一种吸声复合结构单元及具有其的吸声体阵列的制作方法

本实用新型涉及噪声控制技术领域，特别涉及一种吸声复合结构单元及具有其的吸声体阵列。

背景技术：

吸声结构是噪声控制领域的常用手段，在运载工具、建筑壁面和工业管道中应用广泛。传统的吸声结构包括多孔吸声结构、微穿孔吸声结构和膜板共振吸声结构三类。具体而言：

多孔吸声结构依靠声波经由微观纤细结构时的粘滞损耗将声能转化为热能，具有吸声频带宽的优点。然而，其吸声性能与自身厚度成正相关，不适用于空间要求严苛的低频噪声控制场景，而且多孔吸声结构的吸声性能极易受水汽、气流和粉尘的影响，在应用时需增加防护面进行封闭处理，而防护面的使用在一定程度上又影响了多孔吸声结构吸声性能。

微穿孔吸声结构利用声波通过微孔壁面时产生的强烈共振摩擦将声能转化为热能，自身具备高声阻且常采用金属或高分子聚合物材料制作，具有吸声性能稳定且结构强度高的特点。然而，微穿孔吸声结构的孔径一般小于1mm，同样易受水汽、气流和粉尘的影响，而且其吸声性能存在共振频率依赖性，导致其应用场景受限。

膜板共振吸声结构则依赖膜板结构与背后空腔组成系统的共振，利用自身阻尼将入射声能转化为热能，具备良好的低频吸声性能。然而，受其工作机理限制，膜板共振吸声结构的吸声性能同样存在共振频率依赖性，较难达到宽频带吸声性能优异的效果。而且，膜板共振吸声结构的吸声效果较易受安装边界条件影响，对安装施工的要求较高。

此外，现有的吸声结构中只有多孔吸声结构具备优异的多方向吸声性能，微穿孔吸声结构和膜板共振吸声结构常以平直板类形态出现，仅可对特定入射方向的声波进行有效吸收。

因此，需要一种吸声复合结构单元及具有其的吸声体阵列，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种吸声复合结构单元，所述吸声复合结构单元包括共振结构和微穿孔吸声结构；

所述共振结构包括：面板、左侧板、背板和右侧板，所述面板、所述左侧板、所述背板和所述右侧板的高度相同并依次固定连接围成所述吸声复合结构单元的框架；

所述微穿孔吸声结构包括左微穿孔吸声板和右微穿孔吸声板，所述左微穿孔吸声板和所述右微穿孔吸声板设置在所述共振结构围成的框架内，所述左微穿孔吸声板和所述右微穿孔吸声板与所述共振结构的高度相同，所述左微穿孔吸声板和所述右微穿孔吸声板互相不平行。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，共振结构围成的框架不但能够作为共振吸声结构的共振板，还能作为其内部多孔吸声结构和微穿孔吸声结构的防护面，能够有效解决多孔吸声结构和微穿孔吸声结构在应用于含水汽、高气流和强粉尘等恶劣应用场景时增加防护面和兼顾吸声性能的问题。

进一步地，所述左微穿孔吸声板的第一侧边连接至所述左侧板和所述面板中的至少一个，所述左微穿孔吸声板的第二侧边连接至所述背板。

进一步地，所述右微穿孔吸声板的第一侧边连接至所述右侧板和所述面板中的至少一个，所述右微穿孔吸声板的第二侧边连接至所述背板。

进一步地，所述左微穿孔吸声板、所述右微穿孔吸声板、所述面板和所述背板垂直于同一平面。

可选地，所述微穿孔吸声结构还包括中间板，所述中间板与所述背板固定连接，所述中间板与所述左微穿孔吸声板和所述右微穿孔吸声板均相连，且位于所述左微穿孔吸声板和所述右微穿孔吸声板之间。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，在共振结构围成的框架内设置微穿孔吸声结构一方面可在多个方向上有效吸收入射声波；另一方面作为结构强度增强筋，提高吸声复合结构单元的强度。

可选地，所述中间板是微穿孔吸声板。

进一步地，所述共振结构和所述微穿孔吸声结构围成共振腔，所述共振腔包括第一共振腔、第二共振腔和第三共振腔，

其中，所述第一共振腔由所述左微穿孔吸声板、所述左侧板和所述背板围成；

所述第二共振腔由所述微穿孔吸声结构和所述面板围成；

所述第三共振腔由所述右微穿孔吸声板、所述右侧板和所述背板围成。

可选地，所述吸声复合结构单元还包括多孔吸声结构。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，多孔吸声结构具有吸声频带宽的优点。

进一步地，所述多孔吸声结构填充在所述第一共振腔、第二共振腔和第三共振腔中的至多两个中。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，综合三类吸声结构各自的优势，有效解决多孔吸声结构和微穿孔吸声结构在应用于含水汽、高气流和强粉尘等恶劣场景时增加防护面和兼顾吸声性能的问题，还能提高吸声复合结构单元的强度。本实用新型具有加工制备方便、安装实施简单、多方向低频吸声性能优异，且不受恶劣应用场景影响的优点。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种吸声体阵列，包括上述任一项所述的吸声复合结构单元。

