一种磁流变式微穿孔板吸声结构

1.本发明涉及吸声结构领域，尤其涉及一种磁流变式微穿孔板吸声结构。


背景技术：

2.微穿孔板(micro-perforated panel,mpp)是一种布满孔径小于1mm的微孔的吸声板材，其具有高声阻、低声抗、耐腐蚀、结构简单轻巧、清洁无污染等优点，在噪声控制领域具有广阔的应用前景。微穿孔板的工作原理是利用微孔与板后背腔之间形成一系列的亥姆霍兹共鸣器，入射声波与微孔内壁之间的摩擦导致声波能量以热能的形式耗散，从而达到吸声的目的。因此，使用微穿孔板进行吸声时，必须要配合合适深度的空气封闭背腔，以达到共振效果，从而耗散声能。
3.然而，在实际应用中，微穿孔板加工出来进行安装后，其吸声结构的参数(如孔径、穿孔率等)都已经确定了，这种固定式结构可能在某一声波频率下吸声效果很好，但对另一种频率的声波吸收效果一般甚至没有。比如一些大型音乐厅中，为了对不同乐器、不同旋律都达到所需的吸声效果，会采用机械调谐的方法——采用滑轨、滚轮等机械结构来调节背腔的深度，从而调谐共振频率。机械手段具有响应慢、不易调节、对于变换的场景不能迅速做出响应等缺陷，而且，对于机械部件还需要经常检查维修，增加成本，因此不利于大规模发展应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可以根据吸声频率需求，迅速准确地做出调节的磁流变式微穿孔板吸声结构。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种磁流变式微穿孔板吸声结构，包括设置在待吸声的壁面上的吸声板，以及设于所述吸声板与所述壁面之间的相对封闭的空腔，所述吸声板上开设有多个微孔，每个所述微孔均与所述空腔相连通，每个所述微孔的孔径不大于1mm。所述吸声板由弹性基材及分布于所述弹性基材中的磁性颗粒制成，所述吸声结构还包括电磁铁组件及控制单元，所述电磁铁组件包括铁芯及绕设于所述铁芯上的线圈，所述电磁铁组件设置在所述空腔内，所述铁芯与所述吸声板间隔设置，所述线圈与所述控制单元电性连接，所述控制单元用于控制所述线圈内的电流方向和/或电流强度。
7.在一些实施方式中，所述空腔中设有多组所述电磁铁组件，多组所述电磁铁组件沿所述壁面的延伸方向间隔分布。
8.在一些实施方式中，所述控制单元用于分别控制每组所述电磁铁组件的所述线圈内的电流方向和/或电流强度。
9.在一些实施方式中，所述吸声结构还包括安装座，所述安装座具有安装腔，所述安装座固设于所述壁面上，所述电磁铁组件固设于所述安装腔中。
10.在一些实施方式中，当所述电磁铁组件断电时，所述吸声板为平面板或曲面板。
11.在一些实施方式中，所述吸声结构还包括支架，所述支架自所述壁面向外凸出，所述支架围设于所述吸声板的周部，所述支架、所述壁面及所述吸声板共同围设形成所述空腔，所述吸声板的周部与所述支架固定连接或活动连接。
12.在一些实施方式中，所述磁性颗粒在所述弹性基材中均匀分布，所述弹性基材的组分包括液态硅胶与固化剂，所述磁性颗粒为钕铁硼磁铁颗粒。
13.在一些实施方式中，所述吸声板上的多个所述微孔均匀间隔分布，所述微孔通过激光穿孔制得。
14.在一些实施方式中，所述铁芯由软铁或硅钢材料制成。
15.在一些实施方式中，所述控制单元用于控制所述线圈内的电流为直流电或交流电。
16.由于上述技术方案的运用，本发明提供的磁流变式微穿孔板吸声结构，采用了包含磁性颗粒的弹性微穿孔吸声板，形成了具有可调控刚度和可调控阻尼的磁流变式吸声结构。该吸声板可以在外加磁场的作用下调节自身的力学性能，从而调节谐振频率，有效地扩宽吸收频带。与传统的机械调节背腔深度的手段相比，本发明使用电磁调节，可以通过调整电流的大小及相位来调节磁场的强度和极性。此过程由于电流传导的快速性，所以响应迅速并且实时可控，可通过主动远程无接触磁驱动，减小了机械部件的使用，降低了使用成本。综上，与传统的微穿孔板相比，本发明提供的磁流变弹性微穿孔板不仅具有良好的吸收特性，而且具有良好的磁诱导变形特性，整个吸声结构提供了一种新的磁调谐方法，为微穿孔板共振吸声装置提供了一种新的控制方法，并且在宽频带吸声方面显示出广阔的优势。
附图说明
17.图1是为本发明一具体实施例中磁流变式微穿孔板吸声结构的立体示意图。
18.图2是为本实施例中磁流变式微穿孔板吸声结构在未通电时截面示意图。
