CN118280327A - 一种耦合式吸声结构单元及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于吸声降噪技术领域，具体涉及一种耦合式吸声结构单元及其制备方法。本发明在多孔结构内设置了两层多孔材料，将流阻率高的多孔材料置于外层，将流阻率低的置于内层，且中间进行穿缝，可以增加在低频处的吸声效果，保持高频段的高吸声效果。本发明中盘绕型Helmholtz腔结构共有16个独立共振腔，每个共振腔对应一个内嵌孔。声波通过多孔结构的穿缝，直接进入共振腔结构，内嵌孔内的空气分子和孔壁之间的摩擦损耗声能，共振腔内部空气和共振腔发生共振损耗声能。当与每个内嵌孔相连通的共振腔的总体积不同，内嵌孔大小与高度不同时，会在特定频带内产生多个吸声峰，本发明通过多孔结构与共振腔结合可以实现低频宽频效果。

Description

一种耦合式吸声结构单元及其制备方法

技术领域

本发明属于吸声降噪技术领域，具体涉及一种耦合式吸声结构单元及其制备方法。

背景技术

传统的多孔材料吸声的优化设计主要依靠多孔材料的厚度，增加声波在材料内传播的路程，提高声波在材料中的摩擦损耗来增强吸声效果。通过在单一孔隙率多孔材料中引入穿孔可以改善其中低频的吸声性能，该材料的孔隙网络由两种显著不同尺寸的孔隙所构成即具有两种孔隙率故而被称为双孔隙率多孔材料。

但是，针对低频段的吸声效果提升仍然不明显。尤其当吸声层厚度受到限制时，多孔材料难以达到预期的吸声效果。近年来兴起的共振吸声结构，通过赫姆霍兹共振原理，引入数个空腔、穿孔板的方式提升低频段的吸声效果。然而，现有的共振吸声结构吸声频带较窄。

因此，亟需提供一种宽频段高吸声效果的吸声结构。

发明内容

本发明针对现有技术中船舶舱室噪声的控制无法满足人们健康的工作环境要求的问题，提供了一种耦合式吸声结构单元及其制备方法，具有宽频段优良吸声效果。

一种耦合式吸声结构单元，包括上层多孔结构和下层盘绕型Helmholtz腔；所述多孔结构由四组穿缝单元按2*2并列排布构成；所述盘绕型Helmholtz腔由四组Helmholtz腔单元按2*2并列排布构成；所述穿缝单元包括外层和内层，在内层开设有从顶面到底面的穿缝；所述Helmholtz腔单元包括面板和四组共振腔结构，在面板上开设有四个内嵌孔，每个内嵌孔分别与一组共振腔结构对应连通，四组共振腔互相嵌合；每个Helmholtz腔单元面板上的四个内嵌孔与同一穿缝单元的穿缝对应连通。

进一步地，所述穿缝单元的外层和内层均为多孔材料，且内层多孔材料的流阻率比外层低。

进一步地，所述外层多孔材料采用岩棉，内层多孔材料采用泡沫聚氨酯。

进一步地，所述穿缝为沙漏形状。

进一步地，所述盘绕型Helmholtz腔的结构为方形直腔沿水平方向盘绕。

进一步地，当声波从多孔结构的穿缝进入盘绕型Helmholtz腔结构内部时，内嵌孔内的空气分子和孔壁之间的摩擦损耗声能，共振腔结构腔内部空气和空腔发生共振损耗声能，通过内嵌孔和空腔与声波的相互耦合作用，消耗声能。

进一步地，所述Helmholtz腔单元中四个内嵌孔的孔长与孔径均互补不同，与每个内嵌孔连通的共振腔中空腔的体积不同，Helmholtz腔单元会在特定声波频带内产生多个吸声峰，且每个吸声峰与每个内嵌孔连通的空腔有着一一对应的关系；通过设计盘绕型Helmholtz腔中各空腔体积和其对应的内嵌孔的孔长与孔径形成连续吸声峰以实现在低频段内吸声降噪的效果。

一种制备耦合式吸声结构单元的方法，包括以下步骤：

a.根据吸声降噪需求，设计结构尺寸，包括多孔结构和盘绕型Helmholtz腔的总体尺寸、多孔结构中各穿缝单元的穿缝体积、盘绕型Helmholtz腔中各空腔体积和其对应的内嵌孔的孔长与孔径；

