基于周期性子背腔的宽频带微穿孔板吸声体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及环境噪声控制、室内声学装修的吸声领域，具体来说为一种基于 周期性子背腔的宽频带微穿孔板吸声体。
【背景技术】
[0002] 目前，典型的微穿孔板吸声体由表面单层的均布穿孔的微穿孔板与其对应的单个 板后背腔组成。不同于传统多孔材料和纤维类材料的吸声材料，它结构简单，结构体可由多 种材料，如金属、塑料、木板甚至玻璃等制作而成。优点包括长时间使用不碎屑化，表面能抗 冲击，防潮防水，能适应高速气流等，是一种环境友好型的新型吸声材料。但是该类吸声体 在应用中存在的一个突出问题是其相对传统多孔、纤维类吸声材料窄很多的有效吸声频带 范围。
[0003] 微穿孔板吸声体设计方法及其吸声性能理论是由中国学者[马大献，"微穿孔板 吸声结构的理论和设计"，中国科学，卷1，38-50 (1975)]首创，并在其1990年发表的论文 "组合微穿孔板吸声结构"中进一步描述了一种由两层微穿孔板组成的"双共振串联"结构 吸声体，运种结构的吸声体能产生两个明显的吸声峰，一定程度上增加了吸声的有效带宽， 但多层"串联"结构要求背腔深度较大，会占用较多的室内空间。香港学者[化U叫i Wang and Lixi Huang，"0n the acoustic properties of parallel arrangement of multiple micro-perfor曰ted p曰nel 曰bsorbers with different c曰vity depths"，J. Acoust.Soc. Am, 130 (I)，208-218 (2011)]采用有限元仿真和实验验证的方法，讨论了一种简化的"并联" 背腔结构的微穿孔板吸声体的吸声机理，包括=个深度不等的、平行排列的子背腔，但他们 的研究仅局限于该简化结构体的吸声机理分析，尚未设及具有不等深度背腔的微穿孔板吸 声体完整结构的设计方法。
[0004] CN1311380A公开了一种特宽频带微穿孔板吸声体及其制造方法和设备，包括微 穿孔板、与微穿孔板构成一体的具有后腔深度D的盒形构件，盒形构件内设有支撑挡板格， 通过降低微穿板的穿孔板常数K来达到增加实际应用的吸声频带的目的，实现高频吸声性 能，但是其盒形构件的背腔深度恒定，无法形成不同频段的局部共振效应；CN102968985A 公开了一种复合多层机械阻抗板的薄型宽频吸声结构，包括吸声材料和支架，W及至少两 层的机械阻抗板，吸声材料可W是传统多孔材料和微穿孔板吸声结构，用于吸收高频噪声， 而低频噪声则由机械阻抗板的振动来耗散；CN102646414A公开了一种基于微穿孔和腔内 共振系统的组合吸声结构，包括微穿孔板、背腔和腔内共振系统，旨在调整腔内共振系统的 参数（平板质量、力阻、弹黃劲度系数）、微穿孔板的参数（孔径、板厚、穿孔率）和背腔深 度，W实现较宽频带的吸声；CN102332259A公开了一种自适应微穿孔板吸声器及其微孔实 时调节方法，包括压电薄膜微穿孔板、主动控制电路、自适应控制器和噪声探测器，能够根 据入射噪声实时调节压电薄膜微穿孔板上微孔孔径的大小，W有效扩展微穿孔板共振吸声 结构的吸声频带。
[0005] 微穿孔板吸声体的现有技术与设计，尚未发现有基于"并联"排列不等深度背腔设 计的宽频带微穿孔板吸声体的报道。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于提出一种占用空间小的基于周期性子背腔的宽频带微穿 孔板吸声体。
[0007] 本实用新型通过W下技术方案来实现：
[0008] 本实用新型所述的一种基于周期性子背腔的宽频带微穿孔板吸声体，包括：微穿 孔板，在微穿孔板上设有深度各不相同的子背腔，且所述子背腔立于微穿孔板上，与相邻微 穿孔板的侧面相触及。
[0009] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
[0010] 采用优化的吸声体参数组合，包括微穿孔板的穿孔直径t板厚t、穿孔率O，和板 后多个"并联"的背腔的深度、宽度和排列方式，得到了一种在400-3000化最主要的公共活 动音频段，吸声系数不低于0. 45,最大吸声系数不低于0. 9的宽频带微穿孔板吸声体。
