结构在316Hz、655Hz、877Hz以及1484Hz频率处出现明显四个共振峰，对应的吸声系数分别为0.995、0.944、0.943、0.984接近于完全吸声效果；组件1的三个吸声峰频率位于317Hz、647Hz和870Hz，对应的吸声系数是0.996、0.928、0.887；组件2在1526Hz有一个吸声系数为0.998的吸声峰。复合结构在252Hz-2030Hz频率范围的吸声系数大于0.5，半吸声带宽达到3个倍频程。复合结构的前三个共振和第四个共振分别对应与组件1的三个共振和组件2的一个共振，即在组件1和组件2的共同耦合作用下，所述复合结构具有显著耗能的四共振模态、扩展中低频带宽的吸声特性。
在本申请的一些实施例中，所述复合结构的实物样品如图3(a)所示，实物样品结构设计为一个直径100mm总纵向厚度为100mm的圆柱体。组件1参数：穿孔板11孔径d＝2.2mm、板厚t＝2mm、穿孔率p＝1.63％,其实物如图3(a)穿孔部分；第一空腔12的等效深度Lair1＝52mm；扬声器13选用一个商用4英寸动圈扬声器，实物如图3(b)所示，其相关参数为：等效机械质量Mm＝2.711g、力阻Rm＝0.448kg/s、力顺Cm＝0.63mm/N、直流电阻Rc＝3.77Ω、电感Lc＝72μH、振膜有效面积Sd＝0.0079m2；分流电路14的实物如图3(c)，电阻Rs＝-3.57Ω、电感Ls＝680μH、电容Cs＝1mH；第二空腔15的等效深度Lair2＝38mm。组件2参数：多孔材料层21选用一种经济实用的高孔隙率轻质聚氨酯泡沫，实物如图3(a)中黄色部分，其厚度为20mm，基于声学反演法，得到聚氨酯泡沫的流阻率，穿孔率、弯曲度、粘性特征长度μm和热特征长度μm。
本案例参数下复合结构样品的测量吸声系数曲线如图4所示，在296Hz、603Hz、905Hz、1550Hz四频率处测量的吸声峰值分别是0.996、0.869、0.906、1，在220Hz-1730Hz频率范围内的吸声系数大于0.5，半吸声带宽约为3个倍频程。复合结构在100Hz-1700Hz频段的平均吸声系数为0.72，图5中点划线表示已有技术微穿孔板共振结构在100Hz-1700Hz频率范围内优化吸声曲线，微穿孔板的优化参数为孔径0.5mm，穿孔率2.34％，平均吸声系数为0.41。相比于已有技术，在相同空间占有尺寸下，本发明具有显著提高中低频段吸声的潜力，为基于分流扬声器的复合结构面向低中频宽带吸声提供了一种新思路。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：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，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，包括壳体，第一组件和第二组件，所述第一组件和第二组件位于所述壳体内，所述第二组件围绕所述第一组件的周向设置，所述第一组件沿声波入射方向，依次为穿孔板、第一空腔、扬声器、分流电路和第二空腔，所述第二组件为由多孔材料层和第三空腔串联构成的单共振结构。
2.根据权利要求1所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，沿着声波入射方向，第一组件的左端面和第二组件的左端面平齐；沿着声波入射方向，第一组件的底端与第二组件的底壁位于不同平面；第一组件包括从左到右依次串行布置的穿孔板、第一空腔、扬声器、分流电路和第二空腔；优选，穿孔板上穿设有多个直径为mm级的通孔；优选，通孔的形状为圆形、方形或不规则形状。
3.根据权利要求1所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，第一空腔位于在穿孔板的后面，是一个由穿孔板的右端面、扬声器的振膜、第二组件的内侧壁连接而成的封闭空气腔；第二空腔位于扬声器的后部，由扬声器背面、壳体、第二组件的底壁以及第一组件的底壁围成一个封闭腔；扬声器的线圈两端连接所述分流电路，所述分流电路为RLC分流电路，包括电阻、电感、电容，所述电容的正负性由复阻抗变换器调节。
4.根据权利要求1所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，第二组件为一个中间位置空心的环体，所述环体为圆环体或方环体，所述第二组件，沿声波入射方向，填充有多孔材料层；所述多孔材料层为泡沫、纤维、颗粒型的开孔式多孔材料；多孔材料层的背部留有第三空腔。
5.根据权利要求1所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，所述复合结构为直径100mm，沿声波入射方向的总厚度为100mm圆柱体，穿孔板孔径d＝2.2mm、板厚t＝2mm、穿孔率p＝1.63％；第一空腔的等效深度Lair1＝52mm；扬声器为4英寸动圈扬声器，扬声器的等效机械质量Mm＝2.711g、力阻Rm＝0.448kg/s、力顺Cm＝0.63mm/N、直流电阻Rc＝3.77Ω、电感Lc＝72μH、振膜有效面积Sd＝0.0079m2；分流电路的电阻Rs＝-3.57Ω、电感Ls＝680μH、电容Cs＝1mH；第二空腔的等效深度Lair2＝38mm；第二组件的多孔材料层为聚氨酯泡沫，其厚度为20mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，所述复合吸声结构为第一组件和第二组件并联组合，复合结构的设计满足以下设计要求：
复合结构的总的表面声阻抗Z与第一组件的表面声阻抗Z1、第二组件的表面声阻抗Z2满足
S、S1、S2分别是复合结构、第一组件、第二组件的横向面积。根据声传递矩阵法，第一矩阵的声阻抗传递矩阵满足
[T11]、[T12]、[T21]、[T22]表示2x2传递矩阵[T1]的四元素，[TPP]为穿孔板的声阻抗矩阵，[TAir1]为第一空腔的声阻抗矩阵，[TSL]为连接分流电路的扬声器的声阻抗矩阵，[TAir2]为第二空腔的声阻抗矩阵；
优选地，第一组件的表面声阻抗Z1为
Z1＝T11/T21 (3)
穿孔板、第一空腔、连接分流电路的扬声器、第二空腔的声阻抗矩阵表示为
kair、ρ0、c0表示空气的复波数、密度以及声波在空气的传播速度，Lair1、Lair2分别表示第一空腔、第二空腔的空气层等效厚度，j表示虚数单位。
7.根据权利要求6所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，当穿孔板的通孔为圆形时，穿孔板的声阻抗率ZPP、分流扬声器的声阻抗率ZSL为
