本發(fā)明屬于噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及到以聲波諧振和機(jī)械振動(dòng)相位補(bǔ)償理論以及聲波帶隙理論為基礎(chǔ)的、低頻寬帶吸聲裝置，特別涉及到以吸聲材料單元弱彈性級(jí)聯(lián)為周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的低頻寬帶吸聲裝置。

背景技術(shù)：
在噪聲控制領(lǐng)域中，近年來(lái)多層吸聲結(jié)構(gòu)一直受到廣大工程技術(shù)人員和科研工作者的廣泛關(guān)注，但主要工作是圍繞微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)開(kāi)展的。2010年，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所張倩等申請(qǐng)了一項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利“一種內(nèi)置共振腔體的復(fù)合吸聲裝置”，公開(kāi)號(hào)為CN101727894A。2011年，北京綠創(chuàng)聲學(xué)工程股份有限公司張曉杰等申請(qǐng)了一項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利“一種具有共振吸聲結(jié)構(gòu)的微穿孔板”，公開(kāi)號(hào)為CN102044239A。同年，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所呂亞?wèn)|等申請(qǐng)了一項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利“一種利用管腔耦合共振和管束間耦合共振的吸聲裝置”，公開(kāi)號(hào)為CN101673543B。這三項(xiàng)專(zhuān)利吸聲結(jié)構(gòu)都是由穿孔板、背板、側(cè)板以及空腔組成。其主要特征是：第一項(xiàng)專(zhuān)利在空腔內(nèi)放置共振腔體，通過(guò)共振腔體在封閉空腔內(nèi)形成的聲散射和多腔耦合共振提高吸聲效果；第二項(xiàng)專(zhuān)利是剛性背板的兩端與微穿孔板的兩端通過(guò)柔性或彈性材料連接，期待通過(guò)調(diào)整微穿孔板與剛性壁面之間的距離，在空腔內(nèi)形成一個(gè)半主動(dòng)共振吸聲結(jié)構(gòu)，提高吸聲性能；第三項(xiàng)專(zhuān)利是在空腔內(nèi)布滿(mǎn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的管束。通過(guò)管束間的耦合共振以及管束結(jié)構(gòu)對(duì)共振吸收峰和吸聲頻帶的調(diào)制特性，提高吸聲效果。2012年，南京大學(xué)焦其金等申請(qǐng)了一項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利“基于微穿孔和腔內(nèi)共振系統(tǒng)的組合吸聲結(jié)構(gòu)”，公開(kāi)號(hào)為CN102646414A。該結(jié)構(gòu)由微穿孔板、空腔和腔內(nèi)共振系統(tǒng)組成，通過(guò)調(diào)節(jié)腔內(nèi)共振系統(tǒng)的參數(shù)、微穿孔板的參數(shù)和空腔深度，實(shí)現(xiàn)較寬頻帶吸聲。同年，北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所李賢徽等申請(qǐng)了一項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利，“一種微穿孔板薄膜粘層復(fù)合吸聲板”，公開(kāi)號(hào)為CN202986208U。該吸聲板依次由微穿孔板、粘彈材料層和薄膜層組成，粘彈材料層具有與微穿孔板的微孔相對(duì)應(yīng)的彈性通孔和縱橫交錯(cuò)的微細(xì)彈性通道。這些研究工作，主要是以聲波諧振理論為基礎(chǔ)，利用微穿孔板和共振腔實(shí)現(xiàn)中高頻吸聲降噪，而針對(duì)低頻，由于所設(shè)計(jì)吸聲結(jié)構(gòu)的尺寸過(guò)大，難于實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明主要針對(duì)低頻寬帶吸聲降噪，將吸聲材料制成薄層，通過(guò)弱彈性聯(lián)接方式，將多層吸聲材料薄層級(jí)聯(lián)在一起形成一維周期陣列，構(gòu)成具有低頻禁帶的低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，它能阻止一定頻帶內(nèi)的低頻聲波在其中傳播并吸收聲波。本發(fā)明以這種自身具有低頻吸聲能力的低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層作為基本吸聲組件，同時(shí)應(yīng)用聲波諧振理論來(lái)設(shè)計(jì)中高頻多層吸聲結(jié)構(gòu)，就構(gòu)成了包含低頻的寬帶吸聲裝置?，F(xiàn)已公開(kāi)的吸聲結(jié)構(gòu)專(zhuān)利，主要是以聲波諧振理論為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)中高頻吸聲降噪。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員開(kāi)展的多層吸聲結(jié)構(gòu)的研究工作，主要是以聲波諧振理論為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)中高頻吸聲降噪。而本發(fā)明綜合應(yīng)用了聲波帶隙理論和聲波諧振理論，通過(guò)設(shè)計(jì)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的聲波帶隙，實(shí)現(xiàn)低中高頻寬帶吸聲。本發(fā)明無(wú)論是從低頻寬帶吸聲裝置本身，還是從工作原理和設(shè)計(jì)思想上，都與現(xiàn)有的多層吸聲裝置有較大差別，在低頻寬帶吸波方面，具有一定的優(yōu)越性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明綜合應(yīng)用了聲波帶隙技術(shù)和聲波諧振技術(shù)，針對(duì)低頻寬帶吸聲降噪，提供了一種新的聲波吸收結(jié)構(gòu)——以吸聲材料單元弱彈性級(jí)聯(lián)為周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的低頻寬帶吸聲裝置，實(shí)現(xiàn)低中高頻寬帶吸聲。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案如下：以吸聲材料單元弱彈性級(jí)聯(lián)為周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的低頻寬帶吸聲裝置，包括多個(gè)低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊和安裝架。