專利名稱：主被動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主被動混合吸聲系統(tǒng)，提出一種釋壓法主被動混合雙層吸聲結(jié) 構(gòu)，將誤差傳聲器置入兩層多孔吸聲材料之間，分別優(yōu)化各層的厚度，實現(xiàn)了采用較薄的吸 聲材料在較寬頻帶內(nèi)獲得較好吸聲效果。
背景技術(shù)：
自由行進的聲波在傳播路徑上遇到與傳輸介質(zhì)特性阻抗不同的障礙物時，該物體 會對聲波產(chǎn)生反射作用，反射聲的控制在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中有廣泛的應(yīng)用前景。例 如，在特定條件下減少尖劈的長度，降低消聲室的截止頻率；也可用于提高音樂廳、劇院等 廳堂的低頻音質(zhì)，再現(xiàn)更真實的聲場；在潛艇或水下武器的聲隱身技術(shù)方面，實現(xiàn)全頻段 的聲隱身。常利用多孔材料吸聲來控制反射聲，但傳統(tǒng)的多孔材料被動吸聲在低頻段吸 聲性能并不理想，并且需要使用較厚的多孔材料來提高高頻段的吸聲性能，在應(yīng)用中存在 一定的空間限制。因此擴大吸聲頻率范圍并降低吸聲結(jié)構(gòu)的尺寸有重大的意義。有源控 制的低頻效果好，常用的混合吸聲主要有釋壓法(P. Cobo, J. Pfretzschner, M. Cuesta, Hybrid passive-active absorption using microperforated panels, Journal of the Acoustical Society of America, 2004, Vol 116, No. 4,2118-2125.)和阻抗匹配法(史東 偉，馮聲振，邱小軍，用有源控制改進尖劈低頻吸聲性能的初步實驗研究，中國環(huán)境科學(xué)學(xué) 會學(xué)術(shù)年會論文集(2009)，1337-1341.)。CN101521008公開了一種有源吸聲尖劈及其制作 方法，該方法以傳統(tǒng)吸聲尖劈截止頻率為界，通過反射聲有源控制改善傳統(tǒng)吸聲尖劈低頻 吸聲，使用較短吸聲尖劈形成寬帶的吸聲。CN101387547公開了一種散射聲預(yù)測方法，通過 在散射體表面上離散布放的傳聲器陣列預(yù)測空間各點的散射聲，該預(yù)測值可用于散射聲的 有源控制。本發(fā)明中的有源控制采用控制方法簡單的釋壓法實現(xiàn)，主要利用釋壓法對材料 厚度敏感的特性，通過選擇多孔材料厚度提高釋壓法的低頻段吸聲效果，利用優(yōu)化選取雙 層多孔材料厚度提高吸聲結(jié)構(gòu)的中高頻吸聲性能，實現(xiàn)通過更小的有源控制端達到寬帶內(nèi) 的吸聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種釋壓法主被動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)，利用釋壓法有源控制 對材料厚度敏感并且對吸聲結(jié)構(gòu)低頻段吸聲補償作用，將有源控制與傳統(tǒng)吸聲材料集成有 源混合吸聲結(jié)構(gòu)，并改進傳統(tǒng)吸聲結(jié)構(gòu)特點，使得有效吸聲頻帶大幅擴展。與具有相近吸聲 性能的吸聲結(jié)構(gòu)相比，長度較短，體積優(yōu)勢明顯。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)如附圖1所示A)傳統(tǒng)吸聲材料組合構(gòu)成雙層吸聲結(jié)構(gòu)，將誤差傳聲器放置在雙層多孔材料之 間，利用任何一種有源控制器控制誤差傳聲器處聲壓為0，將有源控制與之相結(jié)合構(gòu)成混合 吸聲結(jié)構(gòu)；
B)計算對于已知流阻系數(shù)的多孔材料，釋壓法控制下不同頻率的最優(yōu)厚度為=Cl1 =_ (i X Iog10 (- (z0+za) / (z0-za))) / (2ka)，實際應(yīng)用中通過解析表達式計算最優(yōu)厚度，以該 計算值確定實際厚度的大致范圍，再在此范圍內(nèi)使用窮舉法得到誤差較小的近似解；C)對于不同頻率下最優(yōu)厚度不同，由于釋壓法對低頻聲控制較好，計算低頻段的 白噪聲在各個最優(yōu)厚度釋壓法控制下吸聲系數(shù)的總和，綜合比較選擇合適的第一層多孔材 料厚度；D)釋壓法選擇的多孔材料最優(yōu)厚度較薄，并且考慮到吸聲結(jié)構(gòu)的尺寸，因此改進 混合吸聲結(jié)構(gòu)，采用雙層吸聲結(jié)構(gòu)。根據(jù)吸聲材料的流阻系數(shù)選擇吸聲結(jié)構(gòu)中第二層材料 厚度約為第一層材料厚度的2倍，兩層材料間留可放誤差傳聲器的空間即可，一般2cm左 右，次級源緊貼第二層玻璃棉背面放置。本發(fā)明的有益效果是利用釋壓法有源控制的對多孔材料厚度敏感的特性合理選 擇合適多孔材料厚度，對雙層吸聲結(jié)構(gòu)低頻吸聲補償；改進傳統(tǒng)吸聲結(jié)構(gòu)采用雙層多孔材 料以實現(xiàn)很好的高頻被動吸聲性能。通過有源控制系統(tǒng)與吸聲結(jié)構(gòu)結(jié)合，集成釋壓法主被 動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)，比原吸聲結(jié)構(gòu)在更寬頻帶內(nèi)有較高的吸聲性能；而與具有相近吸聲 性能的吸聲結(jié)構(gòu)相比，體積更小。
