[发明专利]一种基于压电材料的吸声带宽增加型微穿孔板吸声器

说明书

一种基于压电材料的吸声带宽增加型微穿孔板吸声器，包括微穿孔板吸声体，所述的微穿孔板吸声体为亥姆霍兹共振器结构，包括压电微穿孔板、刚性壁及背腔，所述压电微穿孔板的正反两面都间隔分为多个区域，每个区域分别镀有导电材料涂层形成电极区域，每个区域都由各自的激励电路进行电压激励，每个区域施加电压激励的个数为1，激励电路包括直流电源、功率放大器、变压器和信号发生器，变压器一端连接压电微穿孔板的电极区域，另一端连接各自的功率放大器，功率放大器由信号发生器输入信号并通过直流电源供电。本发明能在优化微穿孔板吸声器吸声系数的同时，抑制PVDF微穿孔板自身噪声，并大幅增加基于压电材料微穿孔板吸声器的吸声带宽。

技术领域

本发明涉及一种微穿孔板吸声器，尤其是一种基于压电材料的吸声带宽增加型微穿孔板吸声器，属于声学技术领域。

背景技术

在高速发展的现代社会中，随着工业化进程的不断提速，然而随之而来的噪声污染也给人们的生产生活带来了较大困扰。消除噪声污染、改善生活环境是全社会共同的呼声，因此必须对噪声进行研究和控制。

噪声控制主要有三种措施，一是控制噪声源；二是在控制噪声的传播途径；三是在接受者身上采取隔离措施，减少噪声对接受者的危害。在传播途径上加以控制是一种传统有效的技术，包括吸声、隔声、隔振、阻尼减振等。其中利用吸声材料或吸声结构来吸收声能，降低噪声强度是常用的最简洁、有效的控制方法。吸声材料可分为两类，一类是多孔纤维性吸声材料，另一类是共振吸声材料。纤维性吸声材料的吸声机理是透入材料内部的声波在小孔和狭缝中传播时，与构成微孔和狭缝的固体材料产生摩擦作用，由于粘滞性和导热性的效应，把声能逐渐耗散掉。纤维性吸声材料的特点是成本低、吸声频带宽、吸声系数高、生产简单，一直是传统的吸声材料。然而20世纪90年代开始，卫生环保人士逐渐发现传统的纤维型吸声材料对人体有害，因此无需添加纤维吸声材料的微穿孔板引起人们的广泛关注。

我国著名的声学专家、科学院院士马大猷教授提出的微穿孔板共振吸声体是一种常用的吸声结构。微穿孔板共振吸声结构具有高频吸声性能好，不含多孔性纤维材料，不怕水和潮气，耐温防火，不霉，不蛀，清洁，无污染，可耐高温，耐腐蚀，能承受高连气流冲击，装饰效果好，经久耐用等优点，而且面材不受材料限制，从纸板、塑料、金属板及薄膜，可以根据不同的目的和应用场景选择不同板材。众多科学家研究并制作出各种材质、各种结构的微穿孔板共振吸声结构，解决了许多吸声降噪问题，如人民大会堂的音质问题，德国议会大厅的声学缺陷问题等。同时，在解决高噪声的特殊环境下的吸声问题上，如火箭、导弹发射时的高噪声污染，微穿孔板共振吸声结构也起到了重要的作用。现在，随着不同材料、不同结构、不同加工工艺逐渐被引入到微穿孔板的制作中，微穿孔板共振吸声结构的应用范围也得到了拓展。

但是，普通单层微穿孔板吸声体，其穿孔直径d、穿孔率p、板厚t和空腔深度D等结构参数固定之后，根据经典的微穿孔板理论可以预测其吸声性能(最大吸声系数以及有效吸声频带)。如目前大量使用的微穿孔板吸声体孔径一般在0.5mm-0.8mm，其穿孔率通常介于2％-10％之间，其频带宽度约为1-3个倍频程，有效吸声频带较窄。这表明，一旦设计好结构的各种参数，吸声体的中心频率固定且吸声频带有限。而如今，使用微穿孔板吸声体来进行吸声降噪的环境更复杂，如大型动力设备、道路等开放环境，噪声信号具有频带宽且频谱复杂的特征。在这种情况下，一个传统的微穿孔板吸声体，难以应对这些复杂的应用环境，因此迫切需要拓宽微穿孔板吸声体的有效吸声频带。