CN117079631A - 一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元，包括声学共振腔体、换气调节挡板、弹性预紧薄膜、吸声肋板群，所述声学共振腔体包括自上而下的上腔体、中腔体、下腔体，声学共振腔体的内外两侧分别开有内侧换气孔和外侧换气孔，换气调节挡板包括挡板和调节扶手，调节扶手固定在挡板上，声学共振腔体上通过L型定位槽安装并约束挡板，弹性预紧薄膜的一端通过薄膜固定装置进行约束，另一端与声学共振腔体端部粘接，吸声肋板群分布在上腔体、下腔体中。本发明具有轻质可靠、占用空间少等优点，依据隔声空间大小可对本装置进行周期阵列排布，适用性较强，具备隔声换热双重功能，弥补了传统隔声装置存在换气孔洞时隔声量恶化的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种隔声装置，具体地说是低频宽带隔声装置。
背景技术
噪声控制已然成为当今人们关注的热点问题，噪声控制可以从噪声源、传播路径以及接受端三方面进行，隔声处理是一种简单且较为有效的噪声传播路径控制方法，广泛应用于人们的生活生产中。
隔声处理是利用材料的刚性特性使入射声波在隔音构件上反射以阻挡声能的传播。隔声处理的主要方法就是在噪声的传播路径中添加隔声罩或隔音屏等类似的隔音结构。传统隔声结构的隔声效果通常取决于隔声部件的质量密度、刚度以及材料内部的阻尼耗散，一般对对中高频噪声控制有效，但低频噪声控制效果不明显，而当某些动力设备的隔声罩开设换热口时，隔声量则会急剧衰减。因此学者们致力于探究新颖的复合隔声结构，如《宽频复合隔声结构》(专利号：CN202211304705.3)利用多层隔音板实现宽频带噪声的衰减；《一种局域共振型声学超材料低频吸隔声结构件》(专利号：CN202111319270.5)基于局域共振原理将若干散射体均匀的嵌入在弹性柱内，实现宽频带噪声反射；《声学超材料复合结构隔声罩》(专利号：CN202220005105.6)设计了多层薄膜型声学超材料板，利用多层声学超材料之间的声学阻抗设计实现低频宽带隔声效果。目前新型隔声结构大多利用了声子晶体、声学超材料等结构，可实现一定的隔声效果，但其在低频噪声控制仍存在一定的局限性，且鲜有研究综合考虑隔声装置的低频宽带消声与通风换热功能。
发明内容
本发明的目的在于提供克服现有技术在低频隔声控制方面的局限性同时实现隔声结构通风换热的一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元及其装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元，其特征是：包括声学共振腔体、换气调节挡板、弹性预紧薄膜、吸声肋板群，所述声学共振腔体包括自上而下的上腔体、中腔体、下腔体，声学共振腔体的内外两侧分别开有内侧换气孔和外侧换气孔，换气调节挡板包括挡板和调节扶手，调节扶手固定在挡板上，声学共振腔体上通过L型定位槽安装并约束挡板，弹性预紧薄膜的一端通过薄膜固定装置进行约束，另一端与声学共振腔体端部粘接，吸声肋板群分布在上腔体、下腔体中，肋板等距分布，肋板高度依次递增，最大高度位置处低于弹性预紧薄膜所在平面，肋板顶端连接穿孔板结构。
本发明还可以包括：
1、外侧换气孔处安装有换气格栅，换气格栅的表面设置12×6个小型圆孔，并粘接两个微型扶手。
2、弹性预紧薄膜表面对称固定两个条形质量片，条形质量片长度与薄膜长度相同。
3、所述薄膜固定装置包括L型梁结构、压板，压板位于L型梁结构之上，压板表面均匀分布三个圆柱通孔，L型梁结构表面均匀分布三个长槽通孔，L型梁结构两端部与声学共振腔体内表面固定，弹性预紧薄膜通过压板、螺栓固定在L型梁结构上，通过滑动压板位置实现对薄膜结构的预紧调节。
4、上腔体、下腔体顶部和底部靠外侧换气孔处各开有两个排水孔。
本发明一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声装置，其特征是：上述的兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元周期布置。
本发明的优势在于：本发明所述的兼具通风换热性能的低频宽带隔声装置，能够在低频较宽频带范围内对入射声波进行衰减，同时具备通风换热的功能。本发明具有轻质可靠、占用空间少等优点，依据隔声空间大小可对本装置进行周期阵列排布，适用性较强，具备隔声换热双重功能，弥补了传统隔声装置存在换气孔洞时隔声量恶化的弊端。
预紧薄膜结构可以对进入隔声装置换气孔的声波进行有效反射，其表面附加的质量条可有效降低薄膜结构的共振频率，进而实现超低频的声波反射。吸声肋板群由不同高度肋板组成，肋板群之间的空气柱共振模态丰富，可以实现对中高频宽带噪声的衰减。结合上述两种设计特点，本发明可以实现频带的噪声衰减。
相比于传统的隔声专职，本发明能够在较小尺寸下，取得较好低频降噪效果，且具备通风换热功能，经济成本小，可靠性高，易于安装布置。
附图说明
图1为本发明隔声单元的总体结构示意图；
图2为换气调节挡板示意图；
图3为薄膜固定结构示意图；
