[发明专利]有弹性骨架的曲线型微穿孔消声袋

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域。

背景技术

自然界中，凡涉及“吸收”，一定伴随“转化”。所谓“吸声”，把声音从气流中分离出来并不是靠直接“吸收”，而是遵循自然界共同的特点进行“转化”，即，将声能转化成机械能耗散。

事实上，把声能转换成机械能和热能进行消耗最行之有效的手段就是共振器。共振吸声材料分为薄板(膜振动)吸声结构，穿孔板吸声结构，微穿孔吸声机构，通常，共振器要与背后空气层组成微穿孔板吸声结构。其中：

1.薄板共振吸声对100Hz以内的低频作用效果最好，吸声系数可超过0.7，但在频率超过100Hz后几乎无用；

2.双层微穿孔板在144Hz时会产生共振，使吸声系数越过1，接近1.2，如果能够维持并稳定在1.1一段，不是没有可能的，这将是一个非常好的结构；

3.对噪声频率超过1k的声波，使用多孔吸声结构效果最好，吸声系数可维持在0.8左右。

4.如果结构合理，亥姆霍兹共振吸声体曲线在370Hz左右产生了共振，这才使得吸声系数最高点接近1.2，相应使整体的平均吸声系数提高到0.85，对370Hz以下、危害最大的低频噪声几乎不起作用。如果没有共振点，平均吸音系数最多维持在0.7左右。

上述结果反映出的现实是，目前工程上仍然广泛使用多孔材料，共振吸声不能代替纤维吸声材料的原因是：共振结构的吸声带较窄。往往在非常感兴趣的试验时，通常在共振频率附近得到非常理想的吸声系数，甚至超过1；但是只要偏离共振峰后，吸声系数曲线便迅速下滑。所以，在人们心目中，共振吸声结构只能用在处理中低音频段。

为此，诞生了微穿孔吸声技术，是我国马大猷教授发明的微穿孔板最初是解决火箭发射上的高声强、高气压、高温等恶劣环境下的吸声材料。因为微穿孔板的孔细而密，因此比穿孔板的声阻大，而声质量小，从而在吸声系数和吸声频带方面优于穿孔板。

微穿孔吸声是利用穿孔本身的声阻来控制吸声结构的相对声阻率，是一种低声质量、高声阻的共振吸声体。继承了普通穿孔板在共振频率处吸声系数高的特点，而且大大加宽了吸声频带，影响工程应用的原因在于：单层微穿孔板吸声频带与玻璃纤维相比还有差距，需要使用双层微穿孔板，而双层微穿孔又存在优化的技术问题，否则还不如纤维材料。核心问题表现为：

(1)单层微穿孔板的吸声系数与背后空腔的关系影响重大，改变背后空腔的厚度，吸声曲线会出现变化，厚度小则低频吸声性能下降，而高频吸声系数会有所上升；厚度增加，吸声系数的峰值向低频移动；所以，要有合适的空腔厚度。

(2)单独改变穿孔率不可能获得较高的吸声系数和理想的吸声频带宽度。

(3)优化的双层微穿孔板结构常有两个明显的共振峰。

(4)双层微穿孔板结构不同共振体之间的刚性连接，等于制造“声桥”，又会大大抵消各自原有的功能。

优化双层微穿孔结构把握的基本原则是：微穿孔板的孔决定金属振动板的基频，微穿孔板的结构决定金属振动板的振幅，振动结构之间的空腔尺寸决定吸收的频带的带宽；微穿孔金属板吸声体吸声峰值在中低频段，其穿孔率影响着吸声体的吸声性能，在低频段，穿孔率小的吸声性能好，在中高频段，穿孔率大的吸声性能好；而且空腔体积还会影响着吸声体的吸声性能；对相同表面积的吸声体来说，空腔体积大吸声效果好，双层(或多层)微穿孔金属板吸声体的吸声性能远远优于单层的。

生活中，人们听到的任何音乐曲目，都是通过确定“基频(频率最低)”，然后扩展“泛音”得到旋律。声学设施的乐器正是利用这种“趣味性”功能，让人感到奥妙的存在，才吸引愿意从事音乐、声学设施设计和生产的人群。

其中，基音的频率为基频，又叫基带，决定整个音的音高，基音是每个乐音中频率最低的纯音，特点是强度最大。工程中，电机中的基频指电机在额定扭矩时的频率，通常被认为是声音的基础音调。

目前，在噪声较大的歌厅、工厂，以及各种道路旁使用的声屏障，基本使用开大孔的金属材料或混凝土等非金属材料，构成周边表面、形成内部空心体，然后在内部填充纤维材料，构成消声设施。开大孔的目的就是设置声音的通道，处理噪音的手段还是靠内部填充纤维材料。因为工程上所谓的“膜振动”一定要使用薄板，不能用厚重的混凝土代替。自然界中，昆虫的膜质翅不仅体态轻盈，靠振翅飞翔是高效而节省能量的最佳手段；而鸟具有羽翅，只能靠展翅飞翔。

发明内容

本发明为“有弹性骨架的曲线型微穿孔消声袋”。因为共振吸声结构源自膜振动，例如鼓，要求膜始终保持一定的张力。而所有的膜振动都是平面沿法线的自由衰减振动，服从简谐振动的规律。