微粒板共振吸聲結構的製作方法

2023-06-18 14:32:56

微粒板共振吸聲結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種易製造的微粒板共振吸聲結構，所述共振吸聲結構包括孔板及其後方的底板，底板與孔板之間具有空腔而形成共振吸聲結構，所述孔板採用微粒吸聲板，所述的微粒吸聲板包括微粒和粘結劑，粘結劑覆蓋在所述微粒外表面形成粘結劑層，覆蓋粘結劑後的微粒間的空隙形成吸聲孔隙。微粒板共振吸聲結構可以是單層或雙層以上的多層結構，改變微粒吸聲板的粒徑可相應影響共振吸聲結構的吸聲性能，其實測性能與同參數的微穿孔板吸聲結構的理論吸聲特性相近，因此可以根據應用環境設計相應的微粒板共振吸聲結構，其吸聲係數大，吸聲頻帶寬，製作工藝簡單，可廣泛應用於噪聲控制的各個領域，如室內吸聲處理、工業噪聲控制、鐵路聲屏障等。
【專利說明】微粒板共振吸聲結構

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及噪聲控制用吸聲結構，尤其是一種微粒板共振吸聲結構。

【背景技術】
[0002]目前在噪聲治理領域廣泛使用穿孔板共振吸聲結構以及微穿孔板共振吸聲結構。
[0003]穿孔板吸聲結構的機理是:當聲波進入小孔後便激發空腔內空氣振動。如果聲波頻率與該結構共振頻率相等時，腔內空氣便發生共振，並由摩擦轉為熱損，從而引起吸聲作用。可以把穿孔板結構可看作是許多個空氣共振吸聲結構或稱亥姆霍茲共鳴器相併聯。
[0004]微穿孔板吸聲結構為一箱式結構，其包括朝向聲源一側的微穿孔板，微穿孔板與通常為剛性板的底板相對，四周由側板將二者連接，微穿孔板與底板之間為空氣層所在的空腔，底板、側板上均無開孔，空腔經由微穿孔板上的孔與外界相通。微穿孔板共振吸聲結構與普通穿孔板吸聲結構相比，其主要特點是穿孔直徑在1_以下，其吸聲頻帶寬度可優於常規的穿孔板共振吸聲結構。在共振吸聲結構中，唯有該結構具有寬吸聲頻帶特性，因此，在吸聲降噪和改善室內音質方面有著十分廣泛。微穿孔板吸聲結構有單層結構和多層結構，單層結構只有位於底板前端的一層微穿孔板，多層結構則是在最前端的微穿孔板與最後端的底板之間還間隔設置有一層以上的微穿孔板，每層微穿孔板及其後鄰接的空腔構成一層吸聲結構。
[0005]目前使用的共振吸聲結構、穿孔吸聲結構在吸聲頻帶上非常窄。影響其使用。我國馬大猷創立的微穿孔板吸聲理論，很好的解決了吸聲係數與吸聲頻段的問題。微穿孔吸聲結構的頻段約3個倍頻程且吸聲係數大於0.5。
[0006]若要微穿孔板共振吸聲結構的吸聲頻帶更寬，需要採用孔徑為0.3mm以下的超微孔結構。需要在每平方米的板上穿出幾百萬個孔徑小到0.3mm的超微孔。
[0007]制約微穿孔板吸聲結構廣泛使用的瓶頸是加工難度大以及成本高等原因。目前，廣泛使用的微穿孔板加工技術主要有:雷射打孔技術、機械衝壓技術和化學刻蝕技術。
[0008]採用雷射打孔技術，可以加工直徑小於0.2mm的孔、適應材料範圍廣、對孔徑和孔分布變化適應快。但是該技術設備投資大(目前還沒有適合大面積群孔加工的雷射加工設備，需要重新設計和製造新型雷射加工設備)、維護費用高。
[0009]機械衝壓技術具有設備投資低、維護費用低、容易掌握、加工速度快、質量較好等優勢。但是當加工孔徑和孔分布參數變化時，需要更換模具，機械衝壓模具加工較困難。
[0010]化學刻蝕技術適合在金屬薄板上加工微孔，但在無纖維塑料膜上加工微孔還沒有成熟的加工方法。
[0011]目前，微穿孔吸聲結構的價格達到500-900元/平方米左右。
[0012]由於其自身的周期性吸聲特性，微穿孔板吸聲結構在實際使用中，一方面要使其共振頻率與實際噪聲的主要頻率成分相對應；另一方面則應追求吸聲帶寬最大化。馬大猷教授在文獻中通過計算分析，認為微穿孔板共振結構的吸聲帶寬與其聲阻直接有關，吸聲帶寬隨聲阻增大而變大，但吸聲係數會減小。
[0013]以吸聲係數0.5作為有效吸聲範圍的低限，在聲阻r=2或r=3時，達到或接近最大值，此時吸聲係數大於0.5的帶寬約3個倍頻程，這是微穿孔板吸聲結構的帶寬極限。
