[發明專利]一種通風吸聲超材料

在審

• 申請號: 202110335167.3
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113035166A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 畢傳興;葉望青;張小正;張永斌
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種通風吸聲超材料，是具有中空直管的雙端口結構，根據不對稱吸收的原理在中空直管的各個側壁上分別設置各狹縫諧振器組；狹縫諧振器組是由各諧振器在沿聲波入射方向上并聯組成，諧振器由一個縫隙和與縫隙相連通的背腔所組成，縫隙的開口朝向中空直管的內腔；將目標吸聲頻段從高到低依次劃分為各頻段，各狹縫諧振器組在各中空直管的側壁上一一對應進行設置，形成各吸聲側壁，由各吸聲側壁一一對應實現在各頻段中的單向吸聲，由此實現寬帶連續的單向吸聲和寬帶雙向隔聲。

技術領域

本發明涉及吸聲超材料，更具體地說是一種雙端口不封閉的通風吸聲超材料。

背景技術

嚴重的噪音會降低工作效率，影響生活品質。隨著社會發展，傳統的自然界材料逐漸無法滿足日常生產生活對控制噪音的不同需求。聲學超材料應運而生，并以聲學超材料衍生了一系列性能優越的吸聲結構，比如：通過穿孔板和盤繞背腔組成的吸收器，穿孔蜂窩波紋復合芯的輕質夾芯板，膜吸收器以及Fabry-perot式吸收器，這些吸聲超材料大多數已經可以實現亞波長的窄帶吸收。此外，吸聲超材料也在吸聲頻帶拓寬上做了許多有意義的工作，比如，在穿孔復合亥姆霍茲諧振器(PCHR)單元中引入多階吸收峰的吸收器、通過強耦合實現寬帶吸收等等。

現有技術中的吸聲超材料大多數有密封的硬壁作為背板，用于消除傳輸，為剛性壁單端口系統；各種膜類超材料雖然沒有使用密封硬壁作為背板，但薄膜本身阻隔了氣流的自由流通，實質也是單端口系統。但是，在日常生活和工業生產的實際應用中，噪音的產生大多來自于背景流體的流通，比如：空調通風管道、噴嘴和渦輪機；為了保證這類設備裝置的正常工作，流體必須具有自由通過的傳輸通道，即雙端口系統，吸聲材料在雙端口系統的吸收率通常不能超過50％，更難以實現寬帶的有效吸聲。

已有采用兩個亥姆霍茲諧振器(HR)齊平安裝在導管一側，實現窄帶的單向吸收；也有使用不對稱的膜類材料裝在管道側壁，實現多個吸收峰和隔聲峰；還有通過相同的亥姆霍茲諧振器(HR)積累腔體共振實現吸收；以及在管道側壁四周設置不同的穿孔板板塊實現寬帶吸聲。但針對管道的寬帶吸聲器的具體實現存在如下技術問題：

1、非對稱諧振器對的吸聲需要詳細設計一對諧振器的每個結構參數，這對于寬頻帶的管道吸聲設計不僅工作量巨大，而且獨立評估設計的各諧振器可能會由于相互耦合而導致組合使用后總體吸聲性能減弱；

2、現有技術中的側壁吸聲器均設置在管道單側側壁上，一旦沿管道四周側壁周向放置工作頻帶相近的窄帶單向吸聲側壁，則幾組側壁結構的弱耦合會大大削弱在工作頻帶交界處的吸聲效果。如果管壁四周皆安裝吸聲器，為了避免這種弱耦合，便只能使幾組吸聲器的工作頻率彼此遠離，實現多頻的單向吸聲峰，且吸聲峰不連續；

3、由上導致周向放置的側壁吸聲器無法完全覆蓋到目標吸聲頻段的所有頻率，因此，管道的吸聲結構空間被局限在了管道單側；若要實現工作頻率連續的單向寬頻吸聲系數不小于0.9的吸聲效果，則必須加長管道，且設置更多的吸聲器。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種具有中空直管的雙端口結構的通風吸聲超材料，以實現寬帶連續的單向吸聲和寬帶雙向隔聲。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明通風吸聲超材料的特點是：

所述通風吸聲超材料是具有中空直管的雙端口結構，針對所述雙端口結構實現寬帶連續的單向吸聲和寬帶雙向隔聲；

所述通風吸聲超材料是根據不對稱吸收的原理在所述中空直管的各個側壁上分別設置各狹縫諧振器組；

所述狹縫諧振器組是由各諧振器在沿聲波入射方向上并聯組成，所述諧振器由一個縫隙和與所述縫隙相連通的背腔所組成，所述縫隙的開口朝向中空直管的內腔；