根据本实用新型的吸声体阵列包括吸声复合结构单元，有效解决多孔吸声结构和微穿孔吸声结构在应用于含水汽、高气流和强粉尘等恶劣场景时增加防护面和兼顾吸声性能的问题，还能提高吸声复合结构单元的强度。由于吸声性能由单个吸声复合结构单元所保持，故吸声体的整体吸声性能不会受到安装边界条件的影响，从而降低了安装施工要求。本实用新型还具有加工制备方便、安装实施简单、多方向低频吸声性能优异的优点。

附图说明

本实用新型实施方式的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，

图1为根据本实用新型的吸声复合结构单元的立体结构示意图；

图2为图1中吸声复合结构单元的俯视图；

图3为根据本实用新型的吸声复合结构单元组成的吸声体阵列的第一实施方式的立体结构示意图；

图4为根据本实用新型的吸声复合结构单元组成的吸声体阵列的第二实施方式的立体结构示意图；

图5为根据图3中本实用新型的吸声体阵列的第一实施方式的吸声系数图；

图6为根据图4中本实用新型的吸声体阵列的第二实施方式的吸声系数图。

附图标记说明：

1：吸声复合结构单元

11：共振结构

12：微穿孔吸声结构

13：多孔吸声结构

14：共振腔

111：面板

112：左侧板

113：背板

114：右侧板

121：左微穿孔吸声板

122：右微穿孔吸声板

123：中间板

141：第一共振腔

142：第二共振腔

143：第三共振腔

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。

本实用新型提供一种吸声复合结构单元，参考图1和图2，吸声复合结构单元1包括共振结构11和微穿孔吸声结构12；

具体来说，共振结构11包括面板111、左侧板112、背板113和右侧板114，面板111、左侧板112、背板113和右侧板114的高度相同并依次固定连接围成吸声复合结构单元1的框架，该框架可以是矩形框架、梯形框架、平行四边形框架、菱形框架，也可以是其它形状的框架；面板111、左侧板112、背板113和右侧板114的共振频率可设计，能够根据不同需求组成各个面阻抗特性不同的吸声复合结构单元1的框架。

微穿孔吸声结构12包括左微穿孔吸声板121和右微穿孔吸声板122，左微穿孔吸声板121和右微穿孔吸声板122设置在共振结构11围成的框架内，左微穿孔吸声板121和右微穿孔吸声板122与共振结构11的高度相同，左微穿孔吸声板121和右微穿孔吸声板122互相不平行。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，共振结构围成的框架不但能够作为共振结构的共振板，还能作为其内部多孔吸声结构和微穿孔吸声结构的防护面，能够有效解决多孔吸声结构和微穿孔吸声结构在应用于含水汽、高气流和强粉尘等恶劣应用场景时增加防护面和兼顾吸声性能的问题。

进一步，继续参考图1和图2，左微穿孔吸声板121的第一侧边连接至左侧板112和面板111中的至少一个，左微穿孔吸声板121的第二侧边连接至背板113。也就是说，当左微穿孔吸声板121的第一侧边连接至左侧板112和面板111中的一个时，连接处在左侧板112或面板111上，当左微穿孔吸声板121的第一侧边同时与左侧板112和面板111连接时，连接处位于左侧板112和面板111的连接处。

进一步，右微穿孔吸声板122的第一侧边连接至右侧板114和面板111中的至少一个，右微穿孔吸声板122的第二侧边连接至背板113。也就是说，当右微穿孔吸声板122的第一侧边连接至右侧板114和面板111中的一个时，连接处在右侧板114和面板111上，当右微穿孔吸声板122的第一侧边同时与右侧板114和面板111连接时，连接处位于右侧板114和面板111的连接处。

进一步，左微穿孔吸声板121、右微穿孔吸声板122、面板111和背板113垂直于同一平面。

优选地，微穿孔吸声结构12还包括中间板123，中间板123与背板113固定连接，中间板123与左微穿孔吸声板121和右微穿孔吸声板122均相连，且位于左微穿孔吸声板121和右微穿孔吸声板122之间。中间板123可以增加左微穿孔吸声板121和右微穿孔吸声板122与背板113的连接强度，还能作为结构强度增强筋。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，在共振结构围成的框架内设置微穿孔吸声结构一方面可在多个方向上有效吸收入射声波；另一方面作为结构强度增强筋，提高吸声复合结构单元的强度。

优选地，中间板123是微穿孔吸声板。在这种情况下，中间板123不但能够起到对整体结构的加强作用，还能提高微穿孔吸声结构12的吸声效果。

优选地，左微穿孔吸声板121、右微穿孔吸声板122和中间板123的阻抗特性可设计，可以针对不同的吸声需求进行自由组合。

进一步，共振结构11和微穿孔吸声结构12围成共振腔14，具体请参考图2，共振腔包括第一共振腔141、第二共振腔142和第三共振腔143。其中，第一共振腔141由左微穿孔吸声板121、左侧板112和背板113围成；第二共振腔142由微穿孔吸声结构12和面板111围成；第三共振腔143由右微穿孔吸声板122、右侧板114和背板113围成。

