CN113593512A - 多腔复合吸声结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多腔复合吸声结构，包括腔体，腔体内设有多块隔板，多块隔板将腔体的内腔分隔成沿腔体的轴向并联布置的多个吸声单元腔，腔体的顶部盖合有第一微穿孔板，每个吸声单元腔的底部均设有一底板，每个吸声单元腔的深度各不相同。本发明的多腔复合吸声结构结构简单、安装方便、重量轻、占用空间小、吸声频段广。该多腔复合吸声结构在实际应用中可以方便的按照所需吸声频段调控各单元结构参数，获得目标频段内连续平稳的吸声效果。

Description

多腔复合吸声结构

技术领域

本发明涉及吸声结构技术领域，具体而言，涉及一种多腔复合吸声结构。

背景技术

随着环保意识的深入人心，噪声带来的负面影响引起了广泛的关注，特别是在交通运输领域，随着列车速度的提升，噪声水平和振动能级随之上升，影响着车厢内乘客的乘坐舒适性，特别是低频噪声会影响人的中枢神经功能，对听觉***造成不可逆的损伤，还会导致精密仪器失灵，甚至停止工作，威胁着人们的生命财产安全。因此，吸声降噪成为人们研究的重点。

吸声的过程是一个能量耗散的过程，目前常用的吸声材料主要有两种：一种是多孔材料，声波沿着大量微小且连通的孔径进入材料内部，与孔壁摩擦产生热损耗和粘滞损耗，该机理决定了多孔材料常用于高频吸声，若想实现低频吸声的目的需要很大的厚度(厚度基本对应声波波长的1/4)；另一种是带有背部空腔的微穿孔板，声波入射时，微孔内的空气和腔体内的空气产生共振损耗了声能，可以在较低频率处出现共振吸声峰值，适用于中低频吸声。

但是，传统的微穿孔板只有一个吸声峰值，无法在较宽的频段内保持高效吸声，难以应对实际中复杂的声源。因此，使用单一的吸声材料难以实现全频带吸声效果，需要一种合理的复合方式实现宽频段的有效吸声。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多腔复合吸声结构，该多腔复合吸声结构结构简单、安装方便、重量轻、占用空间小、吸声频段广、吸声效果好。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多腔复合吸声结构，包括腔体，腔体内设有多块隔板，多块隔板将腔体的内腔分隔成沿腔体的轴向并联布置的多个吸声单元腔，腔体的顶部盖合有第一微穿孔板，每个吸声单元腔的底部均设有一底板，每个吸声单元腔的深度各不相同。

进一步地，每个吸声单元腔内均设有至少一块第二微穿孔板，第二微穿孔板将吸声单元腔分隔成上下布置的深度不同的多个腔室，多个吸声单元腔中同一层腔室的深度不相同。

进一步地，多个吸声单元腔中同一层的腔室的深度依次增大或依次减小。

进一步地，多块隔板将腔体的内腔分隔成横截面积相等的多个吸声单元腔，多个吸声单元腔的声波入射面积相同。

进一步地，第一微穿孔板上对应于每个吸声单元腔均开设有一组穿孔，多个吸声单元腔对应的第一微穿孔板区域的开孔率不完全一致。

进一步地，第二微穿孔板的开孔率小于吸声单元腔对应的第一微穿孔板区域的开孔率。

进一步地，腔体的外侧沿腔体的周向设有一狭缝，狭缝内填充有多孔材料。

进一步地，每个吸声单元腔底部的底板的下方空间均填充有多孔材料。

进一步地，狭缝内填充的多孔材料与底板下方空间填充的多孔材料相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的多腔复合吸声结构，通过将共振频率依次递增的多个共振器并联，获得连续宽带吸声的多腔耦合谐振器；在多腔耦合谐振器的***设置狭缝并填充多孔材料，进一步提升了吸声带宽和吸声系数，吸声效果更加平稳。在裸露的入射面中多孔材料占比很小，大部分的多孔材料处于刚度较大的微穿孔板保护之下，解决了多孔材料易受损的同时还使结构具有保温防潮的性能。结构占用空间小，狭缝中的多孔材料与底板下方的多孔材料串联，充分利用了有限的空间。该多腔复合吸声结构充分发挥了两种材料的独特优势，并有效避免了各自的缺点，吸声性能优良，并且机动灵活、可设计性强。该多腔复合吸声结构结构简单、安装方便、重量轻、占用空间小、吸声频段广、吸声效果好。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的多腔复合吸声结构的总成图。