低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊周期平鋪，并通過(guò)安裝架固定在背墻上，如圖1、2所示，圖2是本低頻寬帶吸聲裝置的側(cè)視圖，圖中可見(jiàn)中間1個(gè)完整的低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊、四周8個(gè)不完整的低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊以及固定在背墻上的安裝架。其中每個(gè)低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊，包括不多于十層的低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層。周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層之間以及周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層與背墻之間，通過(guò)弱彈性型式聯(lián)接，如圖1所示。其中弱彈性聯(lián)接型式，包括彈性橡膠、彈性高分子、彈簧和金屬片等。同時(shí)，周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層之間以及周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層與背墻之間，沒(méi)有間隙或間隙較小。其中低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，是本發(fā)明低頻寬帶吸聲裝置的基本設(shè)計(jì)層。它是具有帶隙特性的周期結(jié)構(gòu)，包括多層吸聲材料單元，如圖3、6、7所示。吸聲材料單元之間通過(guò)弱彈性型式聯(lián)接，包括彈性橡膠、彈性高分子、彈簧和金屬片等。其中吸聲材料單元是組成低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的基本單元。一個(gè)吸聲材料單元，兩端為透聲薄板層，中間是吸聲材料薄層，如圖3、6、7所示。透聲薄板層是由金屬、非金屬等材料制成的薄板，厚度小于3mm，上面布滿(mǎn)等間距的孔，孔的形狀包括圓形、橢圓形、方形、矩形、三角形等，如圖2、5、7所示。吸聲材料薄層是由多孔吸聲材料制成的薄板，厚度小于10mm。在透聲薄板層的孔腔內(nèi)也充滿(mǎn)與吸聲材料薄層相同的多孔吸聲材料。多孔吸聲材料包括凝膠、聚氨酯、聚酯纖維、泡沫塑料、泡沫金屬、丁基橡膠、玻璃棉、玻璃纖維、毛氈以及微穿孔板等。兩端的透聲薄板層和中間的吸聲材料薄層，通過(guò)粘接等方式連接，同時(shí)在兩端的透聲薄板層之間設(shè)置連接柱，這樣就構(gòu)成了一個(gè)吸聲材料單元。其中安裝架，由多根支柱組成，支柱設(shè)置在每個(gè)低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊的角點(diǎn)處，如圖2所示。支柱由金屬制成，一端固定在背墻上。支柱上安裝金屬片組件。金屬片一端安裝在吸聲材料單元的連接柱上。這樣，低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊，通過(guò)金屬片懸掛在固定于背墻的安裝架上，如圖2、3、4、5所示。多個(gè)吸聲材料單元通過(guò)弱彈性聯(lián)接型式級(jí)聯(lián)在一起，組成一個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，不同頻帶的低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層通過(guò)弱彈性聯(lián)接型式級(jí)聯(lián)在一起，組成低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊。低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊周期平鋪，并通過(guò)安裝架固定在背墻上，就構(gòu)成了本發(fā)明提出的低頻寬帶吸聲裝置。其中每個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，負(fù)責(zé)一定頻率范圍內(nèi)的低頻吸聲，其質(zhì)量和禁帶中心頻率決定了低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的剛度。依據(jù)每個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的剛度，確定其內(nèi)部多層吸聲材料單元之間弱彈性聯(lián)接型式的具體參數(shù)，包括材料、尺寸和位置等。本發(fā)明提出的以吸聲材料單元弱彈性級(jí)聯(lián)為周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的低頻寬帶吸聲裝置，工作原理上綜合利用了聲波帶隙理論以及聲波諧振和機(jī)械振動(dòng)相位補(bǔ)償理論，實(shí)現(xiàn)低中高頻寬帶吸聲。一方面低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層是周期結(jié)構(gòu)，具有帶隙特性，利用這一周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的局部共振，實(shí)現(xiàn)低頻聲波吸收；另一方面，低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層之間以及低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層和背墻之間采用弱彈性聯(lián)接，又構(gòu)成了一個(gè)多層吸聲結(jié)構(gòu)，利用其中不同周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的整體振動(dòng)和聲波諧振相位補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)中高頻寬帶吸聲。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的低頻寬帶吸聲裝置剖面主視圖。圖2是本發(fā)明的低頻寬帶吸聲裝置側(cè)視圖。圖3是本發(fā)明的低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層和金屬片的剖面圖。圖4是本發(fā)明的套在安裝架上的金屬片。圖5是本發(fā)明的低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊和金屬片的剖面圖。圖6是本發(fā)明的低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層在弱彈性聯(lián)接處的剖面圖。