复合共振腔的机械阻抗与微穿孔板结合的宽频吸声结构

摘要

复合共振腔的机械阻抗与微穿孔板结合的宽频吸声结构，属于环境噪声控制的技术领域。本发明包括结构前部的一层或多层微穿孔板，结构后部的机械阻抗板，微穿孔板和机械阻抗板都固定在支架上，机械阻抗板由弹性支撑的薄板形成，在机械阻抗板上复合赫姆霍兹共振腔，赫姆霍兹共振腔由腔体和插管组成。本发明把赫姆霍兹共振单元设计在机械阻抗板上，由于共振腔的厚度均较小，因此整个结构厚度的变化并不大。微穿孔板可以对中高频噪声有良好的吸声效果，机械阻抗单元和赫姆霍兹共振单元可在低频产生多个吸收峰，整个结构既能保证良好的中、高频吸声性能，也能在低频有良好的吸声效果。

说明书

技术领域

本发明涉及噪声控制领域中的吸声技术，将复合有共振腔的机械阻抗和由空腔组成的空 气阻抗结合于一体,特征是在不增加吸声结构厚度的情况下，使中、高频和低频都具有良好吸 声性能。

背景技术

噪声控制工程中吸声技术是一个核心，吸声的材料很多，传统的孔纤维性材料有二次污 染的缺点。1975年马大猷教授发表了关于“微穿孔板吸声结构的理论与设计”的文章，利用 微穿孔的声阻结合空腔进行吸声，它的特点是不需另外添加吸声性材料，是一种绿色环保的 吸声结构，其在工程中的应用得到广泛重视。微穿孔板结构高的吸声系数发生在腔共振的附 近，结构共振频率主要由背腔的厚度决定，要想获得良好的低频吸声效果，微穿孔板结构必 然要制造得很厚,需要占据大量的空间，这在实际工程中会遇到困难，因此微穿孔板低频的吸 声性能不佳，成为制约其工程应用的瓶颈。

目前，为了提高吸声结构的低频吸声性能，有的学者设计了将微穿孔板与吸声材料结合 起来的组合结构，但是使用了吸声材料后，结构有二次污染的缺点，即使如此，要在低频吸 声良好，吸声材料层的厚度也是需要增加的；申请号为200920160620.6的实用新型将管束与 微缝吸声结构复合吸声，但是结构复杂，制造成本高，吸声性能向低频移动时管束的长度需 要增加，这也要求背腔的体积增加来容纳增长的管束，这实质上意味着整个结构也要变厚。 这些改进可以将吸声峰值向低频有所移动，但是不能在任意需要的低频达到良好的吸声性能。 膜片结构在低频有一定的吸声性能，但是其往往只有一个共振峰，满足了低频的吸声性能， 高频吸声效果却很差。

噪声控制领域，噪声的吸收是关键，特别需要有一种结构总厚度小，但是却能够同时兼 顾低频和中、高频的宽频吸声结构，并且对环境无二次污染。本发明正是为了实现上述目的。

发明内容

为了克服现有技术和结构的不足，发明复合共振腔的机械阻抗与微穿孔板结合的宽频吸 声结构。传统的微穿孔板吸声结构可能是多层的，但是其基本声学单元只有空腔和微穿孔两 个。结合机械阻抗的吸声结构可在低频段形成一个吸声峰。本发明在机械阻抗单元的基础上 增加了赫姆霍兹共振单元，不同于传统赫姆霍兹腔连接于固定边界，本发明中赫姆霍兹共振 腔复合于可以振动的机械阻抗板上；共振腔由腔体和插管组成，通过调整共振腔体积、数目 和插管长度，可调节吸声频域、带宽和吸声峰值。

发明的新结构将微穿孔板和复合共振腔的机械阻抗结合，在中、高频段利用微穿孔板结 构吸收声能，低频则利用机械阻抗板的机械阻抗和赫姆霍兹共振吸收声能，形成多个吸声峰。 本发明的结构的厚度增加不大，但是却能够同时满足中、高频和低频的吸声要求，是一种宽 频带的吸声结构。

本发明的一种复合共振腔的机械阻抗与微穿孔板结合的宽频吸声结构，包括结构前部的 一层或多层微穿孔板，结构后部的机械阻抗板，微穿孔板和机械阻抗板都固定在支架上，机 械阻抗板由弹性支撑的薄板形成，在机械阻抗板上复合赫姆霍兹共振腔。

