一种具有声波对冲功能的超材料吸声板及其使用方法与流程

本发明涉及噪声控制，更具体地说它是一种具有声波对冲功能的超材料吸声板。本发明还涉及这种具有声波对冲功能的超材料吸声板的使用方法。

背景技术：

1、噪声是指在某一特定环境下，不希望出现的杂音、干扰声或不规则的声音；噪声通常来源于工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活四方面，对人类的健康有极大的影响。

2、目前通常采用多孔吸声材料和共振吸声结构两种吸声手段改善噪声环境，但多孔吸声材料易受环境条件影响，对低频噪声的吸收能力较差；共振吸声结构的缺点是对声波频率的选择性强，在偏离共振频率时，吸声效果较差；声波对冲是指相位相反的两个声波叠加后幅度减小、声压减弱，如果两波幅度一样，将完全抵消。

3、申请号为202010584433.1的发明专利中公开了一种高速铁路蜂巢降噪消声板及使用方法，通过在正面板安装若干吸声吸声反射杯对声波进行吸收、反射，与后续声波进行对冲中和，实现降低噪声；吸声材料吸收透过正面板部分的噪声再次进行降噪；背面板压制成蜂巢窝状，对穿透过来的声波再次进行漫反射。该专利中公开的消声板存在以下三方面的缺陷：

4、1)环境中噪声频率范围广，吸声反射杯外侧无穿孔板遮挡，入射声波大部分反射回空气中，与后续声波对冲的几率低，降噪效果有限。

5、2)吸声反射杯的尺寸固定，对声波的吸收频带窄。

6、3)该吸声板的正板面和背面板均采用蜂巢结构，中间添加吸声材料，生产制作工艺复杂，造价较高。

7、因此，有必要研发一种能够利用声波对冲高效吸收入射声波、结构简单、成本较低的超材料吸声板。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种具有声波对冲功能的超材料吸声板。

2、本发明的第二目的是为了提供这种具有声波对冲功能的超材料吸声板的使用方法。

3、为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，其特征在于：包括吸声板单元，吸声板单元包括穿孔板和位于穿孔板下方的背板，所述穿孔板的上方朝向声源侧，穿孔板上间隔开有穿孔，穿孔板向下通过第一连接柱间隔设置有第一层管，所述穿孔位于相邻两个第一层管之间间隙的上方；

4、所述背板向上通过第二连接柱间隔设置有第二层管，所述穿孔位于第二层管中部的上方；

5、单个吸声板单元或多个吸声板单元组合形成超材料吸声板，吸声板单元端部通过框架结构连接。

6、在上述技术方案中，所述第一层管与第二层管的管径均小于5cm，所述第一层管管长小于第二层管管长，所述第一层管与第二层管的管长均大于待吸收声波波长的四分之一。

7、在上述技术方案中，所述第一层管与第二层管均为圆管或方管。

8、在上述技术方案中，所述背板厚度在3-25mm范围内，背板柔性悬挂或者刚性固定于地面或墙面。

9、在上述技术方案中，所述第一层管与第二层管的中心在一条垂直线上。

10、在上述技术方案中，所述第一层管与第二层管的中心错位布置。

11、为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：一种具有声波对冲功能的超材料吸声板的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

12、步骤1：将单个吸声板单元或多个吸声板单元组合形成超材料吸声板，吸声板单元端部通过框架结构连接，将背板柔性悬挂或者刚性固定于地面或墙面；

13、步骤2：待吸收声波通过穿孔板的穿孔进入吸声板单元的空腔内；

14、步骤3：待吸收声波通过第一层管和第二层管的两端进入管道内，第一层管和第二层管的管长均大于待吸收声波波长的四分之一，使声波在管道内反射多次，待吸收声波的相位也会随之发生改变；

15、步骤4：两个传播方向相反、频率相同的声波在第一层管和第二层管的管道内对冲，两相抵消，达到消声的效果。

16、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

17、1)本发明基于声波对冲原理，构建可消除不同频率声波的超材料吸声板；待吸收声波通过穿孔板进入腔内，然后从第一层管和第二层管的两端进入管内，可以使声波在管道内反射多次，声波的相位也会随之发生改变；两个传播方向相反、频率相同的声波在管内对冲，两相抵消，以达到消声效果。

18、2)本发明的背板较厚，背板柔性悬挂或者刚性固定于地面或墙面，可以有效阻隔声源和接收者之间直达声，使声波噪音的传播呈现附加衰减，起到隔声的功能。

19、3)本发明可通过改变第一层管与第二层管的孔径、长度、形状以及排布位置，靶向吸收不同频率的声波。

20、4)本发明结构简单，容易加工，安装方便，并且可根据实际情况自行选择所用材料，应用范围广。

21、5)本发明提出一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，与传统的吸声方法不同，避免了多孔吸声材料易失效、共振吸声结构长期共振易破坏吸声板结构的缺点。

技术特征：

1.一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，其特征在于：包括吸声板单元(1)，吸声板单元(1)包括穿孔板(11)和位于穿孔板(11)下方的背板(12)，所述穿孔板(11)的上方朝向声源侧，穿孔板(11)上间隔开有穿孔(111)，穿孔板(11)向下通过第一连接柱(112)间隔设置有第一层管(113)，所述穿孔(111)位于相邻两个第一层管(113)之间间隙的上方；

2.根据权利要求1所述的一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，其特征在于：所述第一层管(113)与第二层管(122)的管径均小于5cm，所述第一层管(113)管长小于第二层管(122)管长，所述第一层管(113)与第二层管(122)的管长均大于待吸收声波波长的四分之一。

3.根据权利要求2所述的一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，其特征在于：所述第一层管(113)与第二层管(122)均为圆管或方管。

4.根据权利要求3所述的一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，其特征在于：所述背板(12)厚度在3-25mm范围内，背板(12)柔性悬挂或者刚性固定于地面或墙面。

5.根据权利要求4所述的一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，其特征在于：所述第一层管(113)与第二层管(122)的中心在一条垂直线上。

6.根据权利要求4所述的一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，其特征在于：所述第一层管(113)与第二层管(122)的中心错位布置。

7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述一种具有声波对冲功能的超材料吸声板的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种具有声波对冲功能的超材料吸声板，涉及噪声控制技术领域。它包括吸声板单元，吸声板单元包括穿孔板和背板，穿孔板上间隔开有穿孔，穿孔板通过第一连接柱间隔设置有第一层管；背板向上通过第二连接柱间隔设置有第二层管；单个吸声板单元或多个吸声板单元组合形成超材料吸声板。本发明基于声波对冲原理，构建可消除不同频率声波的超材料吸声板；待吸收声波通过穿孔板进入腔内，然后从第一层管和第二层管的两端进入管内，可以使声波在管道内反射多次，声波的相位也会随之发生改变；两个传播方向相反、频率相同的声波在管内对冲，两相抵消，以达到消声效果。本发明还涉及这种具有声波对冲功能的超材料吸声板的使用方法。

技术研发人员：陈兴旺,张翔,江波,袁文超,王奇,房小健,薛文,杨松涛,张应战,史玉柱,王勘宇,林秦豪,翟国庆,丁勇杰
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15