专利名称：一种多孔材料低频吸声结构的制作方法
技术领域：
本发明涉^5l声装置，^M也说，本发明涉及一种^^页吸声结构。
背景技术：
多孑U^ff乍为有效的吸声材料已被广泛应用于降噪，例如^JE皮璃纤纟斜反和微穿
孑li反这样的才村情净M于吸收空气中的噪声。jtM卜，多孑L^^交也常^M于水下吸声。 多孔材料的基本吸声机理在Zwikker和Kosten的著作"Sound Absorbing Materials"(纽约，Elsevier， 1949)中已有系统阐述，Allard后来又在其著作 "Propagation of Sound in Porous Media"(伦敦，Elsevier, 1993)中做了进一 步的系Mi苗述。几十年来也出现了不少用于处理多孑L介质吸声问题的模型，特别是 考虑弹性多孑L介质在流体介质中声传播的Biot理论以及马大猷先生的用于微穿孔 板的近似公式。但是，前者处^^比4復杂，后者的公式只用于空气中声音吸收。 而在实际应用中，尤其是水下^^贞吸声问题，对一些特定的吸声要求，比如特定低 频范围内在特^^度吸声层内，吸声系数必须iii)J一定指标。但是由于吸声结构和 吸声材料的錄比较多，如何实现^M薄层吸声结构一Jbl人们关注的问题。
tt主动声纳的频率范围向^M扩展，对水下船体的消声技术也有了更高的要 求。水下船体表面上敷设一层吸声材料用作^M消声的困难是当水声在^^页时，比 如500Hz， 7jc波波长大约在数米的量级。如果用常M^料怍船壳包敷层则会使^^ 壳的厚度在工程上,。常用的水下吸声材料主要有具有孔洞的橡胶，其_|^原理 是利用孔洞的变形将A^的纵波能量部分转变为横波能量。由于一般情况下水的剪 切强度很小，被转变为横波的瑞声波能彭^,再#^回水中。但是#^交多孑1# 料在受到水下高压影响时孔洞的变形会影响其吸收频率范围。所以利用适当的高强 度多3W才料是解决高压变形问题的一个可行方法。法国曾有^ii利用陶瓷多3W才料 降低水下回声，其材料厚度大约10cm，在3kHz附近反射回声降低大约20-30dB (Treny C， Garnier B, de Montigny R， Audoly C， Beretti S， the Underseas Defense Technology conference, 191， 1995 )。近年来，多孑L^r属泡沫以及多孔
金属纤维等多孑l^r属的出现使得人们也关注其声学特性。但是，人们尚不清楚X可 以瓦怎样将多孑L^属实用于水下^MP^喿。
发明内容
基于上述-贿技术，本发明的目的是要提#"~种基于共振和粘滞机理的吸声结构。
为了完成上述目的，本发明提供的多孑W村ff^M吸声结构包括外壳、多孔吸声 板和透声层，所必卜壳的底端开口，所述多孔吸声板安装于所述夕卜壳靠底部的内 壁上，所述多孑L吸声板与所述外壳的顶部之间具有空腔;所述透声层封住所必卜壳 底端的开口；所述多孔吸声板是由金属材料制成的具有连通孑L^构的吸声板；所述 多孑L吸声板的孔结构中充有粘滞流体。
上述技术方案中，所述金属材科制成的具有连通孔结构的吸声板包括具有通孔 结构的金属板、金属纤维制作的多孑li反、藕状多孑L^属制作的多孑li反、开孑L^r属泡 沫制作的多孑li反或金属粉末;^吉材^^J作的具有连通孔结构的多孑li反。 上述技术方案中，所iii'占滞流体是粘滞液体。 上述技术方案中，所必卜壳由刚性背衬和刚性壁irt。 上述技术方案中，所述粘滞液体包括荒麻油、珪油或^h'由。 上述技术方案中，所述多孔吸声板的板厚为2mm-20mm,所述空腔的深度为 lmm-100咖
上述技术方案中，所述多孔吸声板的孔结构迂曲度；r满足1《％《3。 上述技术方案中，当所述多孔吸声板的孔结构迂曲度义=1时，所述多孔吸 声板的孔隙率大于0. 04;当所述多孑L吸声板的孔结构迂曲度；d离足1<%<1. 3 时，所述多孑L吸声板的孔隙率大于0.1;当所述多孔吸声板的孔结构迂曲度x 满足1. 3< at《3时，所述多孔吸声板的孔隙率大于0. 4。 上述4支术方案中，该吸声结构的外形为圆柱形或立方柱形。
