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一種混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)及其吸聲模塊

文檔序號(hào):40500606發(fā)布日期:2024-12-31 13:09閱讀:16來源:國知局
一種混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)及其吸聲模塊

本發(fā)明涉及聲學(xué)降噪,具體是一種混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)及其吸聲模塊。


背景技術(shù):

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和城市化水平的提高,噪聲污染已成為影響人類生活質(zhì)量和工作環(huán)境的重要因素之一。噪聲的有效控制與處理在多個(gè)領(lǐng)域均具有極其重要的意義,如交通運(yùn)輸設(shè)備(飛機(jī)、汽車、高鐵)、工業(yè)設(shè)備(發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī))、建筑環(huán)境(會(huì)議室、音樂廳)、家庭電器(空調(diào)、冰箱)等,這些設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲不僅影響設(shè)備的性能,還對(duì)人體健康和生活舒適度產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,如何高效地進(jìn)行噪聲處理已成為亟待解決的難題。然而,現(xiàn)有的噪聲處理手段在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在較大的局限性。首先,在實(shí)際應(yīng)用的設(shè)備中,能夠用于聲學(xué)處理的空間非常有限,如何在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的噪聲吸收,尤其是低頻噪聲的吸收,是設(shè)計(jì)中面臨的重大挑戰(zhàn)。此外,噪聲處理設(shè)備不僅要滿足高效吸聲降噪的要求,還必須考慮大批量生產(chǎn)、低成本制造及安裝的實(shí)際需求,這使得現(xiàn)有吸聲技術(shù)難以兼顧性能和成本的平衡。特別是,在低頻和超寬帶吸聲方面,傳統(tǒng)的吸聲材料和技術(shù)仍然存在一定的瓶頸,無法滿足現(xiàn)代復(fù)雜聲學(xué)環(huán)境中的多樣化需求。

2、近年來,隨著聲物理學(xué)和材料學(xué)的發(fā)展,新興的超材料或超結(jié)構(gòu)等技術(shù)為現(xiàn)代復(fù)雜的噪聲處理提供了新的思路。超材料是指具有人工設(shè)計(jì)的特殊結(jié)構(gòu),并表現(xiàn)出自然界無法實(shí)現(xiàn)的聲學(xué)特性,如負(fù)等效質(zhì)量密度、負(fù)等效模量等。與傳統(tǒng)吸聲材料相比,超材料可以在薄層結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻聲波的超??刂疲⑼ㄟ^對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)設(shè)計(jì),從而在有限的安裝空間內(nèi),滿足低頻且超寬帶的嚴(yán)苛噪聲控制要求,在減振降噪領(lǐng)域具備廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

3、傳統(tǒng)的吸聲技術(shù)主要包括微穿孔板、赫姆霍茲諧振器等共振型吸聲結(jié)構(gòu)以及巖棉、泡沫材料等多孔吸聲材料。然而,共振型吸聲結(jié)構(gòu)通常針對(duì)特定頻率進(jìn)行有效吸聲,低頻吸聲性能尤其突出,但其高效吸聲帶寬較窄,在寬頻段噪聲處理方面存在明顯不足。多孔吸聲材料則通過空氣中的聲波與材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)相互作用實(shí)現(xiàn)能量衰減,具有較好的高頻吸聲效果,但其在低頻段的吸聲能力往往需要較大的厚度作為代價(jià),與實(shí)際應(yīng)用中有限的安裝空間相悖。因此,傳統(tǒng)的吸聲技術(shù)在處理現(xiàn)代復(fù)雜聲學(xué)環(huán)境中的低頻且超寬帶吸聲需求時(shí),常常表現(xiàn)出較大的局限性。