b.切割加工穿缝单元的外层岩棉和内层泡沫聚氨酯；岩棉的切割采用手工刀，泡沫聚氨酯采用热线切割机器进行加工；

c.通过AB胶，将岩棉与泡沫聚氨酯进行粘接，组合成穿缝单元，进而将四组穿缝单元按2*2并列排布构成多孔结构；

d.通过光固化3d打印技术将盘绕型Helmholtz腔一体制作成型；

e.通过AB胶，将上层多孔结构和下层盘绕型Helmholtz腔粘接，得到耦合式吸声结构单元。

本发明的有益效果在于：

本发明在多孔结构内设置了两层多孔材料，将流阻率高的多孔材料置于外层，将流阻率低的置于内层，且中间进行穿缝，可以增加在低频处的吸声效果，保持高频段的高吸声效果。本发明中盘绕型Helmholtz腔结构共有16个独立共振腔，每个共振腔对应一个内嵌孔。声波通过多孔结构的穿缝，直接进入共振腔结构，内嵌孔内的空气分子和孔壁之间的摩擦损耗声能，共振腔内部空气和共振腔发生共振损耗声能。当与每个内嵌孔相连通的共振腔的总体积不同，内嵌孔大小与高度不同时，会在特定频带内产生多个吸声峰，本发明通过多孔结构与共振腔结合可以实现低频宽频效果。

附图说明

图1是本发明中一种耦合式吸声结构单元的总体示意图。

图2是本发明中穿缝单元的结构示意图。

图3是本发明中Helmholtz腔单元的面板与内嵌孔的结构示意图。

图4是本发明中盘绕型Helmholtz腔的共振腔结构示意图。

图5是本发明实施例中耦合式吸声结构单元的吸声效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提供了一种耦合式吸声结构单元及其制备方法，涉及吸声降噪技术领域，所述吸声结构包括由上至下依次设置的多孔结构与盘绕型Helmholtz腔结构；多孔结构包括外层岩棉，中间层泡沫聚氨酯与内置沙漏型空腔；盘绕型Helmholtz腔结构由方形直腔水平方向进行盘绕形成多个并联共振腔；面板上设置有多个内嵌孔；每个内嵌孔的孔径与孔高不一样；每个内嵌孔与一个共振腔相连通；与每个内嵌孔相连通的共振腔的总体积不同。本发明提供的吸声结构具有超宽频段优良吸声效果。

多孔结构由四组穿缝单元按2*2并列排布构成；盘绕型Helmholtz腔由四组Helmholtz腔单元按2*2并列排布构成；盘绕型Helmholtz腔由16个共振腔组合，每4个共振腔互相嵌合形成一个Helmholtz腔单元，按照2*2并列排布。上层多孔结构和下层盘绕型Helmholtz腔的整体尺寸相同，盘绕型Helmholtz腔结构为方形直腔沿水平方向盘绕；

盘绕型Helmholtz腔结构共有16个独立共振腔，每个共振腔对应一个内嵌孔，内嵌孔的位置位于共振腔的中心位置，与穿缝单元的穿缝相对应，使得声波通过多孔结构的穿缝，直接进入共振腔结构。内嵌孔内的空气分子和孔壁之间的摩擦损耗声能，共振腔内部空气和共振腔发生共振损耗声能。当与每个内嵌孔相连通的共振腔的总体积不同，内嵌孔大小与高度不同时，会在特定频带内产生多个吸声峰，且每个吸声峰和与每个内嵌孔连通的共振腔有着一一对应的关系。因此，通过设计共振腔体积、内嵌孔尺寸和高度可以形成连续吸声峰以实现在低频段内吸声降噪的效果。

本发明在多孔结构内设置了两层多孔材料和穿缝，将流阻率高的岩棉放置在外层，将流阻率低的泡沫聚氨酯放置在内层，且中间进行穿缝，可以增加在低频处的吸声效果，保持高频段的高吸声效果。当声波传来时，该吸声结构可以大量吸收特定频段范围内的声波，从而减少噪音污染。本发明提供的吸声结构具有宽频段优良吸声效果。

需要说明的是，本发明对于盘绕型Helmholtz腔结构壁厚不作具体限定，可根据实际使用需求进行调整。上下结构之间通过粘接方式连接。

为了提高吸声结构的密封性，多孔结构与共振腔结构固定之后，需进行缝隙处理，本发明对于进行缝隙处理的材料不做具体限定，能确保多孔之间，多孔结构与共振腔之间相连接的位置无缝隙即可。

一种制备耦合式吸声结构单元的方法，包括以下步骤：

a.根据吸声降噪需求，设计结构尺寸，包括多孔结构和盘绕型Helmholtz腔的总体尺寸、多孔结构中各穿缝单元的穿缝体积、盘绕型Helmholtz腔中各空腔体积和其对应的内嵌孔的孔长与孔径；