[0014]具體設計微穿孔板吸聲結構時，可通過計算，也可查圖表，計算結果與實測結果相近。在實際工程中為了擴大吸聲頻帶的寬度，往往採用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板複合結構。影響微穿孔吸聲結構性能主要取決於微穿孔板厚度、穿孔直徑、穿孔率和空腔深度。
[0015]板厚主要影響吸聲結構共振時的吸收性能，隨厚度的增加，共振頻率處吸聲係數增加；共振頻率稍向低頻方向移動。
[0016]穿孔直徑影響吸聲頻帶的寬度、共振頻率的位置及吸聲共振頻率處的吸聲係數。當穿孔直徑變小時，吸聲頻帶寬度增加，共振頻率向高頻移動，且吸聲係數增加。
[0017]穿孔率同樣影響吸聲頻帶的寬度、共振頻率的位置及共振頻率處的吸聲係數。隨著穿孔率的增大，吸聲頻帶寬度增加；共振頻率向高頻移動；但是吸聲係數減小。
[0018]空腔深度主要影響共振頻率。隨著空腔深度的增加，共振頻率向低頻端移動，空腔深度每增加一倍，吸聲峰值大致向低頻移動一個倍頻程，頻帶寬度基本保持不變。
[0019]直徑0.3mm以下的微穿孔板需要複雜的機械設備加工才能獲得，造成其價格居高不下，影響其推廣使用。同時，微穿孔吸聲結構的微孔往往容易被堵塞。不能使用在複雜環境中，特別是戶外及工業場所。同時不便清洗。
[0020]在複雜的應用環境下，要使其微穿孔板共振吸聲結構的吸聲頻帶滿足應用環境要求，就必須調整相應的參數，即微穿孔板厚度、穿孔直徑、穿孔率和空腔厚度，空腔厚度直接影響微穿孔板共振吸聲結構的外形尺寸，微穿孔板厚度、穿孔直徑、穿孔率直接影響加工難度，是決定微穿孔板共振吸聲結構成本的關鍵因素。小孔徑微穿孔板的獲取技術，是把微穿孔板共振吸聲結構由理論轉化為實際應用的關鍵技術。


【發明內容】

[0021]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種易製造的微粒板共振吸聲結構。
[0022]發明人在對微粒板進行研究的過程中，提出了一種具有優良吸聲的新型微粒板，即微粒吸聲板，並於2014年7月22日向中國國家知識產權局提交了申請號為2014103477351的發明申請「一種微粒吸聲板及其製備方法」。使用廉價的微粒如砂粒、陶粒和再生建築廢料顆粒等用粘接劑粘接，靠相互擠靠的微粒形成微孔。這種微粒吸聲板的微孔隙是依靠不同直徑的微粒緊密擠靠而形成的，它依靠骨架顆粒形成吸聲板的骨架，通過填入一定比例的較細顆粒(填充顆粒)來填充骨架間空隙，這些空隙分為能導通至少兩個相鄰空隙連通的連通空隙和至多與一個相鄰空隙連通的半連通空隙，從而形成吸聲所需要的一種特定微孔隙結構。通過研究，我們發現所形成微孔隙的等效直徑與微粒的粒徑有關。例如，以半徑均為R的同樣大小圓形微粒相互擠靠所形成的微孔的橫截面積Sx ^ 0.163R2，
[0023]微孔直徑d ^(4X0.163R2/3.14) 1/2=(0.207R2)1/2 ^ 0.455R,
[0024]即:當選用20?24目微粒形成的1mm的微粒板(微粒直徑為0.8?0.9mm),其微空隙的直徑約為0.182?0.2mm，孔隙率約為25%。
[0025]當選用24?40目微粒形成的1mm的微粒板(微粒直徑為0.5?0.8mm),其微空隙的直徑約為0.12?0.182mm，孔隙率約為25%。
[0026]當選用40?50目微粒形成的1mm的微粒板(微粒直徑為0.37?0.5mm)，其微空隙的直徑約為0.09?0.12mm，孔隙率約為25%。
[0027]因此，對微粒板共振吸聲結構來說，要獲得不同等效直徑的微孔只需調整微粒的粒徑即可。其獲取的成本十分低廉。這是本發明的核心。即用最便宜的材料，用最簡單的工藝，就能獲得具有優良吸聲性能的微粒吸聲板。
[0028]在對該微粒吸聲板的吸聲機理進行理論研究並進行大量試驗後，發明人發現，以微粒吸聲板製作成的共振吸聲結構具有以下吸聲特性。
[0029]隨板厚增加，吸聲峰值增加，共振頻率向低頻移動。
[0030]隨著使用的微粒的目數增加，微粒板的空隙變小，頻帶加寬，吸聲係數增加。
[0031]當微粒的配比一定、板厚一定時，增加後部空腔深度，吸聲頻譜向低頻移動。
