CN211312942U - 可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，它利用双亥姆霍兹共振结构对中低频声波的调控和高效吸收性能，增大了结构对中低频声波的吸收，从而有效提高了墙体吸声降噪性能。它包括内墙板、墙面板、位于内墙板与墙面板之间的龙骨、嵌设在龙骨之间的保温棉，在墙面板一侧是多个大小和形状相同的空腔体，空腔体一面开口，穿孔板覆盖每个空腔体的开口，在空腔体内部有一个分隔穿孔板，分隔穿孔板将空腔体内部分隔成前部空间和后部空间两部分，穿孔板上开有一个与前部空间相通的孔；后部空间内具有将后部空间分隔成多个小后部空间的插板；分隔穿孔板上开有与各个小后部空间相通的小孔；不同空腔体内的前部空间大小不同。
Description
技术领域
本实用新型涉及吸声降噪的木墙体，具体地说，是具有可调控式双亥姆霍兹共振轻型木墙体。
背景技术
通过吸声来降低噪声的方法，在噪声控制工程中极为普遍采用。吸声的原理是：当声波入射到物体的表面时,有一部分声波会反射回去，而另一部分声波会进入物体，通过摩擦振动被物体所吸收进而转化成热能或者其他能量。声波能量被物体吸收的现象称为吸声。吸声的微观物理机理十分复杂，但是大致上可以归结为声波在物体内由于产生强力的黏滞摩擦，使部分能量耗逸而转为热的过程。实际上吸声现象是普遍存在的，而大量物体都或多或少具有吸声本领。但是只有具有较强吸声能力的材料或结构，才可作为吸声材料或吸声结构而为实际工程所应用。
目前在工程应用中主要有两大类吸声原理，一是由多孔材料构成的吸声材料，它能使大部分声波进入材料，从而由于材料具有很强的吸声能力，使进入该材料的声波在传播过程中逐渐消耗尽。而另一是共振吸声结构，它是利用入射声波在结构内产生共振，从而使大量能量耗逸。一般说，多孔吸声材料的特点是吸声性能高频优于低频，因而低频段的吸声依靠多孔材料通常是较困难的。而共振式吸声结构主要是利用了共振效应将声能转化为热能，以此吸收声波。但因为共振腔体的一定性，其只能在某一段频率段下有良好的吸声作用，因而其有一定的频带限制。所以共振式吸声结构，无论用作室内吸声，还是管道消声，一般常适宜使用于低频段，特别是在噪声频谱中发现低频段具有明显峰值的情形。这类共振式吸声结构大多应用于500Hz以下的噪声处理，很少会应用于超过1kHz以上的噪声处理。
墙体作为围护结构的主要组成部分，良好的吸声性能是保证建筑高舒适度的关键所在。轻型木结构建筑在物理、力学性能方面具有优越性，但在墙体结构降噪吸声性能上仍存在不足。以往的研究通常是通过改变墙体内部材料，比如合理填充多孔性吸声材料、使用高吸声隔声性能的复合材料，或者改变木龙骨间距、规格尺寸等方法来提高墙体吸声性能。但通过这些方法和措施，墙体的吸声降噪性能提高效果不明显且无法有效控制结构在特定声波频率段内达到完美吸声。
Helmholtz共振器是由一个封闭的空腔和一个一端与空腔相通另一端与管道相通的穿孔板组成。穿孔板和空腔组成一个弹性振动系统，当流体的声波频率和共振腔振动系统的固有频率相同时，这个振动系统就发生强烈的共振，短管中具有一定质量的流体柱运动速度加快，摩擦阻力增大，大量的声能转化为热能而消耗掉，从而达到消声的目的。传统的Helmholtz共振器，结构简单，可以控制噪声，尤其是在中低频噪声，易加工，声学性能易于控制，具有良好的吸声性能，广泛应用于实际工程中来有效地降低感兴趣频率的噪声。但它的缺点是仅能吸收单一频率的噪声，且吸声带宽一般较窄，在共振频率处吸能最大，非共振频率吸声性能迅速降低，仅适合固定频率的噪声控制。然而在实际的系统中，随着环境的变化，噪声的频率发生变化。此时，Helmholtz共振器就不能有效的对噪声进行吸收；另外，要想消除低频噪声，则需要增大共振腔，这样使得设备庞大，使用不方便。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，它不改变整体木墙体厚度，通过改变分隔穿孔板的位置（或者插板厚度），来改变多个共振腔体体积，调整共振腔振动系统的固有频率，进而改变结构对声波吸收的频率段，它在保证结构在峰值处高效吸声性能的同时，可有效增大吸声频带，从而提高结构的整体吸声系数，本实用新型利用双亥姆霍兹共振结构对中低频声波的调控和高效吸收性能，增大了结构对中低频声波的吸收，从而有效提高了墙体吸声降噪性能，起到了高效吸声降噪的效果。