优选地，请参考图1，吸声复合结构单元1还包括多孔吸声结构13。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，多孔吸声结构具有吸声频带宽的优点。

进一步，多孔吸声结构13填充在第一共振腔141、第二共振腔142和第三共振腔143中的至多两个中。

根据本实用新型的吸声复合结构单元1的材料构成不受限制，可选用金属、塑料、木材、石材等制作。

根据本实用新型的吸声复合结构单元，综合三类吸声结构各自的优势，有效解决多孔吸声结构和微穿孔吸声结构在应用于含水汽、高气流和强粉尘等恶劣场景时增加防护面和兼顾吸声性能的问题，还能提高吸声复合结构单元的强度。本实用新型具有加工制备方便、安装实施简单、多方向低频吸声性能优异，且不受恶劣应用场景影响的优点。

此外，包括上述任一项的吸声复合结构单元1的吸声体阵列的第一种实施方式，请参考图3，一个吸声复合结构单元1的左侧板112与另一个吸声复合结构单元的右侧板114贴合，多个吸声复合结构单元1按照上述方式组成吸声体阵列。

图5为图3中吸声体阵列的吸声系数图。吸声复合结构单元1的面板111为正则入射面，即入射声波首先经过面板111进入各个吸声复合结构单元1。其中虚曲线是吸声复合结构单元1中无多孔吸声结构13的随声波频率变化的吸声系数曲线；实曲线是吸声复合结构单元1中第一共振腔141和第三共振腔143中有多孔吸声结构13的随声波频率变化的吸声系数曲线。根据图5可知，虚曲线中的吸声频带宽度比实曲线中的吸声频带宽度更大，体现处在吸声复合结构单元1中增加多孔吸声结构13能够带来吸声性能提升的效果。实曲线和虚曲线的对应结果均在200hz和350hz附近出现吸声系数接近1.0的尖峰，此尖峰出现是由面板111与微穿孔吸声结构12以及两者之间第二共振腔142的共振所致，这能够说明，本实施方式中的吸声体阵列能够对频率在200hz和350hz的声波从面板111正则入射时实现全吸收。本实施方式中组成吸声体阵列的吸声复合结构单元1的具体几何参数和材料参数如下：

背板113和面板111是长度200mm，宽度100mm，厚度10mm的亚克力材料板。左侧板112和右侧板114是长度110mm，宽度100mm，厚度0.5mm的亚克力材料板。微穿孔吸声结构12是厚度1mm，孔径0.5mm，穿孔率0.4％的亚克力材料板。多孔吸声结构13的各项参数为：密度4.4kg/m³，流阻率16950n·s·m^-4，孔隙率99％，扭曲率1.03，热特征长度0.23mm，粘特征长度0.11mm。

在未示出的实施方式中，组成吸声体阵列的吸声复合结构单元1的几何参数与材料参数可根据不同需要进行设计，共振结构11与微穿孔吸声结构12的共振频率、阻抗参数等也可根据不同需要进行设计，多孔吸声结构13的各项性能参数也可设计，不局限于上述参数组合。

图4中的吸声体阵列的第二种实施方式是图3中吸声体阵列的变形，一个吸声复合结构单元1的面板111与另一个吸声复合结构单元1的背板113贴合，多个吸声复合结构单元1按照上述方式组成吸声体阵列。

图6为图4中吸声体阵列的吸声系数图。吸声复合结构单元1的左侧板112或右侧板114为正则入射面，即入射声波首先经过左侧板112或右侧板114进入各个吸声复合结构单元1。该实施例所述的吸声复合结构单元1的具体几何和材料参数同图5中所述实施例相同。图6中实曲线是吸声复合结构单元1中无多孔吸声结构13的随声波频率变化的吸声系数曲线。发现在170hz附近出现吸声系数接近1.0的尖峰，这能够说明，本实施方式中的吸声体阵列能够对频率在170hz附近的声波从左侧板112或右侧板114正则入射时实现全吸收。对比图5和图6的结果可知，本实用新型提供的吸声复合结构单元及具有其的吸声体阵列具备多方向优异的吸声性能。

由于上述吸声复合结构单元的各个面的阻抗特性可设计，在进行阵列组成吸声体的过程中，可灵活针对不同入射声波的频谱特性，将吸声复合结构单元的不同面进行拼合，构造具备不同吸声特性的吸声体。

将多个参数相同或不同的上述吸声复合结构单元进行阵列组成吸声体阵列，由于吸声性能由单个吸声复合结构单元所保持，故吸声体阵列的整体吸声性能不会受到安装边界条件的影响，从而降低了安装施工要求。

根据本实用新型的吸声体阵列包括吸声复合结构单元，有效解决多孔吸声结构和微穿孔吸声结构在应用于含水汽、高气流和强粉尘等恶劣场景时增加防护面和兼顾吸声性能的问题，还能提高吸声复合结构单元的强度。由于吸声性能由单个吸声复合结构单元所保持，故吸声体的整体吸声性能不会受到安装边界条件的影响，从而降低了安装施工要求。本实用新型还具有加工制备方便、安装实施简单、多方向低频吸声性能优异的优点。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。