CN1307329A - 管束式穿孔板共振吸声结构 - Google Patents
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Abstract
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构包括由穿孔板、底板和两侧板构成的封闭空腔以及置于所述封闭空腔内的直径等于穿孔板上孔洞直径,且数量等于或小于穿孔板上孔洞数的管子排列成的管束,且每根管子的一开口端插入穿孔板上的孔洞内,并与之相连接,其另一端为开口端或封闭端,其长度至少等于所述封闭空腔腔深的0.5倍。其吸声系数大,吸声频带宽,并有广泛的应用场合,如建筑、家用电器、航空航天飞行器及运输工具等。
Description
本发明涉及一种共振吸声结构，具体地说涉及一种穿孔板共振吸声结构。
公知的吸声材料和吸声结构种类繁多。按其吸声原理来划分，基本上可分为多孔吸声材料的吸声结构、薄板共振吸声结构、薄膜共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构以及微孔板共振吸声结构。
传统的穿孔板共振吸声结构，其穿孔板上每个孔后都有封闭空腔，相当于许多并联的“亥姆霍兹”共振器，当入射声波频率和系统的共振频率一致时，即产生共振。此时，穿孔板孔洞处的空气往复振动，其振幅达到最大值，且摩擦和阻尼也最大，声能因粘滞损失转变为热能，即声能耗散达到最大。这是穿孔板共振吸声结构的优点。但这种结构也有其固有的缺点，其主要缺点在于：频率的选择性强，也即是其吸声频带窄，仅在共振频率附近才会具有较好的吸声性能，而偏离共振频率，则吸声效果明显变差。对于穿孔板共振吸声结构来说，若要拓宽其频带，就得采用微穿孔板共振吸声结构；若要将其吸声频带移至中、低频，则需要大幅度增加穿孔板共振吸声结构的腔深(对微穿孔板共振吸声结构也是如此)。然而，在许多实际场合，因受空间的限制而无法增加腔深，致使传统的穿孔板共振吸声结构和微穿孔板共振吸声结构的实际应用受到一定程度的限制。
另外，现有的多孔纤维吸声材料，其低频吸声性能欠佳，且这些纤维吸声材料存在对人体健康有害的缺点。
本发明的目的在于消除上述现有技术中的弊端，而提供一种能拓宽传统非纤维穿孔板共振吸声结构的吸声频带，增大其中、低频的吸声系数的结构简单，且适用于空间受到限制的穿孔板共振吸声结构。
本发明的上述目的是通过细管子共振和空腔共振相结合的构思来达到的，其具体技术方方案如下。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构包括由穿孔板、底板和两侧板构成的封闭空腔以及置于所述封闭空腔内的直径等于穿孔板上孔洞直径，且数量等于或小于穿孔板上孔洞数的管子排列成的管束，且每根管子的一开口端插入穿孔板上的孔洞内，并与之相粘接，其另一端为开口端或封闭端，其长度至少为所述封闭空腔腔深的0.5倍。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述的管子为弯曲的柔性管，其长度可长可短，其另一端呈自由状态。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述柔性管为乳胶管、橡胶管或塑料管。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述的管子为弯曲的硬质管，其另一端或另一端和中间部分呈固定状态。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述硬质管为金属管、玻璃管、有机玻璃管或陶瓷管。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述穿孔板的厚度t=0.5～10mm；其上的孔洞直径d=0.4～20mm；其穿孔率=0.5％～70％；腔深D=10～500mm；所述排列成管束的管子的长度1=1D～10D。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述穿孔板的厚度t=1.0mm；其上的孔洞直径d=2.2mm；其穿孔率=6％；腔深D=100mm；所述排列成管束的管子的长度1=450mm。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述穿孔板的厚度t=0.8mm；其上的孔洞直径d=1.0mm；其穿孔率=34％；腔深D=100mm；所述排列成管束的管子的长度1=100mm。
本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，其中所述穿孔板上孔洞的排列与传统穿孔板吸声结构的相同，为三角形或正方形排列。
