一种低频宽带吸声器制造技术

一种低频宽带吸声器，包括共振器，所述共振器的外部包覆有多孔材料层，所述多孔材料层的一侧连接有刚性背衬，与刚性背衬相对的一侧为入射面；所述共振器包括内部壳体和外部壳体，所述内部壳体位于外部壳体的内部；所述外部壳体靠近声波入射面的一侧中心设置有第一开口，所述内部壳体靠近刚性背衬的一侧中心设置有第二开口，所述第一开口与第二开口相对设置。本发明专利技术能够在低频波段的宽带范围内对声波进行高效吸收，且高效吸收效果几乎不受声波入射角度影响。射角度影响。射角度影响。

【技术实现步骤摘要】
一种低频宽带吸声器


[0001]本专利技术属于声学领域，涉及一种吸声结构，具体涉及一种低频宽带吸声器。

技术介绍

[0002]传统的吸声材料包括多孔材料层、微穿孔板等，它们在中高频段通常有不俗的吸声表现，但面对低频声波时，往往需要巨大的结构厚度才能有较好的吸收效果，影响了吸声材料在低频消声降噪领域的应用。
[0003]声学超材料的出现为低频吸声开阔了新的道路，声学超材料能够以远小于波长的厚度实现高效的声吸收，这样的特性使得该类型材料在处理低频声吸收问题上具有广阔的应用前景。然而由于共振器的吸声原理，绝大多数现有的低频吸声器的吸声频带都比较窄。目前扩展吸声频带的主要方法是将多个不同工作频率的吸声器进行组合。但是，这种组合方式会使得吸声结构过于复杂和庞大，在实际应用中增加了制造成本。
[0004]为解决上述问题，近来的研究提出了多孔材料层以下改进措施：在多孔材料层中加入硬质包含物，由于多孔材料层与包含物外壁之间的作用导致束缚模态的出现，这大幅度增强了多孔材料层在中低频段的声吸收效果，但其高吸收峰在中低频范围内往往是离散分布的，不利于实现宽频带的声的吸收。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种低频宽带吸声器，能够通过体积较小的单一结构单元，在低频波段的宽带范围内对声波进行高效吸收，且高效吸收效果几乎不受声波入射角度影响。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种低频宽带吸声器，包括共振器，所述共振器的外部包覆有多孔材料层，所述多孔材料层的一侧连接有刚性背衬，与刚性背衬相对的一侧为入射面。
[0008]根据本专利技术，所述共振器包括内部壳体和外部壳体，所述内部壳体位于外部壳体的内部，优选地，所述内部壳体和外部壳体的横截面为矩形，例如为正方形，优选地，所述内部壳体和外部壳体同心设置。
[0009]根据本专利技术，所述多孔材料层的横截面为中空矩形，该中空部分容纳共振器，优选地，所述多孔材料层与共振器同心设置；
[0010]优选地，所述内部壳体的内部为中空共振腔，所述内部壳体外壁和外部壳体的内壁构成另一中空共振腔。
[0011]根据本专利技术，所述外部壳体靠近声波入射面的一侧中心设置有第一开口，所述内部壳体靠近刚性背衬的一侧中心设置有第二开口，所述第一开口与第二开口相对设置，优选地，所述第一开口与第二开口的宽度相同，均为w。
[0012]根据本专利技术，所述第二开口上连接有长管道，优选地，所述长管道设置在内部壳体的内部，优选地，所述长管道的宽度与第二开口的宽度相同，为w，所述长管道的长度为l；
[0013]根据本专利技术，所述内部壳体和外部壳体的横截面优选为同心正方形且壁厚相同，均为t；
[0014]优选地，所述外部壳体的边长为a1，内部壳体的边长为a2，内部壳体内壁与外部壳体外壁之间的通道宽度(即垂直距离)为c，c＝(a1‑
a2‑
t*2)/2；优选地，所述多孔材料层的宽度为L，厚度为D。
[0015]优选地，所述外部壳体的边长a1为50
‑
70mm，内部壳体的边长a2为25
‑
50mm；优选地，所述通道宽度c≥4mm)，所述多孔材料层的宽度L为80
‑
150mm，厚度D为80
‑
150mm；优选地，所述内部壳体、外部壳体的壁厚t为1
‑
3mm；
[0016]优选地，所述第一开口、第二开口和长管道的宽度w为2
‑
10mm，所述长管道的长度l为0
‑
25mm。
[0017]根据本专利技术，所述外部壳体的边长a1为60mm，所述内部壳体的边长a2为43mm，所述内部壳体和外部壳体的壁厚t均为2mm，所述内部壳体内壁与外部壳体外壁之间的通道宽度c为6.5mm。
[0018]优选地，所述第一开口、第二开口和长管道的宽度w为3mm，所述长管道的长度l为14mm。
[0019]优选地，所述多孔材料层的宽度为L为120mm，厚度D为90mm。
[0020]优选地，所述共振器的声阻抗大于背景介质声阻抗的300倍及以上。
[0021]优选地，共振器选用塑料或金属制成，所述多孔材料层选用吸声海绵制成。
[0022]优选地，所述吸声海绵的等效孔隙率为0.95，曲折因子为1.42，流阻率为8900Nsm
