宽频带吸声结构的制作方法

本发明属于环境保护领域。利用弹性材料质量和刚度连续分布组成的多自由度振动体系与相同频率的入射噪声声波产生共振，消耗噪声能量起到吸声作用。

背景技术：

目前，公知的吸声结构有穿孔板共振吸声结构，多孔材料吸声结构等，它们结构和吸声机理为：1.在刚性壁面前一定距离处，平行装置一块穿孔板，穿孔板和后面的空气层就组成了一个共振吸声结构。当噪声声波作用在穿孔板时，空腔内的空气层随声波一起来回振动消耗声能；2.多孔吸声材料内部具有大量微细通道，当声波在微细通道内传播时，由于空气粘滞性及通道壁面热传导使声能不断损耗。这两种吸声结构的共同不足是低频吸声量小，为提高低频吸声量只能增大结构尺寸，实际上空间是受条件限制的，另外，多孔吸声材料由于纤维直径仅几微米，对人体有影响，在很多行业中限制使用。【引用文献：“噪声的降低与隔离控制”，同济大学出版社；“机械振动学”，上海交通大学出版社。】

技术实现要素：

为克服现有吸声结构低频吸声量低及多孔材料超细纤维对人体的不利影响，本发明提供一种结构简单，并能在较宽频带范围内消耗声能的结构，该结构既可适用于消声也可用于隔声处。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在刚性壁面前一定距离处固定安装一块悬臂式振动片，刚性壁面一定距离的空间层，振动片三者组成一个“质量、弹簧、阻尼振动系统”的振动吸声机构，当声波作用在振动片的受声面时，振动片在声能压力作用下，在刚性壁面前的一定距离空间中振动，由于声波是按自身的频率fihz周期变化，所以振动片也被迫做周期振动，这种振动称之为“扰动力作用下的受迫振动”，根据能量守恒原理，振动片的振动过程就是声能的消耗过程，一般受迫振动的力学模型图1，其运动微分方程：

方程的稳态解y＝asin(ωt+ψ)

系统受声能作用时振幅

式中：

——质量振子的加速度m/s²

——质量振子的速度m/s

m——振子质量kg

y——位移(挠度)m

t——时间s

r——阻尼系数kg·s/cm

k——弹簧刚度n/m

ω——干扰圆频率1/s

f0——干扰力幅n

本处f0＝pis

pi——入射升压压强n/m²

s——振子受力面积m²

a——振幅m

ω0——单个单自由度系统固有频率1/s

衰减系数

但是本发明中振动片是用一种矩形匀质薄片弹性材料，一边与刚性壁面固定，另三边自由，横截面为悬臂梁结构，由于这种结构的质量、刚度是均匀连续分布的，所以在质量自重作用下，其相对固定边产生的挠度yx、刚度k和固有频率fxi是连续分布的。

式中：yx——x处的挠度cm

q——单位长度的质量kg/cm

l——悬臂长度cm

x——距悬臂端部距离cm

e——材料的弹性模量kg/cm²

j——振动片截面的惯性矩cm⁴

a——截面厚度cm

b——截面宽度cm

由于结构的固有频率ω0

∵

∴

∴

所以本结构理论上有无穷多固有频率fxi，无论声波的频率fi是多少，本振动吸声结构都有相应的固有频率fxi与之对应并产生共振，使消耗声能效果最大。

本发明的有益效果：

1、吸声频带宽，低频吸声量高；

2、用这种结构做消声器，气流阻损小，消声器动力学性能好；

3、刚性壁面和振动片均为金属材质、无污染、环保；

4、结构简单、紧凑、成本低。

附图说明

图1是一般受迫振动的力学模型图。

图2是本发明挠度yx随距离x连续变化计算力学模型图。

图3是宽频带吸声结构做成的消声百叶窗主视图和左视图。

图4用宽频带吸声结构做成的消声器平立面图。

图中所述文字标注表示为：1、刚性壁面；2、刚性壁面与悬臂式振动片之间空间；3、悬臂式振动片；4、悬臂式振动片压紧件及联接件；5、悬臂式振动片固定座。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图3所示实施例：为本发明宽频带吸声结构组合成的消声百叶窗。具体结构为：刚性壁面1，振动片3，刚性壁面1与振动片3之间的距离2，振动片压紧板和联结紧固件4，消声百叶窗外壳5，依次联接组成。当声能通过由振动片围成的通道时，声压p作用在振动片3的受声面，振动片3受迫振动，由于本振动片3为等厚弹性材料，一边与刚性壁面固接，其他三面自由，这个结构的质量、刚度、扰度是均匀连续分布的，所以固有频率fx0也是连续分布的。理论上有n阶固有频率fxi,无论任何频率fi的噪声传播到振动片3上，都有x为fxi＝fx0的固有频率与之产生共振，消耗声能的效率更高。另外刚性壁面1与振动片3之间的距离2空间的作用也是振动片3的振幅空间。

在图4所示的实施例中，零部件1-4功能、动作与图3所示实施例相同，零部件5为振动片3的固定座。其功能为振动片3固定作用。图4实施例，吸声机理与图3实施例相同。