[发明专利]一种多单元耦合式微穿孔板低频宽带吸声结构及其设计方法

说明书

本发明一种多单元耦合式微穿孔板低频宽带吸声结构及其设计方法，所述结构包括并列连续设置的多个吸声单元，吸声单元包括微穿孔板和背腔；背腔的前端开口，设置微穿孔板，后端封闭设置形成空腔；所有吸声单元的微穿孔板共面设置，所有吸声单元的一阶峰值和至少一个吸声单元的至少一个高阶峰值均匀连续分布，在中低频范围内形成一个连续的多峰值吸声宽带。通过设置多个不同的吸声单元，在组成多个峰值带宽的同时，加入了其中部分吸声单元的高阶峰值进行连续吸声，获得不同频率的吸声峰值；并且通过空间折叠，在不增加结构厚度的前提下，对每个单元可以提供的多个峰值进行利用，峰值带宽更宽，在有限的尺寸范围内，实现对带宽的拓展和组合。

技术领域

本发明涉及低频减振降噪领域，具体为一种多单元耦合式微穿孔板低频宽带吸声结构及其设计方法。

背景技术

噪声污染目前已经成为当今世界的四大污染之一，对人体健康造成很大的危害，严重影响了人们日常生活品质，其中以低频噪声(200Hz～1500Hz) 产生的危害最大。而传统的吸声材料(如微穿孔板和多孔材料等)对低频声波的耗散效率较低，要实现完全吸收低频声波，其结构厚度尺寸很庞大(20cm以上)，无法进行工程应用。因此，设计一种小尺寸(10cm以下) 的吸声结构来有效吸收低频声波具有重要意义。

近年来，声学超材料的快速发展为解决低频噪声问题提供了新的途径，其中空间折叠型超材料凭借优异的低频特性引起了研究人员的关注。空间折叠型超材料是一种共振型超材料，通过在其背腔内部添加隔板等方式，使得传播路径发生弯曲折叠，从而减小传播路径的截面积，增加其路径长度，降低背腔等效弹簧刚度，最终可以在保证结构背腔容积体积的情况下，使得吸声峰值大幅度向低频移动。但是，由于共振特性的限制，其峰值带宽较窄，无法满足宽带吸声的需求。目前实现宽带吸声最有效的办法就是引入多个吸声单元，继而获得由多个峰值组成的连续吸声宽带。但是单元数量受到结构平均阻抗的限制，只能在一定范围内取值，峰值数量和吸声带宽也会受限，仍然无法很好的解决在限定尺寸范围内的低频宽带吸声问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多单元耦合式微穿孔板低频宽带吸声结构及其设计方法，结构紧凑，设计合理，吸声带宽大，宽带连续，满足吸声需求。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种多单元耦合式微穿孔板低频宽带吸声结构，包括并列连续设置的多个吸声单元，所述的吸声单元包括微穿孔板和背腔；

所述的背腔的前端开口，设置微穿孔板，后端封闭设置形成空腔；

所有吸声单元的微穿孔板共面设置，所有吸声单元的一阶峰值和至少一个吸声单元的至少一个高阶峰值均匀连续分布，在中低频范围内形成一个连续的多峰值吸声宽带。

优选的，相邻的吸声单元中厚度较大的吸声单元背腔进行空间折叠，后端弯折延伸至厚度较小的吸声单元下方。

优选的，所述的微穿孔板上的穿孔均匀分布。

进一步，所述的微穿孔板穿孔的形状为圆形、方形、三角形或椭圆形，穿孔直径为0.5mm～1mm，穿孔的穿孔率为1％～15％，微穿孔板10的厚度为0.5mm～2mm；当穿孔为非圆形时，直径指代穿孔的外接圆直径。

优选的，并列连续设置的4-12个吸声单元。

优选的，背腔的截面为多变形、圆形或不规则封闭曲线，吸声单元的背腔截面积为100mm²～1×10⁴mm²。

优选的，还包括由单元间隔板交叉形成的结构框架，用于将每个吸声单元隔离开；结构框架设置有封闭的外壳，外壳对应微穿孔板的一端设置有与微穿孔板一一对应的开口。

优选的，结构框架与微穿孔板采用金属、硬质塑料及树脂，由3D打印或者模具加工制成。