一种宽频隔声超结构的制作方法

本发明涉及噪声控制，尤其涉及一种宽频隔声超结构。

背景技术：

1、随着现代各种运载工具，如飞机、轨道列车、船舶、汽车等，向着大功率、高速、轻量化等方向飞速发展，由此带来的振动与噪声问题也日益突出，同时，伴随着技术的发展、市场竞争的加剧、人们生活水平的不断提高，人们对运载工具低噪音的客舱环境要求越来越高，舱室降噪问题迫在眉睫。然而，由于飞机、船舶、列车等受到空间、质量的双重限制，如何在使舱室壁板在满足承载、强度、隔热性能条件下，大幅提升其隔声、吸声与减振性能是舱室降噪设计面临的难题。

2、一方面，传统降噪产品，在有限厚度和重量条件下，其隔声性能存在技术瓶颈，几乎不太可能取得较大的突破，尤其是低频隔声性能；另一方面，随着交通运输工具（如新的cr450高速列车）的不断提速以及人们对乘坐舒适性的要求不断提高，对降噪产品提出了更高的降噪指标要求。近年来出现的隔声超构技术是一种最前沿、最热门的技术，它能在低频打破质量定律，在中高频抑制吻合效应，进而显著提升较宽频段，特别是低频段的隔声性能，较传统降噪产品相比，具有较明显优势。现有技术中，有如下专利涉及隔声超构降噪技术：

3、1、专利号为“201810886162.8”，专利名称为“一种复合局域共振超构材料隔音板”的发明专利申请，包括局域共振超构材料层，局域共振超构材料层的密度梯度分布为：按照声音接触面从上到下密度逐渐增大、逐渐减小、先增大再减小或者先减小再增大。该发明的设计方式灵活自由、质量轻、体积薄、隔声能力较好，但梯度分布的材料层仍然难以满足小体积轻质量的要求，整体强度有限。

4、2、专利号为“ 202111223308.9”，专利名称为“一种振子-颗粒多尺度协同耦合宽带阻尼吸振装置”的发明专利申请，包括提供局域化刚度的框架、设置在框架上提供刚度的薄板、设置在薄板上的局域共振单元质量体，局域共振单元质量体中填充颗粒物，颗粒物和局域共振单元质量体共同起到改变局域共振单元吸振频带的作用。该发明与现有的局域共振吸隔声单元相比，吸振频带得到有效拓宽。但该发明为单层局域共振单元，降噪效果有限。

5、3、专利号为“202010617443.0”，专利名称为“一种具有双螺旋卷曲空间的吸声超材料及其制备方法”的发明专利申请，吸声超材料单元包括自上而下设置的微穿孔板、双螺旋卷曲结构及背板，双螺旋卷曲结构包括隔板且隔板形成双螺旋卷曲空间；双螺旋卷曲空间包括第一声通道及第二声通道。该发明有效扩宽了吸声频率范围，达到更为理想的吸声效果，但该专利中是采用的穿孔板结构，且卷曲空间有限，降噪效果有限。

6、并且，随着隔声超构技术应用于实际工程中时，人们发现隔声超构技术虽然能有效提升低频段隔声性能，但频带较窄，且在中高频段隔声性能提升有限，甚至反而降低等共性问题以及强度较差、性能不稳定（指薄膜型隔声超构技术）等特定问题，上述现有技术虽然具有改善低频隔声的性能，但仍无法满足实际工程中对降噪产品宽频、强度及稳定性的需求，无法明显解决上述问题。

7、因此，如何设计一种轻薄、更加宽频且性能更加稳定的隔声产品具有重要的工程应用价值。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种宽频隔声超结构，可通过上局域共振薄板、下局域共振薄板两层局域共振结构及夹芯层提高整体宽频的隔振吸声性能，同时可通过夹芯层进一步提高吸声性能及整体强度。