[0032]通過比較，以該種微粒吸聲板製作成的共振吸聲結構，基本上與微穿孔板吸聲結構的吸聲特性一致，其區別在於空腔深度。例如:微穿孔板+50mm (深度)空腔的吸聲曲線與1mm (板厚)微粒吸聲板+40mm (深度)空腔的吸聲曲線幾乎完全一致。造成上述偏差的原因，據發明人分析，在於微粒吸聲板中，微孔不是直線，它是彎曲拐彎的，等同於增加了其後空腔的深度。
[0033]基於上述的研究，本實用新型提出了解決其技術問題所採用的技術方案:微粒板共振吸聲結構，包括孔板及其後方的底板，底板與孔板之間具有空腔而形成共振吸聲結構，所述孔板採用微粒吸聲板，所述的微粒吸聲板包括微粒和粘結劑，粘結劑覆蓋在所述微粒外表面形成粘結劑層，覆蓋粘結劑後的微粒間的空隙形成吸聲孔隙。
[0034]所述共振吸聲結構為單層結構，包括單層微粒吸聲板和單層空腔，所述微粒吸聲板的厚度為5mm?30mm,所述空腔的深度為1mm?500mm。
[0035]所述共振吸聲結構為雙層結構，包括兩層微粒吸聲板和兩層空腔，位於前端的微粒吸聲板與底板之間設置有另一層微粒吸聲板。
[0036]所述各微粒吸聲板的厚度為5mm?15mm,所述兩層空腔的深度之和為50mm?500mm，前端空腔與後端空腔的深度比為1:1?1: 5。
[0037]所述共振吸聲結構為三層以上的多層結構，位於前端的微粒吸聲板與底板之間設置有兩層以上的微粒吸聲板及位於相鄰兩層微粒吸聲板之間的空腔。
[0038]所述各微粒吸聲板的厚度為5mm?15mm,所述各層空腔的深度之和為10mm?500mmo
[0039]所述微粒採用粒徑為20?50目的微粒。
[0040]所述微粒表面的粘結劑層的厚度為0.1?0.2mm。
[0041]所述覆蓋粘結劑後微粒的角形係數小於1.3。
[0042]所述微粒的角形係數小於1.5。
[0043]本實用新型的有益效果是:吸聲係數大，吸聲頻帶寬，製作工藝簡單，成本低，可廣泛應用於噪聲控制的各個領域，如室內吸聲處理、工業噪聲控制、鐵路聲屏障等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1是本實用新型的微粒板共振吸聲結構示意圖(單層)。
[0045]圖2是本實用新型的微粒板共振吸聲結構示意圖(雙層)。
[0046]圖3是本實用新型的微粒板共振吸聲結構示意圖(三層)。
[0047]圖4是微粒吸聲板的微孔結構示意圖。
[0048]圖5是20-24目微粒吸聲板的微觀照片。
[0049]圖6為單層微粒板共振吸聲結構吸聲性能(1mm微粒板(20-24目)+40mm空腔)。
[0050]圖7為單層微粒板共振吸聲結構吸聲性能(1mm微粒板(24-40目)+40mm空腔)。
[0051]圖8為單層微粒板共振吸聲結構吸聲性能(1mm微粒板(40-50目)+40mm空腔)。
[0052]圖9為雙層微粒板共振吸聲結構吸聲性能。
[0053]圖中標記為:1-微粒，2-連通空隙，3-半連通空隙，4-空腔，5-底板，6_側板，7_微粒吸聲板，D、D1、D2、D3-微粒吸聲板的厚度，Μ、Ml、M2、M3-空腔的深度。

【具體實施方式】
[0054]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0055]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，本實用新型的微粒板共振吸聲結構，包括孔板及其後方的底板5，底板5與孔板之間具有空腔4而形成共振吸聲結構，所述孔板採用微粒吸聲板7，所述的微粒吸聲板7包括微粒I和粘結劑，粘結劑覆蓋在所述微粒I外表面形成粘結劑層，覆蓋粘結劑後的微粒I間的空隙形成吸聲孔隙。微粒板共振吸聲結構同樣可以是單層或雙層以上的多層結構。
[0056]所述共振吸聲結構為單層結構，包括單層微粒吸聲板7和單層空腔4，根據微穿孔板共振吸聲理論，所述微粒吸聲板7的厚度可選取5mm?30mm,所述空腔4的深度為1mm?500mmo