19.图3是为本实施例中磁流变式微穿孔板吸声结构在通电产生排斥磁力作用时截面示意图。
20.图4是为本实施例中磁流变式微穿孔板吸声结构在通电产生吸引磁力作用时截面示意图。
21.其中：10、吸声板；11、微孔；12、磁性颗粒；20、空腔；21、支架；22、壁面；30、电磁铁组件；31、铁芯；32、线圈；40、控制单元；41、电源开关；42、导线；50、安装座；51、安装腔。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
23.在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“左右方向”、“高度方向”、“前后方向”等指示的方位或位置关系为基于附图1，当待吸声的壁面22为水平面，吸声板10设于壁面22上方时，站立在水平面上的人所观察到的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明结构和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、仅具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
25.参见图1至图4所示，本实施例提供一种磁流变式微穿孔板吸声结构，该吸声结构设置在待吸声的壁面22上，用于吸收来自壁面22上方的声波，起到降噪、隔音的效果。本实施例中，图中的壁面22表示为一水平面，但仅仅是为了便于示意和描述，在实际应用中，根据待吸声场合的不同，壁面22可以是竖直面、斜面、顶面等任意朝向的面，也可以是平面、曲面或任意不规则面，壁面22的材质也不作限定。在一些场合中，壁面22可以是建筑的室内墙面，也可以是汽车、轮船等交通工具的内舱面，甚至可以是具有吸声需求的某些设备、装置的侧面。进一步地，对于某一待吸声的壁面22，本实施例的吸声结构可以设置为覆盖整个壁面22；而对于面积较大的壁面22，也可以仅在其局部设置一个或多个该吸声结构，多个吸声结构可以连续或分散设置。
26.参见图1及图2所示，本实施例中，该吸声结构主要包括吸声板10、电磁铁组件30及控制单元40等，其中，吸声板10与壁面22之间具有相对封闭的空腔20。本实施例中，壁面22为一平面，吸声结构进一步包括支架21，支架21自壁面22向外凸出，支架21呈环状，支架21围设于吸声板10的周部，从而支架21、壁面22及吸声板10共同围设形成上述空腔20。吸声板10的周部与支架21之间可以固定连接或活动连接，例如可以采用简支支撑、滑动连接或多种支撑方式的组合等，从而允许吸声板10在一定程度内发生形变。
27.在其他实施例中，当壁面22本身为一凹面，或具有空腔结构时，也可以不设置支架21，而直接将吸声板10安装在壁面22自身的空腔20之上。在另一些实施例中，为了便于该吸声结构的成品化使用，还可以在支架21的底部设置底板，该底板与支架21、吸声板10之间形成空腔20，从而只需将底板贴合在壁面22上即可安装。
28.本实施例中，吸声板10由弹性基材及分布于弹性基材中的磁性颗粒12制成，磁性颗粒12在弹性基材中均匀分布，不存在局部聚集现象。具体地，弹性基材的组分包括液态硅胶与固化剂，磁性颗粒12为钕铁硼磁铁颗粒。在制作吸声板10的过程中，首先将磁性颗粒12均匀分散在液态硅胶中，再加入固化剂，使得吸声板10固化成型。进一步地，成型后的吸声板10上开设有多个微孔11，多个微孔11之间均匀间隔分布，具体可以为阵列分布，每个微孔11均与空腔20相连通，每个微孔11的孔径不大于1mm。本实施例中，微孔11具体通过激光穿孔制得，激光穿孔具有速度快、精度高、对材料影响小等优势，尤其对于本实施例中的弹性吸声板10而言，相比于传统机械打孔方式，激光打孔不易改变微孔11周边弹性基材的形状，各个微孔11的孔径均匀，有助于获得更佳的吸声性能。需要说明的是，为便于观察，本实施例各附图中将微孔11及磁性颗粒12进行了放大及简化表示，仅起到示意所用，实际上微孔11及磁性颗粒12的尺寸极小、数量极多且分布密集。在实际产品中，吸声板10上微孔11的具体直径、数量、分布方式等均可根据需求调整。
29.参见图1及图2所示，空腔20的形状可以根据该吸声结构的实际安装位置调整，空