本实用新型所述的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，包括内墙板、墙面板、位于内墙板与墙面板之间的龙骨、嵌设在龙骨之间的保温棉，在墙面板一侧是多个大小和形状相同的空腔体，空腔体一面开口，穿孔板覆盖每个空腔体的开口，在空腔体内部有一个分隔穿孔板，分隔穿孔板将空腔体内部分隔成两部分，一部分是穿孔板与分隔穿孔板之间形成的前部空间，另一部分是后部空间；穿孔板上开有一个与前部空间相通的孔；后部空间内具有将后部空间分隔成多个小后部空间的插板；分隔穿孔板上开有与各个小后部空间相通的小孔；不同空腔体内的前部空间大小不同。
上述的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，内墙板为石膏板。
上述的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，龙骨为木龙骨。
上述的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，空腔体为长方体，每个空腔体内有4个大小和形状相同的小后部空间；穿孔板上的孔位于空腔体的中心轴线上，分隔穿孔板上的小孔位于小后部空间的中心轴线上。
本实用新型的有益效果：本实用新型中，前部空间与穿孔板组成了姆霍兹共振器，每个小后部空间与分隔穿孔板也组成了姆霍兹共振器，因而形成了双亥姆霍兹共振吸声层结构。本实用新型把双亥姆霍兹共振吸声层结构与传统轻型木墙体的结合，增加了结构对中低频声波的吸收，从而有效提高了墙体低频吸声性能，起到了低频降噪的效果；双亥姆霍兹共振吸声层结构可以通过改变插板的厚度（或者分隔穿孔板位置）来对结构吸声频带进行调整，在给定的噪声频率段范围内，保证结构在峰值处高效吸声性能的同时，有效增大吸声频带，从而提高结构的整体吸声系数；保证轻型木墙体其余结构的材料不变，确保墙体力学性能和其它物理性能不受影响，如抗压承载能力，保温隔热，中高频吸声性能等；双亥姆霍兹共振吸声层结构和普通木结构墙体的结合提供了一种改善墙体声学性能的新方法和思路。
附图说明
图1是可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体的剖面图。
图2是可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体的透视效果图。
图3是可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体分解透视效果图。
图4是双亥姆霍兹共振吸声结构单元及单元分解效果图。
图5是双亥姆霍兹共振吸声结构单元剖面图。
图6是不同厚度插板的效果图。
具体实施方式
参见图1-3所示的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，包括石膏板1、墙面板4、位于内墙板与墙面板之间的木龙骨3、嵌设在木龙骨之间的保温棉2，在墙面板一侧是多个大小相同的长方体形空腔体9组成的空腔体层5，空腔体9一面开口，穿孔板10覆盖每个空腔体的开口，多块穿孔板10组成了穿孔板层6，在空腔体内部有一个分隔穿孔板12，分隔穿孔板将空腔体内部分隔成两部分，一部分是穿孔板10与分隔穿孔板12之间形成的前部空间7，另一部分是后部空间。
穿孔板10上开有一个与前部空间相通的孔；后部空间内具有将后部空间分隔成四个大小相同的小后部空间8的十字交叉形插板11；分隔穿孔板12上开有与各个小后部空间8相通的小孔；不同空腔体9内的前部空间7大小不同，当然不同空腔体9内的插板厚度x不同，后部空间也大小不同，分隔穿孔板12的位置也不同。
