吸声结构及装置的制作方法

1.本发明涉及吸声技术领域，特别是涉及一种吸声结构及装置。


背景技术：

2.噪声污染是当今世界三大污染之一，随着社会的发展，噪声对人类社会的影响日益严重，传统吸声材料对于中、高频段内的噪声有明显的抑制效果，但是对于大波长低频噪声的作用却很有限。
3.声学超构材料是具有天然材料所不具备的超常声学性能(如中低频噪声吸收效果好、厚度可超薄、控制频带范围较宽等)的人工复合结构材料。其特殊的声学性能取决于可根据噪声频谱特性自由设计的人工功能单元。其中，吸声型超材料受到了大量的关注，并已开发了多种结构形式，如helmholtz型、hybrid resonators型和fp型等。
4.这些结构对于低频噪声的吸收效果较好，其内部结构设计性极强，但吸声体的结构相对单一，通常情况下为矩形吸声平板，然而矩形平板的与噪声应用环境的匹配存在着很大的问题，当需要贴附吸声材料的壁面为弯曲面或需要进行隔声的装置形状不规则时，矩形吸声面板较难与这类壁面和装置契合。


技术实现要素：

5.基于此，本发明旨在提供一种改进的吸声结构，以提高吸声结构与复杂表面的契合度。
6.第一方面，本技术提供一种吸声结构，包括：
7.本体，具有声波射入面；
8.多个隔件，至少部分所述隔件沿平行于声波射入面的第一方向间隔设于所述本体内，及至少部分所述隔件沿平行于声波射入面的第二方向间隔设于所述本体内，所述第一方向与所述第二方向相交；
9.所述多个隔件与所述本体围合形成多个谐振腔，所述谐振腔被配置为通过共振吸收声波；
10.其中，至少一个所述谐振腔可折弯；并且，在折弯时，至少一个所述谐振腔在所述第一方向和/或所述第二方向上的长度改变。
11.上述吸声结构，通过谐振腔可有效吸收中低频噪声，且环保无污染，导热性好，便于室内场景的热量散失；同时，各个谐振腔的共振频率可根据其自身参数按需调节，从而有利于实现较宽频的吸声；并且，由于吸声结构中至少一个谐振腔可折弯，且在折弯时该谐振腔在第一方向和/或第二方向上的长度也会改变，从而通过配置可折弯的谐振腔可使吸声结构较好地适配至不同的弯曲型表面，相比于传统的矩形吸声平板，可节省大量的安装空间，大大拓宽了声学超构材料中吸声结构的应用场景和应用范围。
12.在其中一个实施例中，所述吸声结构可绕一平行于所述声波射入面的预设轴线折弯，折弯后的吸声结构具有轮廓为圆弧形的声波射入面，所述轮廓对应的圆心角的取值范
围为-360
°
～360
°
。
13.在其中一个实施例中，所述多个隔件包括多个沿所述第一方向间隔设置的第一隔件，所述第一隔件被配置为可在预设外力作用下沿所述第二方向伸缩预设长度；和/或，所述多个隔件包括多个沿所述第二方向间隔设置的第二隔件，所述第二隔件被配置为可在预设外力作用下沿所述第一方向伸缩预设长度。
14.在其中一个实施例中，述隔件包括波浪形隔件、锯齿形隔件中的至少一种。
15.在其中一个实施例中，所述隔件的相邻波峰或相邻波谷间的距离小于或等于一预设距离。
16.在其中一个实施例中，至少部分沿所述第二方向间隔设置的隔件在所述第一方向上错位设置。
17.在其中一个实施例中，至少部分所述隔件的材质为柔性材料。
18.在其中一个实施例中，所述吸声结构的厚度小于或等于20mm。
19.在其中一个实施例中，所述本体具有相对设置的第一侧和第二侧，所述本体包括：顶板，设于所述第一侧且与所述多个隔件的一端连接，所述顶板开设有多个微孔；插管，与所述微孔连通并向所述第二侧延伸；以及，底板，设于所述第二侧且与所述多个隔件的另一端连接。
20.第二方面，本技术提供一种装置，包括：壳体；声源，设于所述壳体或所述壳体内；以及如前所述的吸声结构，所述吸声结构设于所述壳体或所述壳体内，且所述吸声结构的声波射入面朝向所述声源。
21.上述装置，通过在壳体或壳体内的相应部位设置如前文所述的吸声结构可有效地吸收装置内部声源发出的噪声，从而有利于减弱或消除噪声，使装置安静平稳地运行；同时，上述吸声结构可较好地贴合其安装部位，从而大大的节省安装空间，有利于装置整体的小型化。
附图说明
22.为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1表示本技术一实施例未折弯时的结构示意图；
24.图2表示图1所示实施例a-a面的截面示意图；
25.图3表示本技术一实施例折弯时的结构示意图；
26.图4表示图3所示实施例折弯45
°