本发明管束式穿孔板共振吸声结构的优点在于：一方面，管束本身有一定的共振频率，当入射声波的频率与管束共振频率接近时引起共振，管束内空气柱往复振动，声能被粘滞阻尼转化为热能；另一方面，空腔系统本身亦存在共振频率，从管束透入空腔的声波频率与空腔共振频率一致时，再次引起共振，管束内空气柱再次往复振动，声能又被粘滞阻尼转化为热能而耗散掉。管束内参与往复运动并受到粘滞阻尼的空气柱较传统穿孔板共振吸声结构小孔内的空气柱要多，声阻要大，并且受到两个共振频率的激励。因此，其吸收系数较传统穿孔板吸声结构大，而且其吸声频带也宽。管束式穿孔板共振吸声结构(管束式微穿孔板吸声结构)从结构上来说，其突出特点在于可以减小穿孔板吸声结构共振腔腔深的尺寸，并能实现保持较高的吸声性能。穿孔板吸声结构空腔深度的减小，就为管束式穿孔板共振吸声结构在吸声空间受到限制的环境中的应用提供了条件。因此管束式穿孔板共振吸声结构可以应用在一些吸声空间受到限制的环境中。另外，通过改变管束式穿孔板吸声结构的管束长度可以调整共振吸收峰的频率，使管束长度长短不一、参差不齐，据此可以拓宽其吸声频带，使其在较宽的频带范围内保持较高的吸声系数。通过管束式穿孔板吸声结构的管束长度的调控改变可以主动调谐吸声结构的共振吸声频带和吸声系数。
下面结合附图对本发明管束式穿孔板共振吸声结构的一个实施例作进一步说明。
图1是本发明管束式穿孔板共振吸声结构的一个实施例的剖视示意图。
图2是本发明管束式穿孔板共振吸声结构与不加管束的传统穿孔板共振吸声结构的吸声性能对比曲线图。
图3是管束式微穿孔板吸声结构与单层和双层微穿孔板吸声结构的驻波管吸声性能测量结果及其对比曲线图。
如图1所示，本发明的管束式穿孔板共振吸声结构，包括由穿孔板1、底板2和两侧板3构成的封闭空腔和置于所述封闭空腔内的直径等于穿孔板上孔洞直径，且数量等于穿孔板上孔洞数的管子4排列成的管束，且每根管子的一开口端插入穿孔板上的孔洞内，并与之相粘接，其另一端为开口端。其中所述穿孔板上孔洞的排列为三角形排列。所述穿孔板的厚度t=1.0mm；其上的孔洞直径d=2.2mm；其穿孔率=6％；腔深D=100mm；所述排列成管束的管子的长度1=450mm。所述管4为弯曲的柔性乳胶管。
用驻波管法测量得到的管束式穿孔板吸声结构的吸声性能和原穿孔板吸声结构的吸声性能如下表所示。
| 频率Hz | 管束式穿孔板吸声结构(开管管束) | 管束式穿孔板吸声结构(闭管管束) | 原穿孔板吸声结构(不加管束) |
| 100 | 0.15 | 0.13 | 0.18 |
| 125 | 0.17 | 0.17 | 0.18 |
| 160 | 0.22 | 0.27 | 0.17 |
| 200 | 0.3 | 0.28 | 0.17 |
| 250 | 0.5 | 0.31 | 0.21 |
| 315 | 0.76 | 0.47 | 0.25 |
| 400 | 0.9 | 0.91 | 0.4 |
| 500 | 0.9 | 0.95 | 0.55 |
| 630 | 0.84 | 0.62 | 0.6 |
| 800 | 0.52 | 0.38 | 0.51 |
| 1000 | 0.46 | 0.34 | 0.38 |
| 1250 | 0.86 | 0.51 | 0.25 |
| 1600 | 0.69 | 0.99 | 0.11 |
| 2000 | 0.64 | 0.74 | 0.36 |
| 2500 | 0.64 | 0.78 | 0.33 |
| 3150 | 0.57 | 0.61 | 0.13 |
| 4000 | 0.58 | 0.45 | 0.51 |
| 5000 | 0.4 |
如图2所示，其中的-◆-曲线为本发明管束式穿孔板共振吸声结构(开管管束)的吸声性能曲线；-··-·-··-曲线为本发明管束式穿孔板共振吸声结构(闭管管束)的吸声性能曲线；…△…曲线为原穿孔板吸声结构(即不加管束)的吸声性能曲线。
比较图2中的三条曲线可以看出，不仅管束式穿孔板共振吸声结构的吸声系数明显高于原穿孔板吸声结构，而且管束式穿孔板共振吸声结构的吸声频带也比原穿孔板吸声结构宽，而且出现了两个吸声峰值(相当于双层微穿孔板吸声结构)，因此通过采用适当的管束长度，管束式穿孔板共振吸声结构已达到双层微穿孔板吸声结构的吸声效果。
此外，由图2还可以看出：开管管束式穿孔板共振吸声结构的吸声系数总体来讲要好于闭管管束穿孔板共振吸声结构的吸声系数；而且开管管束式穿孔板共振吸声结构的吸声频带要大于闭管管束式穿孔板共振吸声结构的吸声频带。
用驻波管法测量得到的管束式微穿孔板、单层微穿孔板和双层微穿孔板三种共振吸声结构的吸声性能如下表所示。
| 频率Hz | 吸声系数a0 | ||
| 管束式微穿孔板 | 单层微穿孔板 | 双层微穿孔板 | |
| σ=34％D=100t=1.0 d=1.0 | σ=2％D=100t=0.8 d=0.8 | 前腔σ1=2.5％后腔σ2=1％前腔D1=30后腔D2=70t1=t2=0.8 d1=d2=0.8 | |
| 100 | 0.34 | 0.12 | 0.25 |
| 125 | 0.30 | 0.10 | 0.26 |
| 160 | 0.31 | 0.14 | 0.43 |
| 200 | 0.36 | 0.33 | 0.60 |
