一种全频带超构吸声体制造技术

本发明专利技术公开了一种全频带超构吸声体，包括框体以及固定设于框体内用于吸收噪声的吸声体；吸声体沿声源传播方向依次布置有前面板、高频吸声体、中频共振腔、阻抗匹配层与低频吸声体；吸声体在声源传播方向上的厚度为150~400mm。高频吸声体由若干微穿孔板串联排列组成，相邻微穿孔板间设有用于吸声的背部空腔；前面板为金属穿孔板，对高频吸声体起保护作用；中频共振腔为规则四棱柱；阻抗匹配层为气凝胶或薄膜共振结构；低频吸声体为共鸣腔阵列的平板吸声结构。本发明专利技术不含多孔吸声材料，环境抗性好，使用寿命长，结构紧凑，厚度薄，全频带吸声性能良好，可用于静音室、半消声室和全消声室。

【技术实现步骤摘要】
一种全频带超构吸声体
本专利技术涉及一种建筑吸声材料，具体为一种全频带超构吸声体。
技术介绍
随着科学技术的发展，特别是材料科学的兴起与普及，人们对吸声材料提出了更高的要求：吸声材料向着高性能、全频带、轻量化的方向发展。传统的吸声材料已无法满足特定场景（如半消声室、全消声室、静音室）对吸声性能的要求。鉴于此，开发一种全频带的超构吸声体，对提高材料吸声性能，改善实验环境条件具有重要意义。目前，国内对于特定场景的吸声材料一般为吸声尖劈、吸声平板的一种或多种组合的形式。吸声尖劈的吸声性能随着尖劈长度的增加而增加，吸声频率随着尖劈长度的增加而降低。对于低频吸声要求较高的环境，其尖劈长度过大，一方面占用空间较大，另一方面安装困难。吸声平板结构紧凑，但其低频吸声性能较差，吸声带宽窄，应用范围较窄。例如，授权公告号为CN105575379B的中国专利公开了一种消声室以及用于其的消声器，包括消声主体，所述消声主体包括沿声音传播方向相连的吸声平板和吸声尖劈。该技术方案结合了吸声尖劈与吸声平板的吸声特性，吸声性能较好，但对于低频吸声，其整体厚度较厚，占用空间较大，同时传统多孔材料（吸声尖劈）的环境抗性较差、使用寿命较短。申请公布号为CN109487714A的中国专利公开了一种全频段吸声降噪板及其制备方法，包括中低频降噪的面层、中高频降噪的填充层、侧面隔声层与背面隔声层。该技术方案通过多层复合材料的低频隔声、中高频吸声，实现全频段降噪的目的，但其中低频降噪面层结构密度较大，其中低频吸声性能一般。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种结构紧凑、整体厚度薄且可用于全频带吸声的超构吸声体。技术方案：本专利技术所述的一种全频带超构吸声体，包括框体以及固定设于框体内用于吸收噪声的吸声体；所述吸声体沿声源传播方向依次布置有高频吸声体、中频共振腔、阻抗匹配层与低频吸声体；所述吸声体在声源传播方向上的厚度为150~400mm。进一步地，为了实现高频噪声的吸收，在吸声体靠近声源的一端先设置高频吸声体，所述高频吸声体由若干微穿孔板串联排列组成，相邻微穿孔板间设有用于吸声的背部空腔。其中，微穿孔板的数量为2~4个，微穿孔板表面开设通孔，通孔的截面形状为圆形或四边形，通孔尺寸为0.05~1.0mm，微穿孔板的穿孔率为0.5%~20%；所述背部空腔的厚度为5~80mm。当声波沿传播方向进入微穿孔板时，当声波沿传播方向垂直进入微穿孔板时，由于微穿孔板孔内空气与背部空腔中空气的垂直共振、声波在传播过程中与微穿孔板孔壁之间的摩擦以及声波在变截面处传播时的热粘性效应，使声波能量转化为热能，实现了吸声，高频吸声体可以吸收噪声的频段为1500~8000Hz。进一步地，为了保护高频吸声体不受外界环境的污染，在高频吸声体前设有前面板，前面板的一侧朝向声源，另一侧朝向高频吸声体；前面板为金属穿孔板，前面板上均匀布置有若干孔径为3.0~10.0mm的圆形通孔，前面板的穿孔率为40%~55%。进一步地，为了实现中频噪声的吸收，在高频吸声体后设置中频共振腔，中频共振腔为规则四棱柱，其截面形状为正梯形，锥度为15~45°，其厚度为5~50mm；在声波传递过程中，由于高频吸声体与中频共振腔的耦合作用，增大了高频吸声体吸声背腔的等效深度，从而拓宽了高频吸声体的吸声频带宽度，实现了中频吸声，高频吸声体与中频共振腔耦合结构可以吸收噪声的频段为400~1500Hz。进一步地，为了实现低频噪声的吸收，在中频共振腔后依次设置有阻抗匹配层和低频吸声体，阻抗匹配层为气凝胶或薄膜共振结构中的一种或多种的组合，其厚度为2~10mm，可以用于入射声波的波长、相位与低频吸声体表面声阻抗的匹配；所述低频吸声体为多级共振腔耦合的吸声结构，包括结构体与嵌入其中的共鸣共振腔，共鸣共振腔在结构体内按正方晶格，长方晶格、三角晶格或六角晶格的形式分布，所述共鸣共振腔为HR型、FP型或MIE型共鸣腔中的一种或多种的组合，其形状为圆柱体、正方体或长方体；共鸣共振腔的数量为24~150个，其深度为30~200mm。