和-45
°
时的结构示意图；
27.图5表示图3所示实施例折弯90
°
和-90
°
时的结构示意图；
28.图6表示图3所示实施例折弯360
°
和-360
°
时的结构示意图；
29.图7表示图3所示实施例未折弯、折弯45度、折弯90
°
时的吸声系数随频率的变化曲线图。
30.元件标号说明：
31.100、吸声结构，110、本体，111、顶板，1110、微孔，112、底板，113、插管，120、隔板，
121、第一隔板，122、第二隔板；
32.p、声波射入面，q、谐振腔。
具体实施方式
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
34.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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
35.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
37.传统的超材料吸声平板为矩形刚性体，其中的谐振腔腔体壁通常由相互交叉的直隔板构成，因而很难对吸声平板进行弯折。然而，在设置吸声平板时，若壁面为曲面或是噪声源的形状不规则时，刚性的吸声面板很难在不占用过大空间的情况下完全贴覆壁面或是包覆噪声源来进行有效的吸隔声。
38.综上，传统的超材料吸声平板折弯性能差，换言之，与弯曲面的契合能力差，容易导致占用空间大，适用场景较少。
39.基于上述问题，本技术提出了一种具备弯折性能的吸声结构。该吸声结构可应用平直墙体、弯曲墙体、墙角、规则或不规则的装置表面等，通过将吸声结构折弯成不同的形状可有效地包覆声源，从而有效地吸收隔绝噪声。
40.如图1至图3所示，本技术的吸声结构100包括本体110以及设于本体110内的多个隔件120。
41.其中，如图3所示，本体110具有声波射入面p，声波射入面p可被配置为朝向声源设置，以使声波经声波射入面p进入吸声结构100而被吸收。需要指出的是，为方便展示内部结构，图3中吸声结构100的本体110的部分表面被隐去。
42.进一步的，如图2所示，多个隔件120中至少部分隔件120沿平行于声波射入面的第一方向d1间隔设于本体110内，及至少部分隔件120沿平行于声波射入面的第二方向d2间隔设于本体110内，第一方向d1与第二方向d2相交，其中，第一方向d1和第二方向d2的夹角可
以是0～180
°
。从而，两部分相交的隔件120可以与本体110围合形成多个谐振腔q，谐振腔q被配置为通过共振吸收声波。可选的，各隔件120与本体110紧密相接，使得每个谐振腔q之间相互独立。可选的，各隔件120可与本体110胶接或焊接，以保证连接的稳定性。具体而言，声波经声波射入面p进入谐振腔q，若声波的频率与谐振腔q的共振频率相同则会引发系统共振，使得声波与谐振腔q的内壁产生明显的摩擦，声波能量转化为热量耗散掉，其中，谐振腔q的共振频率可由谐振腔q自身的结构参数决定，具体可参见声学超构材料中helmholtz型、hybrid resonators型和fp型谐振腔的相关设计原理。
43.进一步的，至少一个谐振腔q可折弯；并且，在折弯时，至少一个谐振腔q在第一方向d1和/或第二方向d2上的长度改变。本技术所指的“可折弯”表示谐振腔q可在外力作用下被折弯但不会对谐振腔q造成破坏(如隔件120、本体110发生断开、裂开等现象)，而是借助谐振腔q自身的材质和结构实现可折弯的效果，例如，谐振腔q的材质可以是柔性、弹性材料等，谐振腔q的结构可以是便于在折弯时伸缩、扭转、弯曲的结构等，上述材料或结构均可在谐振腔q折弯时使谐振腔q在第一方向d1和/或第二方向d2上的长度改变(可以是边长也可以是变短)，以方便谐振腔q在至少一个方向上实现折弯，从而更好的满足谐振腔q的折弯需求。需要指出的是，本体110的声波射入面p也会随着谐振腔q的折弯而弯曲，第一方向d1和第二方向d2则始终与声波射入面p保持平行。
44.上述吸声结构100，通过谐振腔q可有效吸收中低频噪声，且环保无污染，导热性好，便于室内场景的热量散失；同时，各个谐振腔q的共振频率可根据其自身参数按需调节，从而有利于实现较宽频的吸声；并且，由于吸声结构100中至少一个谐振腔q可折弯，且在折弯时该谐振腔q在第一方向和/或第二方向上的长度也会改变，从而通过配置可折弯的谐振腔q可使吸声结构较好地适配至不同的弯曲型表面，相比于传统的矩形吸声平板，可节省大量的安装空间，大大拓宽了吸声结构100的应用场景和应用范围。