腔20具体可以为长方体及其他不规则形体。同理，空腔20的深度可以由壁面22自身凹陷的深度决定，也可以通过设计支架21的高度进行自定义设置。相应地，吸声板10的形状可以是平面板或曲面板，也可以是矩形板、圆形板或其他任意几何形状板。
30.参见图1至图4所示，本实施例中，电磁铁组件30设置在空腔20内，电磁铁组件30包括铁芯31及绕设于铁芯31上的线圈32，其中铁芯31由软铁或硅钢材料制成，线圈32的绕设匝数可根据实际需要确定。铁芯31与吸声板10间隔设置，线圈32与控制单元40电性连接。本实施例中，铁芯31近似为一长方体，其他实施例中铁芯31也可以为圆柱体等。进一步地，对于一些吸声板10面积较大的吸声结构，其空腔20中也可以设置多组电磁铁组件30，多组电磁铁组件30沿壁面22的延伸方向间隔分布。每组电磁铁组件30中的线圈32均与控制单元40电性连接，每组电磁铁组件30均能够被独立控制，形成不同的磁场。
31.参见图1至图4所示，本实施例中，吸声结构还包括安装座50，安装座50具有安装腔51，安装座50固设于壁面22上，电磁铁组件30固设于安装腔51中。本实施例中，安装座50的材料优选为非金属材料，不会对电磁铁组件30产生的磁场造成干扰。安装座50固设于空腔20的下部，其长和宽均与空腔20相同，安装座50与空腔20实际为同一个整体的两个部分。进一步地，安装座50下表面设有开口，可供安装腔51中导线42引出。
32.本实施例中，线圈32由控制单元40进行供电与电流控制，线圈32中的电流可以是直流电或交流电，控制单元40可用于控制线圈32内的电流方向和/或电流强度，对于交流电的情况，控制单元40还可用于控制电流的相位。当吸声结构包括多组电磁铁组件30时，同一个控制单元40可用于分别控制每组电磁铁组件30的线圈32内的电流方向和电流强度；或者，每组电磁铁组件30分别连接有一个控制单元40，多个控制单元40分别控制各自对应的电磁铁组件30。参见图1至图4所示，本实施例中，控制单元40具体包括控制盒、设置在控制盒上的电源开关41、分别与控制盒电连接的两条导线42等，线圈32的两端部分别与两条导线42相连，从而实现线圈32与控制单元40的电性连接。本实施例中，电源开关41用于控制整个电回路的通断，控制盒上还设有用于调节具体电流参数的控制按钮(图中未示出)。
33.参见图2至图4所示，本实施例中磁流变式微穿孔板吸声结构的具体工作原理如下：
34.对于一个待吸声的壁面22及其应用场景存在的噪声情况，该吸声结构可以首先依据现场测试或实验室测试，得到一个电磁铁组件30的预设电流，该预设电流对常用环境下的声波频率具有较好的吸声效果。
35.在实际应用时，将该吸声结构安装在待吸声的壁面22上，控制单元40通过导线42引出至便于操作的位置，操作人员打开控制单元40的电源开关41，并将线圈32中的电流调节至上述预设电流，电磁铁组件30产生相应的预设磁场，吸声板10中的磁性颗粒12在磁场作用下产生磁流变效应，能够对预设频率的声波达到正常的吸声效果。
36.当吸声结构使用的噪声环境发生变化，例如声波频率升高或降低时，操作人员可以及时地操作控制单元40，改变线圈32中的电流强度、电流方向等，进而改变电磁铁组件30的磁场强度和/或方向,吸声板10中磁性颗粒12能够迅速准确地对变化的磁场做出响应，改变自身的刚度和阻尼等力学参数，从而改变其谐振频率，也就是改变了该吸声结构的最佳吸声频率，能够对频率改变后的噪声波进行更好的吸收。
37.此外，在一些复杂环境中，如果同时存在两种以上频率的主要声波，可以在壁面22
上设置多个吸声结构，或是设置具有多组电磁铁组件30的吸声结构，每组电磁铁组件30中的电流频率设置为不同，分别可针对性吸收不同频率的声波，从而达到更好的复合吸声效果，实现宽频带的范围吸声。
38.综上所述，本实施例提供的磁流变式微穿孔板吸声结构，采用电磁调节的控制方式，利用特制吸声板10中磁性颗粒12的磁流变效应，可以对吸声板10的刚度和阻尼等力学性能进行实时、快捷调控，从而改变整个吸声结构的谐振频率，有效地扩宽吸收频带，不会受限于吸声板10或空腔20的固有结构。同时，该吸声结构减少了机械部件的使用，降低了使用成本。本实施例为微穿孔板共振吸声装置提供了一种新的控制方法，并且在宽频带吸声方面优势明显。
39.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。