四

圖1是本發(fā)明所述的釋壓法主被動雙層混合吸聲結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是釋壓法主被動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)實驗環(huán)境示意圖。圖3是釋壓法主被動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)在釋壓法有源控制開和關(guān)時的吸聲系數(shù)
■i並 曰O五、具體實施下面通過實例參照附圖對本發(fā)明進行說明本發(fā)明所述釋壓法主被動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，實驗環(huán)境如附 圖2所示。管道上游初級聲源產(chǎn)生的平面波在管道內(nèi)向下游傳播，管道下游首先是厚度為 Cl1的第一層多孔吸聲材料，后有厚度為D的空氣層，然后是厚度為d2的多孔材料，最后在管 道末端安裝次級源，并假設(shè)次級源不工作時為剛性壁。實驗在一個邊長為16. 8cm，長為3m 的正方形管道中進行，管道中平面波的截止頻率為1000Hz。在1000Hz以下，管道中聲波 為平面波，由于揚聲器的頻響限制，測試頻率在150Hz以上，故測試頻率在150-1000HZ之 間。在雙層多孔材料中間放置誤差傳聲器，控制雙層材料間空腔聲壓為0。選擇流阻系數(shù)為 15000NSm_4的玻璃棉的一組樣品，第一層和第二層材料厚度分別為2. 6cm和5. 7cm，測試第 一層多孔材料厚度對釋壓法控制的影響。初級源和次級源都為動圈式揚聲器，選用Classic牌型號8. OB的功率放大器作為 初級源和次級源揚聲器的聲信號放大；選用NI9233信號采集卡和G. R. A. S.公司型號40AE 的傳聲器，型號26CA的傳聲器前置放大器，PCB公司型號482A16的信號調(diào)理器用來采集誤 差信號和測試吸聲系數(shù)；使用EZ ANC II有源控制系統(tǒng)進行有源控制。具體實現(xiàn)操作如下A)計算對于已知流阻系數(shù)的多孔材料，釋壓法控制下不同頻率的最優(yōu)厚度為=Cl1 =_ (i X Iog10 (- (z0+za) / (z0-za))) / (2ka)，實際應(yīng)用中通過解析表達式計算最優(yōu)厚度，以該
4計算值確定實際厚度的大致范圍，再在此范圍內(nèi)使用窮舉法得到誤差較小的近似解，對于 流阻系數(shù)為15000NSm_4的玻璃棉，頻率1000Hz下平面波最優(yōu)厚度范圍約為2. 4-2. 8cm ；B)計算頻率低于1000Hz的白噪聲在各個最優(yōu)厚度釋壓法控制下吸聲系數(shù)的總 和，綜合比較選擇合適的第一層多孔材料厚度。對于流阻系數(shù)為15000NSnT4的玻璃棉，選取 第一層多孔材料厚度為2. 8cm時可以對頻率為1000Hz以下平面波達到最好的相對控制效 果；C)釋壓法選擇的多孔材料最優(yōu)厚度較薄，并且考慮到吸聲結(jié)構(gòu)的尺寸，因此改進 混合吸聲結(jié)構(gòu)，采用雙層吸聲結(jié)構(gòu)。對于流阻系數(shù)為15000NSnT4的玻璃棉，選取第二層多孔 材料厚度為6cm時可以得到較好的中高頻段控制效果。兩層材料間留2cm厚空腔放置誤差 傳聲器，次級源緊貼第二層玻璃棉背面放置；D)單獨開初級源，初級信號為白噪聲，用雙傳聲器傳遞函數(shù)法測量有源系統(tǒng)關(guān)閉 情況下吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)譜；E)釋壓法的控制系統(tǒng)主要由EZ ANC II系統(tǒng)構(gòu)成，采用前饋控制系統(tǒng)，取控制信 號的濾波器為256階，收斂系數(shù)0. 0001，單獨開次級源，使用白噪聲進行次級通道傳遞函數(shù) 建模。