組合微穿孔板及共振吸聲結構的製作方法

2023-07-17 16:58:06

本實用新型屬於共振吸聲的技術領域，具體地說是涉及一種組合微穿孔板。本實用新型還涉及一種共振吸聲結構。

背景技術：

目前噪聲汙染已是困擾人們的一大難題，它對環境、人體都有著嚴重的危害。隨著生活質量的不斷提高，防噪、降噪已成為生活追求的必要手段。目前，我國城市噪聲汙染日趨嚴重，多數城市處於噪聲汙染的中等水平，許多地區噪聲已高於60dB。這些噪聲大多來源於道路交通、建築施工等等。這種環境擾亂了人們的生活，引發了各類疾病，直接危害到我們的身心健康，因此噪聲已成為現代城市的一大公害。

在吸聲降噪方面，吸聲材料按結構來分，主要包括多孔吸聲材料和共振吸聲結構。穿孔板吸聲材料的吸聲機理,與多孔吸聲材料有相同的地方,其不同點在於它是利用共振的特點,更有效的把聲能轉化為熱能消耗。共振吸聲結構中則以穿孔板最為常見，它是由穿孔的薄板與它背後的空氣層所構成的。由於在共振吸聲結構中，對穿孔板的材料要求相對較低，因此穿孔板可以由鋁板、鋼板、塑料板等材料製成而具有防潮、防火、清潔、耐高溫等特點。眾所周知，共振峰的位置主要取決於板厚、孔徑、穿孔率、空腔深度幾個方面，在其它參量不變的條件下，孔對吸聲的頻段是有選擇，比如像大孔，它的共振峰通常在低頻處，主要針對低頻段吸聲，中孔的吸收峰則在中頻處，主要針對中頻段吸聲，而小孔的吸收峰則在高頻處，主要針對高頻段吸聲。但是，穿孔板的缺點則是吸聲頻帶較窄,比如在共振頻率附近,吸聲係數很高,可接近於1,但一偏離共振峰,吸聲係數就迅速下降,因此它只能吸收中低頻段的單頻音，這也是長期以來它在吸聲領域不可替代多孔材料的原因。

在提高穿孔板吸聲頻帶方面，公開號為205158899U、公開日為2016年04月13日的中國實用新型專利公開了一種組合穿孔板。該一種組合穿孔板，包括中間面板，所述中間面板上設有由圓心向外輻射的穿孔，所述穿孔呈環狀分布，所述穿孔孔徑為2～8mm，所述穿孔率為1～2％，所述中間面板內設有由圓形軟管組成的空氣層；在穿孔率為1.39％，所述孔徑為2mm的穿孔總面積與孔徑為4mm的穿孔總面積之比為3時，全頻的吸聲效果最好。但是，這種結構的組合穿孔板的Δf僅為691.7,吸聲效果Sαf僅為282.14。這種穿孔板的吸聲頻帶還是相對較窄。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種組合微穿孔板，其吸聲頻帶寬，具有更加優良的吸聲效果。

為解決上述技術問題，本實用新型的目的是這樣實現的：

一種組合微穿孔板，包括板體，所述板體呈圓形，板體的厚度為1mm，在板體上設有多個孔，穿孔率為3.805％，並且多個所述孔以板體的中心作為中心點呈輻射狀對稱分布，所述孔包括中孔和小孔，中孔的孔徑為2mm，小孔的孔徑為1mm。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：板體的直徑為29mm，所述中孔的數量為5個，小孔的數量為12個。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：5個中孔的圓心分布在一內圓上，並且5個中孔以等間距的方式分布；12個小孔的圓心分布在一外圓上，並且12個小孔以等間距的方式分布。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：內圓的直徑為8mm，外圓的直徑為16mm。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：所述板體呈圓形，板體的直徑為29mm，所述中孔的數量為3個，小孔的數量為20個。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：3個中孔的圓心分布在一內圓上，並且3個中孔以等間距的方式分布；20個小孔的圓心分布在一外圓上，並且20個小孔以等間距的方式分布。

本發明還提供一種共振吸聲結構，包括板體，在板體上具有多個正方形區域，每一個所述正方形區域的邊長為25.7mm，在每一個所述正方形區域中設有5個中孔和12個小孔，中孔的孔徑為2mm，小孔的孔徑為1mm，5個中孔中的1個中孔分布在正方形區域的中心，剩餘的4個中孔以及12個小孔以所述正方形區域的中心作為中心點呈輻射狀對稱分布，板體的後面設有空氣層，板體的厚度為1mm。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：空氣層的厚度為21mm。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：所述剩餘的4個中孔以及12個小孔分布在位於正方形區域的中心的中孔周圍，並且剩餘的4個中孔和12個小孔的圓心構成一大一小的兩個正方形，這兩個正方形的中心與正方形區域的中心重合，在每一個正方形中相鄰的兩個孔的圓心之間的距離相等。

