一种微缝低频吸声单元及具有其的嵌套式宽带吸声结构制造技术

本发明专利技术公开的一种微缝低频吸声单元及具有其的嵌套式宽带吸声结构，属于低频减振降噪技术领域。微缝低频吸声单元包括刚性壳体和设置在刚性壳体上的吸声面板，吸声面板和刚性壳体合围形成刚性背腔，吸声面板的一侧设有阶梯型微缝，阶梯型微缝与刚性背腔连通，阶梯型微缝的上端开口尺寸大于下端开口。嵌套式宽带吸声结构中若干微缝低频吸声单元在高度方向上连续叠加嵌套形成多层并联结构，所有阶梯型微缝的上端开口共面设置在顶板上；每个微缝低频吸声单元对应目标吸声频段的一个吸声峰值，嵌套式宽带吸声结构在低频范围内形成连续的多峰值吸声宽带。能够实现宽带低频噪声的高效吸收，且结构紧凑，吸声频段调整灵活，具有良好且广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种微缝低频吸声单元及具有其的嵌套式宽带吸声结构
本专利技术属于低频减振降噪
，具体涉及一种微缝低频吸声单元及具有其的嵌套式宽带吸声结构。
技术介绍
传统的吸声手段主要包括采用多孔吸声材料、穿孔板及赫姆赫兹共振腔结构等类型。然而，多孔吸声材料要求材料厚度达到波长的四分之一才能具有良好的吸声效果，对于低频噪声，对应的结构尺寸较大，实际应用比较困难。穿孔板能实现中高频的宽带吸声，但其低频吸声效果仍不尽人意。利用赫姆赫兹共振结构能够实现较好的低频吸声效果，但其尺寸仍然相对较大，且对应的吸声频带很窄，实际应用存在一定的局限性。因此，设计一种亚波长吸声结构来实现低频宽带吸声具有重要的意义。近年来，随着声学超材料的迅速发展，为解决低频噪声问题提供了新的思路和方法。它能利用深度亚波长结构来实现低频吸声，其中，包含微缝结构的超材料也得到了人们的关注。然而，目前已有含微缝超材料多采用类传统的微缝吸声体结构，在特定较窄低频范围内具有一定吸声的效果，但低频吸声效果仍需进一步提高。同时，对于宽带吸声，目前主要是利用多个吸声单元并联耦合而产生对应多个连续峰值来实现。然而，常规的多吸声单元并联必然导致吸声面板尺寸成倍增加，使结构平均阻抗快速变化，限制结构的宽带吸声效果。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种微缝低频吸声单元及具有其的嵌套式宽带吸声结构，能够实现宽带低频噪声的高效吸收，且结构紧凑，吸声频段调整灵活，具有良好且广泛的应用前景。本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种微缝低频吸声单元，包括刚性壳体和设置在刚性壳体上的吸声面板，吸声面板和刚性壳体合围形成刚性背腔，吸声面板的一侧设有阶梯型微缝，阶梯型微缝与刚性背腔连通，阶梯型微缝的上端开口尺寸大于下端开口。优选地，阶梯型微缝的阶梯数为1～5。优选地，每阶阶梯的宽度相等，阶梯型微缝的宽度为0.3～3mm。优选地，刚性壳体的高度大于2mm。本专利技术公开的一种嵌套式宽带吸声结构，包括若干权利要求1～4任意一项所述的微缝低频吸声单元，若干微缝低频吸声单元在高度方向上连续叠加嵌套形成多层并联结构，所有微缝低频吸声单元的阶梯型微缝的上端开口共面设置在嵌套式宽带吸声结构的顶板上；每个微缝低频吸声单元对应目标吸声频段的一个吸声峰值，嵌套式宽带吸声结构在低频范围内形成连续的多峰值吸声宽带。优选地，每层微缝低频吸声单元的数量为1～4。优选地，每层微缝低频吸声单元的阶梯型微缝的深度与其上方相邻微缝低频吸声单元的高度相等。优选地，刚性背腔的截面积由上至下逐层增大，每层增大的截面积数值为该层单元所对应的顶板处微缝截面积。优选地，所有微缝低频吸声单元的阶梯型微缝在顶板上的各个方向上分散设置。优选地，若干微缝低频吸声单元按吸声峰值频率值由上到下依次设置，吸声峰值频率最高的微缝低频吸声单元设在嵌套式宽带吸声结构的顶层，吸声峰值频率最低的微缝低频吸声单元设在嵌套式宽带吸声结构的底层。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的一种微缝低频吸声单元，吸声面板上设置的开口宽度由上至下递减的阶梯型微缝，结构阻抗逐层改变而更加接近空气阻抗，当空气流入阶梯型微缝进入刚性背腔的过程中，高速流动的空气通过阶梯型微缝产生强烈摩擦，且空气速度在阶梯型微缝结构中随着深度的增加而增大，消耗大量能量，可实现更低频的高效吸声。同时阶梯型微缝设置在吸声面板的一侧，使得微缝低频吸声单元具有更好的低频吸声特性，同时，更便于多结构并联组合，满足多种工况的使用。进一步地，阶梯型微缝的阶梯数为1～5，更易于使吸声单元表面阻抗与空气阻抗匹配，实现良好吸声。同时，阶梯数越多，对应的可调整参数越多，为吸声结构的吸声效果精细调整提供了更多可能。但如果阶梯数增大至5以上，吸声效果虽有改进，但改进的效果逐渐减弱，且结构的复杂度明显增大，实际应用难度加大。进一步地，每阶阶梯的宽度相等，阶梯型微缝的宽度为0.3～3mm，微缝宽度是影响吸声单元表面阻抗的关键因素，缝宽过小，声阻过大，声波很难流入背腔而实现高效吸声。缝宽过大，空气粒子在微缝处的流速明显变小，与微缝壁摩擦损失降低，起不到耗能作用。进一步地，刚性壳体的高度大于2mm，刚性壳体厚度过小，需考虑背腔中的摩擦损耗的影响，增加设计难度，且不便于实际加工应用。若所需吸声峰值对应的刚性壳体厚度的确实较小，可以通过缩小单元的长或宽来增大壳体厚度。本专利技术公开的包括上述微缝低频吸声单元的嵌套式宽带吸声结构，若干微缝低频吸声单元在高度方向上连续叠加嵌套形成多层并联耦合结构，在目标吸声频段确定的情况下，通过对微缝低频吸声单元参数的计算和设计，使每个微缝低频吸声单元对应的吸声峰值连续平均分配到目标吸声频段，从而，可以在较宽的低频范围内形成多个峰值连续的宽带吸声。同时，嵌套式的组合，使得两个或多个吸声单元组合后的吸声面板尺寸增加量显著减小，和传统并联组合结构的吸声面板尺寸是单元个数的倍数相比，吸声面板小的多，占用面积小，能够实现更多微缝低频吸声单元的组合，形成吸声频带更宽的紧凑型吸声体，能够广泛应用在多种工况条件下。进一步地，每层微缝低频宽带吸声单元的数量为1～4，每层布置单元的个数根据所需吸声峰值情况来确定，常规可选一个，但当所需多个吸声峰值对应的单元刚性壳体厚度均过小(＜2mm)时，可以考虑将多个单元布置在一层。当一层包含4个单元时，仍可以将四个单元布置在一层四周，但当单元个数继续增多后，嵌套结构复杂度明显提升，不利于实际应用。进一步地，每层微缝低频宽带吸声单元的阶梯型微缝的深度与其上方紧邻微缝低频吸声单元的高度相等。如此布置，能够最终使各单元的微缝顶端共面，保持顶板平齐，便于实际应用。进一步地，刚性背腔的截面积由上至下逐层增大，每层增大的截面积为该层单元所对应的顶板处微缝截面积，如此布置，可借助上层单元壁面形成下层单元微缝，且能够使嵌套单元最终形成规则的长方体结构便于实际应用。进一步地，所有微缝低频吸声单元的阶梯型微缝在顶板上的各个方向上分散设置，有易于降低多单元之间的耦合，便于实现单个吸声峰值的调整，最终达到所需吸声效果。进一步地，若干微缝低频吸声单元按吸声峰值频率值由上到下依次设置，吸声峰值频率最高的微缝低频吸声单元设在嵌套式吸声结构的顶层，吸声峰值频率最低的微缝低频吸声单元设在嵌套式吸声结构的底层，由于微缝厚度能明显改变结构表面的声阻抗，厚度增大，可使吸声峰值频率向低频移动，若将低频布置在最下层，借助大的微缝厚度，可以有效降低单元壳体厚度，缩小结构尺寸。若将高频单元布置到下层，可能会使得对应的壳体厚度过小，甚至无法达到所需的吸声峰值。附图说明图1为本专利技术的微缝低频吸声单元的整体结构示意图；图2为图1的剖视图；图3为实施例1的嵌套式宽带吸声结构的整体结构示意图；图4为实施例1的嵌套式宽带吸声结构的整体结构俯视图；图5为图4的A-A视图；图6为图4的B-B视图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微缝低频吸声单元，其特征在于，包括刚性壳体(11)和设置在刚性壳体(11)上的吸声面板(10)，吸声面板(10)和刚性壳体(11)合围形成刚性背腔，吸声面板(10)的一侧设有阶梯型微缝(12)，阶梯型微缝(12)与刚性背腔连通，阶梯型微缝(12)的上端开口尺寸大于下端开口。/n

