[发明专利]一种基于微孔薄膜和微型声学黑洞结构的全频带吸声结构

说明书

本发明公开了一种基于微孔薄膜和微型声学黑洞结构的全频带吸声结构，包括：微穿孔薄膜、黑洞薄膜和框架，其中，所述微穿孔薄膜设置在上端，所述黑洞薄膜设置在下端，所述框架设置在微穿孔薄膜和黑洞薄膜之间构成封闭形状；所述微穿孔薄膜被配置用于使入射声波最大限度地透过，以及用于接收来自黑洞薄膜的声波反射；所述黑洞薄膜被配置用于使声能聚焦将声能转化为热能，黑洞薄膜的表面阵列分布多个微型声学黑洞结构，可实现1‑20000Hz全频带内的吸声，通过微穿孔薄膜的阵列孔设置，最大程度的使声波穿透过去，在黑洞薄膜的尖端孔处将声能转化为热能，使声压急剧减小，吸声效果好，无论在低频和高频范围均优于现有技术，吸声系数可达86.5％以上。

技术领域

本发明属于吸声降噪领域，具体涉及一种基于微孔薄膜和微型声学黑洞结构的全频带吸声结构。

背景技术

目前，不论是隔声还是吸声技术，无法达到在很大的频段范围内实现良好的吸声和隔声性能，尤其是对低频声波的吸收。目前主流的吸声材料包括多孔金属材料、声子晶体及声学黑洞等，这些材料对高频声波吸收效果显著，对低频声波吸声能力较差，并且针对低频声波的吸声，其频带较窄，频带宽度通常不足1000Hz，而若想实现对10^5Hz量级的吸声频带，其结构通常需要几米到几十米之间，这样大的尺寸极不利于工程应用。通常的小尺寸的低频吸声结构，例如声子晶体、微穿孔板等，其尺寸也在厘米量级。而结构到达毫米量级，并具有10^5Hz量级的吸声频带的高吸声性能的声学材料，目前还没有。

针对宽频带的降噪方法，周期性声学黑洞结构对大频段的低频声波的隔声具有良好的作用，中国专利申请号为CN202011308151.5公开的技术方案中可实现对30-10000Hz的声波的良好隔声，在30-3000Hz范围内有平均53dB的隔声量，相比传统的隔声结构有更好的隔声效果。在3000-10000Hz范围内，空间弯折复合去耦覆盖层的隔声量最高可达72dB。其他声学黑洞结构(专利和文献)也可实现一定频段范围内的隔声，但均无法实现良好的吸声。

声子晶体技术可实现对低频声波的吸收，其原理为声波与结构的局域共振，使声能转化为结构的振动能，并通过结构设计实现负刚度和负质量，吸声产生带隙，从而实现吸声。中国专利申请号为CN202011622853.0公开的技术方案中，声子晶体结构够产生50-200Hz，1000-2000Hz频带范围内的带隙，实现在这些频段上的吸声，其他声子晶体专利和文献的吸声性能与此相似，都是能实现特定频段内的吸声，而无法实现更大频段上的吸声，并对50Hz以下的噪声吸声性能较差。

现有技术缺点：

1.声学黑洞类的专利及技术可实现隔声但无法实现高效率的吸声，并且对50Hz以下的噪声隔声和吸声性能差，其吸声频带不大。

2.声子晶体类的专利及技术可实现对特定频段的吸声，这需要去调整和设计结构的参数，使其固有频率与目标吸声频率相近，设计成本较高，并且结构相对复杂，制造工艺目前以3D打印为主，传统加工方法较难加工。并且其吸声频段相对不大，高频的吸声频带大概在1000Hz到2000Hz的频带范围内，而低频的吸声频带通常只有几百Hz。无法实现对全频带或者几万Hz频带的吸声。而对100Hz以内的低频吸声性能也较差。

3.目前无论是那种吸声技术，都无法实现对1-20000Hz频段上，甚至更高的频段上的全频带吸声。

基于现有技术存在的不足，本发明专利结合热粘性声学效应和声学黑洞效应，提出微米级的微穿孔薄膜结合声学黑洞薄膜的结构，来解决1-20000Hz超大频段(甚至更大的频带)的吸声问题。特别是解决50Hz以下的次声波的吸声问题。其整体结构尺寸在0.5-2mm以内，并在整个频段内的吸声系数达到85％以上。并可通过控制薄膜结构的尺寸参数来得到不同的吸声系数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微孔薄膜和微型声学黑洞结构的全频带吸声结构，结合热粘性声学效应和声学黑洞效应，提出微米级的微穿孔薄膜结合声学黑洞薄膜的结构，来解决1-20000Hz超大频段(甚至更大的频带)的吸声问题。