| 250 | 0.51 | 0.46 | 0.71 |
| 315 | 0.78 | 0.63 | 0.86 |
| 400 | 0.99 | 0.77 | 0.83 |
| 500 | 0.92 | 0.92 | 0.92 |
| 630 | 0.79 | 0.80 | 0.70 |
| 800 | 0.67 | 0.53 | 0.53 |
| 1K | 0.70 | 0.31 | 0.65 |
| 1.25K | 0.55 | 0.23 | 0.94 |
| 1.6K | 0.84 | 0.08 | 0.65 |
| 2K | 0.60 | 0.40 | 0.35 |
| 2.5K | 0.60 | ||
| 3.15K | 0.67 | ||
| 4K | 0.37 | ||
如图3所示，其中的-◆-曲线为本发明管束式穿孔板共振吸声结构的穿孔板为微穿孔板时的吸声性能曲线；-·-△-·-曲线为穿孔板为单层微穿板时的吸声性能曲线；…·…曲线为穿孔板为双层微穿孔板时的吸声性能曲线。
图3中所用单层微穿孔板吸声结构的参数为：穿孔板厚度t=0.8mm；穿孔板小孔孔径d=0.8mm；穿孔率σ=2％；腔深D=100mm。
图3中所用双层微穿孔板吸声结构的参数为：前腔与后腔穿孔板厚度相同t1=t2=0.8mm；前腔与后腔穿孔板小孔孔径d1=d2=0.8mm；前腔穿孔率σ1=2.5％；后腔穿孔率σ2=1％；前腔腔深D1=30mm；后腔腔深D2=70mm。
从图3可以看出：管束式微穿孔板吸声结构的吸声性能已达到双层微穿孔板吸声结构的吸声效果，吸声系数大，而且吸声频带宽，比单层微穿孔板吸声结构的吸声效果明显要好，突出反映在吸声频带宽，吸声系数特别是中、低频段吸声系数大。
总之，管束式穿孔板共振吸声结构(包括管束式微穿孔板吸声结构)从吸声性能来讲，其突出特点在于吸声系数大，吸声频带宽，其吸声性能已达到甚至某些频段超过双层微穿孔板吸声结构的吸声效果。管束式穿孔板共振吸声结构已达到双层微穿孔板吸声结构的吸声效果。
此外，开管管束穿孔板吸声结构的吸声系数总体来讲要大于闭管管束穿孔板吸声结构的吸声系数；而且开管管束穿孔板吸声结构的吸声频带比闭管管束穿孔板吸声结构的吸声频带要大。
Claims (10)
1、一种管束式穿孔板共振吸声结构，包括由穿孔板(1)、底板(2)和两侧板(3)构成的封闭空腔，其特征在于：还包括置于所述封闭空腔内的直径等于穿孔板上孔洞直径，且数量等于或小于穿孔板上孔洞数的管子(4)排列成的管束，且每根管子(4)的一开口端插入穿孔板(1)上的孔洞内，并与之相连接，其另一端为开口端或封闭端，其长度至少为所述封闭空腔腔深的0.5倍。
2、根据权利要求1所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述的管子(4)为弯曲的柔性管，其长度可长短不一，其另一端呈自由状态。
3、根据权利要求书2所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述柔性管为乳胶管、橡胶管或塑料管。
4、根据权利要求1所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述的管子(4)为弯曲的硬质管，其另一端或另一端或/和中间部分呈固定状态。
5、根据权利要求4所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述硬质管为金属管、玻璃管、有机玻璃管或陶瓷管。
6、根据权利要求1至5中任意一项所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述穿孔板的厚度t=0.5～10mm；其上的孔洞直径d=0.4～20mm；其穿孔率=0.5％～70％；腔深D=10～500mm；所述排列成管束的管子的长度1=1D～10D。
7、根据权利要求6所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述穿孔板的厚度t=1.0mm；其上的孔洞直径d=2.2mm；其穿孔率=6％；腔深D=100mm；所述排列成管束的管子的长度1=450mm。
8、根据权利要求6所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述穿孔板的厚度t=0.8mm；其上的孔洞直径d=1.0mm；其穿孔率=34％；腔深D=100mm；所述排列成管束的管子的长度1=100mm。
9、根据权利要求1、2、3、4、5、7或8所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述穿孔板上孔洞的排列与传统穿孔板吸声结构的相同，为三角形或正方形排列。
10、根据权利要求6所述的管束式穿孔板共振吸声结构，其特征在于：所述穿孔板上孔洞的排列与传统穿孔板吸声结构的相同，为三角形或正方形排列。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20040505 |