[發明專利]一種任意形狀迷宮型低頻吸聲裝置設計方法

在審

• 申請號: 201910447233.9
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110176223A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 馬富銀;吳俊翔;劉崇銳;吳九匯
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G10K11/16
• 分類號: G10K11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種任意形狀迷宮型低頻吸聲裝置設計方法，采用該方法設計的結構，由反射基板、空間卷曲的迷宮通道、以及任意曲面形狀的開孔薄殼組合而成，薄殼的形狀根據需要進行設計，然后去截取迷宮通道，另一側用基板封閉。除了薄殼的形狀和尺寸根據實際需要靈活調控外，開孔的位置、尺寸和數量，以及迷宮通道的寬度和卷曲圈數等結構參數均可靈活調控。這樣，不但整體結構的外形可以靈活調控，工作頻率也可以靈活調控，以適應各種復雜的應用環境。采用這種設計方法設計的結構，可以在低頻段實現超強吸聲，且結構尺寸可以深度亞波長，整體面密度也非常小。總體上而言，本發明能夠適應復雜的空間限制，為各種裝備和應用環境提供低頻吸聲解決方案。

技術領域

本發明屬于吸聲結構設計技術領域，具體涉及一種任意形狀迷宮型低頻吸聲裝置設計方法。

背景技術

傳統多孔吸聲材料一般在中高頻段吸收性能較好，如果要有效吸收低頻聲波，需要吸聲材料的厚度高達約為四分之一波長，這導致很多空間有限的應用場景中，低頻吸聲難以實現。聲學超結構，特別是厚度具有深度亞波長尺寸的聲學超表面的提出，為通過具有亞波長厚度的小型結構實現低頻吸聲提供了解決方案。這里，聲學超表面是一種深亞波長波前整形裝置，它的設計目標是在小而薄的結構空間中操縱聲波，以實現波前幅值和相位的任意調控。此外，利用亞波長厚度的聲學超表面還可以實現高效率的聲吸收，具有廣泛的應用前景。在基于聲學超表面的超強聲吸收方面，目前研究者們主要關注的是利用超表面實現對低頻聲的寬頻帶吸收。目前一共有3類結構可以實現超強聲吸收：第一種是由空腔和薄膜組成的雜化聲學超表面結構；第二種是由迷宮腔體和穿孔板組成的穿孔迷宮超表面結構；第三種是由雙層薄膜或薄板與層間的空氣層組成的雙層聲學超表面結構。也就是說，穿孔迷宮和薄膜薄板類結構都有望實現超強吸聲。其中，實現超強吸聲的條件有兩個：一是結構要產生共振，二是結構的阻抗要和空氣完美匹配。然而，目前提出的吸聲型聲學超表面結構，均為形狀規則的平面結構，這對于布置空間受限的應用環境是不適合的。考慮到聲學裝飾的結構參數在裝備設計中并非屬于主導性的設計參數，實際設計中并不會專門為聲學結構的布置留出理想的空間。因此，能夠適應復雜的空間限制，就成為聲學結構設計的一大挑戰。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中存在的不足，提供了一種任意形狀迷宮型低頻吸聲裝置設計方法，用以指導能夠適應復雜的空間限制的亞波長任意形狀吸聲裝置設計。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種任意形狀迷宮型低頻吸聲裝置設計方法，包括以下步驟：

1)根據安裝空間的可用尺寸，確定整個結構的大致尺寸，并根據安裝空間的幾何參數，確定基板的幾何尺寸；

2)根據基板的幾何尺寸，綜合考慮工作頻率，在基板上設計迷宮通道，并確定迷宮通道的寬度和總長度結構參數；

3)根據安裝空間的實際外形尺寸，確定曲面薄殼的形狀參數，以及迷宮通道的深度，形成封閉的迷宮結構。

本發明進一步的改進在于，還包括以下步驟：

4)根據實際需要在曲面薄殼上進行穿孔，并確定穿孔數量、穿孔位置以及孔徑參數。

本發明進一步的改進在于，基板的形狀根據實際允許的安裝空間的形狀確定，厚度為1-3mm。

本發明進一步的改進在于，工作頻率根據需要調控和選擇。

本發明進一步的改進在于，迷宮通道的輪廓、寬度、總長度均根據需要設計，不同部位的深度相同或者不同，以適應任意變化的幾何形狀需要。

本發明進一步的改進在于，曲面薄殼的空間分布能夠適應安裝空間需要，滿足任意形狀結構設計的要求，其厚度為0.5-2mm。

本發明進一步的改進在于，根據需要在曲面薄殼上，正對迷宮通道的任意部位穿孔，穿孔數量、穿孔位置以及孔徑參數根據實際需要設計和選擇，但至少有1個孔。