专利名称：主被动混合双层吸声结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主被动混合吸声系统，提出一种释压法主被动混合双层吸声结 构，将误差传声器置入两层多孔吸声材料之间，分别优化各层的厚度，实现了采用较薄的吸 声材料在较宽频带内获得较好吸声效果。
背景技术：
自由行进的声波在传播路径上遇到与传输介质特性阻抗不同的障碍物时，该物体 会对声波产生反射作用，反射声的控制在国民经济和国防建设中有广泛的应用前景。例 如，在特定条件下减少尖劈的长度，降低消声室的截止频率；也可用于提高音乐厅、剧院等 厅堂的低频音质，再现更真实的声场；在潜艇或水下武器的声隐身技术方面，实现全频段 的声隐身。常利用多孔材料吸声来控制反射声，但传统的多孔材料被动吸声在低频段吸 声性能并不理想，并且需要使用较厚的多孔材料来提高高频段的吸声性能，在应用中存在 一定的空间限制。因此扩大吸声频率范围并降低吸声结构的尺寸有重大的意义。有源控 制的低频效果好，常用的混合吸声主要有释压法(P. Cobo, J. Pfretzschner, M. Cuesta, Hybrid passive-active absorption using microperforated panels, Journal of the Acoustical Society of America, 2004, Vol 116, No. 4,2118-2125.)和阻抗匹配法(史东 伟，冯声振，邱小军，用有源控制改进尖劈低频吸声性能的初步实验研究，中国环境科学学 会学术年会论文集(2009)，1337-1341.)。CN101521008公开了一种有源吸声尖劈及其制作 方法，该方法以传统吸声尖劈截止频率为界，通过反射声有源控制改善传统吸声尖劈低频 吸声，使用较短吸声尖劈形成宽带的吸声。CN101387547公开了一种散射声预测方法，通过 在散射体表面上离散布放的传声器阵列预测空间各点的散射声，该预测值可用于散射声的 有源控制。本发明中的有源控制采用控制方法简单的释压法实现，主要利用释压法对材料 厚度敏感的特性，通过选择多孔材料厚度提高释压法的低频段吸声效果，利用优化选取双 层多孔材料厚度提高吸声结构的中高频吸声性能，实现通过更小的有源控制端达到宽带内 的吸声。
发明内容
本发明的目的是提供一种释压法主被动混合双层吸声结构，利用释压法有源控制 对材料厚度敏感并且对吸声结构低频段吸声补偿作用，将有源控制与传统吸声材料集成有 源混合吸声结构，并改进传统吸声结构特点，使得有效吸声频带大幅扩展。与具有相近吸声 性能的吸声结构相比，长度较短，体积优势明显。本发明的目的通过以下技术方案来实现如附图1所示A)传统吸声材料组合构成双层吸声结构，将误差传声器放置在双层多孔材料之 间，利用任何一种有源控制器控制误差传声器处声压为0，将有源控制与之相结合构成混合 吸声结构；
B)计算对于已知流阻系数的多孔材料，释压法控制下不同频率的最优厚度为=Cl1 =_ (i X Iog10 (- (z0+za) / (z0-za))) / (2ka)，实际应用中通过解析表达式计算最优厚度，以该 计算值确定实际厚度的大致范围，再在此范围内使用穷举法得到误差较小的近似解；C)对于不同频率下最优厚度不同，由于释压法对低频声控制较好，计算低频段的 白噪声在各个最优厚度释压法控制下吸声系数的总和，综合比较选择合适的第一层多孔材 料厚度；D)释压法选择的多孔材料最优厚度较薄，并且考虑到吸声结构的尺寸，因此改进 混合吸声结构，采用双层吸声结构。