图2为本发明的多腔复合吸声结构的分解图。

图3为本发明的多腔复合吸声结构中多腔耦合谐振器的结构示意图。

图4为本发明的多腔复合吸声结构中多孔材料的结构示意图。

图5为本发明的多腔复合吸声结构中单个共振器的结构示意图。

图6为多腔复合吸声结构中八个共振器(对应图中八条虚线)的吸声效果曲线和八个共振器并联(对应图中实线)时的吸声效果曲线。

图7为多腔耦合谐振器中填充多孔材料前(点划线)、后(实线)的吸声效果曲线。

图8为多个本发明的多腔复合吸声结构阵列式安装的俯视示意图。

图9为本发明的多腔复合吸声结构应用在列车车厢的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、腔体；2、隔板；3、吸声单元腔；4、第一微穿孔板；5、底板；6、第二微穿孔板；7、多孔材料；8、刚性支撑；31、腔室；41、穿孔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以通过其他中间连接件间接的连接。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

本发明中所说的“共振器”是指由吸声单元腔3、微穿孔板以及底板5等组成的单个吸声结构单元，其结构如图5所示。多个共振器并联后即组成多腔耦合谐振器。“多腔耦合谐振器”是指多个共振器并联，并且没有填充多孔材料7时的吸声结构，其结构如图3所示。多腔耦合谐振器填充多孔材料7后即形成本发明的多腔复合吸声结构。

参见图1至图9，一种本发明实施例的多腔复合吸声结构，该多腔复合吸声结构主要包括腔体1，在腔体1内设置有多块隔板2，多块隔板2将腔体1的内腔分隔成沿腔体1的轴向并联布置的多个吸声单元腔3；腔体1的顶部盖合有一块第一微穿孔板4；每一个吸声单元腔3的底部均设置有一块底板5；每个吸声单元腔3的深度各不相同(底板5的高度各不相同)。

上述的多腔复合吸声结构，通过多块隔板2将腔体1的内腔分隔成沿腔体1的轴向并联布置的多个吸声单元腔3，在腔体1的顶部盖合一块第一微穿孔板4，并且每个吸声单元腔3的深度各不相同；由吸声单元腔3、微穿孔板以及底板5等组成单个共振器，将共振频率不同的多个共振器进行并联，获得了宽带吸声的多腔耦合谐振器，有效地提高了吸声结构的吸声效果。该多腔复合吸声结构结构简单、安装方便、重量轻、占用空间小、吸声频段广。

在本实施例中，每个吸声单元腔3内均设置有至少一块第二微穿孔板6，第二微穿孔板6将吸声单元腔3分隔成上下布置的多个腔室31；同一个吸声单元腔3内的各个腔室31的深度不相同；多个吸声单元腔3中同一层腔室31的深度不相同。也就是说，同一个吸声单元腔3内，位于上方的腔室31与位于下方的腔室31的深度不相同；多个吸声单元腔3中，位于上层的腔室31的深度各不相同，位于下层的腔室31的深度各不相同。如此设置，吸声结构中形成多阶(多层)吸声峰值不同的共振腔(腔室31)，每一阶共振腔又包括多个吸声峰值不同的共振腔；可以将耦合后的吸声系数维持在较高水平而又不过于振荡。

在本实施例中，多个吸声单元腔3中同一层的腔室31的深度依次增大或依次减小。也就是说，在同一层腔室31中，腔室31的深度是逐次变化的，形成并联的共振频率依次递增的多个共振器，从而获得连续宽带吸声的多腔耦合谐振器。多块隔板2将腔体1的内腔分隔成横截面积相等的多个吸声单元腔3，使得多个吸声单元腔3的声波入射面积相同。

在本实施例中，第一微穿孔板4上对应于每个吸声单元腔3均开设有一组穿孔41，多个吸声单元腔3对应的第一微穿孔板4区域的开孔率(穿孔率为穿孔41的面积占开孔板该区域的总面积的比例)不完全一致。如此设置，通过使将多个吸声单元腔3对应的第一微穿孔板4区域的开孔率设置为不完全一致且每个腔室31的深度不同，当入射声波频率在两个共振频率之间时，两个共振器将都具有强相应和强耦合，在声学上联合成为一个整体，由此获得连续的宽带吸声效果。克服了传统共振吸声器吸声频带窄的问题，也克服了传统微穿孔板简单放置在一起容易出现吸声谷值的问题。

进一步地，在本实施例中，第二微穿孔板6的开孔率小于吸声单元腔3对应的第一微穿孔板4区域的开孔率。使得下层腔室31与上层腔室31的共振频率不同，进一步提高了复合吸声结构的吸声频带宽度。

