[發明專利]基于共振吸聲的多層嵌套式低頻寬帶吸聲裝置

有效

• 申請號: 202011480540.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112509545B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 朱俊喆;瞿葉高;孟光
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G10K11/172
• 分類號: G10K11/172
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種基于共振吸聲的多層嵌套式低頻寬帶吸聲裝置，包括：若干個依次嵌套的諧振器單元，每個諧振器單元包括：底板、殼體、隔板和頸部短管，其中：隔板和底板分別設置于殼體兩端，頸部短管貫穿設置于隔板的中心位置，通過不同級諧振器單元之間的相互耦合實現多階共振，進而拓寬吸收頻帶。本發明基于多階共振原理拓寬吸收頻帶，提高了吸聲系數和吸收峰值頻率的可調性。與現有結構相比，本發明體積小、質量輕，在低頻范圍內具有寬帶的吸聲性能，具有良好的應用前景和工業價值。

技術領域

本發明涉及的是一種噪聲處理領域的技術，具體是一種基于共振吸聲的多層嵌套式低頻寬帶吸聲裝置。

背景技術

現有的多孔吸聲材料大多采用三聚氰胺、石棉，但這些材料對低頻段的噪聲的吸聲效果很差。由小孔和空腔構成的亥姆霍茲諧振器，在其共振頻率附近，小孔周圍空氣振動幅度最大，由于粘滯效應使得聲能耗散達到最大，因此亥姆霍茲諧振器在其共振頻率附近產生了良好的吸聲效果，但由于吸收頻帶較窄而限制了使用范圍。上世紀七十年代，馬大猷院士提出的微穿孔共振吸聲結構，在其共振頻率附近產生了寬帶吸聲現象，但對于低頻吸聲，需要縮小微孔直徑、增大背腔體積，導致生產成本的提高、結構體積變大，不利于批量生產。

聲學超材料的發展為低頻吸聲結構的設計提供了新的方向。聲學超材料結構單元尺寸遠小于波長，通過周期性/非周期性的幾何結構，對低頻范圍的噪聲進行吸收。但由于大部分聲學超材料具有多組結構單元，利用多階共振原理拓寬吸聲頻帶，因此單元與單元之間往往會產生復雜的耦合效應，造成吸聲效率的損失。所以，工程上仍急需一種對低頻的噪聲具有寬帶吸聲效果，并且結構簡單、體積小、質量輕、成本低、便于批量生產的產品。

發明內容

本發明針對現有技術難以在低頻范圍內寬帶吸聲、低頻吸聲結構體積大、吸收效果差、吸收頻帶窄的缺陷，提出一種基于共振吸聲的多層嵌套式低頻寬帶吸聲裝置，基于多階共振原理拓寬吸收頻帶，提高了吸聲系數和吸收峰值頻率的可調性。與現有結構相比，本發明體積小、質量輕，在低頻范圍內具有寬帶的吸聲性能，具有良好的應用前景和工業價值。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于共振吸聲的多層嵌套式低頻寬帶吸聲裝置，包括：若干個依次嵌套的諧振器單元，每個諧振器單元包括：底板、殼體、隔板和頸部短管，其中：隔板和底板分別設置于殼體兩端，頸部短管貫穿設置于隔板的中心位置，通過不同級諧振器單元之間的相互耦合實現多階共振，進而拓寬吸收頻帶。

所述的多層嵌套式低頻寬帶吸聲裝置優選為中心對稱結構。

所述的諧振器單元的個數可根據吸收的目標頻段設計并增加。

每個諧振器單元的殼體的外徑和高度依次增大，以達到相互嵌套的目的。

所述的多層嵌套式低頻寬帶吸聲裝置中，單個單元的吸收峰值頻率為：其中：S表示頸部短管橫截面積，V表示殼體空腔體積，l表示頸部短管修正長度。

所述的底板的形狀采用但不限于圓形、方形或其他幾何形狀。

所述的殼體的截面形狀采用但不限于圓形、方形或其他幾何形狀，殼體的底面截面形狀與底板的形狀相匹配。

所述的頸部短管管口形狀采用但不限于圓形、方形、橢圓形或其他幾何形狀。

所述的每個諧振器單元的頸部短管之間互不接觸，各個頸部短管的橫截面積由內向外逐級增大，所有頸部短管的中心位于同一直線上。

所述的相互耦合是指：相鄰兩個諧振器單元的頸部短管在高度上相互重疊，即一部分位于隔板下方的殼體內部、一部分位于隔板上方的殼體外部，從而充分利用空間、達到互相耦合的目的。

技術效果