穿孔板共振吸声装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于降低噪声的装置，具体涉及一种穿孔板共振吸声装置。


背景技术：

2.传统的穿孔板共振吸声装置，避免了纤维类和泡沫类吸声材料的种种弊端，如重量、防火性能、纤维污染、气味等，因此在很多需要吸声的场合得以应用。这些装置的穿孔板的每个孔洞后都有一个封闭空腔，相当于许多并联的亥姆霍兹共振器，当入射声波频率和系统的共振频率一致时，即产生共振。此时，穿孔板孔洞处的空气往复振动，其振幅达到最大值时，摩擦和阻尼也最大，声能因粘滞损失转变为热能，即声能耗散达到最大。这种装置的缺点在于：吸声频率选择性强，仅在共振频率附近才会有较好的吸声性能，而一旦偏离共振频率，则吸声效果明显变差。
3.为了拓展其有效吸声频带，1975年，马大猷在《中国科学》上发表“微穿孔板吸声结构的理论与设计”，提出了微穿孔板吸声理论，将穿孔的孔洞直径降低到丝米级，同时降低穿孔率，通过调整孔洞直径、穿孔率、孔洞的深度以及空腔深度，实现较宽带的吸声。孔洞提供声阻和声质量，空腔提供声容，声质量和声容构成声抗。但为将吸声频带移至中低频段，需要大幅度增加空腔深度，这对于整个吸声结构在有限空间内的应用是很不利的。吕亚东等人通过在孔洞后方的封闭空腔内对应每个穿孔孔洞加装一个相同管径的延长细管的形式，在不改变空腔深度的前提下提高声抗，使吸声频带向中低频段移动，但同时这些延长细管也带来了声阻过大的问题。调整延长细管，声阻和声抗会同时发生较明显的变化，互相影响和限制，这些显著影响吸声频带和峰值的调整。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种穿孔板共振吸声装置，它可以侧重地调整声阻和声抗，从而实现吸声带宽和吸声峰值调整的功能。
5.本实用新型提供了一种穿孔板共振吸声装置，包括主体、穿孔面板和延长管。主体具有一个空腔和一个连通空腔的开口。穿孔面板覆盖开口并连接主体，穿孔面板设置有至少一个孔洞部，各孔洞部具有数个连通空腔的孔洞。延长管位于空腔的内部，其数量与孔洞部的数量相同。各延长管的一端开口，且另一端连接穿孔面板以连通一个孔洞部的所有孔洞。
6.该穿孔板共振吸声装置，通过调整孔洞的直径和数量，可以在期望的频段内有效地改变整个结构的声阻，而对声抗的影响较小。在空腔深度固定不变的情况下，通过调整延长管的长度，可以在期望的频段内有效地调整整个结构的声抗，而声阻基本不受影响，从而起到声阻和声抗侧重调整，借此利于实现该装置在低频段的有效吸声。
7.在穿孔板共振吸声装置的再一种示意性的实施方式中，延长管为柔性的。借此可方便地放置延长管，并在空腔深度不变的情况下，可便利地通过调整延长管的长度，来调整整个装置在期望的频段内的声抗。
8.在穿孔板共振吸声装置的另一种示意性的实施方式中，穿孔板共振吸声装置还包括数根延长细管，各延长细管设置于延长管的管腔内部，并连接穿孔面板以连通一个孔洞，延长细管与相应的孔洞具有相同的内径。借此提高整个装置在期望的频段内的声阻。
9.在穿孔板共振吸声装置的还一种示意性的实施方式中，延长细管为柔性的。借此在空腔深度不变的情况下，通过调整延长细管的长度，可便利地调整整个装置在期望的频段内的声阻，而对声抗的影响较小。
10.在穿孔板共振吸声装置的还一种示意性的实施方式中，延长细管内填充有多孔材料。借此进一步提高整个装置在期望的频段内的声阻。
11.在穿孔板共振吸声装置的还一种示意性的实施方式中，孔洞的直径为0.1毫米至20毫米。
12.在穿孔板共振吸声装置的还一种示意性的实施方式中，穿孔面板的厚度为0.5毫米至10毫米。
13.在穿孔板共振吸声装置的还一种示意的地实施方式中，空腔设置为沿一个第一方向延伸的柱形腔，穿孔面板设置为垂直于第一方向平板状，孔洞沿第一方向延伸。借此便于加工。
14.在穿孔板共振吸声装置的还一种示意性的实施方式中，空腔沿第一方向的深度为10毫米至500毫米。
附图说明
15.以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围，其中：
16.图1是用于说明穿孔板共振吸声装置的一种示意性实施方式的俯视示意图；
17.图2是图1所示的穿孔板共振吸声装置沿ii-ii的剖视示意图；
18.图3是用于说明穿孔板共振吸声装置的另一种示意性实施方式的剖视示意图；