2、为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：一种宽频隔声超结构，包括上局域共振薄板、下局域共振薄板和位于上局域共振薄板与下局域共振薄板之间的夹芯层；上局域共振薄板包括上面板和位于上面板下端的上共振质量体，下局域共振薄板包括下面板和位于下面板上端的下共振质量体，夹芯层连接于上共振质量体与下共振质量体之间；夹芯层包括与上共振质量体连接的穿孔面板和位于穿孔面板下方的多个共振声腔组，每个共振声腔组均包括多个腔深不同且彼此独立的共振声腔通道，每个共振声腔通道与穿孔面板中的一个穿孔连通；每个共振声腔组对应的穿孔面板为一个子穿孔面板、对应的上面板为一个上子面板、对应的下面板为一个下子面板；共振声腔组、子穿孔面板、上子面板、下子面板及对应的上共振质量体、下共振质量体共同形成一个独立的吸隔声单元。

3、进一步地，上共振质量体与穿孔面板上的穿孔错开设置；上面板与夹芯层之间形成上空气夹层，下面板与夹芯层之间形成下空气夹层。

4、进一步地，每个吸隔声单元中上空气夹层与下空气夹层的高度不同、上共振质量体与下共振质量体的直径不同、上共振质量体与下共振质量体的数量不同。

5、进一步地，每个吸隔声单元中上子面板与下子面板的厚度、尺寸参数相同或不同。

6、进一步地，共振声腔组中多个共振声腔通道沿顺时针或逆时针方向从中部向外侧发散式排布，每个共振声腔通道上连通子穿孔面板上的一个穿孔。

7、进一步地，共振声腔组中多个共振声腔通道的腔深沿顺时针或逆时针方向从中部向外侧逐渐增大。

8、进一步地，共振声腔组中每个共振声腔通道上方的穿孔位于该共振声腔通道的一侧端部处；共振声腔组中不同共振声腔通道上方的穿孔大小相同或不同。

9、进一步地，吸隔声单元中，子穿孔面板下方包括实体底板，子穿孔面板与实体底板之间通过实体侧板连接，共振声腔组由实体底板与实体侧板围合形成；相邻共振声腔通道由分隔板进行分隔且分隔板为实体板结构。

10、进一步地，宽频隔声超结构包括沿水平方向呈周期性排列的多个共振声腔组，不同共振声腔组中共振声腔通道的数量及腔深相同或不同。

11、进一步地，宽频隔声超结构中，多个上子面板形成的上面板为分体式结构或一体式结构；多个下子面板形成的下面板为分体式结构或一体式结构；多个子穿孔面板形成的穿孔面板为一体式结构或分体式结构；多个吸隔声单元中多个实体底板整体为一体式结构或分体式结构。

12、本发明的有益效果是：

13、1、传统降噪产品受质量定律限制，隔声性能存在技术瓶颈，特别是低频隔声性能十分有限。本发明中包括上下两层局域共振薄板结构，且上、下局域共振薄板中的上面板、下面板、上共振质量体、下共振质量体的参数不同，上、下两层局域共振薄板可显著提高低频隔声性能。

14、2、目前某些新的隔声超构技术虽然能显著改善低频隔声性能，但仍存在频带较窄，中高频隔声性能有限、强度低，性能不稳定等问题，无法满足实际工程中对降噪产品宽频、强度及稳定性的需求。本发明中包括内衬共振声腔通道结构的夹芯层，包括共振声腔组、共振声腔通道及形成的多个吸隔声单元，可间接提高中高频隔声性能。通过上、下两层局域共振薄板及夹芯层可提升整体宽频的隔声性能。

15、3、局域共振薄板通常强度有限，本发明中设有复合夹芯层结构，夹芯层为刚性结构，可提高整体强度，防止变形，保证使用性能和使用寿命。

技术特征：

1.一种宽频隔声超结构，其特征在于，包括上局域共振薄板（1）、下局域共振薄板（2）和位于上局域共振薄板（1）与下局域共振薄板（2）之间的夹芯层（3）；上局域共振薄板（1）包括上面板（4）和位于上面板（4）下端的上共振质量体（5），下局域共振薄板（2）包括下面板（6）和位于下面板（6）上端的下共振质量体（7），夹芯层（3）连接于上共振质量体（5）与下共振质量体（7）之间；夹芯层（3）包括与上共振质量体（5）连接的穿孔面板（8）和位于穿孔面板（8）下方的多个共振声腔组（9），每个共振声腔组（9）均包括多个腔深不同且彼此独立的共振声腔通道（10），每个共振声腔通道（10）与穿孔面板（8）中的一个穿孔（11）连通；每个共振声腔组（9）对应的穿孔面板（8）为一个子穿孔面板（12）、对应的上面板（4）为一个上子面板（13）、对应的下面板（6）为一个下子面板（14）；共振声腔组（9）、子穿孔面板（12）、上子面板（13）、下子面板（14）及对应的上共振质量体（5）、下共振质量体（7）共同形成一个独立的吸隔声单元（15）。

2.根据权利要求1所述的宽频隔声超结构，其特征在于，所述上共振质量体（5）与穿孔面板（8）上的穿孔（11）错开设置；上面板（4）与夹芯层（3）之间形成上空气夹层（16），下面板（6）与夹芯层（3）之间形成下空气夹层（17）。

3.根据权利要求2所述的宽频隔声超结构，其特征在于，每个吸隔声单元（15）中上空气夹层（16）与下空气夹层（17）的高度不同、上共振质量体（5）与下共振质量体（7）的直径不同、上共振质量体（5）与下共振质量体（7）的数量不同。

4.根据权利要求3所述的宽频隔声超结构，其特征在于，每个吸隔声单元（15）中上子面板（13）与下子面板（14）的厚度、尺寸参数相同或不同。

5.根据权利要求4所述的宽频隔声超结构，其特征在于，所述共振声腔组（9）中多个共振声腔通道（10）沿顺时针或逆时针方向从中部向外侧发散式排布，每个共振声腔通道（10）上连通子穿孔面板（12）上的一个穿孔（11）。

6.根据权利要求5所述的宽频隔声超结构，其特征在于，所述共振声腔组（9）中多个共振声腔通道（10）的腔深沿顺时针或逆时针方向从中部向外侧逐渐增大。

7.根据权利要求6所述的宽频隔声超结构，其特征在于，所述共振声腔组（9）中每个共振声腔通道（10）上方的穿孔（11）位于该共振声腔通道（10）的一侧端部处；共振声腔组（9）中不同共振声腔通道（10）上方的穿孔（11）大小相同或不同。

8.根据权利要求7所述的宽频隔声超结构，其特征在于，所述吸隔声单元（15）中，子穿孔面板（12）下方包括实体底板（18），子穿孔面板（12）与实体底板（18）之间通过实体侧板（19）连接，共振声腔组（9）由实体底板（18）与实体侧板（19）围合形成；相邻共振声腔通道（10）由分隔板（20）进行分隔且分隔板（20）为实体板结构。

9.根据权利要求8所述的宽频隔声超结构，其特征在于，所述宽频隔声超结构包括沿水平方向呈周期性排列的多个共振声腔组（9），不同共振声腔组（9）中共振声腔通道（10）的数量及腔深相同或不同。

10.根据权利要求9所述的宽频隔声超结构，其特征在于，所述宽频隔声超结构中，多个上子面板（13）形成的上面板（4）为分体式结构或一体式结构；多个下子面板（14）形成的下面板（6）为分体式结构或一体式结构；多个子穿孔面板（12）形成的穿孔面板（8）为一体式结构或分体式结构；多个吸隔声单元（15）中多个实体底板（18）整体为一体式结构或分体式结构。

技术总结
本发明涉及噪声控制领域，具体提供了一种宽频隔声超结构，包括上局域共振薄板、下局域共振薄板和夹芯层。上局域共振薄板包括上面板和上共振质量体，下局域共振薄板包括下面板和下共振质量体，夹芯层连接于上共振质量体与下共振质量体之间，夹芯层分别与上面板和下面板之间形成空气夹层。夹芯层包括与上共振质量体连接的穿孔面板和位于穿孔面板下方的多个共振声腔组，每个共振声腔组均包括多个腔深不同且彼此独立的共振声腔通道，每个共振声腔通道与穿孔面板中的一个穿孔连通。本发明可提高整体宽频的隔声性能，有效拓宽吸声频率。

技术研发人员：颜猛,查国涛,郭福林,董晓红,杨涛,周常荣,贺才春
受保护的技术使用者：株洲时代新材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16