在本实施例中，腔体1的外侧沿腔体1的周向设置有一个环形狭缝(图中未示出)，该狭缝内填充有多孔材料7。这样设置，该复合吸声结构将多腔耦合谐振器与多孔材料7相结合，构成了两种耗散机制复合的吸声装置。多孔材料7对高频噪声吸声效果优良，将多孔材料7填充在腔体1的环形狭缝中，不仅不会影响多孔材料7在高频发挥吸声效果(多孔材料7直接接触入射声波)，而且在多腔耦合谐振器的中低频吸声基础之上，显著提高了吸声带宽和吸声系数，使吸声系数曲线整体提高，吸声效果更加平稳。

进一步地，在本实施例中，每个吸声单元腔3底部的底板5的下方空间均填充有多孔材料7，并且狭缝内填充的多孔材料7与底板5下方空间填充的多孔材料7相连接，充分利用了吸声结构有限的空间，进一步提升了吸声结构的吸声效果。多腔耦合谐振器填充多孔材料7前、后的吸声效果曲线，如图7所示。

该多腔复合吸声结构的一个具体实例如下：

八块隔板2将腔体1的内腔分隔成沿腔体1的轴向并联布置的八个吸声单元腔3，八个吸声单元腔3的底板5高度各不相同，每个吸声单元腔3内均设置有一块第二微穿孔板6。各个腔室31的深度、各个吸声单元腔3对应的第一微穿孔板4区域的开孔率、各块第二微穿孔板6的开孔率，如下表1所示。

表1各个共振器的结构参数

表1中，D1为各个上层腔室31的深度，D2为各个下层腔室31的深度，穿孔率σ₁为各个吸声单元腔3对应第一微穿孔板4区域的开孔率，穿孔率σ₂为各个第二微穿孔板6的开孔率。

该多腔复合吸声结构中，八个共振频率依次递增的共振器并联组成了多腔耦合谐振器，八个共振器的声波入射面积相同，但每个吸声单元腔3中各个腔室31的腔深和穿孔率不同。如图5所示为单个共振器的结构示意图。通过调控腔深D1、D2和穿孔率实现共振器的共振频率依次递增，每个共振器作用于不同的共振频率，按从低频到高频的设计顺序。八个吸声单元腔3沿中心轴线对称排布，得到多腔耦合谐振器。在谐振器***的狭缝和底部空间中填充串联的多孔材料7，构成了两种耗散机制下的吸声装置。

该多腔复合吸声结构中八个共振器(未填充多孔材料7时)单独作用的吸声效果曲线，对应于图6中的八条虚线；八个共振器并联形成多腔耦合谐振器后(未填充多孔材料7)共同作用时的吸声效果曲线对应于图6中的实线。由图6可见，将八个共振器并联后，吸声效果显著提高。

图7为多腔耦合谐振器填充多孔材料7前和填充多孔材料7后的吸声效果曲线，其中点划线表示多腔耦合谐振器填充多孔材料7前的吸声效果曲线，实线表示多腔耦合谐振器填充多孔材料7后的吸声效果曲线。从图7中可以看出，填充多孔材料7后多腔复合吸声结构的吸声效果明显提高。

参见图8和图9，将多个本发明的多腔复合吸声结构按阵列式排列，相邻的多腔复合吸声结构之间通过刚性支撑8连接，提高了各个多腔复合吸声结构的机械强度。在实际应用中，车厢内的其他必要装置可安装于刚性支撑8之上。如图9所示，为该吸声装置应用在列车车厢中的示例，将其安装于车厢壁之上，在声源处产生的噪声声波射向多腔复合吸声结构之后，大部分的声能被多腔复合吸声结构所吸收，迅速削弱了声波在车厢内的反射。车厢壁厚一般有0.4m-0.6m的空间，本发明结构总厚度仅0.062m，占用空间小，符合列车轻量化的要求。

本发明的多腔复合吸声结构的原理如下：

当声波激发多腔复合吸声结构时，吸声单元腔3背部空腔的气体被强制压缩，压缩的空气在恢复时对微穿孔板上的微孔产生作用力，引起孔内空气振动以此耗散声波的能量。不同结构参数的微穿孔板的腔室31需要不同频率的声波激发。通过设计八个吸声单元腔3和两层微穿孔板形成两阶共振频率依次递增，共产生16个吸声峰值，一阶共振产生前8个吸声峰值，二阶共振产生后8个吸声峰值，同时设计各单元的吸声系数峰值维持在0.7-0.8之间的水平，保证耦合后的吸声系数维持在较高水平又不过于振荡，如图6所示。

将不同共振频率的共振器并联，入射声波频率在两个共振频率之间时，两个共振器单元将都具有强相应和强耦合，在声学上联合成为一个整体，由此获得连续的宽带吸声效果，如图6所示。克服了传统共振吸声器吸声频带窄的问题，也克服了传统微穿孔板简单放置在一起容易出现吸声谷值的问题。

在多腔耦合谐振器的***设置狭缝，填充轻质的多孔材料7。因为在实际应用中要将该吸声装置阵列安装，狭缝填充方式克服了多孔材料7机械性能差的问题。多孔材料7的吸声机理决定了其对高频噪声吸声效果优良，而将多孔材料7设置在夹缝中不仅未影响多孔材料7在高频发挥吸声效果(多孔材料7直接接触入射声波)，而且在多腔耦合谐振器的中低频吸声基础之上，显著提高了吸声带宽和吸声系数，吸声系数曲线整体提高，吸声效果更加平稳。

总体而言，本发明的多腔复合吸声结构通过将共振频率依次递增的多个共振器并联，获得连续宽带吸声的多腔耦合谐振器；在多腔耦合谐振器的***设置狭缝并填充多孔材料7，进一步提升了吸声带宽和吸声系数，吸声效果更加平稳。在裸露的入射面中多孔材料7占比很小，大部分的多孔材料7处于刚度较大的微穿孔板保护之下，因此解决了多孔材料7易受损的同时还使结构具有保温防潮的性能。结构总厚度减小到深度亚波长范围，占用空间小，狭缝中的多孔材料7与底板5下方的多孔材料7串联，充分利用了有限的空间。本发明充分发挥了两种材料的独特优势，并有效避免了各自的缺点，获得了一个吸声性能优良并且机动灵活可设计性强的吸声装置。

本发明的多腔复合吸声结构结构简单、安装方便、重量轻、占用空间小、吸声频段广。更重要的是，由于吸声单元和耦合结果之间鲜明的可视化关联，在实际应用中可以方便的按照所需吸声频段调控各单元结构参数，获得目标频段内连续平稳的吸声效果。因此，该装置在吸声降噪领域中具有很大的应用潜力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。例如，本发明只提出了双层微穿孔板作为吸声单元进行耦合的情况，后续可以进一步增加微穿孔板层数。保持结构总厚度不变的情况下，随着微穿孔板层数的增加，吸声单元产生的共振峰值数增加，则耦合结果将会由更多的峰值组成，吸声频带将被进一步拓宽，吸声系数曲线将更加平稳，具有更优良的吸声效果。

Claims (9)

1.一种多腔复合吸声结构，包括腔体(1)，其特征在于，所述腔体(1)内设有多块隔板(2)，多块所述隔板(2)将所述腔体(1)的内腔分隔成沿所述腔体(1)的轴向并联布置的多个吸声单元腔(3)，所述腔体(1)的顶部盖合有第一微穿孔板(4)，每个所述吸声单元腔(3)的底部均设有一底板(5)，每个所述吸声单元腔(3)的深度各不相同。

2.根据权利要求1所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，每个所述吸声单元腔(3)内均设有至少一块第二微穿孔板(6)，所述第二微穿孔板(6)将所述吸声单元腔(3)分隔成上下布置的深度不同的多个腔室(31)，多个所述吸声单元腔(3)中同一层所述腔室(31)的深度不相同。

3.根据权利要求2所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，多个所述吸声单元腔(3)中同一层的所述腔室(31)的深度依次增大或依次减小。

4.根据权利要求2所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，多块所述隔板(2)将所述腔体(1)的内腔分隔成横截面积相等的多个所述吸声单元腔(3)，多个所述吸声单元腔(3)的声波入射面积相同。

5.根据权利要求2所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，所述第一微穿孔板(4)上对应于每个所述吸声单元腔(3)均开设有一组穿孔(41)，多个所述吸声单元腔(3)对应的所述第一微穿孔板(4)区域的开孔率不完全一致。

6.根据权利要求5所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，所述第二微穿孔板(6)的开孔率小于所述吸声单元腔(3)对应的所述第一微穿孔板(4)区域的开孔率。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，所述腔体(1)的外侧沿所述腔体(1)的周向设有一狭缝，所述狭缝内填充有多孔材料(7)。

8.根据权利要求7所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，每个所述吸声单元腔(3)底部的所述底板(5)的下方空间均填充有所述多孔材料(7)。

9.根据权利要求8所述的多腔复合吸声结构，其特征在于，所述狭缝内填充的所述多孔材料(7)与所述底板(5)下方空间填充的所述多孔材料(7)相连接。

Images