[發明專利]一種用于吸聲降噪的低頻吸聲結構

在審

• 申請號: 201811327726.0
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109243421A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 盧明輝;劉樂;葛浩;許相園;顏學俊;徐曉東;陳延峰
• 申請（專利權）人: 南京光聲超構材料研究院有限公司
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162;G10K11/172
• 代理公司: 江蘇法德永衡律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種用于吸聲降噪的低頻吸聲結構。該吸聲結構為半圓柱的封閉空腔體，空腔體上設有開孔；空腔體內設有長管，長管的一端與空腔體室內連通，長管的另一端與開孔相通。整個吸聲結構可由同種材料制備而成，其吸聲性能由結構而非材料的物質屬性決定。本發明的結構具有低頻寬帶的優越吸聲性能，可以根據需求頻率進行定制化設計結構參數，而且機械性能穩定，制造成本低廉，具有很大的應用價值。

技術領域

本發明屬于噪聲吸收的聲學功能材料領域，具體涉及一種用于吸聲降噪的低頻吸聲結構。

背景技術

聲音的吸收在室內聲學以及環境噪聲控制方面具有重要意義，自上世紀開始對吸聲的研究、應用層出不窮，人耳可聽聲波頻率范圍20Hz到20000Hz，聲波在空氣中的吸收，即損耗通常是很小的，因此，聲波的損耗主要通過兩種機理發生的：一是在固體表面與空氣的粘滯損耗，由于固體表面的粘性邊界層無滑移，固體界面存在一個粘性層，一般來說，速度梯度差越大，粘滯損耗也就越大；二是空氣與固體表面之間的熱傳導，由于固體的熱導率與空氣不同(通常遠遠大于空氣)，可以假設固體結構的溫度為一個常數，內部由于空氣的絕熱壓縮與延伸，必然會在空氣—固體接觸面局域存在一個溫度梯度差，聲能轉化為熱能產生損耗，大小與比熱有關。從以上研究可以發現，想有較大的吸聲系數要求空氣與固體的接觸面積必然要很大，而多孔材料的空氣-固體接觸面面積通常很大。

聲波的傳播與非常小的空氣位移速度有關，其作為頻率函數的耗散必須服從線性響應理論，其中廣義通量(例如電流密度，流速，熱通量)與廣義力成線性比例(例如，電場強度，壓力，溫度的梯度)。由于耗散力作為速率的函數線性變化(例如，摩擦力隨著相對速度而線性變化)，耗散功率由力和通量的乘積給出，因此聲波的耗散是頻率的二次函數。因此，對于低頻聲波，耗散本質上比高頻聲波弱得多。聲波的損耗一般考慮兩個參量，有效損耗系數和阻抗匹配，可以認為，聲波的整個結構有效損耗系數與能量密度和損耗系數的乘積成正比，傳統的多孔材料通過較大的空氣—固體接觸面積來提高損耗系數，然后把其中的吸收結構設計為錐形來提高阻抗匹配程度。考慮以上原因，共振吸聲擁有極為顯著的優點：共振時一般具有極高的能量密度，很高的能量密度情況下即使本身損耗不強的情況下仍然具有特別好的吸聲現象，以及更高的阻抗匹配程度導致入射聲能和吸聲結構的更好的耦合。所以，共振器吸聲在低頻階段是最優的設計選擇。

傳統的共振器結構尺度在一個波長以上，對于低頻聲波而言其波長常常超過1m，動輒數米數十米尺度的吸聲結構很難真正投入到應用，利用聲學超材料(acousticmetamaterials)的新理念可以很好地處理這個問題。

發明內容

為了克服傳統多孔材料低頻下吸聲性能較差，尺寸較大，薄膜型超構材料制備復雜，由于蠕變機械性能不穩定，不能長期使用等問題，本發明提供一種“折疊空間”式的亥姆霍茲器的吸聲結構，結構的厚度可以達到波長的幾十分之一更甚。

為了實現上述發明的目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于吸聲降噪的低頻吸聲結構，為半圓柱的封閉空腔體，空腔體上設有開孔；空腔體內設有長管，長管的一端與空腔體室內連通，長管的另一端與開孔相通。

進一步地，長管的內壁上設有梳齒狀結構。

進一步地，長管的兩側內壁上設有交錯排列的梳齒狀結構。

進一步地，所述低頻吸聲結構采用同一種材料。

進一步地，長管的邊長遠小于吸聲結構吸聲時聲波的波長。

本發明提供的吸聲結構與現有技術相比，具有以下優點：

(1)在滿足結構聲學要求的前提下，采用同一種材料，使得制備工藝簡單；

(2)吸聲結構的聲學性能基于結構單元而非材料屬性，結構的制備可以通過增材工藝的3D打印技術，方式簡單；