薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構的製作方法

2023-08-13 05:53:11

專利名稱：薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及噪聲控制領域中的吸聲技術，尤其涉及採用了微穿孔板的吸聲結構。
背景技術：
噪聲控制工程中吸聲技術是一個核心，吸聲的材料很多，傳統的孔纖維性材料有二次汙染的缺點。1975年馬大猷教授發表了關於「微穿孔板吸聲結構的理論與設計」的文章，微穿孔板吸聲結構基本聲學單元只有空腔和微穿孔兩個，利用微穿孔的聲阻結合空腔的共振吸收聲能量，它的特點是不需另外添加吸聲性材料，是一種綠色環保的吸聲結構，其在工程中已得到應用。微穿孔板結構高的吸聲係數發生在腔共振的附近，結構共振頻率主要由背腔的厚度決定，要想獲得良好的低頻吸聲效果，微穿孔板結構必然要製造得很厚， 這就需要要佔據大量的空間，在實際工程中會遇到困難，因此微穿孔板低頻的吸聲性能不佳，成為制約其工程應用的瓶頸。目前，為了提高吸聲結構的低頻吸聲性能，出現將微穿孔板與吸聲材料結合起來的組合結構，但是這種結構使用了吸聲材料後，有二次汙染的缺點，即使如此，要在低頻吸聲良好，吸聲材料層的厚度也是需要增加的。專利號為200920160620.6的專利文獻將管束與微縫吸聲結構複合吸聲，但是其缺陷是結構複雜，製造成本高，吸聲性能向低頻移動時管束的長度需要增加，這也要求背腔增加體積來容納增長的管束，整個結構自然也要變厚。 這些改進可以將吸聲峰值向低頻有所移動，但是不能在任意需要的低頻達到良好的吸聲性能。膜片結構在低頻吸聲技術中有一定的吸聲性能，但是其往往只有一個共振峰，雖然滿足了低頻的吸聲性能，高頻吸聲效果卻很差。因此，在噪聲控制領域，特別是噪聲的吸收領域，迫切需求一種結構總厚度小、能夠同時兼顧低頻和中、高頻的寬頻吸聲結構，並且對環境無二次汙染的吸聲結構。

發明內容
本發明的目的是提供一種薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構， 將機械阻抗和由空腔組成的空氣阻抗結合於一體，在不增加吸聲結構厚度的情況下，將低頻吸聲性能好的薄膜結構和高頻吸聲性能好的微穿孔板集為一體，使中、高頻和低頻都具有良好吸聲性能。為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案是包括與壁面垂直固定連接的上、 下2個支架，在2個支架之間垂直固定連接前、後微穿孔板，前、後微穿孔板之間以及後微穿孔板和壁面之間各形成一個矩形空腔，在後微穿孔板和壁面之間形成的矩形空腔內，2個支架的內側面上分別上、下對稱地固定連接一個槽口正面朝向後微穿孔板的凹槽結構，凹槽結構的槽口內緊密粘接粘彈性圈，粘彈性圈粘接粘接厚度小於1.0mm的複合膜片，複合膜片由彈性薄膜和隔聲膜片均勻粘貼而成。本發明採用上述技術方案後產生的有益效果是
31、本發明在單層或者多層微穿孔板的板後空腔中加入了由膜片組成的機械阻抗單元， 將微穿孔板和膜片的機械阻抗結合，在中、高頻段利用微穿孔板結構吸收聲能，低頻則利用膜片的機械阻抗吸收聲能，具有吸聲頻帶寬的特性。2、只要合理地設計本發明機械阻抗的勁度就能夠使結構在任意需要的低頻達到良好的吸聲性能；粘彈性材料的材質改變後，系統的勁度將變化，無需改變吸聲結構的總長度就能夠在低頻有良好的吸聲效果，且在中、高頻能夠保持原有微穿孔板良好的吸聲效果，整個吸聲結構增加的厚度不大。3、由於吸聲結構未使用纖維性等傳統多孔性吸聲材料，具有綠色環保的特性。