η表示空气的动力粘度系数，t、d、p分别表示穿孔板的板厚、孔直径及穿孔率，是一个无量纲数，ω＝2πf表示角频率，f为频率，Zm、Rm、Mm、Cm分别表示扬声器的机械阻抗、力阻尼、机械质量及力顺，Ze表示扬声器的电生阻抗，Rc、Lc表示扬声器线圈的电阻和电感，Rs、Ls、Cs表示分流电路中电阻、电感及电容，Sd表示扬声器振膜等效面积，Bl表示扬声器的力电耦合因子。
8.根据权利要求6所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，第二组件满足以下设计要求：第二组件的声阻抗传递矩阵记为
其中，[TPM]、[TAir]表示多孔材料层、第三空腔的声阻抗矩阵。
第二组件的表面声阻抗Z2表示为
Z2＝T11/T21 (8)
多孔材料层的声阻抗矩阵表示为
kPM、LPM、zPM分别表示多孔材料层的复波数、厚度及特征声阻抗。
其中，多孔材料层的特征声阻抗zPM和复波数kPM分别表示为
ρPM、KPM表示多孔材料层的等效动态密度及等效动态体积模量，P0是大气静态压力，γ是比热率，NPr是普朗特常数，φ、σ、Λ、Λ'、α∞分别表示多孔材料的孔隙率、流阻率、粘性特征长度、热性特征长度和曲折度。
9.根据权利要求6所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，声波垂直入射条件下，所述复合吸声结构的吸声系数用α为
其中，ρ0c0是空气的特性阻抗，Re(Z/ρ0c0)、Im(Z/ρ0c0)分别是复合结构的归一化声阻和声抗。
10.根据权利要求1-5任一项所述的一种多共振扩频带复合吸声结构，其特征在于，所述复合结构在316Hz、655Hz、877Hz以及1484Hz频率处有四个共振峰，对应的吸声系数分别为0.995、0.944、0.943、0.984；所述复合结构在252Hz-2030Hz频率范围的吸声系数大于0.5，半吸声带宽达到3个倍频程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311022697.8A CN117079628A (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 一种多共振扩频带复合吸声结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311022697.8A CN117079628A (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 一种多共振扩频带复合吸声结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117079628A true CN117079628A (zh) | 2023-11-17 |
Family
ID=88709035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311022697.8A Pending CN117079628A (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 一种多共振扩频带复合吸声结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117079628A (zh) |
-
2023
- 2023-08-14 CN CN202311022697.8A patent/CN117079628A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210237394A1 (en) | Acoustic material structure and method for assembling same and acoustic radiation structure | |
| Kim et al. | Double resonant porous structure backed by air cavity for low frequency sound absorption improvement | |
| CN111105774A (zh) | 亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声降噪结构 | |
| CN111739500B (zh) | 阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构 | |
| CN112779998B (zh) | 一种全频带超构吸声体 | |
| CN111696503B (zh) | 一种阻抗增强穿孔蜂窝板水下吸声超材料结构 | |
| CN111739501B (zh) | 阻尼内衬层级蜂窝穿孔板水下吸声结构 | |
| CN111739502A (zh) | 阻尼内衬六方蜂窝穿孔板水下吸声超材料 | |
| CN111696502A (zh) | 一种阻尼内衬双层蜂窝穿孔板水下吸声超材料结构 | |
| US9749735B1 (en) | Waveguide | |
| CN111276116A (zh) | 一种多层微穿孔板吸声结构 | |
| CN204482015U (zh) | 高辐射抗型扬声器系统 | |
| Zhang et al. | A study of low frequency sound insulation mechanism of a perforated plate-type acoustic metamaterial | |
| CN117079628A (zh) | 一种多共振扩频带复合吸声结构 | |
| US11310587B2 (en) | Horn loudspeakers | |
| CN2288564Y (zh) | 一种音箱 | |
| CN116564257A (zh) | 一种阻尼内衬空间盘绕穿孔板水下吸声结构 | |
| CN212587216U (zh) | 一种多层微穿孔板吸声结构 | |
| CN115588421A (zh) | 一种吸声装置及降噪设备 | |
| CN101179870A (zh) | 电声换能装置及电声换能方法 | |
| CN212010356U (zh) | 一种复合吸声结构 | |
| CN112634854A (zh) | 一种吸声性能可调的吸声超材料及其增材制造方法 | |
| CN112233638A (zh) | 一种可调的低频消声结构的设计方法 | |
| CN112349264B (zh) | 宽频声学材料 | |
| CN218181825U (zh) | 一种低频宽带吸声装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |