平板型超宽频薄层超材料吸声模块、超结构静音箱及超构消声室

本发明涉及节能环保、新材料与噪声控制，具体是一种平板型超宽频薄层超材料吸声模块、超结构静音箱及超构消声室。

背景技术：

1、一方面，随着人类社会的发展，建筑施工、交通运输、社会生活等产生的噪声污染问题日益严峻，噪声污染已经和水污染、大气污染、固体废物污染一道并称为四大污染源；目前，我国对噪声污染问题十分重视，并于2021年12月24日，从国家层面颁布《中华人们共和国噪声污染防治法》，该法对噪声污染的定义、防治原则、监管职责等进行了规定；预计当前和今后很长一段时间内，减少和控制噪声排放量级的环保需求都将非常迫切。

2、另一方面，随着现代科技的进步，国防装备、高新技术民用产品对特殊声学功能材料/结构的需求日益迫切(例如，飞机舱室的降噪结构、声学风洞的降噪材料、会议厅堂的声学材料、消声室的消声材料等)，开展弹性波、声波调控研究，研发高性能的声学功能材料/结构对维护国家安全和社会经济高质量发展具有重要意义。

3、由于中高频噪声的波长短、传播能力弱，采用传统吸声技术可以对其有效控制；而低频噪声的波长大、穿透力强，采用传统手段对低频噪声进行控制时往往需要较大的材料厚度/质量。如何实现高效的低频宽带噪声吸收是学术界与工程界面临的一大难题。

4、近年来，声学超材料概念的提出和发展为解决低频宽带高效降噪问题提供了新思路，许多学者和工程技术人员相继投入到声学超材料降噪研究工作中，相关工作取得一定进展。

5、其中，专利名为基于压电分流型声学超材料的轻质低频隔声结构(专利公开号：cn107818777a)，该所述结构由格栅结构、薄蒙皮、压电片、谐振分流电路组成，可通过分流电路设计实现对低频带隙的调控，进而达到低频隔声降噪的目的；但其需要额外配置分流电路系统，控制系统相对较为复杂。

6、其中，专利名为一种多单元超构表面阵列和宽频声衬单元结构(专利公开号：cn114913836a)，该所述多单元超构表面阵列由多个具有内延孔和空腔组成的内延孔式亥姆霍兹共鸣器组成；能够实现低频宽带吸声效果；但其需要很多个单元组合，并且采用双层结构，内部的孔还需要内插不同大小/长度的管(内延孔)，结构较为复杂，制造成本较高，不利于实际应用。

7、其中，专利名为一种协同耦合双层薄板型超表面装置(专利公开号：cn109741726)、以及专利名为一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置(专利公开号：cn103594080a)均属于薄膜型声学超材料，其主体结构虽然非常轻薄，但其工作频带较窄，抗干扰性较差，容易损坏。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种平板型超宽频薄层超材料吸声模块、超结构静音箱及超构消声室，兼具低成本、高可靠性、低频宽带吸声性能等优点。

2、为实现上述目的，本发明提供一种平板型超宽频薄层超材料吸声模块，包括第一超构吸声单元与第二超构吸声单元；

3、所述第一超构吸声单元包括第一u型腔板与第一声子慢反射腔部，第一u型腔板的开口朝上，且所述第一声子慢反射腔部设在所述第一u型腔板的u型槽内；

4、所述第二超构吸声单元包括第二u型腔板与第二声子慢反射腔部，所述第二u型腔板的开口朝上且间隔套设在所述第一u型腔板上；

5、所述第二声子慢反射腔部设在所述第一u型腔板与所述第二u型腔板之间。

6、在其中一个实施例，平板型超宽频薄层超材料吸声模块还包括第一封堵部与第二封堵部；

7、所述第一封堵部与所述第一u型腔板的第一端、所述第二u型腔板的第一端相连，以覆盖所述第一声子慢反射腔部、所述第二声子慢反射腔部的第一端；

8、所述第二封堵部与所述第一u型腔板的第二端、所述第二u型腔板的第二端相连，以覆盖所述第一声子慢反射腔部、所述第二声子慢反射腔部的第二端。

9、在其中一个实施例，所述第一声子慢反射腔部包括至少两个第一阻性吸声模块与至少一个第一调波通道；

10、各所述第一阻性吸声模块沿宽度方向依次间隔设在所述第一u型腔板的u型槽内，相邻两所述第一阻性吸声模块之间围成一所述第一调波通道，且所述第一调波通道的两端分别被所述第一封堵部、第二封堵部覆盖。