优选的低频吸声体为96腔并联排列的HR型吸声结构，包括结构体以及96个嵌入其中呈正方晶格排布的HR型共鸣腔，当声波垂直入射时，由于阻抗匹配层的作用，入射波长、相位与HR型共振腔表面声阻抗相匹配，产生垂直共振，声波在共振腔内振荡，克服摩擦阻力而消耗声能，实现吸声的目的；通常，单个HR型共振腔对应一个共振频率，吸收共振频率下的声波，但由于各共振腔间的邻近耦合作用，产生多个耦合谐振频率，从而拓宽了吸声频率范围，提高结构整体的吸声性能，低频吸声体可以吸收噪声的频段为50~400Hz。工作原理：当声音垂直入射到吸声体的前面板时，由于面板对声音频率的匹配作用，减少声音的反射，使95%以上的声音可以无损透射。声音沿着高频吸声体传播，由于微穿孔板的垂直共振、孔壁摩擦、微孔的热粘性效应与各穿孔板间的耦合作用，吸收高频噪声。在高频吸声体与中频共振腔耦合共振作用下，拓宽了高频吸声体的吸声频带，吸收中频噪声。当声音透过中频共振腔垂直入射到阻抗匹配层时，实现了声音频率、相位、声压与低频吸声体表面阻抗的匹配。最后，在低频吸声体耦合共振作用下，吸收低频噪声。有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性优点：1、不含多孔吸声材料，环境抗性好，使用寿命长；2、结构紧凑，厚度薄，全频带吸声性能良好；3、在吸声性能相同的情况下，超构吸声体的厚度更薄；4、在结构厚度相同的情况下，超构吸声体的吸声性能更好，尤其是低频吸声性能。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图；图2是本专利技术的爆炸示意图；图3是本专利技术高频吸声体结构示意图；图4是本专利技术低频吸声体结构示意图；图5是本专利技术实施例的超构吸声体的吸声特性曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示的全频带超构吸声体，包括框体1、前面板2、高频吸声体3、中频共振腔4、阻抗匹配层5以及低频吸声体6，且前面板2和各吸声体通过卡槽和卡扣固定在框体1上。超构吸声体，其外形尺寸为：300mm（W）×200mm（D）×235mm（H）。参见图2-4，前面板2为金属穿孔板，其板厚为1mm，穿孔直径为5.0mm，穿孔率为45%。高频吸声体3为四层微穿孔板31串联排列的吸声结构，各微穿孔板31之间由背部空腔32隔开，微穿孔板31的厚度均为0.3mm，微穿孔板31表面开设通孔，通孔的截面为圆形，图中按照从左到右排布的微穿孔板31上通孔尺寸依次为0.1mm，0.1mm，0.8mm，0.1mm，对应的微穿孔板31的穿孔率依次为8.7%，4.9%，2.7%，2.0%，对应的背部空腔32的厚度依次为21.0mm，25.0mm，9.0mm，25.0mm，高频吸声体总厚度为80mm。中频共振腔4为正梯形截面的四棱柱，其锥度为38°，厚度为15mm。阻抗匹配层5为薄膜共振结构，其总厚度为5mm。低频吸声体为96腔并联排列的HR型吸声结构，包括结构体61以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全频带超构吸声体，其特征在于：包括框体(1)以及固定设于框体(1)内用于吸收噪声的吸声体；所述吸声体沿声源传播方向依次布置有高频吸声体(3)、中频共振腔(4)、阻抗匹配层(5)与低频吸声体(6)；所述吸声体在声源传播方向上的厚度为150~400mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种全频带超构吸声体，其特征在于：包括框体(1)以及固定设于框体(1)内用于吸收噪声的吸声体；所述吸声体沿声源传播方向依次布置有高频吸声体(3)、中频共振腔(4)、阻抗匹配层(5)与低频吸声体(6)；所述吸声体在声源传播方向上的厚度为150~400mm。


2.根据权利要求1所述的全频带超构吸声体，其特征在于：所述高频吸声体(3)由若干微穿孔板(31)串联排列组成，相邻微穿孔板(31)间设有用于吸声的背部空腔(32)。


3.根据权利要求2所述的全频带超构吸声体，其特征在于：所述微穿孔板(31)的数量为2~4个，微穿孔板(31)表面开设通孔，所述通孔的截面形状为圆形或四边形，通孔尺寸为0.05~1.0mm，微穿孔板(31)的穿孔率为0.5%~20%；所述背部空腔(32)的厚度为5~80mm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的全频带超构吸声体，其特征在于：框体(1)内还设有用于保护高频吸声体的前面板(2)，所述前面板(2)的一侧朝向声源，另一侧朝向高频吸声体(3)。


5.根据权利要求4所述的全频带超构吸声体，其特征在于：所述前面板(2)为金属穿孔板，前面板(2)上均匀布置有若干孔径为3.0~...

【专利技术属性】
技术研发人员：解龙翔，卢明辉，黄唯纯，钟雨豪，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32