4、此外,盡管新興的吸聲超結(jié)構(gòu)或超結(jié)構(gòu)技術(shù)已經(jīng)得到了長足的發(fā)展,且為現(xiàn)代復(fù)雜聲學(xué)環(huán)境的噪聲處理提供了新的解決方案,但目前的超材料設(shè)計(jì)仍存在諸多不足:一、吸聲帶寬較窄或設(shè)計(jì)靈活性差,已有一些研究實(shí)現(xiàn)了薄層下的低頻高效吸聲,但吸聲機(jī)理僅能作用于低頻范圍,無法兼顧中高頻的高效吸聲需求。二、組成單元過多造成吸聲體質(zhì)量大,無法滿足大多應(yīng)用場景輕質(zhì)的需求。為了解決高效吸聲帶寬窄的問題,現(xiàn)有的吸聲超材料或超結(jié)構(gòu)研究大多通過優(yōu)化設(shè)計(jì)不同諧振模式的吸聲體單元,并將其并聯(lián)組合進(jìn)而拓寬高效吸聲帶寬,這意味著越寬的吸聲帶寬要求,就需要更多的吸聲體單元進(jìn)行組合,勢必造成最終的吸聲體構(gòu)型復(fù)雜且質(zhì)量大,難以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。三、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,制造成本高,難以大批量生產(chǎn)?,F(xiàn)有的吸聲超材料或超結(jié)構(gòu)研究多為空間結(jié)構(gòu),存在有較為復(fù)雜的空間構(gòu)型和冗長的折疊腔體,可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)加工工藝較為局限,且成本高,加工周期長,難以大批量應(yīng)用于實(shí)際噪聲控制工程中。此外,復(fù)雜的構(gòu)型和加工工藝也對(duì)吸聲體的耐久性、穩(wěn)定性和后期可維護(hù)性提出挑戰(zhàn)。因此,進(jìn)一步研發(fā)能夠在薄層結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)低頻超寬帶高效吸聲的構(gòu)型簡單且可批量化生產(chǎn)的新型吸聲超材料或超結(jié)構(gòu),具有重要的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足,本發(fā)明提供一種混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)及其吸聲模塊,通過巧妙混合多種吸聲機(jī)理,實(shí)現(xiàn)了薄層下低頻且超寬帶的高效吸聲性能,而且構(gòu)型簡單、加工制造成本低,采用4個(gè)甚至更少的超結(jié)構(gòu)單元便可實(shí)現(xiàn)幾乎無頻率上限的兼顧低頻的超寬帶高效吸聲,克服了傳統(tǒng)超材料結(jié)構(gòu)方案為實(shí)現(xiàn)低頻且超寬帶的高效吸聲時(shí)面臨的復(fù)雜構(gòu)型、巨量組合單元、開發(fā)時(shí)間漫長、加工及安裝復(fù)雜、成本高昂以及可靠性差等不足。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu),包括共振單元和高孔隙率吸聲介質(zhì);

3、所述共振單元包括外殼體、矩形通道和蓋板,所述外殼體為由多塊圍壁圍成的一端開口的筒狀結(jié)構(gòu),所述蓋板設(shè)在所述外殼體內(nèi),且所述蓋板將所述外殼體內(nèi)的腔體分割為上層空間與下層空間;

4、所述矩形通道由兩塊平行的壁板圍成,兩所述壁板位于所述下層空間內(nèi),兩所述壁板的兩側(cè)與所述圍壁相連,兩所述壁板的頂端與所述蓋板相連;

5、所述高孔隙率吸聲介質(zhì)填充在所述上層空間內(nèi),且所述高孔隙率吸聲介質(zhì)上設(shè)有聲波導(dǎo)引通道;所述聲波導(dǎo)引通道為開設(shè)在所述高孔隙率吸聲介質(zhì)頂端的條形槽,且所述聲波導(dǎo)引通道與所述矩形通道同軸;

6、所述聲波導(dǎo)引通道的兩端與對(duì)應(yīng)側(cè)的所述圍壁相接,且所述聲波導(dǎo)引通道沿軸向貫通或不貫通所述高孔隙率吸聲介質(zhì);若所述聲波導(dǎo)引通道沿軸向貫通所述高孔隙率吸聲介質(zhì),則所述混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)整體為單向等截面構(gòu)型;

7、所述蓋板上設(shè)有與所述矩形通道截面一致的通孔,以使得所述矩形通道與所述高孔隙率吸聲介質(zhì)相連,從而有助于透射過所述高孔隙率吸聲介質(zhì)的低頻聲波進(jìn)入所述共振單元,實(shí)現(xiàn)能量的高效耗散。

8、在其中一個(gè)實(shí)施例,所述高孔隙率吸聲介質(zhì)的孔隙率大于或等于60%。

9、在其中一個(gè)實(shí)施例,所述高孔隙率吸聲介質(zhì)由泡沫型多孔材料、無機(jī)纖維型多孔材料、有機(jī)纖維型多孔材料、金屬型多孔材料中的一種或兩種以上組合制成。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例,所述聲波導(dǎo)引通道的截面為規(guī)則對(duì)稱多邊形的一種或兩種以上組合制成。