初級源的信號為白噪聲，將GRAS傳聲器作為誤差傳聲器置于兩層玻璃棉之間的空腔 內(nèi)，將此處測得的聲壓通過調(diào)理器接入EZ ANC II控制器，當(dāng)誤差傳聲器處噪聲衰減達到 IOdB以上時用雙傳聲器傳遞函數(shù)法測量有源控制開啟情況下的混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲 系數(shù)譜。附圖3為實驗測得的混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)被動吸聲和釋壓法控制下的吸聲系 數(shù)譜。從中可以看出該吸聲結(jié)構(gòu)在低頻段的被動吸聲性能較差，有源控制提高了其低頻吸 聲性能。根據(jù)計算流阻系數(shù)為15000NSm_4的吸聲材料釋壓法的合適厚度為2. 8cm,實驗樣 品選取的第一層玻璃棉厚度為2. 6cm接近最優(yōu)厚度控制效果較好，說明釋壓法最優(yōu)厚度的 存在性和實驗中厚度選擇的正確性，當(dāng)?shù)谝粚雍穸冗x擇更接近最優(yōu)厚度時應(yīng)有更好的低頻 吸聲效果。本發(fā)明根據(jù)多孔材料流阻系數(shù)計算釋壓法控制下合適的多孔材料厚度，改進多孔 材料結(jié)構(gòu)，采用雙層多孔材料主被動混合吸聲并計算雙層結(jié)構(gòu)下第二層材料的厚度，在較 寬頻帶內(nèi)取得較好的吸聲性能，實現(xiàn)了擴展吸聲低頻的目的。采用流阻系數(shù)為15000NSnT4 的玻璃棉構(gòu)成的雙層混合吸聲結(jié)構(gòu)尺寸為Ilcm加上次級源厚度，本雙層混合吸聲結(jié)構(gòu)可 用于提升較薄厚度多孔材料在寬頻帶內(nèi)的一維吸聲性能。
權(quán)利要求
一種釋壓法主被動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)，其特征在于該混合吸聲結(jié)構(gòu)包括雙層多孔吸聲材料(1)和(2)、空腔(3)、控制源(4)、功率放大器(5)、控制器(6)、誤差傳聲器(7)，誤差傳聲器放置于多孔吸聲材料(1)后端、多孔吸聲材料(2)前端的空腔(3)內(nèi)并與控制器(5)相連；控制器(6)通過功率放大器(5)與控制源(4)連接，控制源(4)緊貼多孔吸聲材料(2)的后端放置。
2.一種混合吸聲結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于該混合吸聲結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)多孔材料和有 源控制系統(tǒng)組成，在雙層多孔材料間放置誤差傳聲器用于釋壓法控制；利用釋壓法控制對 材料厚度敏感的特點，合理選擇第一層材料厚度，使得有源控制在低頻段性能更優(yōu)；通過優(yōu) 化第二層多孔材料厚度使得本吸聲結(jié)構(gòu)對中高頻段平面聲波有較好的吸聲效果；從而實現(xiàn) 寬頻帶內(nèi)的一維吸聲。具體包括以下步驟A)計算對于已知流阻系數(shù)的多孔材料，釋壓法控制下不同頻率的最優(yōu)厚度為=Cl1 =_ (i X Iog10 (- (z0+za) / (z0-za))) / (2ka)，實際應(yīng)用中通過解析表達式計算最優(yōu)厚度，以該 計算值確定實際厚度的大致范圍，再在此范圍內(nèi)使用窮舉法得到誤差較小的近似解；B)對于不同頻率下最優(yōu)厚度不同，由于釋壓法對低頻聲控制較好，計算低頻段的白噪 聲在各個最優(yōu)厚度釋壓法控制下吸聲系數(shù)的總和，綜合比較選擇合適的第一層多孔材料厚 度；C)釋壓法選擇的多孔材料最優(yōu)厚度較薄，并且考慮到吸聲結(jié)構(gòu)的尺寸，因此改進混合 吸聲結(jié)構(gòu)，采用雙層吸聲結(jié)構(gòu)。根據(jù)吸聲材料的流阻系數(shù)選擇吸聲結(jié)構(gòu)中第二層材料厚度 約為第一層材料厚度的2倍，兩層材料間留可放誤差傳聲器的空間即可，一般2cm左右，次 級源緊貼第二層多孔材料背面放置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種釋壓法主被動混合雙層吸聲系統(tǒng)。該系統(tǒng)為基于釋壓法的主被動混合雙層吸聲結(jié)構(gòu)，通過將誤差傳聲器置入兩層多孔吸聲材料之間以及分別優(yōu)化各層的厚度，實現(xiàn)了采用較薄吸聲材料在較寬頻帶內(nèi)獲得較好的吸聲效果。與具有相近吸聲效果的傳統(tǒng)被動吸聲結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明厚度較小，體積優(yōu)勢明顯，并且實現(xiàn)更為簡單。
文檔編號G10K11/178GK101916562SQ20101020213
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者張姮李子, 邱小軍 申請人:南京大學(xué)