圖1是本發明薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構示意圖。圖2是圖1所示的寬頻吸聲結構在使用時由若干個寬頻吸聲結構並聯形成的使用狀態圖中1.壁面；2.支架；3.粘彈性圈；4.彈性薄膜；5.隔聲膜片；6.後微穿孔板；7.前微穿孔板；8.凹槽結構。
具體實施例方式以下結合附圖1對本發明作進一步詳細說明
本發明包括固定安裝在壁面1上的支架2，支架2有2個，2個支架2沿壁面1上、下安裝，並且均與壁面1相垂直，支架2由厚度為Imm的金屬板製成。在2個支架2之間連接前微穿孔板7和後微穿孔板6，前微穿孔板7安裝在支架2的前部，後微穿孔板6安裝在支架2 的後部，使前微穿孔板7和後微穿孔板6分別垂直支架2，在微穿孔板7和後微穿孔板6之間形成一個矩形空腔，在後微穿孔板6和壁面1之間形成另一個矩形空腔。位於後微穿孔板6和壁面1之間形成的另一個矩形空腔內，在2個支架2的內側面上分別上下對稱地焊接一個凹槽結構8，焊接時採用整圈氣焊，使凹槽結構8的槽口正面朝向後微穿孔板6。在凹槽結構8內放置粘彈性圈3，粘彈性圈3由粘彈性材料製作而成，其形狀為矩形，粘彈性圈 3緊密粘接凹槽結構8。在粘彈性圈3上用粘接劑粘接複合膜片，複合膜片張粘於粘彈性圈 3的邊界上，複合膜片由具有一定彈性材料製作成的彈性薄膜4和具有一定隔聲性能的隔聲材料製作成的隔聲膜片5複合而成，複合時，將隔聲膜片5均勻粘貼在彈性薄膜4上，形成一層，本發明的層數可以是兩層或者兩層以上。複合膜片的厚度小，整個複合膜片厚度要小於1. 0mm。凹槽結構8、粘彈性圈3以及複合膜片三者之間要求緊密粘接，密封良好，有利於複合膜片的振動，吸收入射到複合膜片上的低頻部分的聲能。同時，前微穿孔板7和後微穿孔板6吸收中、高頻部分的聲能。前微穿孔板7或後微穿孔板6可以是單層也可以是多層，其層數和孔徑等其他參數視實際工程需要而定。本發明增加了複合膜片和具有粘彈性的邊界粘彈性圈3組成的機械阻抗單元，將機械阻抗單元置於後微穿孔板6之後，位於整個吸聲結構的最後一層。複合膜片聲質量低， 勁度不高，將其粘接在粘彈性邊界上，使得機械阻抗系統的共振頻率設計在低頻。粘彈性邊界主要控制彈性係數和阻尼係數，彈性係數控制結構的共振頻率，阻尼係數則控制吸聲係數的高低。複合膜片既要有彈性，同時也要具有一定的隔聲性能，這樣當聲波入射到複合膜片上時能有效地激勵起複合膜片的振動，將聲能吸收後傳遞到複合膜片邊界的阻尼材料上，通過阻尼材料的粘滯作用耗散掉。本發明高頻吸聲部分由處於前、後微穿孔板7、6獲得，根據需要可採用多層微穿孔板結構。低頻部分的聲能透過微穿孔板，作用在後端的膜片上，當複合膜片受到聲波激勵並且激勵頻率與複合膜片的共振頻率一致的時候，系統發生共振，複合膜片振動，帶動上下邊界的粘彈性材料一起振動，在此過程中消耗能量，起到吸收聲波能量的作用。前、後微穿孔板7、6和複合膜片兩者共同作用，形成低頻和高頻能同時兼顧的寬頻吸聲結構。由於粘彈性邊界的厚度較小，因此整個結構厚度的變化並不大。機械阻抗單元有兩個技術要點1、聲質量要低。從聲學原理上來說，要獲得寬的吸聲頻帶，需要低的聲質量，本發明採用膜片，原因在於其有低的聲質量，採用薄的膜片能夠在共振區域獲得寬的吸聲頻帶。2、阻尼要合適。聲質量低，吸聲頻帶寬，但是吸聲係數不
一定高，由吸聲係數計算公式為結構的相對聲阻率，Χ為相對聲抗率)可
知，當發生共振時，相對聲抗率X為零，相對聲阻率要控制在1左右才能夠獲得高的吸聲係數，高的吸聲係數需要適當的阻尼，阻尼過大或過小對吸聲都不利，僅依靠膜片材料自身的阻尼難以將其控制在合適的範圍，因此在膜片的邊界採用一層粘彈性材料，通過控制這一層粘彈性材料的阻尼，來控制整個機械阻抗的阻尼係數，使其在合適的範圍。複合膜片有兩個功能，除了要有粘彈性功能外還需要有一定的隔聲能力，有了隔聲能力以後，膜片兩端才能形成壓差，使得膜片在接近共振區域時能充分振動，有效吸收聲能。參見圖2，本發明在使用時，可由若干個圖1所示的寬頻吸聲結構並聯在一起使用，用於噪聲控制工程。
權利要求
1.一種薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構，包括與壁面(1)垂直固定連接的上、下2個支架(2)，在2個支架(2)之間垂直固定連接前、後微穿孔板(7、6)，前、 後微穿孔板(7、6)之間以及後微穿孔板(6)和壁面(1)之間各形成一個矩形空腔，其特徵是在後微穿孔板(6)和壁面(1)之間形成的矩形空腔內，2個支架(2)的內側面上分別上、 下對稱地固定連接一個槽口正面朝向後微穿孔板(6)的凹槽結構(8)，凹槽結構(8)的槽口內緊密粘接粘彈性圈(3)，粘彈性圈(3)粘接厚度小於1. Omm的複合膜片，複合膜片由彈性薄膜(4)和隔聲膜片(5)均勻粘貼而成。
2.根據權利要求1所述的薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構，其特徵是隔聲膜片(5 )與彈性薄膜(4 )形成的層數是兩層或兩層以上。
3.根據權利要求1所述的薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構，其特徵是粘彈性圈(3)由粘彈性材料製作而成，其形狀為矩形；彈性薄膜(4)由彈性材料製作而成；隔聲膜片(5)由隔聲材料製作而成；複合膜片張粘於粘彈性圈(3)的邊界上。
全文摘要
本發明公開一種薄膜機械阻抗與微穿孔板聲阻抗結合的寬頻吸聲結構，包括與壁面垂直固定連接的上、下2個支架，在2個支架之間垂直固定連接前、後微穿孔板，前、後微穿孔板之間以及後微穿孔板和壁面之間各形成一個矩形空腔，在後微穿孔板和壁面之間形成的矩形空腔內，2個支架的內側面上分別上、下對稱地固定連接一個槽口正面朝向後微穿孔板的凹槽結構，凹槽結構的槽口內緊密粘接粘彈性圈，粘彈性圈粘接複合膜片，複合膜片由彈性薄膜和隔聲膜片均勻粘貼而成；在後空腔中加入了由膜片組成的機械阻抗單元，將微穿孔板和膜片的機械阻抗結合，在中、高頻段利用微穿孔板結構吸收聲能，低頻則利用膜片的機械阻抗吸收聲能，具有吸聲頻帶寬的特性。
文檔編號G10K11/172GK102543061SQ20121001871
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者丁瑞, 胡鵬, 趙曉丹 申請人:江蘇大學