基于声学超表面的轻薄复合隔声结构及隔声方法技术

本发明专利技术提供一种基于声学超表面的轻薄复合隔声结构及隔声方法，基于声学超表面的轻薄复合隔声结构包括：声源侧表面隔声层、中间隔声层和隔声侧表面隔声层；声源侧表面隔声层的反面设置若干个第一凸槽；所述中间隔声层的正面设置若干个凹槽；上层子空间形成上层吸声层，用于布置梯度泡沫单元。下层子空间形成下层减振吸声层，用于布置减振吸声材料。本发明专利技术结构简单，易于加工，拼接和组装，成本低，结构强度和刚度大，密度小，厚度薄，防火保温，具有宽频带隔声效果，尤其对低频段噪声具有优良的阻隔效果，配合吸声层中亚波长声学超表面设计和阻尼材料的应用，可以实现对特定频段噪声更高的隔声量，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于声学超表面的轻薄复合隔声结构及隔声方法
本专利技术涉及隔声降噪
，具体涉及一种基于声学超表面的轻薄复合隔声结构及隔声方法。
技术介绍
现代社会的迅速发展导致环境污染问题也逐渐显现。噪音污染作为环境污染的一种，对人类的生产生活产生了巨大危害。其中，航空航天、交通运输和工业生产中的噪声问题尤为严重。在航空领域中，发动机噪声和飞机高速飞行过程中机体与空气摩擦产生的噪声十分巨大，商用飞机对客舱的噪声水平和乘坐舒适度十分重视，这就需要在飞机内壁安装隔声壁板隔绝噪声，而隔声壁板的重量、厚度和保温性都有严格限制；在工业生产中，机械设备工作过程中的噪声声压级一般都高达90dB以上，对操作人员的使用舒适度和身心健康带来严重危害，因此，隔声罩的应用十分广泛，同时隔声罩的占用面积和厚度也受到限制。噪声传播的三要素包括声源、介质和受体，关于噪音的治理方法，声源处降噪通常是最有效也是最经济的噪声控制措施。隔声是噪声控制工程中常用的一种降噪措施，隔声降噪技术一般通过增加隔声材料或结构的厚度或密度实现，然而低频噪声穿透力较强，难以阻隔，而实际生产应用中，又对隔声装置的重量和厚度有一定的要求，且需要安装方便，目前普通的轻薄隔声结构仅对中高频有较好的隔声效果，低频段则无法发挥较好的隔声作用。因此，如何在减轻重量和减少厚度的情况下不减少对噪声，尤其是对低频段噪声的阻隔，对军事和民用领域具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了弥补现有轻薄隔声装置对噪声尤其是低频段噪声隔绝效果的不足，本专利技术提供一种基于声学超表面的轻薄复合隔声结构及隔声减振方法，解决了隔声结构质量、厚度和隔声效果之间的矛盾，在保证结构强度的前提下，用较小密度和较薄厚度实现了宽频带隔声，特别是针对200Hz以下低频噪声具有优良的隔声效果。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种基于声学超表面的轻薄复合隔声结构，包括：声源侧表面隔声层(1)、中间隔声层(2)和隔声侧表面隔声层(3)；所述中间隔声层(2)夹于所述声源侧表面隔声层(1)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间；所述中间隔声层(2)和所述声源侧表面隔声层(1)之间形成的空间为上层空间；所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间形成的空间为下层空间；所述声源侧表面隔声层(1)的反面设置若干个第一凸槽(6)；所述中间隔声层(2)的正面设置若干个凹槽(7)；所述声源侧表面隔声层(1)的第一凸槽(6)插入所述中间隔声层(2)的凹槽(7)内，进而将所述声源侧表面隔声层(1)和所述中间隔声层(2)之间形成的上层空间划分为多个上层子空间；每个所述上层子空间形成上层吸声层(4)，用于布置梯度泡沫单元(9)；其中，所述梯度泡沫单元(9)与所述声源侧表面隔声层(1)之间的间隙、以及所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)之间的间隙，形成上层吸声层空气腔(14)；所述中间隔声层(2)的反面设置若干个第二凸槽(8)，进而将所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间形成的下层空间划分为多个下层子空间；各个所述下层子空间形成下层减振吸声层(5)，用于布置减振吸声材料。优选的，所述第一凸槽(6)与所述中间隔声层(2)的正面具有间隙；具体的，所述第一凸槽(6)与所述凹槽(7)的槽底面具有间隙；所述凹槽(7)的顶部与所述声源侧表面隔声层(1)的反面具有间隙；所述第一凸槽(6)的截面形状，以及所述凹槽(7)的截面形状均为矩形；所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)的槽高，小于上层吸声层(4)高度，大于1/2上层吸声层(4)高度，为1～10mm。优选的，所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)关于中轴对称，所述凹槽(7)槽宽，大于所述第一凸槽(6)槽宽，所述凹槽(7)和所述第一凸槽(6)之间形成的间隙为第一吸声层空气腔(14.1)；所述凹槽(7)的槽宽为2～40mm，所述第一凸槽(6)的槽宽为1～10mm。优选的，所述第一凸槽(6)为等距平行设置的凸槽；所述凹槽(7)为等距平行设置的凹槽；通过所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)的配合，将所述上层空间划分为多个矩形平行设置的上层子空间；或者所述第一凸槽(6)为横纵均匀垂直设置的凸槽；所述凹槽(7)为横纵均匀垂直设置的凹槽；通过所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)的配合，将所述上层空间划分为多个矩阵形式排列的上层子空间；其中，所述凹槽(7)在十字交叉点开槽避让，保证所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)互不接触。