本发明具有如下技术效果本发明用于在流体中、特别是在液体中且尤其 是在水中吸收声音。由于采用了才M成强度高于玻璃纤维或化学纤维的金属多孑W才料 吸声板，并JL^用了基于共才脉粘滞的吸声才iU里，本发明的吸声结构負化特定的低 频范围(如lHz至lkHz)内在一^f度下(如小于50ram)想#见定的指标(如吸声 系数大于0. 8),同时能够^^i亥吸声结构的高强度特性。当本发明的多孔吸声板
由铝合金或其它合金制成时，可以进一步减轻重量。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 图l是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是才財居孑W吉构迂曲度确定不同填充粘滞液、孑L隙率及空气静流阻率下吸声 结构空腔#吸声板厚的匹配示例图。
图3 ^JL通^^属材料吸声板实施例的吸声系数oc与频率f关系的实马^吉果。
图4是具有孔结构迂曲度1. 3的多3L^属材^H及声板实施例的吸声系数a与频 率f关系的理^i十算结果。
图5是具有孑li吉构迂曲度3的多3l^r属材料吸声板实施例的吸声系数a与频率 f关系的理"^i十算结果。
具体实施例方式
下面结合附图和M实施例对本发明作进一步:^苗述。 实施例1
图l是本发明一个实施例的结构示意图。如图1所示，吸声结构l是外壳、透
声层6和多孑L吸声板3构成，其中外壳由刚性背衬4和刚性壁7组成，形成一中空 JX底的圆柱形结构。所必毫声层6安^所述刚性壁7的底部，盖住所述圆柱形 结构的底部开口。所述多孑L吸声板3为多孑L^属才杉转'J成的吸声板。该多孔吸声板 3安装于所述刚性壁7的内侧，且多孔吸声板3外壳的刚性背衬4之间形成空腔5, 该空腔5中可以充入空气或其它气体。所述多孔吸声板3的孑UI火结构中还充有粘滞 液体2。胁实现中可将粘滞液体2 ^Tv该吸声结构1的底部^H"斤述多孑L吸声板 3完全浸于粘滞液体2中，所i^it声层6与刚性壁7之间密封连接，使得粘滞液体 2保持在所述吸声结构1中。
本实施例的吸声结构1特别适合于应用于水中吸声。入射声波透itt声层6进 入p及声结构l，引起多孑L吸声板3中粘滞液体2的振动。粘滞液^i曾强声音在穿过 吸声板的孔中时与孑逸间的摩擦，消耗更多的声波能量。而空腔5形成共#1空结构， ,氐了共振吸收频率。
下面进一步地^Ai苗i4^实施例的^^沐细节。
本实施例中，多孑匕p及声板2可选则由4S^r或其它^^'J成具有通孔的板状结
构，也可由其它多孑L^属材泮+f'J成。纽的多孑L^属材料是指具有连通孔结构的金 属材料。多孑l^r属纤维、藕状多孑L^属、开孑L^属泡^Ml者具有连通孑lii构的金属 粉末烧结材料樣于本发明多孑L^r属材料的范畴。本实施例中粘滞液体5可以是蓖 麻油、硅油或^th油。
本实施例中，调整不同的粘滞液体、吸声板的孔隙率及空气静流阻率即可确定 具有某个孔结构迂曲度的多孑1#料为吸收某频率达到某吸声系数所需的空腔深和
々錄的范围。图2为孑L结构迂曲度义-1，孔隙率^0. 05，空气静流阻率户2kNsnT4， 填^/圭油并吸收500Hz 7jc下噪声时的空腔j;^^4的匹配图，图中的等值线为吸声 系数。Hc分别为空腔填充介质的波数和空腔深，A，丄,分别为多孑U1内填充介质的 波数和板厚。从图中可知;f^jf大约6咖-20咖，空腔深1咖-100咖均可iiJiJ较好的吸 声錄。
就直通孔(孔结构迂曲度％=1)金属材冲卄及声^^说，当它净細于吸声结构中 以便进4t7JC下吸声时，多孔吸声板3中填絲硅油(黏度约为1000cs)、 ！^^油或 者其它的粘滞液体。此时，为了使吸声系数在频率为1Hz至lkHz范围内iiJiJ 0.8 以上，多孔吸声板2空气静流阻率优选大于2kNstn—4，孔隙率优选大于0. 04，此 时吸声结构的厚度小于50mm。
当孔结构迂曲度不是1时，粘滞液体2采用黏度约为1000 cs的硅油或 者蓖麻油或其它的粘滞液体。此时，为了使吸声系数在频率为1Hz至10kHz范 围内赵ij 0. 8以上，空气静流阻率优选大于2 kNsm人
当孔结构迂曲度；r满足1<at《1. 3时，孔隙率优选大于0.1，多孔吸声 板的厚度可选为不大于20mm,并且空腔的深度可选为不大于30mm;当孔结 构迂曲度"'萄足1. 3<at<3时，孔隙率优选大于0.4,多孔吸声板的厚度可 选为不大于20mm，并且空腔的深度可选为不大于30mm。此时的吸声结构厚度 可小于50mm。
