[发明专利]一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置

说明书

技术领域

本发明涉及低频噪声阻隔技术，具体为一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置。

背景技术

20世纪50年代以来，随着航空航天、高速列车、输变电工程等的飞速发展，噪声问题日益严重，引起了人们的广泛关注。在生活领域，噪声干扰着人们的正常工作和生活，长期暴露在高噪声环境下会对人的身体健康造成危害。在生产领域，强烈的噪声会使仪器设备失效甚至损坏，从而导致事故的发生。在军事领域，随着各类武器装备向高速、轻质、大型、重载等极端运行环境发展，引发的噪声问题更加突出，严重影响了某些技术兵器的作战和声隐身性能，降低了装备的战场生存能力。因此，噪声控制在军事和民用领域都是一项非常重要的工作。

采用传统的吸隔声技术，能够有效隔离噪声中的中高频成分，而低频噪声具有传播距离远、透声能力强、隔离难度大等特点，一直是噪声控制的一项难题。传统隔声材料在低频段的隔声量受质量密度定律控制，难以用轻质材料实现低频宽带隔声。研究表明，在航空航天、高速列车、输变电工程等领域中普遍存在低频噪声突出的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置，能够使得轻质材料能够突破质量密度定律的限制，达到对低频噪声的高效阻隔。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置，由格栅支架、粘弹性薄膜和配重块组成；所述的格栅支架由刚性轻质材料制成，由正方形格子延x方向和y方向周期性延拓而成；所述的粘弹性薄膜张紧粘接在格栅支架上；所述的配重块分别对应正方形格子呈周期性的附加设置在粘弹性薄膜上；正方形格子以及与其对应的粘弹性薄膜和配重块构成元胞，元胞为隔声装置中阻隔低频噪音的最小声学超材料单元。

优选的，元胞的隔声峰值频率与对应的粘弹性薄膜张紧力正相关，与对应的配重块质量负相关。

优选的，格栅支架由有机玻璃或铝或铝合金制成；其中，正方形格子的边长为1-5cm，壁厚为2-8mm。

优选的，粘弹性薄膜由硅橡胶制成。

优选的，配重块由磁铁或铜制成，配重块呈对称的棱柱体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置，由若干个声学超材料单元周期排列构成，能够通过配置在相邻元胞中不同质量的配重块实现对宽带，也就是较宽的频率范围的覆盖；在超材料单元受到声波激励时，不仅配重块和张紧的粘弹性薄膜发生局域共振现象，使得整个元胞的平均位移为零，实现高效地阻隔声音，还会有相邻元胞中的配重块和张紧的粘弹性薄膜发生反相振动现象，在更低频的位置产生高效的隔声能力，进而实现在较宽频率范围内阻隔噪音。不仅能够有效的阻隔一定频率范围内的噪音，尤其是能够阻隔采用传统隔声材料和技术无法隔离的低频噪声，同时在宽频带上的隔声效果也能达到一般需求。做为最小声学超材料的元胞能够产生低频共振，实现低频声波带隙，高效的阻隔低频声波的传播，突破质量密度定律的限制。

进一步的，通过对元胞中歌组成结构材料和尺寸的限定，提高了本发明阻隔低频噪音的效果；其中，通过对格栅支架材料的限定，能够保证格栅在保证强度的前提下，正方形格子拥有较小的壁厚，能够减少格栅支架的质量和噪音的穿透。

附图说明

图1为本发明所述隔声装置的总体结构示意图。

图2为图1中心提取中的四个元胞结构示意图。

图3为本发明实例中所述的实验样品结构示意图。

图4为本发明实例中所述不同质量的配重块实验样品结构示意图；a为样品1，b为样品2，c为样品3。

图5为用有限元软件仿真得到的3种样品的声传输损失曲线对比图。

图6为用有限元软件仿真得到的样品1的声传输损失曲线中隔声谷和隔声峰对应频率的振动位移图。

图7为实际测量得到的3种样品的声传输损失曲线。

图中：1为配重块，2为粘弹性薄膜，3为格栅支架。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。