‑4，粘滞特征长度为180μm，热特征长度为360μm。
[0023]根据本专利技术，所述共振器(1)的吸声系数A可以表示为公式一：
[0024][0025]其中，r为声压反射系数，f
r
为共振频率，为结构的损耗因子，为泄漏因子。
[0026]根据本专利技术，所述吸声器对在289
‑
1112Hz的宽频段声音的吸收系数均高于0.8，在此对应波长为1.19
‑
0.31m，低频噪声波长达吸声器结构厚度的13倍。
[0027]本专利技术还提供上述吸声器的用途，其用于吸收低频声波。
[0028]根据本专利技术，所述吸声器设置在住宅、隔音设备或列车中，用于吸收环境中的低频声波。
[0029]有益效果
[0030]本专利技术的一种低频宽带吸声器，仅使用单一结构单元，即能够实现在低频波段的宽带范围内对声波进行高效吸收，且高效吸收效果几乎不受声波入射角度影响，设计的吸收器厚度仅为声波波长的约1/13，占用的空间体积较小，在低频降噪领域有广阔的应用前景。
附图说明
[0031]图1为本专利技术中低频宽带吸声器结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例1中随共振器内部壳体的边长a2变化的声吸收频谱仿真结果；
[0033]图3为本专利技术实施例1中随共振器长管道的长l变化的声吸收频谱仿真结果；
[0034]图4为本专利技术实施例1中随共振器外部壳体的边长a1变化的声吸收频谱仿真结果；
[0035]图5为本专利技术实施例1中随共振器第一开口、第二开口及长管道的宽度w变化的声吸收频谱仿真结果；
[0036]图6为本专利技术实施例1中选用3D打印塑料样品与吸声海绵的实验结果与仿真结果的对比图；
[0037]图7为本专利技术实施例1中在不同声波入射角度的仿真结果图；
[0038]图8为本专利技术实施例1中在随机声波入射角度的仿真结果图。
[0039]图中，1
‑
共振器，2
‑
多孔材料层，3
‑
刚性背衬，4
‑
内部壳体，5
‑
外部壳体，6
‑
第一开口，7
‑
第二开口，8
‑
长管道。
具体实施方式
[0040]下文将结合具体附图和实施例对本专利技术的通式化合物及其制备方法和应用做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本专利技术，而不应被解释为对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频宽带吸声器，其特征在于，包括共振器(1)，所述共振器(1)的外部包覆有多孔材料层(2)，所述多孔材料层(2)的一侧连接有刚性背衬(3)，与刚性背衬(3)相对的一侧为入射面；所述共振器(1)包括内部壳体(4)和外部壳体(5)，所述内部壳体(4)位于外部壳体(5)的内部；所述外部壳体(5)靠近声波入射面的一侧中心设置有第一开口(6)，所述内部壳体(4)靠近刚性背衬(3)的一侧中心设置有第二开口(7)，所述第一开口(6)与第二开口(7)相对设置。2.根据权利要求1所述的低频宽带吸声器，其特征在于，所述第二开口(7)上连接有长管道(8)，所述长管道(8)设置在内部壳体(4)的内部；优选地，所述长管道(8)的宽度与第二开口(7)的宽度相同，为w，所述长管道(8)的长度为l；优选地，所述第一开口(6)与第二开口(7)的宽度相同，均为w；优选地，所述内部壳体和外部壳体的横截面为矩形，例如为正方形，优选地，所述内部壳体和外部壳体同心设置。3.根据权利要求1所述的低频宽带吸声器，其特征在于，所述多孔材料层(2)的横截面为中空矩形，该中空部分容纳共振器(1)，优选地，所述多孔材料层(2)与共振器(1)同心设置；优选地，所述内部壳体(4)的内部为第一中空共振腔，所述内部壳体(4)外壁和外部壳体(5)的内壁构成第二中空共振腔；优选地，所述内部壳体(4)和外部壳体(5)的横截面优选为同心正方形且壁厚相同，均为t。4.根据权利要求1至3中任一项所述的低频宽带吸声器，其特征在于，所述外部壳体(5)的边长为a1，内部壳体(4)的边长为a2，内部壳体(4)内壁与外部壳体(5)外壁之间的通道宽度为c，c＝(a1‑
a2‑
t*2)/2；优选地，所述多孔材料层(2)的宽度为L，厚度为D；优选地，所述外部壳体(5)的边长为a1为50
‑
70mm，内部壳体(4)的边长为a2为25
‑
50mm；优选地，所述通道宽度c≥4mm，所述多孔材料层(2)的宽度L为80
‑
150mm，厚度D为80
‑
150mm，所述内部壳体...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐家豪，朱兴凤，吴大建，陈帝超，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：