圖7是本發(fā)明的低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層在透聲薄板層開(kāi)孔處的剖面圖。圖中：1安裝架中的支柱；2套在安裝架支柱上的金屬片；3低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層；4背墻；5弱彈性聯(lián)接型式；6透聲薄板層上的孔；7透聲薄板層的基體；8低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊；9低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的基本單元——吸聲材料單元；10吸聲材料層；11透聲薄板層；12吸聲材料單元中透聲薄板之間的連接柱。具體實(shí)施方式由于應(yīng)用環(huán)境不同，如空氣中或水中，以及要求的聲波吸波頻率范圍不同，本發(fā)明公開(kāi)的以吸聲材料單元弱彈性級(jí)聯(lián)為周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的低頻寬帶吸聲裝置具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)將有所變化。下面針對(duì)空氣中的一個(gè)具體實(shí)例，結(jié)合技術(shù)方案和附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。實(shí)施例：吸聲頻段40Hz-1000Hz本實(shí)施例中，以吸聲材料單元弱彈性級(jí)聯(lián)為周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的低頻寬帶吸聲裝置，包括多個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)塊8，每個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)塊為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)、寬、厚尺寸分別為1m、1m和160mm，如圖1、2所示。安裝架中的支柱1，設(shè)置在每個(gè)低頻寬帶吸聲結(jié)構(gòu)塊的角點(diǎn)處，如圖2所示。支柱一端固定在背墻4上，材料為鋼，截面為直徑是10mm的圓形，長(zhǎng)160mm，如圖1、2所示。每根支柱上安裝30個(gè)金屬片2，金屬片2型式如圖4所示。金屬片2環(huán)形一端套在安裝架的支柱上，另兩端安裝在吸聲材料單元中透聲薄板之間的連接柱12上，如圖3所示。每個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)塊8，包括五個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層3，吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層3之間以及吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層3和背墻4之間，通過(guò)彈性橡膠5連接，如圖1所示。每個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層3包括6個(gè)吸聲材料單元9，吸聲材料單元9之間采用弱彈性聯(lián)接型式5，如圖3、6、7所示。每個(gè)吸聲材料單元9，厚度為5mm，其兩端為由金屬制成的透聲薄板層11，中間為凝膠薄層10，如圖3、6、7所示。透聲薄板層11厚度0.5mm，其上布滿(mǎn)圓孔6，圓孔直徑22mm，相鄰圓孔中心距30mm，如圖2所示。凝膠薄層10厚度為4mm，如圖3、6、7所示。在金屬薄板11孔腔6內(nèi)也充滿(mǎn)了凝膠，如圖7所示。透聲薄板層之間的連接柱，材料為金屬，厚4mm，截面為直徑是8mm的圓形，如圖3、5所示。兩端的透聲薄板層11和中間的凝膠薄層10，通過(guò)粘接方式連接。每個(gè)吸聲材料單元9，都通過(guò)金屬片2安裝在支柱1上，支柱1和吸聲材料單元9之間有間隙。本裝置中五個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的帶阻頻帶不同，所以其內(nèi)部吸聲材料單元9之間的弱彈性聯(lián)接型式不同。為了便于闡述，將五個(gè)低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，從背墻4到聲源方向按順序編號(hào)，分別為第一低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層、第二低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層、第三低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層、第四低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層和第五低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，如圖3、6、7所示。第一低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，帶阻中心頻率250HZ，6個(gè)吸聲材料單元9之間的弱彈性聯(lián)接型式為：對(duì)稱(chēng)布置15個(gè)圓形橡膠墊，橡膠墊半徑10mm，厚度5mm。第二低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，帶阻中心頻率165HZ，6個(gè)吸聲材料單元9之間的弱彈性聯(lián)接型式為：對(duì)稱(chēng)布置8個(gè)圓形橡膠墊，橡膠墊半徑9mm，厚度5mm。第三低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，帶阻中心頻率110HZ，6個(gè)吸聲材料單元9之間的弱彈性聯(lián)接型式為：對(duì)稱(chēng)布置4個(gè)圓形橡膠墊，橡膠墊半徑9mm，厚度5mm。第四低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，帶阻中心頻率75HZ，6個(gè)吸聲材料單元9之間的弱彈性聯(lián)接型式為：對(duì)稱(chēng)布置2個(gè)圓形橡膠墊，橡膠墊半徑8mm，厚度5mm。第五低頻吸聲周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層，帶阻中心頻率50HZ，6個(gè)吸聲材料單元9之間的弱彈性聯(lián)接型式為：布置1個(gè)圓形橡膠墊，橡膠墊半徑7mm，厚度5mm。本實(shí)施例的以吸聲材料單元弱彈性級(jí)聯(lián)為周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的低頻寬帶吸聲裝置，吸聲頻段為40Hz-1000Hz，總厚度小于160mm。