在上述方案的基礎上並作為上述方案的優選方案：小的正方形的邊長為7.1mm，大的正方形的邊長為14.2mm。

本實用新型相比現有技術突出且有益的技術效果是：

本實用新型的組合微穿孔板，通過設置中孔和小孔，穿孔率為3.805％，其中，中孔的數量少於小孔的數量，提升了吸聲頻帶，並且在吸聲效果方面也顯著提高。

本實用新型的一種共振吸聲結構，通過設置中孔和小孔，穿孔率為3.805％，具有較寬的吸聲頻帶以及優良的吸聲效果。此外，由於中孔和小孔是分布在正方形區域上的，便於製造。

附圖說明

圖1是本實用新型的組合微穿孔板的一實施例的示意圖。

圖2是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖3是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖4是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖5是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖6是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖7是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖8是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖9是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖10是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖11是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖12是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖13是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖14是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖15是本實用新型的組合微穿孔板的另一實施例的示意圖。

圖16是本實用新型的共振吸聲結構的示意圖。

圖17是共振吸聲結構中的中孔及小孔的分布結構示意圖。

圖18是共振吸聲結構中的中孔及小孔的另一種分布結構示意圖。

圖19是共振吸聲結構中的中孔及小孔的另一種分布結構示意圖。

圖20是共振吸聲結構中的中孔及小孔的另一種分布結構示意圖。

圖21是共振吸聲結構中的中孔及小孔的另一種分布結構示意圖。

圖22是共振吸聲結構中的中孔及小孔的另一種分布結構示意圖。

圖23是共振吸聲結構中的中孔及小孔的另一種分布結構示意圖。

圖24是共振吸聲結構中的中孔及小孔的另一種分布結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖以具體實施例對本實用新型作進一步描述，參見圖1—圖24；

一種組合微穿孔板，其可在頻段668－3240.2Hz範圍內具有較寬的吸聲頻帶。參見圖1—圖15，該組合微穿孔板包括板體1，所述板體呈圓形，板體的厚度為1mm，板體的直徑為29mm。在本實施例中，所述板體採用牛卡紙材料製成。

需要說明的是，雖然板體在穿孔後也具備一固有的共振頻率，也具有一定的共振吸聲效果，基於共振吸聲的基理，當聲波入射時，激發孔中的空氣做往復運動，並通過與孔壁發生的摩擦，進而部分聲能轉化為熱能而耗損，以此達到吸收噪聲的目的，可以得出板體的材料本身對吸聲效果的影響微乎其微，因此，板體不限於採用牛卡紙材料製成，還可以採用鋁板、鋼板、塑料板等其它具有一定硬度的材料製成。

在板體上設有多個孔，孔是穿透板體的，穿孔率為3.805％。穿孔率，即板體上所有孔的總面積佔板體設置有孔的一表面的百分數。需要說明的是，在本實用新型中，穿孔率為3.805％為近似值。

多個所述孔以板體的中心作為中心點呈輻射狀對稱分布。在一實施例中，所述孔包括中孔2和小孔3，中孔的孔徑為2mm，大孔的孔徑為1mm。所述中孔的數量為5個，小孔的數量為12個。為符合輻射狀對稱分布的要求，5個中孔的圓心分布在一內圓上，並且5個中孔以等間距的方式分布；12個小孔的圓心分布在一外圓上，並且12個小孔以等間距的方式分布。通常，內圓的直徑為8mm，外圓的直徑為16mm。採用這種結構，便於測試，以避免在測試安裝時，外圓上的孔被遮擋而影響檢驗的準確性。

需要說明的是，由於聲波的波長遠大於同一圓上的相鄰兩個孔之間的間距，因此距離對吸聲的影響是很小的，在此可以完全忽略不計。因此，內圓、外圓的直徑可以選用其它的參數。

在上述實施例中，所述中孔的數量為5個，小孔的數量為12個。中孔及小孔的數量也並不局限於上述個數，在滿足穿孔率為3.805％的前提下，作為另一實施例，中孔的數量為也可以採用3個，小孔的數量則採用20個。這些孔以板體的中心作為中心點呈輻射狀對稱分布。3個中孔分布在內圓上，20個小孔分布在外圓上。

為了論證上述兩個方案具有較寬的吸聲頻帶以及優良的吸聲效果，我們還給出了對比例，在此我們取大、中、小三種孔進行排列組合，孔徑分別為4mm的大孔4、2mm的中孔2及1mm的小孔3。為了保證統一性，大孔分布在直徑為4mm的圓上，中孔分布在直徑為8mm的內圓上，小孔分布在直徑為16mm的外圓上，板體採用直徑為29mm的牛卡紙製成。在滿足穿孔率P＝3.805％的前提下，不同孔徑的組合方案如下表(方案1～方案15分別對應圖1～圖15)：

