一种吸声频段可调节且低频宽带吸声的空间弯折多孔超结构的制作方法

1.本发明属于多孔吸声材料和弯折通道相结合的复合结构声学超材料领域，特别涉及一种吸声频段可调节且低频宽带吸声的空间弯折多孔超结构。


背景技术：

2.社会生活噪声取代了工业噪声和交通噪声成为影响城市居民居住声环境中最主要的噪声污染源，以低频为主的城市公建和高层住宅中的各种动力设备产生的噪声已经成为最主要的社会噪声源。对于低频噪声，传统的吸声材料需要与波长相当的厚度才能达到理想的吸声效果，这对工程应用带来极大的不便利性并且还会增大噪声控制的成本。
3.空间弯折超结构低频吸声性能好、结构强度好且厚度小，但是该结构吸声带宽窄，限制了其在实际工程中的应用，如li y和assouar bm在applied physics letters发表的acoustic metasurface
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based perfect absorber with deep subwavelength thickness所述。虽然有一种在三维空间卷曲多个通道设计可以拓宽其吸声带宽，但这种设计大大增加了制造的难度，如zhang c和hu x在physical review applied发表的three
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dimensional single
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port labyrinthine acoustic metamaterial:perfect absorption with large bandwidth and tenability所述。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：针对传统吸声材料和空间弯折超结构在低频、宽带吸声的不足及工程应用的不便利性，本发明提出一种基于传统多孔吸声材料和空间弯折结构的低频吸声超结构；通过在弯折结构的通道中嵌入传统多孔吸声材料，在不增大吸声层厚度的前提下增大了声波在结构中的传播路径，从而解决传统吸声材料在低频吸声时受厚度制约、空间弯折结构吸声带宽窄等问题。
5.本发明的技术方案是：一种吸声频段可调节且低频宽带吸声的空间弯折多孔超结构，其特征在于：包括左侧板、右侧板、上面板、底衬板和若干隔板；
6.所述上面板和底衬板相互平行；左侧板、右侧板和若干隔板相互平行，且侧板和隔板与上面板相互垂直；上面板朝向声源，底衬板背向声源；
7.所述若干隔板分别布置在上面板和底衬板上，形成空间弯折通道；空间弯折通道内嵌有多孔材料。
8.本发明进一步的技术方案是：所述隔板包括第一隔板、第二隔板和第三隔板，其中第一隔板竖直与上面板固连，靠近左侧板，第二隔板竖直与底衬板固连，第三隔板竖直与上面板固连且靠近右侧板；第二隔板位于第一隔板和第三隔板之间。
9.本发明进一步的技术方案是：定义侧板与隔板之间、隔板与隔板之间的宽度为w，隔板与面板或者底衬板的距离为d，且w＝d。
10.本发明进一步的技术方案是：所述多孔吸声材料的孔隙率大于0.8。
11.本发明进一步的技术方案是：所述左侧板、右侧板、上面板、底衬板、隔板的材质为
轻金属金属或工程塑料。
12.发明效果
13.本发明的技术效果在于：本发明提出的一种吸声频段可调节且低频宽带吸声的空间弯折多孔超结构，包括左侧板、右侧板、上面板、底衬板、隔板、多孔吸声材料；其中，左侧板、右侧板、上面板、底衬板及隔板构成一个空间弯折通道，将多孔吸声材料内嵌于空间弯折通道中。本发明在不增加材料厚度的情况下，极大地增加了声波的传播路径，声能损耗增加，使得超结构具有优越的低频吸声性能，如图3所示；与现有超结构对比，本结构具有吸收带宽大的优势，在波峰频率相近时，吸声系数0.8以上，结构具有220hz的带宽，而现有超结构的吸收带宽不足40hz如图5所示；通过调整空间弯折结构的通道数目或通道布局就可以调节吸声频段，将不同吸声频段的单元并列就可以实现低频宽带的吸声；结构简单易于生产并且成本低，在低频噪声领域具有广泛的工程应用前景。
附图说明
14.图1是本发明空间弯折多孔超结构一个实施例的三维结构示意图；
15.图2是本发明空间弯折多孔超结构一个实施例的主视图。
16.图3是本发明空间弯折多孔超结构一个实施例的声波传播路径示意图。
17.图4是本发明空间弯折多孔超结构一个实施例的吸声系数曲线。
18.图5是一个现有超结构的吸声系数曲线。
19.附图标记说明：1、左侧板；2、右侧板；3上面板；4、底衬板；5、6、7、隔板；8、多孔吸声材料。
具体实施方式
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.参见图1
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图5，一种吸声频段可调节且低频宽带吸声的空间弯折多孔超结构，其特征在于：包括左侧板、右侧板、上面板、底衬板、隔板、多孔吸声材料；左侧板、右侧板、隔板三者相互平行，上盖隔板、底衬隔板两者相互平行，且与左侧板、右侧板和隔板垂直，左侧板、右侧板、上面板、底衬板及隔板相连接构成一个空间弯折通道，多孔材料内嵌于弯折通道中，构成一个空间弯折多孔超结构单元；上面板朝向声源，底衬板背向声源。
22.进一步，左侧板、右侧板、上面板、底衬板、隔板的厚度为0.20mm～2mm。
23.进一步，左侧板、右侧板、上面板、底衬板、隔板的材质为轻金属金属或工程塑料。
24.进一步，空间弯折结构的弯折通道不限定于等宽通道，也可以是由窄到宽、由宽到窄或任意宽度的排列组合。
25.进一步，通道宽度w和后面相邻的弯折处开口大小d相等或不等。
26.进一步，多孔吸声材料的孔隙率大于0.8。
27.本实施例是一种吸声频段可调节且低频宽带吸声的空间弯折多孔超结构。
28.参阅图1本实施例空间弯折多孔超结构由左侧板1、右侧板2、上面板3、底衬板4、隔板5、6、7、多孔吸声材料8组成；左侧板1、右侧板2以及隔板5、6、7五块板相互平行且垂直于相互平行的上面板3和底衬板4，并且相邻两块板之间的距离相等；左侧板1、右侧板2、上面板3、底衬板4、隔板5、6、7构成空间弯折结构，多孔吸声材料8内嵌于空间弯折结构的通道中，构成一个空间弯折多孔超结构单元；上面板3朝向声源，底衬板4背向声源。
29.本实施例空间弯折多孔超结构的大小为101.5mm*100mm*50mm。
30.本实施例中左侧板1、右侧板2、上面板3、底衬板4、隔板5、6、7的厚度为0.5mm。
31.本实施例中左侧板1、右侧板2、上面板3、底衬板4、隔板5、6、7的材质为工程塑料。
32.本实施例中多孔吸声材料的孔隙率为0.973。
33.本实施例中通道宽度w和弯折处开口大小d均为25mm。
34.本设计实例中，在考察频段0～1600hz中，空间弯折多孔超结构对应的吸声系数曲线如图4所示，有两个吸收波峰，分别是370hz和1140hz，对应的吸声系数分别为0.96和0.8；吸声系数大于0.8的频段是260～480hz；吸声系数大于0.5的频段是190～1470hz。
35.以上对本发明空间弯折多孔超结构的一个实例进行了说明，但本发明的保护内容不仅仅限定于以上实例，在本发明所述的技术领域内，只要掌握基本理论，就可以在其技术要旨范围内进行多样变换，如通道布局不限于等宽，也可以是由窄到宽或由宽带窄的渐变通道等。凡是根据本发明所申请范围内所作的变化和改进等，均属于本发明的专利翻盖范围。