45.另一方面，吸声结构100可通过龙骨固定于墙面或装置表面，通过共振体系吸收噪声，从而既能消除室内或装置内部的“驻波”、“混响”效应，又具有隔声性能，阻止噪声向外界传播。
46.在一些实施方式中，吸声结构100可绕一平行于声波射入面p的预设轴线折弯，折弯后的吸声结构100具有轮廓为圆弧形的声波射入面p，轮廓对应的圆心角的取值范围为-360
°
～360
°
，为方便叙述，可将轮廓对应的圆心角简称为吸声结构100的折弯角，换言之，吸声结构100绕一平行于声波射入面p的预设轴线折弯后，可具有范围为-360
°
～360
°
的折弯角。
47.如图4至图6所示，吸声结构100可绕其外部的一根轴线折弯，形成的结构具有
±
45
°
、
±
90
°
、
±
360
°
的折弯角，需要指出的是，为方便看清内部结构，图4至图6中的吸声结构100均隐去了与声波射入面p相对的底面。具体而言，折弯角为正时，折弯角度越大，声波射入面p的面积会变小，吸声效果会变好，对应的谐振腔体积也随着拉伸而变大，因此吸声结构100整体的吸声频率会向低频偏移；折弯角度为负时，折弯角度越大，声波射入面p的面积会变大，吸声效果会变差一些，对应的谐振腔体积会随着压缩而变小，因此吸声结构100整体的吸声频率会向高频偏移。通过将吸声结构100折弯成具有不同折弯角的结构，有利于拓宽吸声结构100的曲面适配范围，从而更好地与声源表面贴合；同时，也可以根据实际的吸声频率需求来设置正负的折弯角。可以理解的是，对于较高频声波的吸收，也可采用传统的
吸声材料，但若考虑降低吸声材料的厚度，则仍可选择负折弯角度的吸声结构100。
48.在一些实施方式中，如图2和图3所示，多个隔件120可包括沿平行于声波射入面p的第一方向d1间隔设置的多个第一隔件121，以及沿平行于声波射入面p的第二方向d2间隔设置的多个第二隔件122，其中，第一隔件121被配置为可在预设外力作用下沿所述第二方向d2伸缩预设长度，第二隔件122被配置为可在预设外力作用下沿第一方向d1伸缩预设长度。第一隔件121和第二隔件122受外力影响其伸缩变化可以是线性的也可以是非线性的。可选的，非线性时，第一隔件121可被配置为受5n～100n的拉力拉伸2mm～30mm，第二隔件122可被配置为受5n～100n的拉力拉伸1mm～25mm，上述数值范围可根据实际的伸缩需求进行调整，本技术对此不做限制；可选的，线性时，第一隔件121和/或第二隔件122具有一伸缩系数，该伸缩系数可以由隔件伸缩长度的变化量比上所受外力的变化量得到，如此可方便调控隔件120的伸缩量。
49.传统的吸声平板中，隔板通常采用直隔板，而两块相交的直隔板在折弯时很难被拉伸，从而导致吸声平板的折弯性能较差。本技术中，通过设置第一隔件121和/或第二隔件122在预设外力作用下对应可沿第二方向d2和/或第一方向d1伸缩预设长度，使得吸声结构100折弯时至少一个隔件能够延伸或收缩，从而简单、有效地解决两块相交的直隔板难以被折弯的问题；并且，当第一隔件121和第二隔件122均为可伸缩的隔件时，可大大增加吸声结构100的弯折自由度，换言之，吸声结构100至少可以绕平行于第一方向d1和第二方向d2的轴线进行折弯，从而进一步增强吸声结构100的曲面适配能力。
50.在一些实施方式中，隔件120包括波浪形隔件、锯齿形隔件中的至少一种。如图2和图3所示，第一隔件121为波浪形隔件，增强了第一隔件121沿第二方向的伸缩性能，使得吸声结构100折弯时，谐振腔q的长度能够沿第二方向d2伸缩；可以理解的是，第二隔件122也可以设置为波浪形隔件，使得谐振腔q还能够沿第一方向d1伸缩，从而提高吸声结构100的可折弯性能；同时，波浪形隔件、锯齿形隔件结构简单，方便开模成型，有利于降低生产成本。
51.可选的，如图2所示，第一隔件121的相邻波峰或相邻波谷间的距离t小于或等于一预设距离。t越小，表示第一隔件121的波浪或锯齿更多，从而有利于在受力拉伸(或压缩)时，提供更多可拉长(或压缩)的筋，进而能够形成更大的折弯角。因此，可以针对不同的应用场景来设置该预设距离，使得第一隔件121可以在对应场景下具备合适数量的筋，方便折弯时的隔件拉伸(或压缩)。例如，对于面积较大的安装面，该预设距离可以是厘米或毫米量级，而对于面积较小的安装面，该预设距离可以是毫米或微米量级，具体可根据实际场景进行选择。