优选的，所述第二凸槽(8)与所述第一凸槽(6)纵向对齐，所述第二凸槽(8)与所述隔声侧表面隔声层(3)的反面相接触，即：所述第二凸槽(8)的槽高，等于所述下层减振吸声层(5)的高度，所述第二凸槽(8)的槽宽为1～10mm。优选的，所述梯度泡沫单元(9)包括n个等宽度、高度依次递减排列的泡沫块；其中，每个所述泡沫块的宽度为d/n，d为梯度泡沫单元(9)的总宽度；n个泡沫块高度设计为：使各个泡沫块的相位响应产生线性相位梯度变化，使其范围覆盖0～2π，实现对声波的反常操控；所述梯度泡沫单元(9)中，相邻两个泡沫块之间、以及泡沫块的外侧均设置高度略低于上层吸声层(4)的隔板(10)；所述梯度泡沫单元(9)和所述声源侧表面隔声层(1)之间形成的间隙为第二吸声层空气腔(14.2)。优选的，所述泡沫块的材料为三聚氰胺泡沫，所述梯度泡沫单元(9)包括的泡沫块的数量n为4或8。优选的，各个所述下层子空间形成下层减振吸声层(5)，用于布置减振吸声材料，具体为：根据隔声结构的振动位移响应仿真结果，确定各个下层子空间对应的模态振型，将前6阶模态主阵型发生位置对应的下层子空间布置约束阻尼材料(11)；将前6阶模态次阵型发生位置对应的下层子空间布置自由阻尼材料(12)，剩余的下层子空间为下层减振吸声层空气腔(13)。优选的，所述声源侧表面隔声层(1)、所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)的厚度为0.5～10mm，所述上层吸声层(4)厚度为5～50mm，所述下层减振吸声层(5)的厚度为1～10mm；所述声源侧表面隔声层(1)、所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)，采用铝合金或复合材料制成。本专利技术还提供一种基于声学超表面的轻薄复合隔声结构的隔声方法，包括以下步骤：1)入射声波达到声源侧表面隔声层(1)，在声源侧表面隔声层(1)表面产生反射和透射；其中，入射声波中大量声波被声源侧表面隔声层(1)反射，进而被隔绝；入射声波中少量声波穿过声源侧表面隔声层(1)，形成透射声波；2)透射声波到达梯度泡沫单元(9)，梯度泡沫单元(9)的表面为亚波长声学超表面，透射声波在亚波长声学超表面产生异常反射和入射，使梯度泡沫单元(9)的周期长度小于半波长，即：使λi/d≥2，可消除低频段噪声的高阶反射波，使声波在从各角度入射时吸声系数基本保持不变，从而实现梯度泡沫单元(9)对透射声波的一次吸收；另外，在亚波长声学超表面产生异常反射的声波，以及在第一凸槽(6)和凹槽(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声学超表面的轻薄复合隔声结构，其特征在于，包括：声源侧表面隔声层(1)、中间隔声层(2)和隔声侧表面隔声层(3)；所述中间隔声层(2)夹于所述声源侧表面隔声层(1)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间；所述中间隔声层(2)和所述声源侧表面隔声层(1)之间形成的空间为上层空间；所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间形成的空间为下层空间；/n所述声源侧表面隔声层(1)的反面设置若干个第一凸槽(6)；所述中间隔声层(2)的正面设置若干个凹槽(7)；所述声源侧表面隔声层(1)的第一凸槽(6)插入所述中间隔声层(2)的凹槽(7)内，进而将所述声源侧表面隔声层(1)和所述中间隔声层(2)之间形成的上层空间划分为多个上层子空间；每个所述上层子空间形成上层吸声层(4)，用于布置梯度泡沫单元(9)；其中，所述梯度泡沫单元(9)与所述声源侧表面隔声层(1)之间的间隙、以及所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)之间的间隙，形成上层吸声层空气腔(14)；/n所述中间隔声层(2)的反面设置若干个第二凸槽(8)，进而将所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间形成的下层空间划分为多个下层子空间；各个所述下层子空间形成下层减振吸声层(5)，用于布置减振吸声材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于声学超表面的轻薄复合隔声结构，其特征在于，包括：声源侧表面隔声层(1)、中间隔声层(2)和隔声侧表面隔声层(3)；所述中间隔声层(2)夹于所述声源侧表面隔声层(1)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间；所述中间隔声层(2)和所述声源侧表面隔声层(1)之间形成的空间为上层空间；所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间形成的空间为下层空间；
所述声源侧表面隔声层(1)的反面设置若干个第一凸槽(6)；所述中间隔声层(2)的正面设置若干个凹槽(7)；所述声源侧表面隔声层(1)的第一凸槽(6)插入所述中间隔声层(2)的凹槽(7)内，进而将所述声源侧表面隔声层(1)和所述中间隔声层(2)之间形成的上层空间划分为多个上层子空间；每个所述上层子空间形成上层吸声层(4)，用于布置梯度泡沫单元(9)；其中，所述梯度泡沫单元(9)与所述声源侧表面隔声层(1)之间的间隙、以及所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)之间的间隙，形成上层吸声层空气腔(14)；
所述中间隔声层(2)的反面设置若干个第二凸槽(8)，进而将所述中间隔声层(2)和所述隔声侧表面隔声层(3)之间形成的下层空间划分为多个下层子空间；各个所述下层子空间形成下层减振吸声层(5)，用于布置减振吸声材料。