图4为隔声单元按周期布置组成隔声装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-4，本发明提出一种兼具通风换热性能的低频宽带隔声装置，主要包括声学共振腔体4和内部消声结构。声学共振腔体4由上、中、下三声腔组成，共振腔体内外两侧开有换气孔3和11，孔径大小可通过换气调节挡板2进行调节，换气调节挡板构形如图2所示，由挡板2-1和长形调节扶手2-2组成，挡板由L型定位槽约束在声学共振腔体4上。外侧换气孔11处安有换气格栅8，其表面制有12×6个小型圆孔，并粘接两个微型扶手9，用于对换气格栅进行拆卸。内部消声结构主要包括弹性预紧薄膜5、附加质量条6、吸声肋板群1以及穿孔板结构13，如图1所示。弹性预紧薄膜5左端通过固定装置10进行约束，另一端则通过中间腔体端部粘接约束，预紧薄膜结构表面对称固定两个条形质量片6，条形质量片长度与薄膜长度相同。吸声肋板群1分布在上、下腔体中，肋板等距分布，肋板高度依次递增，最大高度位置处应低于薄膜所在平面，肋板顶端与穿孔板结构13相连。薄膜固定结构由压板10-1、L型梁10-2以及螺栓螺母10-5组成，压板表面均匀分布三个圆柱通孔10-3，L型梁结构表面均匀分布三个长槽通孔10-4，如图3所示。L型梁10-2两端部与中间腔体内表面固定，薄膜结构5通过压板10-1、螺栓10-5固定在L型梁10-2结构上，可通过滑动压板10-1位置实现对薄膜结构5的预紧调节。
本发明在隔声装置内部集成了薄膜结构和吸声肋板群，薄膜结构的长度一般可设计为隔声装置厚度的5倍，薄膜伸展方向延隔声装置宽度方向上分布，所提出发明整体构形紧凑、占用空间小，若噪声源结构尺寸较大，则可对本发明装置进行周期延拓处理，如图4所示。该周期分布隔声结构可直接应用于建筑物窗户、高速公路隔音屏、柴油机隔声罩等领域，具有广阔的应用前景。
由于换气孔的存在大量声波会进入到隔声装置内部，预紧薄膜在声波的激励作用下发生振动，其会向上下游辐射声波，最终从内测换气孔3传递的声波等于上游入射声波和振动薄膜辐射声波的叠加，即
Pout＝Pin-Prad
其中，Pin为上游入射声波，Prad为薄膜的下游辐射声波，辐射声波声压可表示为
式中，ψm(y)表示隔声装置宽度方向上模态函数，ρ0，h，cm分别表示空气密度，隔声装置中间腔体高度以及模态声速，H表示阶跃函数算子，v是薄膜表面振速分布。v对于Prad的大小有着决定性作用，因此可根据薄膜-声腔耦合特征确定薄膜最优参数，包括薄膜质量密度、杨氏模量以及预紧张力，进而实现对入射声波的最大程度反射。由于附加质量的存在薄膜结构共振频率会整体向低频偏移，且第一阶频率以质量条振动为主，因此可以设计质量条的重量来改善薄膜结构低频声波反射能力。此外，从结构振动声辐射理论可知，对称振动的结构在远处辐射声压较小(即偶模态远场辐射声波相位相反，声压相消)，因此对称振动的薄膜结构反射声波能力较弱，而引入附加质量可以有效打破薄膜的对称振动，进而实现宽频带的声反射能力，并且非对称分布的吸声肋板结构也对薄膜的对称振动起到抑制效果，进一步促进预紧薄膜的声反射能力。吸声肋板群由不同高度肋板组成，两个肋板之间的局部空气柱高度不同，因此局部模态频率也不同。由肋板、穿孔板组成的共振器频率可近似表示为
式中，φ为穿孔板孔面积与等效空腔截面积比，D为空腔深度，l为穿孔板孔径有效长度。当入射声波与共振器频率相当时，空气振荡剧烈，由于系统存在阻尼，因此会对声波产生较大耗散。由于吸声肋板群由连续变化高度的肋板组成，因此在较宽频带范围内肋板间的空气柱均会发生振荡，因此会对入射声波实现宽频带的耗散。
Claims (6)
1.一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元，其特征是：包括声学共振腔体、换气调节挡板、弹性预紧薄膜、吸声肋板群，所述声学共振腔体包括自上而下的上腔体、中腔体、下腔体，声学共振腔体的内外两侧分别开有内侧换气孔和外侧换气孔，换气调节挡板包括挡板和调节扶手，调节扶手固定在挡板上，声学共振腔体上通过L型定位槽安装并约束挡板，弹性预紧薄膜的一端通过薄膜固定装置进行约束，另一端与声学共振腔体端部粘接，吸声肋板群分布在上腔体、下腔体中，肋板等距分布，肋板高度依次递增，最大高度位置处低于弹性预紧薄膜所在平面，肋板顶端连接穿孔板结构。
2.根据权利要求1所述的一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元，其特征是：外侧换气孔处安装有换气格栅，换气格栅的表面设置12×6个小型圆孔，并粘接两个微型扶手。
3.根据权利要求1所述的一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元，其特征是：弹性预紧薄膜表面对称固定两个条形质量片，条形质量片长度与薄膜长度相同。
4.根据权利要求1所述的一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元，其特征是：所述薄膜固定装置包括L型梁结构、压板，压板位于L型梁结构之上，压板表面均匀分布三个圆柱通孔，L型梁结构表面均匀分布三个长槽通孔，L型梁结构两端部与声学共振腔体内表面固定，弹性预紧薄膜通过压板、螺栓固定在L型梁结构上，通过滑动压板位置实现对薄膜结构的预紧调节。
5.根据权利要求1所述的一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元，其特征是：上腔体、下腔体顶部和底部靠外侧换气孔处各开有两个排水孔。
6.一种兼具通风换热功能的低频宽带隔声装置，其特征是：权利要求1所述的兼具通风换热功能的低频宽带隔声单元周期布置。
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