[0057]當所述共振吸聲結構為雙層結構時，其包括兩層微粒吸聲板7和兩層空腔4，位於前端的微粒吸聲板7與底板5之間設置有另一層微粒吸聲板7，根據多層微穿孔板共振吸聲理論及吸聲結構重量的考慮，建議所述各微粒吸聲板7的厚度為5mm?15mm,所述兩層空腔4的深度之和為50mm?500mm，前端空腔與後端空腔的深度比為1:1?1: 5。
[0058]所述共振吸聲結構為三層以上的多層結構時，位於前端的微粒吸聲板7與底板5之間設置有兩層以上的微粒吸聲板7及位於相鄰兩層微粒吸聲板7之間的空腔4，此時，建議所述各微粒吸聲板7的厚度為5mm?15mm,所述各層空腔4的深度之和為10mm?500mmo
[0059]根據形成微孔共振吸聲結構的需要，優選所述微粒I採用粒徑為20?50目的微粒，對應可形成的微孔孔隙的等效直徑約在範圍，以獲得具有較寬吸聲頻帶寬度和較大吸聲係數的共振吸聲結構。
[0060]為保證微粒I間的絕大多數空隙均形成為連通空隙2，所述微粒I表面的粘結劑層的厚度為0.1?0.2mm。因為微粒表面的覆膜(粘結劑層)過厚的話，在重力的作用下會在微粒表面形成「淚滴」，這種多餘的淚滴會堵塞縫隙，影響微粒吸聲板的聲學性能；而覆膜太薄的話，微粒不容易被修圓，不易形成較大的粘結面積，粘結強度不夠。粘結劑層的厚度在
0.1?0.2_，既可以保證顆粒的粘結強度，又可以減少粘結劑的用量，降低成本。
[0061]所述覆蓋粘結劑後微粒I的角形係數小於1.3。角形係數用於表徵顆粒的圓度，它是以顆粒的實際比表面積比上同體積的相應理想球體的比表面積得到的，因此它可以表示顆粒形狀偏離圓球狀的程度，角形係數越大，顆粒的形狀越不規則，越偏離圓球狀。因此為了獲得較大的孔隙率及吸聲孔隙，取得更好的吸聲效果，推薦選擇用於製備微粒吸聲板的微粒的角形係數應小於1.3，儘量保證微粒呈圓形。
[0062]基於同樣的考慮，為了減小覆膜厚度，同時保證微粒被修圓，所述微粒I的角形係數小於1.5，即覆膜前的微粒最好也要進行篩選。
[0063]實施例1:
[0064]選用20?24目微粒製作成1mm的微粒吸聲板，微粒粒徑範圍為0.8?0.9mm,其微空隙的直徑約為0.182?0.2mm,孔隙率約為25%，其後設置空腔4的深度M=40mm。與之對比的微穿孔板吸聲結構參數為:板厚D=1mm,穿孔直徑0.8mm,穿孔率25%，空腔深度50mm。
[0065]其吸聲性能如圖6所示，可見微粒板共振吸聲結構的實測性能與同參數的微穿孔板吸聲結構的理論吸聲特性一致，其差別在於空腔深度不同，造成空腔大小偏差的原因，在於微粒板中，微孔不是直線，它是彎曲拐彎的，等同於增加了其後空腔的深度，通過實驗獲得增加量約為10mm。
[0066]實施例2:
[0067]選用24?40目微粒製作成1mm的微粒吸聲板,微粒粒徑範圍為0.5?0.8mm,其微空隙的直徑約為0.12?0.182mm,孔隙率約為25%，其後設置空腔4的深度M=40mm。與之對比的微穿孔板吸聲結構參數為:板厚10臟，穿孔直徑0.15mm,穿孔率25%，空腔深度50臟。
[0068]其吸聲性能如圖7所示，可見微粒板共振吸聲結構的實測性能與同參數的微穿孔板吸聲結構的理論吸聲特性一致，其差別在於空腔深度不同，造成空腔大小偏差的原因，在於微粒吸聲板中，微孔不是直線，它是彎曲拐彎的，等同於增加了其後空腔的深度，通過實驗獲得增加量約為10mm。驗證了實施例1的結論。
[0069]實施例3:
[0070]選用40?50目微粒製作成1mm的微粒吸聲板，微粒粒徑範圍為0.37?0.5mm,其微空隙的直徑約為0.09?0.12mm，孔隙率約為25%，其後設置密閉空腔的深度為40mm。與之對比的微穿孔板吸聲結構參數為:板厚10mm，穿孔直徑0.12mm,穿孔率25%，空腔深度50mmo
[0071]其吸聲性能如圖8所示，可見微粒板共振吸聲結構的實測性能與同參數的微穿孔板吸聲結構的理論吸聲特性一致，其差別在於空腔深度不同，造成空腔大小偏差的原因，在於微粒吸聲板中，微孔不是直線，它是彎曲拐彎的，等同於增加了其後空腔的深度，通過實驗獲得增加量約為10mm。再次驗證了實施例1的結論。
[0072]實施例4:
[0073]是一種雙層微粒板共振吸聲結構，其兩層微粒吸聲板均選用20?24目微粒製作，微粒粒徑範圍為0.8?0.9mm,板厚10mm，其微空隙的直徑約為0.182?0.2mm,孔隙率約為25%，前、後空腔的深度均為40mm。與之對比的雙層微穿孔板吸聲結構參數為:板厚均為1mm,穿孔直徑0.2mm,穿孔率25%,前、後空腔的深度均為50mm。
[0074]其吸聲性能如圖9所示，可見雙層微粒板共振吸聲結構的實測性能與同參數的雙層微穿孔板吸聲結構的理論吸聲特性一致，其差別在於空腔深度不同，造成空腔大小偏差的原因，在於微粒吸聲板中，微孔不是直線，它是彎曲拐彎的，等同於增加了其後空腔的深度，通過實驗獲得增加量各為10mm。再次驗證了實施例1的結論。
[0075]從以上各實施例的結果可以看出，本發明的微粒板共振吸聲結構，使用廉價的微粒如砂粒、陶粒和再生建築廢料顆粒等用粘接劑粘接，靠相互擠靠的微粒形成微孔獲得的共振吸聲結構，實驗證實其吸聲特性與微穿孔板吸聲理論高度吻合。本實用新型對現有技術的貢獻在於顯著降低了獲取直徑0.3mm以下特別是0.1?0.2mm的微穿孔板共振吸聲結構的難度。
【權利要求】
1.微粒板共振吸聲結構，包括孔板及其後方的底板(5)，底板(5)與孔板之間具有空腔(4)而形成共振吸聲結構，其特徵是:所述孔板採用微粒吸聲板(7)，所述的微粒吸聲板(7)包括微粒(I)和粘結劑，粘結劑覆蓋在所述微粒(I)外表面形成粘結劑層，覆蓋粘結劑後的微粒(I)間的空隙形成吸聲孔隙。
2.如權利要求1所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述共振吸聲結構為單層結構，包括單層微粒吸聲板(7)和單層空腔(4)，所述微粒吸聲板(7)的厚度為5mm?30mm，所述空腔(4)的深度為10_?500_。
3.如權利要求1所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述共振吸聲結構為雙層結構，包括兩層微粒吸聲板(7)和兩層空腔(4)，位於前端的微粒吸聲板(7)與底板(5)之間設置有另一層微粒吸聲板(7)。
4.如權利要求3所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述各微粒吸聲板(7)的厚度為5mm?15mm,所述兩層空腔(4)的深度之和為50mm?500mm,前端空腔與後端空腔的深度比為1:1?1: 5。
5.如權利要求1所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述共振吸聲結構為三層以上的多層結構，位於前端的微粒吸聲板(7)與底板(5)之間設置有兩層以上的微粒吸聲板(7 )及位於相鄰兩層微粒吸聲板(7 )之間的空腔(4 )。
6.如權利要求5所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述各微粒吸聲板(7)的厚度為5mm?15mm,所述各層空腔(4)的深度之和為10mm?500mm。
7.如權利要求1?6中任意一項權利要求所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述微粒(I)採用粒徑為20?50目的微粒。
8.如權利要求1?6中任意一項權利要求所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述微粒(I)表面的粘結劑層的厚度為0.1?0.2mm。
9.如權利要求1?6中任意一項權利要求所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述覆蓋粘結劑後微粒(I)的角形係數小於1.3。
10.如權利要求1?6中任意一項權利要求所述的微粒板共振吸聲結構，其特徵是:所述微粒(I)的角形係數小於1.5。
【文檔編號】G10K11/172GK204010668SQ201420441077
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】錢偉鑫, 沈加曙 申請人:四川正升聲學科技有限公司