图3 ;OL通3L^属材并—及声板实施例的吸声系数oc与频率f关系的实马^吉果。 该吸声结构的多孔吸声板的孔结构迂曲度为1、孔隙率O. 05、板厚20mm，空腔 深度为9咖，透声层厚6mm,并且多孔吸声板具有2. 864 kNsr^的空气静流阻率。
图4是具有孑L结构迂曲度1. 3的多孑L^属材料吸声板实施例的吸声系数cx与频 率f关系的理"^i十算结果。该吸声结构的多孑L吸声板的孔结构迂曲度为1.3、孔隙 率为0.9、板厚20mm,空腔深度为10mm，并且多孔吸声板具有2 kNsm一的空气 静流阻率。
图5是具有孔结构迂曲度3的多3l4r属材津，及声板实施例的p及声系数a与频率
f关系的理i^i十算结果。该吸声结构的多孑L吸声板的孔结构迂曲度为3、孔隙率为 0.9、板厚20mm，空腔深度lOmm，并且多孔吸声板具有2 kNsm—的空气静流阻 率。
本实施中，虽然外壳的形状为圆柱形，但^^发明的外壳形状并不限于此。可根 据具体的工程应用改变为其它形状，比如立方柱形。
》&卜，本发明也可在其它流体中起吸声作用。本发明中的粘滞液体也可替换为 其它粘滞流体，如^bf览油。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。 尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案 的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种多孔材料低频吸声结构，包括外壳、多孔吸声板和透声层，所述外壳的底端开口，所述多孔吸声板安装于所述外壳靠底部的内壁上，所述多孔吸声板与所述外壳的顶部之间具有空腔；所述透声层封住所述外壳底端的开口；所述多孔吸声板是由金属材料制成的具有连通孔结构的吸声板；所述多孔吸声板的孔结构中充有粘滞流体。
2. 根据权利要求l所述的吸声结构，其特*于，所述金属材辨'J成的具有 连通孔结构的吸声板包括具有通孑L^构的金属板、金属纤维制作的多孑W反、藕状多 孑L4r属制作的多孑U1、开孑L^属泡沫制作的多孑U^金属粉末;k緣材^^作的具有 连通孑li吉构的多孑li反。
3. 根据权利要求1所述的吸声结构，其特征在于，所述粘滞流体是粘滞液体。
4. 根据权利要求1所述的吸声结构，其特4i^于，所述外壳由刚性背衬和 刚性壁组成。
5. 根据权利要求3所述的吸声结构，其特征在于，所述粘滞液体包括tt 油、石圭油或^-^"油。
6. 根据权利要求5所述的吸声结构，其特征在于，所述多孔吸声板的斧踏 为2咖-20mm,所述空腔的深度为l咖-100mm 。
7. 根据权利要求1或6所述的吸声结构，其特征在于，所述多孔吸声板的 孔结构迂曲度；r满足1 < % < 3。
8. 根据权利要求7所述的吸声结构，其特44于，当所述多孑L吸声板的孔 结构迂曲度％=1时，所述多孑L吸声板的孔隙率大于0. 04。
9. 根据权利要求7所述的吸声结构，其特^t^于，当所述多孔吸声板的孔 结构迂曲度"'萄足1<义《1. 3时，所述多孔吸声板的孔隙率大于0. 1。
10. 根据权利要求7所述的吸声结构，其特^E^于，当所述多孑L吸声板的孔 结构迂曲度"'禹足1. 3<%《3时，所述多孑L吸声板的孔隙率大于0. 4。
11. 根据权利要求l所述的吸声结构，其特征在于，该吸声结构的外形为圆 柱形或立方4主形。
全文摘要
本发明提供了一种多孔材料低频吸声结构，包括外壳和多孔吸声板，所述外壳的底端开口，所述多孔吸声板安装于所述外壳靠底部的内壁上，并由一透声层封住所述外壳底端的开口。所述多孔吸声板与所述外壳的顶部之间具有空腔，所述多孔吸声板由多孔金属材料制作，并在其中填充粘滞液体。本发明具有如下技术效果本发明用于在流体中、特别是在液体中且尤其是在水中吸收声音。由于采用了机械强度高于玻璃纤维或化学纤维的金属多孔材料吸声板，并且采用了基于共振和粘滞的吸声机理，本发明的吸声结构能在特定的低频范围内在一定厚度下达到规定的指标，同时能够保持该吸声结构的高强度特性。
文档编号G10K11/16GK101373591SQ200710120660
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月23日 优先权日2007年8月23日
发明者王晓林 申请人:中国科学院声学研究所