[实用新型]基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件

说明书

本实用新型揭示了一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件，所述声学屏障包括基板及位于基板上的若干微腔结构，所述微腔结构包括主体部及沿周向分布于主体部外侧的若干迷宫单元，迷宫单元内包括若干空气通道，所述迷宫单元的张角逐渐增大，相邻的迷宫单元之间空槽的张角相等。本实用新型利用张角渐变微腔结构的共振效应，在亚波长尺度下可以实现多频段乃至宽频的隔声效应，该声学屏障具有良好的隔声效果，且能够很好的保持空气流通，对于新一代声学器件的设计及应用具有重要意义。

技术领域

本实用新型属于声学传播技术领域，具体涉及一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件。

背景技术

在过去的二十年中，科学家们提出了各种各样的声学超构材料隔声结构，以克服天然材料处理低频声音时的固有限制。相比于传统的多孔材料，它们具有紧凑的外形，可以应用在潮湿和狭窄的空间等恶劣环境之中，这更加有利于控制噪声和改善声环境。然而，在日常生活和实际应用中，通常噪音的产生与背景流体的不稳定性有关，特别是管道、涡轮和喷嘴等。此外，背景流体，如空气或水，通常需要有关自由通道以确保包含这些结构的相应装置正常工作。这些实际情况使得许多以前的超构材料隔声器变的无能为力，因为它们只有在通道完全封闭后才能充分工作，因为声音可以穿透任何小孔。否则，带有传输通道会使得这些超构材料隔声器的性能将急剧下降，往往隔声性能低于50％。

最近，一些通风超构材料隔声器已经被证实。然而，它们的吸声或通风性能仍然不太令人满意，且同时实现高效隔声和通风性能的研究较少，主要可以表述为较小的开口面积比导致较低的通风性能，或者实验中隔声效率低等。其中，通过局部Fano共振的方案因为较简单的原理和稳定性被广泛应用，可以使一定频率范围内的声波在结构中耗散和吸收，这样的设计使得亚波长单元结构对于低频声波的调节成为可能。然而，通常情况下共振结构具有较窄的共振峰，很难实现多频乃至宽带的隔声效果，尽管可以通过多个不同共振频率的微腔叠加得到多频共振效果，但这往往增加了结构的复杂性以及稳定性，且叠加结构逐渐的耦合可能也会对于共振频率产生较大的干扰。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障及声学器件。

为了实现上述目的，本实用新型一实施例提供的技术方案如下：

一种基于亚波长渐变微腔的多频段全向通风声学屏障，所述声学屏障包括基板及位于基板上的若干微腔结构，所述微腔结构包括主体部及沿周向分布于主体部外侧的若干迷宫单元，迷宫单元内包括若干空气通道，所述迷宫单元的张角逐渐增大，相邻的迷宫单元之间空槽的张角相等。

一实施例中，所述主体部的半径r为0.5cm～2cm，微腔结构的半径R为2cm～10cm。

一实施例中，所述主体部呈圆柱状，所述主体部外侧迷宫单元的个数为4～20个。

一实施例中，所述迷宫单元的最小张角θ₀为30°～50°，增大幅度Δθ为1°～3°；所述空槽的张角之和为8°～24°，单个空槽的张角为1°～3°。

一实施例中，所述迷宫单元包括若干由内向外设置的弧形部、连接相邻弧形部的第一连接部、及连接最内侧弧形部与主体部的第二连接部，相邻的弧形部之间及最内侧弧形部与主体部之间形成有空气通道。

一实施例中，所述弧形部的数量为2～10个，弧形部的厚度t₁为0.1～0.5cm，空气通道的厚度t₂为0.1～0.5cm。

一实施例中，所述主体部的厚度大于迷宫单元的厚度。