需要說明的是，在上面表格中，第10號方案以及第12號方案為上述兩個實施例的內容，1～9、11以及13～15號方案為對比例內容。

在實驗時，空氣層的厚度採用21mm。

實驗採用如下設備：裝有AWA6290M軟體(須有FFT、1/3OCT和傳遞函數法吸聲係數測量授權)的計算機一臺(CPN主頻2.5以上，內存2G以上)，並和信號發生器軟體、AWA6223聲校準器1臺、AWA6290B信號採集器一臺、帶揚聲器的阻抗管一臺(AWA8551型阻抗管)，兩個1/4傳聲器及對應的前置級、AWA5871功率放大器及配線多條。聲速為34129cm/s。

在測定後，將761.7—3064.5Hz確定為效果評定的選用頻段。

經測得的半共振頻實驗結果如下表。

經測得的共振峰及其相應的吸聲係數的實驗結果如下表。

為了評價全頻段內的吸聲效果，可利用平均吸聲係數和頻帶寬度Δf這兩個物理量。

其中，頻帶寬度：頻帶寬度是指兩個半共振頻率之間的區域，它主要由吸聲體自身的結構參數所決定，它是評價吸聲性能的一項重要指標，通常表示為：

Δf＝f2*-f1*

式中，f1*和f2*為吸聲係數為最大值一半時所對應的頻率，又可稱為半共振頻率。

平均吸聲係數：平均吸聲係數是指在一定頻段範圍內吸聲係數的均值。它同樣可以衡量吸聲體在某一頻段內的吸聲效果。通常表示為：

利用物理中的微元法可知，就是穿孔板的α-f曲線在全頻段內和坐標軸所圍的面積，它的大小可粗略的用圖中多個小梯形的面積之和來表示：

(n為頻段內所採集數據的數目)

其中f1和f2為所選頻段的上下限頻率,可根據實際的需要來確定。

吸聲面積：為了簡便的從平均吸聲係數及頻帶寬度Δf兩個方面來評定吸聲效果，在此我們引入一個新的物理量—吸聲面積Sαf，它由平均吸聲係數和頻帶寬度的乘積來表示：

藉此，得到用於評價吸聲效果的指標，如下表：

從上表可知，採用中孔和小孔的組合(中孔的數量少於小孔的數量)、穿孔率為3.805％的穿孔板，在整體上相對於現有的組合微穿孔板在吸聲頻帶有所拉寬、吸聲效果有所提高。當大小孔組合較適當時(如方案5、10、11、12、13、14)，組合微穿孔板的吸聲效果很好，明顯優於傳統結構，主要表現為平均吸聲係數略有增加，吸聲頻帶也明顯拉寬。但當大小孔組合不太適當時(如方案2、3、4、6、8)，它的吸聲效果就不見得優於傳統結構，有的甚至明顯比傳統的還要差，吸聲頻帶也相對較窄。而採用方案10、12的方案，均吸聲係數增加，吸聲頻帶最寬，吸聲效果最優。

如圖16所示，本實用新型還一種共振吸聲結構，包括板體1，在板體上具有多個正方形區域10，每一個所述正方形區域的邊長為25.7mm，在每一個所述正方形區域中設有5個中孔2和12個小孔3，中孔的孔徑為2mm，小孔的孔徑為1mm，5個中孔中的1個中孔分布在正方形區域的中心，剩餘的4個中孔以及12個小孔以所述正方形區域的中心作為中心點呈輻射狀對稱分布，板體的後面設有空氣層，板體的厚度為1mm。優選地，空氣層的厚度為21mm。

採用具有多個正方形區域的板體的實施例中，作為中孔及小孔呈輻射狀對稱分布可以採用如下方式：所述剩餘的4個中孔以及12個小孔分布在位於正方形區域的中心的中孔周圍，並且剩餘的4個中孔和12個小孔的圓心構成一大一小的兩個正方形，這兩個正方形的中心與正方形區域的中心重合，在每一個正方形中相鄰的兩個孔的圓心之間的距離相等，在本實施例中，小的正方形101的邊長為7.1mm，大的正方形102的邊長為14.2mm。具體地，如圖18中所示。

需要說明的是，中孔及小孔呈輻射狀對稱分布還可以採用圖2中其它的示例，如示例17、圖19～圖24所示的結構。

上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，並非依此限制本實用新型的保護範圍，故：凡依本實用新型的結構、形狀、原理所做的等效變化，均應涵蓋於本實用新型的保護範圍之內。