19.图4是用于说明当孔洞数量变化时穿孔板共振吸声装置的吸声系数、声阻和声抗变化的示意图；
20.图5是用于说明当孔洞直径变化时穿孔板共振吸声装置的吸声系数、声阻和声抗变化的示意图；
21.图6是用于说明有无增设延长细管时穿孔板共振吸声装置的吸声系数、声阻和声抗变化的示意图；
22.图7是用于说明有无填充多孔材料时穿孔板共振吸声装置的吸声系数、声阻和声抗变化的示意图；
23.图8是用于说明当延长管长度变化时穿孔板共振吸声装置的吸声系数、声阻和声抗变化的示意图。
24.标号说明
25.10 主体
26.12 空腔
27.f 第一方向
28.14 开口
29.20 穿孔面板
30.22 孔洞部
31.222 孔洞
32.30 延长管
33.40 延长细管。
具体实施方式
34.为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
35.在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
36.图1是用于说明穿孔板共振吸声装置的一种示意性实施方式的俯视示意图。图2是图1所示的穿孔板共振吸声装置沿ii-ii的剖视示意图。如图1和图2所示，穿孔板共振吸声装置包括一个主体10、一个穿孔面板20和数个延长管30（图2中仅示意性地绘出其中一个）。主体10具有空腔12和连通空腔12的开口14。穿孔面板20覆盖开口14并连接主体10，穿孔面板20设置有数个孔洞部22，各孔洞部22具有数个连通空腔12的孔洞222。借此，空腔12仅通过孔洞222连通外部。延长管30位于空腔12的内部，其数量与孔洞部22的数量相同。各延长管30的一端开口，另一端连接穿孔面板20以连通一个孔洞部22的所有孔洞222。
37.通过调整孔洞222的直径和数量，可以有效地改变整个结构的声阻。在空腔12深度固定不变的情况下，通过调整延长管30的长度，可有效地调整整个装置在期望的频段内的声抗。这是因为延长管30的横截面尺寸大大高于入射声波的边界层厚度，所以其摩擦和阻尼作用可以忽略不计，延长管30里的空气做往复振动，可以视作集中的声质量，表现为声抗。由此，穿孔板共振吸声装置的声阻和声抗在期望的频段内可侧重地调整，借此利于实现该装置在低频段有效吸声。
38.延长管30可以为硬质的，其材质可以但不局限于金属、玻璃、有机玻璃或陶瓷。也可以为柔性的，其材质可以但不局限于乳胶、橡胶或塑料。延长管30的长度可根据需要吸声的频段范围进行设计，可以小于、等于或大于空腔12的深度。在示意性实施方式中，延长管30为柔性管，设置在空腔12内。借此可方便地放置延长管30，并在空腔12的深度不变的情况下，可便利地通过调整延长管30的长度，来调整整个装置在期望的频段内的声抗。
39.如图1所示，在示意性实施方式中，孔洞部22内设置有多个集中分布的孔洞222，这些孔洞222集中分布使孔洞部22呈现出圆形的轮廓。然而不局限于此，在其他示意性实施方式中，孔洞部22的轮廓还可以为三角形、矩形、椭圆形或其他根据吸声需要设计的形状，此处不再赘述。根据具体的吸声场景，孔洞222可以单独或组合地在数量、直径、分布方式（也即孔洞部22呈现的轮廓形状）等方面进行调整。借此使该穿孔板共振吸声装置具有可设计性，满足各种场景下的应用要求。
40.与孔洞222的数量相比，延长管30的数量大大降低。借此可便于制作。延长管30的直径显著大于孔洞222的直径。借此显著降低加工难度和成本，从而提高该穿孔板共振吸声装置大面积推广和应用的可能性。
41.在示意性实施方式中，如图1所示的孔洞222的直径为0.1毫米至20毫米。在其他示
意性实施方式中，孔洞222的直径可以根据吸声需要设计为其他数值。
42.在示意性地实施方式中，如图2所示，穿孔面板20的厚度为0.5毫米至10毫米。在其他示意性实施方式中，穿孔面板20的厚度可以根据吸声需要设计为其他数值。
43.在示意性地实施方式中，如图2所示，空腔12设置为沿一个第一方向f延伸的圆柱形腔，穿孔面板20设置为垂直于第一方向平板状，孔洞222沿第一方向f延伸。空腔12沿第一方向f的深度为10毫米至500毫米。在其他示意性实施方式中，空腔12的形状和深度可以根据吸声需要分别设计为其他形状和数值。