【技术特征摘要】
1.一种微缝低频吸声单元，其特征在于，包括刚性壳体(11)和设置在刚性壳体(11)上的吸声面板(10)，吸声面板(10)和刚性壳体(11)合围形成刚性背腔，吸声面板(10)的一侧设有阶梯型微缝(12)，阶梯型微缝(12)与刚性背腔连通，阶梯型微缝(12)的上端开口尺寸大于下端开口。


2.根据权利要求1所述的微缝低频吸声单元，其特征在于，阶梯型微缝(12)的阶梯数为1～5。


3.根据权利要求1所述的微缝低频吸声单元，其特征在于，每阶阶梯的宽度相等，阶梯型微缝(12)的宽度为0.3～3mm。


4.根据权利要求1所述的微缝低频吸声单元，其特征在于，刚性壳体(11)的高度大于2mm。


5.一种嵌套式宽带吸声结构，其特征在于，包括若干权利要求1～4任意一项所述的微缝低频吸声单元，若干微缝低频吸声单元在高度方向上连续叠加嵌套形成多层并联结构，所有微缝低频吸声单元的阶梯型微缝(12)的上端开口共面设置在嵌套式宽带吸声结构的顶板(9)上；每个微缝低频吸声单元对应目标吸声...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴九汇，刘红星，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61