穿孔板上的孔位于空腔体的中心轴线上，分隔穿孔板上的小孔位于小后部空间的中心轴线上。空腔体9、穿孔板10、分隔穿孔板12、小后部空间8等组成了双亥姆霍兹共振吸声结构单元D。
传统轻型木墙体中的普通墙体结构由具有可调控式双亥姆霍兹吸声结构层所替换，墙体其余部分：石膏板1，保温棉2，木龙骨3，墙面板4等结构和材料均不发生变化，按照常规材料和排列顺序。
双亥姆霍兹共振吸声结构主要是通过改变插板厚度，来改变多个共振腔体体积，调整共振腔振动系统的固有频率，进而改变结构对声波吸收的频率段。基本原则是依据墙体结构的具体尺寸，确定吸声层结构的壁厚a、分割穿孔板厚度b、空腔结构厚度d，在d=a+b+x+y的范围内，对插板厚度x或者前部空间厚度y进行调整。在特定的噪声频率段内，选取合适的x值，分别代表不同厚度的插板X1/X2/X3/X4…Xn（图6中示出了不同厚度的4个插板X1、X2、X3、X4）。基于对不同插板厚度的双亥姆霍兹共振吸声结构单元试件吸声系数的测试，确定各单元体最佳吸声频率段。介于此，采用COMSOL Multiphysics多物理场有限元方法(FEM)进行仿真、预测和优化，模拟中使用的材料为空气和硬边界，在入射边界上施加平面波辐射边界条件，通过调控组合单元体的孔径长度和排布组合形式，使吸声谱与噪声谱尽可能达到一致，通过以上操作可以使墙体结构在目标噪声频率段内达到完美吸声降噪的效果。
孔径嵌入式Helmholtz共振器基于传统的Helmholtz共振器结构，不改变整体结构厚度，通过改变嵌入式小孔长度和空气腔体积来对结构吸声频带进行调整。在保证结构在峰值处高效吸声性能的同时，可有效增大吸声频带，从而提高结构的整体吸声系数。本实用新型对传统亥姆霍兹共振器结构进行优化，设计了一种多空腔体双亥姆霍兹共振结构，并将双亥姆霍兹共振结构与传统轻型木墙体相结合，采用不同空腔体内的前部空间大小不同，有效吸收低频声波，增大吸收频带宽，增大墙体结构吸声性能，减少噪音，降低环境噪声污染，改善人们的生活质量，提升人们的幸福指数。
Claims (4)
1.可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，包括内墙板、墙面板、位于内墙板与墙面板之间的龙骨、嵌设在龙骨之间的保温棉，其特征是：在墙面板一侧是多个大小和形状相同的空腔体，空腔体一面开口，穿孔板覆盖每个空腔体的开口，在空腔体内部有一个分隔穿孔板，分隔穿孔板将空腔体内部分隔成两部分，一部分是穿孔板与分隔穿孔板之间形成的前部空间，另一部分是后部空间；穿孔板上开有一个与前部空间相通的孔；后部空间内具有将后部空间分隔成多个小后部空间的插板；分隔穿孔板上开有与各个小后部空间相通的小孔；不同空腔体内的前部空间大小不同。
2.如权利要求1所述的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，其特征是：内墙板为石膏板。
3.如权利要求1所述的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，其特征是：龙骨为木龙骨。
4.如权利要求1所述的可调控双亥姆霍兹共振轻型木墙体，其特征是：空腔体为长方体，每个空腔体内有4个大小和形状相同的小后部空间；穿孔板上的孔位于空腔体的中心轴线上，分隔穿孔板上的小孔位于小后部空间的中心轴线上。
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| CN112611106A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-06 | 青岛海尔空调电子有限公司 | 降噪装置、空调器及其降噪方法 |
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2019
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