[0011] 本实用新型所述吸声体的结构由单层的微穿孔板和板后多个采用"并联"方式平 行排列的深度互不相等的子背腔组成，各个子背腔的开口端与微穿孔板直接连接。运种结 构形式的微穿孔板吸声体解决了 W下=点问题：（1)单层微穿孔板吸声体的有效吸声带宽 过窄，本实用新型所述的"并联"的深度不相等的子背腔与微穿孔板形成的不同频率的局 部共振效应，W及各子背腔表面因声音传播路径不相等而形成的声压差趋于平衡状态的趋 势，迫使背腔表面的声波产生的均衡流动效应，两者共同作用下有效的拓宽了吸声频带的 范围，而运种共同作用是单层或多层"串联"微穿孔板吸声体所不具备的；（2)吸声体的有 效吸声频带范围往往与实际的吸声需求不符，本实用新型所述的宽频带微穿孔板的吸声体 可按照实际的吸声需求，在设计前期通过调整背腔的深度序列和微穿孔板的参数组合来调 整有效吸声频带的范围；（3)虽然多层"串联"背腔结构的微穿孔板吸声体一定程度上拓宽 了吸声频带，但是占用了较多的安装空间，本实用新型所述的宽频带微穿孔板吸声体的背 腔采用"并联"的方式排列，在取得高性能吸声性的同时，可大幅度减少安装空间，达到节省 建筑空间的目的。
【附图说明】
[0012] 下面结合附图，W及按照本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体的实例， 作进一步的实施方式说明。
[0013] 图1是按本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体结构的初步设计实例示 意图；
[0014] 图2是按本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体结构的初步设计实例剖 面A-A示意图；
[0015] 图3是按本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体的实例的正入射吸声系 数曲线；
[0016] 图4是按本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体结构优化后的设计实例 示意图；
[0017] 图5是按本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体结构优化后的设计实例 剖面B-B示意图；
[0018] 图6是按本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体结构实例的有限元仿真 分析的网格化模型；
[0019] 图7是按本实用新型所述设计的宽频带微穿孔板吸声体的实例实验具体实施的 原理图。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1
[0021] 一种基于周期性子背腔的宽频带微穿孔板吸声体，包括：微穿孔板1，在微穿孔板 1上设有深度各不相同的子背腔，且所述子背腔立于微穿孔板1，与相邻微穿孔板1的侧面 相触及。在本实施例中，在微穿孔板1上设有6个深度各不相同的子背腔。
[0022] 本实用新型的性能是可W预测的，性能预测方法具体如下：所述性能由吸声系数 频谱a ( 0 6)表征，所述吸声系数频谱a ( 0 6)由公式1得到，
公式1
[0024] 式中，0 e表示声波的入射角，0 e= 0°表示正入射；Pe为有效声压，取值为IPa ; A。为振幅系数，n为整数且n =…，-2,-1,0,1，2，…；A为声波波长，A = c/f，单位m，C 为声音在空气中的传播速度，f表示声音的频率，单位化；T表示周期性背腔结构的周期宽 度J =玄N为一个周期内子背腔的数量，Li表示各个子背腔的宽度，单位：米，通常，子 背腔的宽度包括分隔构件和空腔的宽度之和，此处默认各子背腔的宽度相等。
[00巧]在本实施例中，
[0026] 所述振幅系数A。采用公式2得到：
公式2
[0028] 其中：
[0029] 丫。为吸声体表面竖直方向的空间谐波的波数：
公式3
[0031] j表示虚数单位，k。= O/c表示波数，O = 2 JT f表示角频率，f表示声音的频率， 单位化；
[003引 F(X)是吸声体的等效表面导纳，且，
公式4
[0034] g为变量，G(X)为子背腔的表面导纳且；
Zmpp为微穿孔板的表 面相对声阻抗，C (Im)为板后子背腔的相对声阻抗，Im表示微穿孔板板后各个子背腔的深 度，m= 1,2... N，N表示一个周期的子背腔的数量，Zmpp可根据马大献院±提出的微穿孔 板阻抗计算理论求得；C Qm)根据 liP.M. Morse and K. Ingard，Theoretical Acoustics， (McGraw-Hill,化W York, 1968)]中狭窄腔体阻抗计算理论求出。
[0035] 本预测方法会使用到的常数如表1所示：