所述赫姆霍兹共振腔由腔体和插管组成。改变插管长度可以调节声阻，起到调整吸声频 率和峰值的作用。

复合在机械阻抗板上的共振腔可是一个或多个，各个共振腔的体积大小可以相同或不相 同，可形成多个吸收峰。

机械阻抗板是具有一定隔声性能的薄板，其边界为粘弹性材料，共振腔复合于能够振动 机械阻抗板上。

宽频吸声结构的高频吸声部分由处于前端的微穿孔板获得，根据需要可采用多层微穿孔 板结构；机械阻抗板采用具有一定隔声性能的薄板制作而成，将其粘接在粘弹性边界上，设 计使得机械阻抗系统的共振频率在低频；赫姆霍兹共振腔的共振频率也设计在低频，但与机 械阻抗共振频率错开。低频部分的声能透过微穿孔板，作用在后端的机械阻抗单元上，当机 械阻抗单元受到声波激励并且激励频率与结构的共振频率一致的时候，系统发生机械共振， 振动的机械阻抗板带动边界的粘弹性材料一起振动，在此过程中消耗能量，起到吸收声波能 量的作用。声波偏离机械阻抗单元的共振频率，与赫姆霍兹共振腔共振频率一致，发生腔共 振，形成另一个吸声峰。插管通过调整声阻来控制吸声频率和吸声系数。通过设计不同体积 的共振腔来拓宽低频部分的吸声频带。微穿孔板、机械阻抗板及共振腔共同作用，形成低频 和中、高频能同时兼顾的宽频吸声结构。

本发明是在单层或者多层微穿孔板的板后空腔中加入复合共振腔的机械阻抗单元。发明 的新结构有以下特性：（1）共振腔和机械阻抗板复合可在低频形成多个吸声峰。（2）共振腔 的共振频率可通过调整共振腔参数来选择。（3）在机械阻抗板上复合多个参数不同的共振腔 时，可形成多个吸声峰。（4）赫姆霍兹共振腔利用了机械阻抗板后的空间，无需明显增加吸 声结构的总厚度就能够在低频获得良好的吸声效果；中、高频能够保持原有微穿孔板良好的 吸声效果，整个吸声结构厚度不大，但是吸声频带宽。（5）由于吸声结构未使用纤维性等传 统多孔性吸声材料,结构仍然具有绿色环保的特性。

附图说明图1是本发明复合共振腔的机械阻抗与微穿孔板结合的宽频吸声结构实施例的 基本结构示意图。

图2是若干个基本结构并联形成的吸声平面。

图3是赫姆霍兹共振腔数目不同时吸声结构吸收系数的试验对比图。试验设备为SW002 型驻波管，试验中采用的各个单元的参数为：铝制微穿孔板，穿孔孔径d=0.8mm，板厚t=0.8mm， 穿孔率σ=0.03，全板直径为100mm；微穿孔板至机械阻抗板的距离D=40mm；机械阻抗系统 的弹性系数和阻尼系数分别为K=106934N/m，R=5.24N·s/m；塑料制共振器的数目分别为一个 和五个，体积V₀=11309mm³，插管内径d₀=2.7mm、长度L=4mm。

附图1中，1.壁面，2.支架，3.粘弹性圈，4.共振腔，5.插管，6.机械阻抗板，7.微穿 孔板a,8.微穿孔板b

具体实施方案

结合附图1和附图2说明本发明的实施方法。

附图1是本发明的基本结构图。支架安装在壁面1上，支架2由厚度为1mm的金属板制 成；支架2侧面焊接小凹槽，采用整圈焊接；小凹槽中安放粘弹性圈3，弹性圈由粘弹性材 料制作而成，其形状为矩形；弹性圈上用粘接剂粘接机械阻抗板，复合机械阻抗板由机械阻 抗板6、共振腔4和插管5复合而成，共振腔4和插管5连接在机械阻抗板6上；粘弹性圈3 和凹槽以及和阻抗板6之间要求紧密粘接，保证不漏声，同时机械阻抗板6和支架2之间保 留小的间隙，利于复合机械阻抗板振动，吸收入射到机械阻抗单元上的低频部分的声能；共 振腔4及插管5和机械阻抗板6之间要求紧密连接，保证不漏声，利于共振腔共振，吸收声 能；前端安装微穿孔板a7和微穿孔板b8，吸收中、高频部分的声能，微穿孔板可以是单层 也可以是多层，其层数和孔径等其他参数视实际工程需要而定。完成了图1的基本结构的制 作以后，将若干个这样的基本机构并联形成大的吸声面（见附图2），用于噪声控制工程。

附图3是本发明的一个试验实例，试验中前端放置单层微穿孔板，试验的重点是说明共 振腔和机械阻抗板的复合效能。复合共振腔后，在低频出现两个吸声峰值，分别由机械阻抗 板和赫姆霍兹共振腔共振产生；改变共振腔数目后，吸声峰值和带宽均得到提高。