11、在其中一個(gè)實(shí)施例,吸聲超結(jié)構(gòu)還包括聲波高透射層,所述聲波高透射層覆蓋在所述外殼體的開口上;

12、所述聲波高透射層由高透氣纖維布、纖維氈、滌綸、棉布、絲網(wǎng)、穿孔板中的一種或兩種以上組合制成。

13、在其中一個(gè)實(shí)施例,所述圍壁、所述壁板為塑料板、石膏板、金屬板、膠合板、硬質(zhì)纖維板、亞克力板、鋼化玻璃板、復(fù)合材料板中的一種或兩種以上組合制成。

14、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明還提供一種混合型超寬帶吸聲模塊,包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的上述混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu),各所述混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)通過并聯(lián)的方式組合。

15、在其中一個(gè)實(shí)施例,各所述混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)具備不同低頻共振模式,以通過耦合作用實(shí)現(xiàn)所述混合型超寬帶吸聲模塊的低頻且超寬帶的高效吸聲性能。

16、在其中一個(gè)實(shí)施例,在相鄰的兩所述混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)上,兩所述高孔隙率吸聲介質(zhì)通過所述圍壁隔離開,或兩所述高孔隙率吸聲介質(zhì)一體成型。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果:

18、1.本發(fā)明通過多機(jī)理混合協(xié)同設(shè)計(jì),借助結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)與其他高效吸聲材料的合理連接的高效耦合,構(gòu)造出了一種混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu):

19、一方面通過巧妙的協(xié)同設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了共振吸聲和多孔材料吸聲兩種典型吸聲機(jī)理的高效耦合,多孔材料層的合理布局不僅大幅耗散了高頻聲波,而且使低頻聲波自由穿透到達(dá)共振單元,顯著拓寬高效吸聲作用頻帶,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化低頻且兼顧中高頻的高效吸聲;

20、另一方面,通過布局聲波導(dǎo)引通道,開展與內(nèi)插式矩形通道的耦合機(jī)理組合設(shè)計(jì),引導(dǎo)聲波進(jìn)入高孔隙率吸聲介質(zhì)和低頻共振單元,減少了聲波向環(huán)境的反射逸散,有助于聲能在高孔隙率吸聲介質(zhì)和共振單元的充分耗散,其中,聲波導(dǎo)引通道進(jìn)一步增加了聲阻,使之匹配空氣聲阻抗,平衡了能量損失和能量泄露,大幅提升了該吸聲超結(jié)構(gòu)的低頻吸聲性能,達(dá)到了薄層下低頻且超寬帶的高效吸聲目的;

21、此外,本發(fā)明中的混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)在優(yōu)選方案中可設(shè)置為單向等截面構(gòu)型,可根據(jù)實(shí)際安裝空間的限制或模塊化設(shè)計(jì)的需要,將其沿垂直于該等截面方向的尺寸設(shè)計(jì)為任意所需要的長度,從而使得其中的共振單元可采用擠壓成型、鈑金彎折等低成本可靠的一體化成型工藝,實(shí)現(xiàn)低成本大批量快速的高效制造;

22、2.本發(fā)明設(shè)計(jì)的混合型超寬帶吸聲超結(jié)構(gòu)巧妙混合多種吸聲機(jī)理,實(shí)現(xiàn)了薄層下低頻且超寬帶的高效吸聲性能,且構(gòu)型簡單、開發(fā)容易,采用4個(gè)甚至更少的超結(jié)構(gòu)單元便可實(shí)現(xiàn)幾乎無頻率上限的兼顧低頻的超寬帶高效吸聲,大幅減少了超寬帶吸聲模塊的耦合數(shù)量,簡化了結(jié)構(gòu)組成,進(jìn)一步大幅降低了結(jié)構(gòu)制造成本,有益于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用,能夠有效克服傳統(tǒng)超材料結(jié)構(gòu)方案為實(shí)現(xiàn)低頻且超寬帶的高效吸聲時(shí)面臨的復(fù)雜構(gòu)型、巨量組合單元、開發(fā)時(shí)間漫長、加工及安裝復(fù)雜、成本高昂以及可靠性差等不足。

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