44.图3为用于说明穿孔板共振吸声装置的另一种示意性实施方式的剖视示意图。本示意性实施方式的穿孔板共振吸声装置与图2所示的穿孔板共振吸声装置相同或相似之处在此不再赘述，与之不同之处如下所述。如图3所示，在本意性实施方式中，沿着平行于第一方向f，可以在穿孔板共振吸声装置中加装数根延长细管40（图3仅示意性地绘出被剖切的6根）。延长细管40设置于各延长管30的管腔内部，并连接穿孔面板20以连通一个孔洞222，延长细管40与相应的孔洞222具有相同的内径。借此提高整个装置在期望的频段内的声阻。
45.在示意性实施方式中，还可以在延长细管40内填充多孔材料，借此进一步提高整个装置在期望的频段内的声阻，对声抗的影响较小。
46.下面举例说明具有图1和图2所示结构的穿孔板共振吸声装置的吸声效果。
47.例1：两个穿孔板共振吸声装置样品，样品2的孔洞数量略少于样品1，其余结构参数均相同。当这两个穿孔板共振吸声装置被宽频噪声（频率范围为：50-1600hz）垂直入射时，得到的实验结果为：根据图4，在170-400hz的频率范围内，孔洞数量减少后，样品2的声阻提高，声抗变化趋势不明显。由此可知，当穿孔率降低后，穿孔板共振吸声装置的声阻得到有效提升，声抗基本不受影响，其吸声系数在这一频段范围内出现峰值，峰值接近0.8。
48.例2： 两个穿孔板共振吸声装置样品，样品1的孔洞直径略小于样品2，其余结构参数均相同。当这两个穿孔板共振吸声装置被宽频噪声（频率范围为：50-1600hz）垂直入射时，得到的实验结果为：根据图5，在150-250hz的频率范围内，孔洞直径减小后，样品1的声阻提高，声抗变化不明显。由此可知，当孔洞直径减小后，穿孔板共振吸声装置的声阻得到有效提升，声抗基本不受影响，其吸声系数在此频段内也得到有效提高。
49.例3：两个穿孔板共振吸声装置样品，样品1不设延长细管，样品2设有延长细管，其余结构参数均相同。当这两个穿孔板共振吸声装置被宽频噪声（频率范围为：50-1600hz）垂直入射时，得到的实验结果为：根据图6，在50-180hz和250-380hz的频率范围内，增设延长细管后，样品2的声阻提高，声抗值变化不明显，声阻峰值和声抗零点向低频移动。由此可知，当增设延长细管后，穿孔板共振吸声装置在此频段内的声阻得到有效提升，声抗受影响小，其吸声系数在此频段内出现两个峰值。相较未设延长细管的样品1，样品2在150-210hz的低频段内具有更好的吸声效果。
50.例4：两个穿孔板共振吸声装置样品，样品1不填充多孔材料，样品2填充有多孔材料，其余结构参数均相同。当这两个穿孔板共振吸声装置被宽频噪声（频率范围为：50-1600hz）垂直入射时，得到的实验结果为：根据图7，在50-200hz的频率范围内，填充多孔材料后，样品2的声阻提高，声抗变化不明显。由此可知，当填充多孔材料后，穿孔板共振吸声装置在此频段内的声阻得到有效提升，声抗基本不受影响。相较未填充多孔材料的样品1，样品2在50-200hz的低频段内具有更好的吸声效果。
51.例5：两个穿孔板共振吸声装置样品，样品1的延长管长度大于样品2，其余结构参数均相同。当这两个穿孔板共振吸声装置被宽频噪声（频率范围为：50-1600hz）垂直入射时，得到的实验结果为：根据图8，在300-380hz、500-1000 hz和1200-1500hz频段范围内，穿孔板共振吸声装置的声阻变化不大，声抗变化明显。由此可知，当延长管长度增加后，穿孔板共振吸声装置的声抗得到有效提升，声阻基本不受影响，其吸声系数在此频段内也受到显著影响。
52.例6：一个高分子树脂材料构成的主体10和穿孔面板20，厚度均为1.5mm；构成一个闭合的空腔12，空腔12的深度为60mm；穿孔面板20上的孔洞222直径为0.7mm，集中在36个直径为4mm的圆形的孔洞部22内；这36个圆形的孔洞部22在闭合的空腔12内有同径延长管30，长度为10mm。当该穿孔板共振吸声装置被宽频噪声垂直入射时，在300-700hz内得到的实验结果：吸声系数在0.5以上，吸声系数峰值接近1。
53.例7： 在例6的基础上，将延长管30的长度改为50mm，在250-420hz内得到的实验结果：吸声系数在0.5以上，吸声系数峰值大于0.9。
54.例8：在例6的基础上，将孔洞222的直径改为0.6mm，在270-650hz内得到的实验结果：吸声系数在0.5以上，吸声系数峰值接近1。
55.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
56.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。