控制声波传播路径的宽带超薄吸声隔声结构的制作方法

本实用新型属于减振降噪技术领域，涉及到一种控制声波传播路径的宽带超薄吸声隔声结构。

背景技术：

目前吸声隔声结构普遍存在的问题是，在严格限制结构厚度和重量的条件下，一般在中频、高频段吸声隔声效果好，但在低频段吸声隔声效果差，若将低频吸声隔声截止频率下限拓展至100Hz以下，且兼顾宽频吸声隔声的性能，设计将十分困难。为了解决这一问题，本实用新型基于变换声学、声学超材料和声子晶体等近几年发展起来的新理论，公开了一种控制声波传播路径的宽带超薄吸声隔声结构。

技术实现要素：

本实用新型采用的技术方案如下：

控制声波传播路径的宽带超薄吸声隔声结构，包括至少一个吸声隔声单元，每个吸声隔声单元包括至少一个声波汇聚段和至少一个声波吸收段。

所述声波汇聚段，由填充声学材料的声波汇聚型腔构成；所述的声波汇聚型腔为变截面型腔，变截面型腔内填充各向同性或各向异性声学材料；所述的各向异性声学材料由嵌入薄膜或丝网的声学材料构成。

所述声波吸收段，由填充吸声材料的声波吸收迷宫通道构成；所述的声波吸收迷宫通道是末端封闭或开放的迷宫状的单连通通道，与声波汇聚段的声波汇聚型腔相通；所述的声波吸收迷宫通道能被设计成细长的通道，采用单层或多层或空间螺旋的结构型式，通过迂回、弯曲、盘绕或层叠等紧密布置，占据吸声隔声单元中声波汇聚型腔外部的全部可利用空间。

所述声波吸收段的声波吸收迷宫通道中填充吸声材料，填充方案如下：

(1)在整个声波吸收迷宫通道中，填充相同的吸声材料；

(2)将声波吸收迷宫通道分成多段，在不同段中填充材料参数不同的吸声材料；

(3)将声波吸收迷宫通道分成多段，在每段通道中填充相同或不同的吸声材料的同时，布置局部振子，且不同段通道中的局部振子具有不同的固有频率，从而在整个通道中形成含有诸多不同固有频率点的周期局部振子；

(4)在声波吸收迷宫通道中填充相同或不同的吸声材料的同时，按照等间隔或变间隔在其中布置薄膜或丝网或穿孔板。

所述局部振子为包裹软材料的金属颗粒或者局部粘贴金属片的薄膜。

所述薄膜是无孔薄膜或有孔薄膜，包括金属薄膜、非金属薄膜、棉布、化纤、丝绸、麻布、呢绒、混纺、皮革等。

所述丝网包括金属丝网和非金属丝网。

所述的声学材料或吸声材料是气体材料、固体材料或液体材料，包括空气、氦气、硅油、蓖麻油、凝胶、聚氨酯、聚酯纤维、环氧树脂、泡沫塑料、泡沫金属、软橡胶、硅橡胶、吸声橡胶、丁基橡胶、玻璃棉、玻璃纤维、毛毡、丝绸、布、微穿孔板等。

本实用新型公开的控制声波传播路径的宽带超薄吸声隔声结构，是基于近几年发展起来的变换声学、声学超材料和声子晶体等理论，而提出的一种新型的吸声隔声结构。本实用新型最大的创新之处是，通过声波汇聚段中变截面型腔的截面变化和型腔中声学材料等效参数的变化，控制声波的传播路径，实现声波的汇聚。至今，国内外尚未发现任何具有使声波沿曲线传播并汇聚这一声学性能的吸声隔声结构。同时，在吸声隔声单元中，声波吸收迷宫通道能被设计成细长的通道，并采用单层或多层或空间螺旋结构型式，通过迂回、弯曲、盘绕、层叠等紧密布置措施，使声波吸收迷宫通道占据吸声隔声单元中声波汇聚型腔外部的全部可以利用空间，所以声波吸收迷宫通道具有超长的路径，是吸声隔声结构厚度的几十倍甚至上百倍。在超长的声波吸收迷宫通道中填充吸声材料，并布置周期局部振子，能有效实现宽带高效吸声。

附图说明

图1是控制声波传播路径的宽带超薄吸声结构侧视剖面示意图。

图2是控制声波传播路径的宽带超薄隔声结构侧视剖面示意图。

图3是吸声单元侧视剖面示意图，包括一个声波汇聚段和一个声波吸收段。

图4是隔声单元侧视剖面示意图，包括两个声波汇聚段和两个声波吸收段。

图5是声波汇聚段示意图。

图6是声波汇聚段示意图。

图7是声波吸收迷宫通道的单层示意图。

图8是声波吸收迷宫通道的单层示意图。

图9是声波吸收迷宫通道的单层示意图。

图中：1声波汇聚段；2声波吸收段；3背墙；4声波汇聚型腔中填充的声学材料；5声学材料中嵌入的薄膜或丝网；6层叠布置的声波吸收迷宫通道相邻层之间的连通孔；7声波吸收迷宫通道中填充的吸声材料；8声波吸收迷宫通道的壁；9两个声波吸收段之间的间隔；10声波汇聚型腔的壁；11声波吸收迷宫通道；

