專利名稱：一種薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸聲控制領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種薄板吸聲結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)是一種低頻吸聲結(jié)構(gòu)，其吸聲的基本原理是當(dāng)聲波入射到 板的表面時(shí)，激勵(lì)板的模態(tài)振動(dòng)，把聲能量轉(zhuǎn)換成板的振動(dòng)能，利用板的阻尼損 耗，將板的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成熱能，從而達(dá)到吸聲的目的。這種吸聲結(jié)構(gòu)的板材通 常由木材、金屬材料、塑料等構(gòu)成。由于這些材料的損耗因子比較小，在第一階 模態(tài)處的吸聲系數(shù)通常都很低。為了提供足夠的阻尼，改善板式共振吸聲結(jié)構(gòu)的 吸聲特性，通常在板上加約束阻尼層，或者在板后空腔內(nèi)添加泡沫材料和纖維材 料。其典型結(jié)構(gòu)如圖l所示。l是共振薄板；2是約束阻尼層，為薄板提供阻尼 作用；3是共振腔，與薄板的彈性一起構(gòu)成共振系統(tǒng)的彈性抗，板和約束阻尼層 的質(zhì)量構(gòu)成共振系統(tǒng)的質(zhì)量抗；系統(tǒng)的阻尼由薄板的內(nèi)部阻尼、邊界阻尼、以及 約束阻尼層的阻尼共同提供，如果空腔內(nèi)填充纖維或泡沫材料，也可為共振系統(tǒng) 提供部分阻尼；4是支架，起到固定薄板的作用，與剛性被襯5—起構(gòu)成封閉空 腔3。這種薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，吸聲系數(shù)比較低，約束阻尼層會(huì)較大地增 加吸聲結(jié)構(gòu)的重量，并且其阻尼效果受到溫度等變化的影響較大。如果空腔內(nèi)填 充纖維或泡沫材料，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。在低頻，需要比較大的空腔，這樣就 必須要有比較大的安裝空間。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種不需要約束阻尼層、共振腔以及填充材料的薄板低 頻吸聲結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)包括金屬薄板和粘貼 在該金屬薄板上的壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片兩極間接有電阻。3上述技術(shù)方案中，所述壓電陶瓷薄片兩極間接還接有電感，所述電感與所述 電阻串聯(lián)。上述技術(shù)方案中，所述電感為可變電感。上述技術(shù)方案中，所述壓電陶瓷片與金屬薄板間用導(dǎo)電膠粘接。 上述技術(shù)方案中，所述電感是由兩個(gè)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的模擬電感。 上述技術(shù)方案中，所述電阻的阻值范圍在5歐姆到30千歐姆之間。 上述技術(shù)方案中，所述電感的取值范圍在O.l亨到30亨之間。 上述技術(shù)方案中，所述金屬薄板的邊沿部分固定。 上述技術(shù)方案中，所述壓電陶瓷片的厚度小于所述金屬薄板的厚度。本發(fā)明的技術(shù)效果如下可以有效提高薄板基頻處的吸聲系數(shù)；并且通過(guò)調(diào)節(jié)電感可以調(diào)出另外一個(gè) 吸聲峰，與薄板的基頻吸聲峰結(jié)合，可有效加寬吸聲頻帶的寬度。另外，本發(fā)明 的重量輕，安裝空間小，并且在共振頻率附近吸聲系數(shù)可以達(dá)到0.9以上。


圖1是現(xiàn)有的典型的低頻薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明的低頻薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)圖； 圖3是壓電陶瓷片兩電極外接的分流電路圖； 圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的吸聲系數(shù)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的吸聲結(jié)構(gòu)由金屬薄板和壓電陶瓷薄片組成，壓電陶瓷薄片兩極間接 有電阻和電感的串聯(lián)電路。利用金屬薄板的第一階模式共振，其阻尼由薄板本身 的阻尼和接有電路的壓電陶瓷片提供。當(dāng)聲波入射到薄板上時(shí)，激勵(lì)薄板的模態(tài) 振動(dòng)，振動(dòng)能量一部分由薄板的阻尼轉(zhuǎn)化成熱能；另一部分由壓電陶瓷片轉(zhuǎn)換成 電能，電流通過(guò)壓電陶片兩極連接的電路做功，產(chǎn)生熱能，從而達(dá)到吸聲的目的。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。實(shí)施例1本實(shí)施例是應(yīng)用于低頻的薄板吸聲結(jié)構(gòu)，圖2所示是本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它與圖1所示薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是用壓電陶瓷片6代替了約束阻 尼層2。其優(yōu)點(diǎn)在于，壓電陶瓷片的等效阻尼系數(shù)可通過(guò)分流電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣可以控制金屬板的吸聲系數(shù)，在共振頻率附近大幅度提高。并且壓電陶瓷片 相對(duì)于約束阻尼層質(zhì)量更輕，其阻尼特性不受溫度等環(huán)境因素而變化。另外本發(fā) 明的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)不需要封閉空腔，這樣就大大減小了整個(gè)吸聲結(jié)構(gòu)的安裝 空間。本實(shí)施例中，金屬薄板1的四邊(即邊沿部分)通過(guò)固定夾具8固定住，當(dāng) 聲波入射到薄板的表面時(shí)激勵(lì)起薄板的第一階模式共振，從而在低頻形成共振吸 聲機(jī)制。