基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件制造技术

本发明专利技术揭示了一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件，所述声学屏障包括基板及位于基板上的若干微腔结构，所述微腔结构包括主体部及沿周向分布于主体部外侧的若干迷宫单元，迷宫单元内包括若干空气通道，所述迷宫单元的张角逐渐增大，相邻的迷宫单元之间空槽的张角相等。本发明专利技术利用张角渐变微腔结构的共振效应，在亚波长尺度下可以实现多频段乃至宽频的隔声效应，该声学屏障具有良好的隔声效果，且能够很好的保持空气流通，对于新一代声学器件的设计及应用具有重要意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件


[0001]本专利技术属于声学传播
，具体涉及一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件。

技术介绍

[0002]在过去的二十年中，科学家们提出了各种各样的声学超构材料隔声结构，以克服天然材料处理低频声音时的固有限制。相比于传统的多孔材料，它们具有紧凑的外形，可以应用在潮湿和狭窄的空间等恶劣环境之中，这更加有利于控制噪声和改善声环境。然而，在日常生活和实际应用中，通常噪音的产生与背景流体的不稳定性有关，特别是管道、涡轮和喷嘴等。此外，背景流体，如空气或水，通常需要有关自由通道以确保包含这些结构的相应装置正常工作。这些实际情况使得许多以前的超构材料隔声器变的无能为力，因为它们只有在通道完全封闭后才能充分工作，因为声音可以穿透任何小孔。否则，带有传输通道会使得这些超构材料隔声器的性能将急剧下降，往往隔声性能低于50％。
[0003]最近，一些通风超构材料隔声器已经被证实。然而，它们的吸声或通风性能仍然不太令人满意，且同时实现高效隔声和通风性能的研究较少，主要可以表述为较小的开口面积比导致较低的通风性能，或者实验中隔声效率低等。其中，通过局部Fano共振的方案因为较简单的原理和稳定性被广泛应用，可以使一定频率范围内的声波在结构中耗散和吸收，这样的设计使得亚波长单元结构对于低频声波的调节成为可能。然而，通常情况下共振结构具有较窄的共振峰，很难实现多频乃至宽带的隔声效果，尽管可以通过多个不同共振频率的微腔叠加得到多频共振效果，但这往往增加了结构的复杂性以及稳定性，且叠加结构逐渐的耦合可能也会对于共振频率产生较大的干扰。
[0004]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：
[0007]一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，所述声学屏障包括基板及位于基板上的若干微腔结构，所述微腔结构包括主体部及沿周向分布于主体部外侧的若干迷宫单元，迷宫单元内包括若干空气通道，所述迷宫单元的张角逐渐增大，相邻的迷宫单元之间空槽的张角相等。
[0008]一实施例中，所述主体部的半径r为0.5cm～2cm，微腔结构的半径R为2cm～10cm。
[0009]一实施例中，所述主体部呈圆柱状，所述主体部外侧迷宫单元的个数为4～20个。
[0010]一实施例中，所述迷宫单元的最小张角θ0为30
°
～50
°
，增大幅度Δθ为1
°
～3
°
；所述空槽的张角之和为8
°
～24
°
，单个空槽的张角为1
°
～3
°
。
[0011]一实施例中，所述迷宫单元包括若干由内向外设置的弧形部、连接相邻弧形部的第一连接部、及连接最内侧弧形部与主体部的第二连接部，相邻的弧形部之间及最内侧弧形部与主体部之间形成有空气通道。
[0012]一实施例中，所述弧形部的数量为2～10个，弧形部的厚度t1为0.1～0.5cm，空气通道的厚度t2为0.1～0.5cm。
[0013]一实施例中，所述主体部的厚度大于迷宫单元的厚度。
[0014]一实施例中，所述微腔结构的透射系数谱为TL＝10log
10
(p
t
/p
inc
)，p
t
和p
inc
分别为微腔结构的入射能量和透射能量。
[0015]一实施例中，所述主体部的半径r为1cm，微腔结构的半径R为2.5cm；和/或，
[0016]所述主体部外侧迷宫单元的个数为8个；和/或，
[0017]所述迷宫单元的最小张角θ0为36
°
，增大幅度Δθ为2
°
；和/或，
[0018]所述空槽的张角之和为16
°
，单个空槽的张角为2
°
；和/或，
[0019]所述弧形部的数量为5个，弧形部的厚度t1为0.25cm，空气通道的厚度t2为0.25cm。
[0020]本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：
[0021]一种声学器件，所述声学器件包括上述的声学屏障。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术利用张角渐变微腔结构的共振效应，在亚波长尺度下可以实现多频段乃至宽频的隔声效应，该声学屏障具有良好的隔声效果，且能够很好的保持空气流通，对于新一代声学器件的设计及应用具有重要意义。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术中声学屏障的结构示意图。
[0026]图2a为本专利技术中微腔结构的立体结构示意图；
[0027]图2b为本专利技术中微腔结构的平面结构示意图。
[0028]图3a为本专利技术一具体实施例中声学屏障的的透射系数谱；
[0029]图3b至3e为本专利技术一具体实施例中不同共振频率下的微腔结构中的共振模式分布图。
[0030]图4为本专利技术一具体实施例中不同激发频率下声学屏障的声压分布场图。
[0031]图5a为本专利技术一具体实施例中不同损耗情况下声学屏障结构的透射系数谱的变化图；
[0032]图5b为本专利技术一具体实施例中不同风速气流经过微腔结构时透射端的风速变化图。
具体实施方式
[0033]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实
施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0034]参图1所示，本专利技术公开了一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，包括基板10及位于基板上的若干微腔结构20。
[0035]参图2a、2b所示，本专利技术中的微腔结构包括主体部21及沿周向分布于主体部外侧的若干迷宫单元22，迷宫单元22内包括若干空气通道，迷宫单元的张角逐渐增大，相邻的迷宫单元22之间空槽23的张角相等。
[0036]优选地，主体部21的半径r为0.5cm～2cm，微腔结构20的半径R为2cm～10cm。
[0037]优选地，主体部21呈圆柱状，主体部外侧迷宫单元22的个数为4～20个。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，其特征在于，所述声学屏障包括基板及位于基板上的若干微腔结构，所述微腔结构包括主体部及沿周向分布于主体部外侧的若干迷宫单元，迷宫单元内包括若干空气通道，所述迷宫单元的张角逐渐增大，相邻的迷宫单元之间空槽的张角相等。2.根据权利要求1所述的基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，其特征在于，所述主体部的半径r为0.5cm～2cm，微腔结构的半径R为2cm～10cm。3.根据权利要求1所述的基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，其特征在于，所述主体部呈圆柱状，所述主体部外侧迷宫单元的个数为4～20个。4.根据权利要求1所述的基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，其特征在于，所述迷宫单元的最小张角θ0为30
°
～50
°
，增大幅度Δθ为1
°
～3
°
；所述空槽的张角之和为8
°
～24
°
，单个空槽的张角为1
°
～3
°
。5.根据权利要求1所述的基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，其特征在于，所述迷宫单元包括若干由内向外设置的弧形部、连接相邻弧形部的第一连接部、及连接最内侧弧形部与主体部的第二连接部，相邻的弧形部之间及最内侧弧形部与主体部之间形成有空气通道。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝印，徐亚东，权家琪，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：