图中的箭头，表示声波的传播方向。

具体实施方式

实施例1：控制声波传播路径的宽带超薄吸声结构

多个吸声单元沿背墙3表面排布，构成控制声波传播路径的宽带超薄吸声结构，如图1所示。其中，每个吸声单元包括一个声波汇聚段1和一个声波吸收段2，结构如图3所示。

声波汇聚段1由填充声学材料的声波汇聚型腔构成。其中，型腔为变截面型腔，端面为正六边形；腔内填充相同的声学材料4，并在其中按照等间距嵌入多层薄膜5。

声波吸收段2由填充吸声材料7的声波吸收迷宫通道11构成，如图3和图7所示。其中，声波吸收迷宫通道11是细长的单连通通道，在吸声单元中迂回、弯曲、盘旋，层叠，共包括5层，相邻层之间通过连通孔6相通。这里，图7只是声波吸收段2中的声波吸收迷宫通道11的单层示意图。在每个吸声单元中，声波吸收迷宫通道11占据声波汇聚型腔1外部可以利用的所有空间，总长度是吸声单元厚度的100倍。将声波吸收迷宫通道11分成50段，在每段中填充吸声橡胶，同时在吸声橡胶中添加局部振子，局部振子由包裹软橡胶的不同尺寸金属颗粒构成。

声波汇聚段1中的声波汇聚型腔和声波吸收段2中的声波吸收迷宫通道11相通。

首先，外部的声波进入声波汇聚段1，经过声波汇聚型腔和腔内填充的声学材料4和5，被汇聚；然后，被汇聚的声波进入声波吸收段2，在超长的声波吸收迷宫通道11中传播，被吸声材料7逐渐吸收。

实施例2：控制声波传播路径的宽带超薄吸声结构

此实施例与实施例1基本相同，区别是，(1)吸声单元中的声波汇聚段如图5所示，声波汇聚型腔端面为圆形；(2)吸声单元中的声波吸收迷宫通道11的单层结构如图8所示。

实施例3：控制声波传播路径的宽带超薄吸声结构

此实施例与实施例1基本相同，区别是，(1)吸声单元中的声波汇聚段如图6所示，声波汇聚型腔端面为三角形；(2)吸声单元中的声波吸收迷宫通道11的单层结构如图9所示。

实施例4：控制声波传播路径的宽带超薄隔声结构

多个隔声单元周期排布，构成控制声波传播路径的宽带超薄隔声结构，如图2所示。其中，每个隔声单元包括两个声波汇聚段1和两个声波吸收段2，结构如图4所示。

每个声波汇聚段1由填充声学材料的声波汇聚型腔构成。其中，型腔为变截面型腔，端面为正方形，腔内的声学材料4为空气，并在其中按照等间距嵌入多层丝绸5。

每个声波吸收段2由填充吸声材料7的声波吸收迷宫通道11构成，如图4所示。其中，声波吸收迷宫通道11是细长的单连通通道，在隔声单元中迂回、弯曲、盘旋，层叠，共包括6层，相邻层之间通过连通孔6相通。这里，图4只是声波吸收段2中的声波吸收迷宫通道11的单层示意图。

在每个隔声单元中，两个声波吸收段的声波吸收迷宫通道11占据两个声波汇聚型腔1外部可以利用的所有空间，总长度是隔声单元厚度的50倍。在每个声波吸收段的声波吸收迷宫通道11中填充空气，同时按一定间距添加局部粘贴金属片的薄膜。

声波汇聚段1中的声波汇聚型腔和对应的声波吸收段2中的声波吸收迷宫通道11相通。

首先，来自两侧的声波分别进入两侧的声波汇聚段1，经过声波汇聚型腔和腔内填充的声学材料4和5，被汇聚；然后，被汇聚的声波进入两侧的声波吸收段2，在声波吸收迷宫通道11中传播。两侧的声波被吸声材料7逐渐吸收，实现隔声。

实施例5：控制声波传播路径的宽带超薄隔声结构

此实施例与实施例4的主要区别是：每个隔声单元包括两个声波汇聚段1和一个声波吸收段2。其中，声波汇聚段如图6所示，声波汇聚型腔端面为长方形，型腔中填充的材料4为一般声学材料，并在其中按照变间距嵌入多层丝网5；声波吸收迷宫通道11的单层结构如图7所示。这时，来自隔声单元两侧的声波公用一个声波吸收迷宫通道11，一侧声波的入口是另一侧声波的出口。