52.在一些实施方式中，至少部分沿第二方向d2间隔设置的隔件120在第一方向d1上错位设置。如图2所示，在第一方向上，第二隔件122是错位设置的，如此可使谐振腔q错位分布，相比于传统吸声结构中阵列排布且无错位设置的谐振腔，能够降低结构应力，从而进一步提升吸声结构100的折弯性能。
53.在一些实施方式中，至少部分隔件120的材质为柔性材料，有利于隔件120进行伸缩、扭转、弯曲的形变。其中，柔性材料可以是热塑性聚氨酯弹性体(tpu)、聚乙烯醇(pva)、聚酯(pet)、聚酰亚胺(pi)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等。可选的，本体110的材质与隔件的材质相同，方便吸声结构100的制备。
54.在一些实施方式中，吸声结构100的厚度小于或等于20mm。例如可以是2mm、4mm、6mm、8mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm。可选的，吸声结构100的厚度大于或等于12mm且小于或等于20mm，如此有利于在工艺制备成本和厚度控制之间取得平衡。
55.在一些实施方式中，本体110具有相对设置的第一侧和第二侧，本体110包括：顶板111，设于第一侧且与多个隔件120的一端连接，顶板111开设有多个微孔1110；插管113，与微孔1110连通并向第二侧延伸；以及，底板112，设于第二侧且与多个隔件120的另一端连接。其中，各微孔1110的孔径可以相同也可以不同，顶板111、插管113、底板112、多个隔件120共同围合可形成多个相互独立的谐振腔q，并且，插管113的长度，插管113的直径(与微孔1110的直径相同)、以及谐振腔q体积的大小均具有调节谐振腔q共振频率的作用。具体而言，插管113的长度越大，吸声频率越低，插管113的直径越小，吸声频率越低，谐振腔q体积越大，频率越低。通过组合具有不同结构尺寸参数的谐振腔q，最终可以形成一个具备宽频吸声效果的吸声结构100。可选的，顶板111、多个隔件120、插管113可一体成型，例如可统一采用柔性基材进行3d打印，隔件120与底板112可采用胶接或焊接等方式使得隔件120与底板112紧密相连，其中，柔性基材可选用前述的柔性材料制备。
56.以下将通过一可选的具体实施例来描述吸声结构100以及该吸声结构100在不同折弯状态下的吸声效果。
57.该吸声结构100的结构可参见图2，对应的结构参数可参见表1，插管的深度的取值范围为2mm～8.5mm，微孔1110的直径为1.6mm。
58.表1
59.[0060][0061]
图7示出了该吸声结构100在未折弯、折弯45
°
、折弯90
°
时的吸声系数随频率的变化曲线。从图7可以看到，该吸声结构100在不同折弯状态下在500hz～800hz内均具有较高的吸声系数，其中，折弯90
°
时的吸声系数在不同频率下普遍高于折弯45
°
和未折弯时的吸声系数，而折弯45
°
时的吸声系数则普遍高于未折弯时的吸声系数。另外也可以看到，在500hz～800hz内，吸声结构100在不同折弯状态下的平均吸声系数为0.63左右，具备较佳的吸声效果。除此之外，该吸声结构100的厚度仅为12mm，从而可大大减少吸声结构100的安装空间，拓宽了吸声结构100的适用场景。
[0062]
本技术还提供一种装置，包括：壳体；声源，设于壳体或壳体内；以及如前所述的吸声结构100，吸声结构100设于壳体或壳体内，且吸声结构100的声波射入面p朝向声源。
[0063]
上述装置，通过在壳体或壳体内的相应部位设置如前文所述的吸声结构100可有效地吸收装置内部声源发出的噪声，从而有利于减弱或消除噪声，使装置安静平稳地运行；同时，上述吸声结构可较好地贴合其安装部位，从而大大的节省安装空间，有利于装置整体的小型化。
[0064]
另外，上述装置可以是空气压缩机、发动机、风机、变速箱、电机等，也可以是包含上述器件的装置，如车辆、真空抽吸机、电动工具等。
[0065]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0066]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。