吸聲頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)薄板的尺寸和厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。壓電陶瓷片6與金屬薄 板1間可用導(dǎo)電膠粘接，金屬薄板1與壓電陶瓷片6粘接的一端可直接接地，并 與分流電路7的接地端連接。壓電陶瓷片6的另一電極與分流電路7的另一端相 連。分流電路7的具體形式如圖3所示，由電阻9與模擬電感10串聯(lián)組成。如 果分流電路7只有電阻9構(gòu)成，同樣可以提高共振頻率處的吸聲效果，此時(shí)電路 非常簡(jiǎn)單，但吸聲效果提高的程度有限。通過(guò)串聯(lián)模擬電感IO可對(duì)吸聲效果大 幅度改善，不僅可以提高共振頻率處的吸聲系數(shù)，并且可以調(diào)出第二個(gè)吸聲峰， 這樣可以有效地把吸聲頻帶加寬。具體實(shí)施中采用哪種電路可根據(jù)需求而定。由 于設(shè)計(jì)的是低頻吸聲機(jī)構(gòu)，電路中需要幾亨以上的大電感。電感是用運(yùn)算放大器 11實(shí)現(xiàn)的模擬電感10。具體的電路圖如圖3中虛線內(nèi)所示，由3個(gè)固定電阻12、 13、 14和可調(diào)電阻15，以及電容16和兩個(gè)運(yùn)算放大器11構(gòu)成。其中模擬電感 的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻15來(lái)實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)分流電路中，串聯(lián)電阻為結(jié)構(gòu)提 供了能量損耗機(jī)制，而電感則起到了調(diào)諧的作用。電阻9的選取主要與壓電材料的機(jī)電耦合系數(shù)以及內(nèi)阻有關(guān)，而電感10的 選取則與要控制的吸聲頻率、壓電材料的等效電容有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中電阻9的選取在 5歐姆到30千歐姆之間變化，而電感的取值范圍則在0.1亨到30亨之間變化。 金屬薄板可以采用方板或圓板，但不限于這兩種形狀。金屬薄板的尺寸的選取， 同樣是由要控制的吸聲頻率來(lái)決定。金屬薄板的基頻由其密度、彈性系數(shù)、尺寸、 邊界條件決定。因此在控制的吸聲頻率定下來(lái)后，可根據(jù)需要選擇金屬薄板的尺 寸。壓電陶瓷片的厚度不宜大于薄板的厚度，以免對(duì)薄板的基頻影響過(guò)大。實(shí)驗(yàn)中控制的吸聲頻率在208Hz附近，在不加壓電陶瓷片及其分流電路的 情況下，吸聲系數(shù)只有0.4左右。在粘貼壓電陶瓷片以及分流電路后，其吸聲系 數(shù)達(dá)到了0.9以上，并且調(diào)出了兩個(gè)吸聲峰(如圖4所示)，從而使得吸聲頻帶 相應(yīng)加寬。由于壓電陶瓷片等參數(shù)受溫度等變化影響很小，并且其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)增 加的質(zhì)量很小。因此本控制方法與用橡膠材料等增加系統(tǒng)阻尼的方法相比具有質(zhì) 量輕和不受溫度影響等優(yōu)點(diǎn)。并且本結(jié)構(gòu)不需要后面的密閉空腔，因此其安裝空 間可以大大減小。本發(fā)明的薄板低頻共振吸聲結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，不需要大的安裝空間。不僅適合于 消聲室、音樂(lè)廳等要求低頻吸聲效果的建筑房間，并且可以應(yīng)用于管道、以及各 種電器的低頻噪聲控制。
權(quán)利要求
1、一種薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，包括金屬薄板和粘貼在該金屬薄板上的壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片兩極間接有電阻。
2、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壓電陶瓷薄 片兩極間接還接有電感，所述電感與所述電阻串聯(lián)。
3、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電感為可變 電感。
4、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壓電陶瓷片 與金屬薄板間用導(dǎo)電膠粘接。
5、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電感是由兩 個(gè)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的模擬電感。
6、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電阻的阻值 范圍在5歐姆到30千歐姆之間。
7、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電感的取值 范圍在0.1亨到30亨之間。
8、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬薄板的 邊沿部分固定。
9、 按權(quán)利要求1所述的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壓電陶瓷片 的厚度小于所述金屬薄板的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，包括金屬薄板和粘貼在該金屬薄板上的壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片兩極間接有電阻。本發(fā)明能夠達(dá)到如下技術(shù)效果可以有效提高薄板基頻處的吸聲系數(shù)；并且通過(guò)調(diào)節(jié)電感可以調(diào)出另外一個(gè)吸聲峰，與薄板的基頻吸聲峰結(jié)合，可有效加寬吸聲頻帶的寬度。另外，本發(fā)明的重量輕，安裝空間小，并且在共振頻率附近吸聲系數(shù)可以達(dá)到0.9以上。
文檔編號(hào)G10K11/00GK101329865SQ200710119010
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者克 劉, 常道慶, 靜 田 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所