根据吸声材料的流阻系数选择吸声结构中第二层材料 厚度约为第一层材料厚度的2倍，两层材料间留可放误差传声器的空间即可，一般2cm左 右，次级源紧贴第二层玻璃棉背面放置。本发明的有益效果是利用释压法有源控制的对多孔材料厚度敏感的特性合理选 择合适多孔材料厚度，对双层吸声结构低频吸声补偿；改进传统吸声结构采用双层多孔材 料以实现很好的高频被动吸声性能。通过有源控制系统与吸声结构结合，集成释压法主被 动混合双层吸声结构，比原吸声结构在更宽频带内有较高的吸声性能；而与具有相近吸声 性能的吸声结构相比，体积更小。
四
图1是本发明所述的释压法主被动双层混合吸声结构示意图。图2是释压法主被动混合双层吸声结构实验环境示意图。图3是释压法主被动混合双层吸声结构在释压法有源控制开和关时的吸声系数
■i並 曰O五、具体实施下面通过实例参照附图对本发明进行说明本发明所述释压法主被动混合双层吸声结构示意图如附图1所示，实验环境如附 图2所示。管道上游初级声源产生的平面波在管道内向下游传播，管道下游首先是厚度为 Cl1的第一层多孔吸声材料，后有厚度为D的空气层，然后是厚度为d2的多孔材料，最后在管 道末端安装次级源，并假设次级源不工作时为刚性壁。实验在一个边长为16. 8cm，长为3m 的正方形管道中进行，管道中平面波的截止频率为1000Hz。在1000Hz以下，管道中声波 为平面波，由于扬声器的频响限制，测试频率在150Hz以上，故测试频率在150-1000HZ之 间。在双层多孔材料中间放置误差传声器，控制双层材料间空腔声压为0。选择流阻系数为 15000NSm_4的玻璃棉的一组样品，第一层和第二层材料厚度分别为2. 6cm和5. 7cm，测试第 一层多孔材料厚度对释压法控制的影响。初级源和次级源都为动圈式扬声器，选用Classic牌型号8. OB的功率放大器作为 初级源和次级源扬声器的声信号放大；选用NI9233信号采集卡和G. R. A. S.公司型号40AE 的传声器，型号26CA的传声器前置放大器，PCB公司型号482A16的信号调理器用来采集误 差信号和测试吸声系数；使用EZ ANC II有源控制系统进行有源控制。具体实现操作如下A)计算对于已知流阻系数的多孔材料，释压法控制下不同频率的最优厚度为=Cl1 =_ (i X Iog10 (- (z0+za) / (z0-za))) / (2ka)，实际应用中通过解析表达式计算最优厚度，以该
4计算值确定实际厚度的大致范围，再在此范围内使用穷举法得到误差较小的近似解，对于 流阻系数为15000NSm_4的玻璃棉，频率1000Hz下平面波最优厚度范围约为2. 4-2. 8cm ；B)计算频率低于1000Hz的白噪声在各个最优厚度释压法控制下吸声系数的总 和，综合比较选择合适的第一层多孔材料厚度。对于流阻系数为15000NSnT4的玻璃棉，选取 第一层多孔材料厚度为2. 8cm时可以对频率为1000Hz以下平面波达到最好的相对控制效 果；C)释压法选择的多孔材料最优厚度较薄，并且考虑到吸声结构的尺寸，因此改进 混合吸声结构，采用双层吸声结构。对于流阻系数为15000NSnT4的玻璃棉，选取第二层多孔 材料厚度为6cm时可以得到较好的中高频段控制效果。两层材料间留2cm厚空腔放置误差 传声器，次级源紧贴第二层玻璃棉背面放置；D)单独开初级源，初级信号为白噪声，用双传声器传递函数法测量有源系统关闭 情况下吸声结构的吸声系数谱；E)释压法的控制系统主要由EZ ANC II系统构成，采用前馈控制系统，取控制信 号的滤波器为256阶，收敛系数0. 0001，单独开次级源，使用白噪声进行次级通道传递函数 建模。