11、在其中一个实施例，部分的相邻两所述第一阻性吸声模块的底部一体成型；或

12、任意相邻两所述第一阻性吸声模块的底部一体成型。

13、在其中一个实施例，所述第一调波通道内设有第一支撑部。

14、在其中一个实施例，所述第二声子慢反射腔部包括至少两个第二阻性吸声模块与至少一个第二调波通道；

15、各所述第二阻性吸声模块沿宽度方向依次间隔设在所述第一u型腔板与所述第二u型腔板之间，相邻两所述第二阻性吸声模块之间围成一所述第二调波通道，且所述第二调波通道位于所述第一u型腔板的侧壁与所述第二u型腔板的侧壁之间；

16、所述第二调波通道的两端分别被所述第一封堵部、第二封堵部覆盖。

17、在其中一个实施例，部分的相邻两所述第二阻性吸声模块的底部一体成型；或

18、任意相邻两所述第二阻性吸声模块的底部一体成型。

19、在其中一个实施例，所述第二调波通道内设有第二支撑部。

20、在其中一个实施例，平板型超宽频薄层超材料吸声模块还包括承载结构，所述承载结构与所述第一u型腔板的顶端、所述第二u型腔板的顶端固定相连。

21、在其中一个实施例，所述承载结构为独立的梁类结构或杆类结构；或

22、所述承载结构为梁类结构和/或杆类结构组合的桁架结构。

23、在其中一个实施例，所述平板型超宽频薄层超材料吸声模块的构成还可包括护面装置，所述护面装置与所述第一u型腔板的顶端、所述第二u型腔板的顶端固定相连，所述护面装置可为高透声穿孔板、带孔网(例如铝合金穿孔板、不锈钢网、尼龙网等)。

24、另外，根据工程应用实际情况，所述平板型超宽频薄层超材料吸声模块的构成还可包括其他功能装置，例如防溢出装置、防油污装置。

25、为实现上述目的，本发明还提供一种超结构静音箱，包括第一箱体与第二箱体，所述第一箱体套设在所述第二箱体上，所述第二箱体由若干上述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块拼接形成。

26、为实现上述目的，本发明还提供一种超构消声室，所述超构消声室的部分或全部内壁面上覆盖有若干上述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

28、本发明通过第一超构吸声单元与第二超构吸声单元组成吸声模块，将其应用于静音箱与消音室，不仅能够在低频宽带范围内具有良好的吸声效果，并且加工制造简单、成本低、可靠性高，克服了传统声学超材料吸声结构吸声频带窄、拓扑构型复杂、可靠性差等缺点。

技术特征：

1.一种平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，包括第一超构吸声单元与第二超构吸声单元；

2.根据权利要求1所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，还包括第一封堵部与第二封堵部；

3.根据权利要求2所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，所述第一声子慢反射腔部包括至少两个第一阻性吸声模块与至少一个第一调波通道；

4.根据权利要求3所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，部分的相邻两所述第一阻性吸声模块的底部一体成型；或

5.根据权利要求3或4所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，所述第一调波通道内设有第一支撑部。

6.根据权利要求2所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，所述第二声子慢反射腔部包括至少两个第二阻性吸声模块与至少一个第二调波通道；

7.根据权利要求6所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，部分的相邻两所述第二阻性吸声模块的底部一体成型；或

8.根据权利要求6或7所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，所述第二调波通道内设有第二支撑部。

9.根据权利要求1-4、6-7任一项所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，还包括承载结构，所述承载结构与所述第一u型腔板的顶端、所述第二u型腔板的顶端固定相连。

10.根据权利要求9所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，所述承载结构为独立的梁类结构或杆类结构；或

11.根据权利要求1-4、6-7任一项所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块，其特征在于，还包括护面装置，所述护面装置与所述第一u型腔板的顶端、所述第二u型腔板的顶端固定相连。

12.一种超结构静音箱，包括第一箱体与第二箱体，所述第一箱体套设在所述第二箱体上，其特征在于，所述第二箱体由若干权利要求1至11任一项所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块拼接形成。

13.一种超构消声室，其特征在于，所述超构消声室的部分或全部内壁面上覆盖有若干权利要求1至11任一项所述的平板型超宽频薄层超材料吸声模块。

技术总结
本发明公开了一种平板型超宽频薄层超材料吸声模块、静音箱及消声室，吸声模块包括第一超构吸声单元与第二超构吸声单元；第一超构吸声单元包括第一U型腔板与第一声子慢反射腔部，第一声子慢反射腔部设在第一U型腔板的U型槽内；第二超构吸声单元包括第二U型腔板与第二声子慢反射腔部，第二U型腔板的开口朝上且间隔套设在第一U型腔板上；第二声子慢反射腔部设在第一U型腔板与第二U型腔板之间。本发明应用于节能环保、新材料与噪声控制领域，不仅能够在低频宽带范围内具有良好的吸声效果，并且加工制造简单、成本低、可靠性高，克服了传统声学超材料吸声结构吸声频带窄、拓扑构型复杂、可靠性差等缺点。

技术研发人员：肖勇,胡洋华,温激鸿,王帅星,郭佳佳,周卓,杨海滨,钟杰,张弘佳,张晓东
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13