2.根据权利要求1所述的基于声学超表面的轻薄复合隔声结构，其特征在于，所述第一凸槽(6)与所述中间隔声层(2)的正面具有间隙；具体的，所述第一凸槽(6)与所述凹槽(7)的槽底面具有间隙；所述凹槽(7)的顶部与所述声源侧表面隔声层(1)的反面具有间隙；
所述第一凸槽(6)的截面形状，以及所述凹槽(7)的截面形状均为矩形；所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)的槽高，小于上层吸声层(4)高度，大于1/2上层吸声层(4)高度，为1～10mm。


3.根据权利要求1所述的基于声学超表面的轻薄复合隔声结构，其特征在于，所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)关于中轴对称，所述凹槽(7)槽宽，大于所述第一凸槽(6)槽宽，所述凹槽(7)和所述第一凸槽(6)之间形成的间隙为第一吸声层空气腔(14.1)；
所述凹槽(7)的槽宽为2～40mm，所述第一凸槽(6)的槽宽为1～10mm。


4.根据权利要求1所述的基于声学超表面的轻薄复合隔声结构，其特征在于，所述第一凸槽(6)为等距平行设置的凸槽；所述凹槽(7)为等距平行设置的凹槽；通过所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)的配合，将所述上层空间划分为多个矩形平行设置的上层子空间；
或者
所述第一凸槽(6)为横纵均匀垂直设置的凸槽；所述凹槽(7)为横纵均匀垂直设置的凹槽；通过所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)的配合，将所述上层空间划分为多个矩阵形式排列的上层子空间；其中，所述凹槽(7)在十字交叉点开槽避让，保证所述第一凸槽(6)和所述凹槽(7)互不接触。


5.根据权利要求1所述的基于声学超表面的轻薄复合隔声结构，其特征在于，所述第二凸槽(8)与所述第一凸槽(6)纵向对齐，所述第二凸槽(8)与所述隔声侧表面隔声层(3)的反面相接触，即：所述第二凸槽(8)的槽高，等于所述下层减振吸声层(5)的高度，所述第二凸槽(8)的槽宽为1～10mm。


6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杰，隋丹，肖和业，潘宝瑞，宋翔，徐靖鉴，赵博洋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61