b.切割加工穿缝单元的外层岩棉和内层泡沫聚氨酯；岩棉的切割采用手工刀，泡沫聚氨酯采用热线切割机器进行加工；

c.通过AB胶，将岩棉与泡沫聚氨酯进行粘接，组合成穿缝单元，进而将四组穿缝单元按2*2并列排布构成多孔结构；

d.通过SLA(光固化3d打印技术)将盘绕型Helmholtz腔一体制作成型；

e.通过AB胶，将上层多孔结构和下层盘绕型Helmholtz腔粘接，得到耦合式吸声结构单元。

前述材料组合仅作为参考，可以根据需求，自行选择合适的材料进行组合。

实施例1：

如图1-4所示，在本发明一个具体的实施例中，耦合式吸声结构单元由上至下为多孔结构与盘绕型Helmholtz腔结构；吸波结构上层包括内部穿缝1、泡沫聚氨酯2、外层多孔材料岩棉3；盘绕型Helmholtz腔结构4由上至下包括面板5、内嵌孔6、内部封闭盘绕型Helmholtz腔结构7构成；各层的板材为树脂，均采用3d打印制得；多孔结构厚度为30mm；盘绕型Helmholtz腔结构结构面板5、底板厚度为1mm；折叠空腔7的高度为26mm；吸声结构的厚度为58mm。面板5上与上层多孔结构穿缝1相对应位置分别设置16个内嵌孔6；与16个内嵌孔6相对应的有16个封闭的共振腔结构；

该耦合式吸声结构单元的吸声系数曲线图如图5为所示，该耦合式吸声结构单元可以在450Hz形成吸声峰，并在400-1000Hz宽频内平均吸声系数约在0.8，具有优秀的吸声性能。

本发明在多孔结构上设置了流阻率高的岩棉在外层，流阻率低的泡沫聚氨酯在内层，设置穿孔使得声波进入多孔材料基体内部。改变了传统多孔材料的阻抗，使得多孔材料更加低频。本发明通过多孔结构与共振腔结合可以实现低频宽频效果。

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 (8)

1.一种耦合式吸声结构单元，其特征在于：包括上层多孔结构和下层盘绕型Helmholtz腔；所述多孔结构由四组穿缝单元按2*2并列排布构成；所述盘绕型Helmholtz腔由四组Helmholtz腔单元按2*2并列排布构成；所述穿缝单元包括外层和内层，在内层开设有从顶面到底面的穿缝；所述Helmholtz腔单元包括面板和四组共振腔结构，在面板上开设有四个内嵌孔，每个内嵌孔分别与一组共振腔结构对应连通，四组共振腔互相嵌合；每个Helmholtz腔单元面板上的四个内嵌孔与同一穿缝单元的穿缝对应连通。

2.根据权利要求1所述的一种耦合式吸声结构单元，其特征在于：所述穿缝单元的外层和内层均为多孔材料，且内层多孔材料的流阻率比外层低。

3.根据权利要求2所述的一种耦合式吸声结构单元，其特征在于：所述外层多孔材料采用岩棉，内层多孔材料采用泡沫聚氨酯。

4.根据权利要求1所述的一种耦合式吸声结构单元，其特征在于：所述穿缝为沙漏形状。

5.根据权利要求1所述的一种耦合式吸声结构单元，其特征在于：所述盘绕型Helmholtz腔的结构为方形直腔沿水平方向盘绕。

6.根据权利要求1所述的一种耦合式吸声结构单元，其特征在于：当声波从多孔结构的穿缝进入盘绕型Helmholtz腔结构内部时，内嵌孔内的空气分子和孔壁之间的摩擦损耗声能，共振腔结构腔内部空气和空腔发生共振损耗声能，通过内嵌孔和空腔与声波的相互耦合作用，消耗声能。

7.根据权利要求1所述的一种耦合式吸声结构单元，其特征在于：所述Helmholtz腔单元中四个内嵌孔的孔长与孔径均互补不同，与每个内嵌孔连通的共振腔中空腔的体积不同，Helmholtz腔单元会在特定声波频带内产生多个吸声峰，且每个吸声峰与每个内嵌孔连通的空腔有着一一对应的关系；通过设计盘绕型Helmholtz腔中各空腔体积和其对应的内嵌孔的孔长与孔径形成连续吸声峰以实现在低频段内吸声降噪的效果。

8.一种制备权利要求1所述耦合式吸声结构单元的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.根据吸声降噪需求，设计结构尺寸，包括多孔结构和盘绕型Helmholtz腔的总体尺寸、多孔结构中各穿缝单元的穿缝体积、盘绕型Helmholtz腔中各空腔体积和其对应的内嵌孔的孔长与孔径；

b.切割加工穿缝单元的外层岩棉和内层泡沫聚氨酯；岩棉的切割采用手工刀，泡沫聚氨酯采用热线切割机器进行加工；

c.通过AB胶，将岩棉与泡沫聚氨酯进行粘接，组合成穿缝单元，进而将四组穿缝单元按2*2并列排布构成多孔结构；

d.通过光固化3d打印技术将盘绕型Helmholtz腔一体制作成型；

e.通过AB胶，将上层多孔结构和下层盘绕型Helmholtz腔粘接，得到耦合式吸声结构单元。