初级源的信号为白噪声，将GRAS传声器作为误差传声器置于两层玻璃棉之间的空腔 内，将此处测得的声压通过调理器接入EZ ANC II控制器，当误差传声器处噪声衰减达到 IOdB以上时用双传声器传递函数法测量有源控制开启情况下的混合双层吸声结构的吸声 系数谱。附图3为实验测得的混合双层吸声结构结构被动吸声和释压法控制下的吸声系 数谱。从中可以看出该吸声结构在低频段的被动吸声性能较差，有源控制提高了其低频吸 声性能。根据计算流阻系数为15000NSm_4的吸声材料释压法的合适厚度为2. 8cm,实验样 品选取的第一层玻璃棉厚度为2. 6cm接近最优厚度控制效果较好，说明释压法最优厚度的 存在性和实验中厚度选择的正确性，当第一层厚度选择更接近最优厚度时应有更好的低频 吸声效果。本发明根据多孔材料流阻系数计算释压法控制下合适的多孔材料厚度，改进多孔 材料结构，采用双层多孔材料主被动混合吸声并计算双层结构下第二层材料的厚度，在较 宽频带内取得较好的吸声性能，实现了扩展吸声低频的目的。采用流阻系数为15000NSnT4 的玻璃棉构成的双层混合吸声结构尺寸为Ilcm加上次级源厚度，本双层混合吸声结构可 用于提升较薄厚度多孔材料在宽频带内的一维吸声性能。
权利要求
一种释压法主被动混合双层吸声结构，其特征在于该混合吸声结构包括双层多孔吸声材料(1)和(2)、空腔(3)、控制源(4)、功率放大器(5)、控制器(6)、误差传声器(7)，误差传声器放置于多孔吸声材料(1)后端、多孔吸声材料(2)前端的空腔(3)内并与控制器(5)相连；控制器(6)通过功率放大器(5)与控制源(4)连接，控制源(4)紧贴多孔吸声材料(2)的后端放置。
2.一种混合吸声结构的制作方法，其特征在于该混合吸声结构由传统多孔材料和有 源控制系统组成，在双层多孔材料间放置误差传声器用于释压法控制；利用释压法控制对 材料厚度敏感的特点，合理选择第一层材料厚度，使得有源控制在低频段性能更优；通过优 化第二层多孔材料厚度使得本吸声结构对中高频段平面声波有较好的吸声效果；从而实现 宽频带内的一维吸声。具体包括以下步骤A)计算对于已知流阻系数的多孔材料，释压法控制下不同频率的最优厚度为=Cl1 =_ (i X Iog10 (- (z0+za) / (z0-za))) / (2ka)，实际应用中通过解析表达式计算最优厚度，以该 计算值确定实际厚度的大致范围，再在此范围内使用穷举法得到误差较小的近似解；B)对于不同频率下最优厚度不同，由于释压法对低频声控制较好，计算低频段的白噪 声在各个最优厚度释压法控制下吸声系数的总和，综合比较选择合适的第一层多孔材料厚 度；C)释压法选择的多孔材料最优厚度较薄，并且考虑到吸声结构的尺寸，因此改进混合 吸声结构，采用双层吸声结构。根据吸声材料的流阻系数选择吸声结构中第二层材料厚度 约为第一层材料厚度的2倍，两层材料间留可放误差传声器的空间即可，一般2cm左右，次 级源紧贴第二层多孔材料背面放置。
全文摘要
本发明公开了一种释压法主被动混合双层吸声系统。该系统为基于释压法的主被动混合双层吸声结构，通过将误差传声器置入两层多孔吸声材料之间以及分别优化各层的厚度，实现了采用较薄吸声材料在较宽频带内获得较好的吸声效果。与具有相近吸声效果的传统被动吸声结构相比，本发明厚度较小，体积优势明显，并且实现更为简单。
文档编号G10K11/178GK101916562SQ20101020213
公开日2010年12月15日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者张姮李子, 邱小军 申请人:南京大学