[发明专利]内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构

说明书

本发明属于低频减振降噪领域，具体涉及内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构，每个单元具有特定频率的吸声峰值，多个单元并列耦合后，该结构可具有一个连续的低频完美吸声宽带。其中内置穿孔式亥姆霍兹共振器，通过设置一个或多个隔板，可以提供两个或多个峰值，因此将吸声频带进一步加宽；同时可以与普通亥姆霍兹共振器配合使用，更加灵活地调节峰值位置。最终，通过严格调节各单元的参数和峰值位置，结构厚度尺寸为60mm(1/60波长)时，在450Hz‑1360Hz范围内获得几乎100％的连续吸声宽带，相对于目前成熟的结构具有很大的优势和工程应用潜力。

技术领域

本发明属于低频减振降噪领域，具体涉及内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构。

背景技术

低频噪声(200Hz～1500Hz)目前是全球工程界亟需处理的难点问题，其在汽车、舰船、飞机和列车中更为明显，已经严重制约了这些装备性能的发展。例如，在汽车上，舱内低频噪声可以引起人体部分器官的共振，造成强烈的不适感，降低了其舒适性品质；在大型运输机上，低频噪声的存在使得机务舱内噪声高达100dB以上而无法消除，使得机务人员无法长时间进行工作，效率降低；而对于潜艇则更为严重，现代声呐及鱼雷的性能有了明显的提高，声呐探测距离越来越远，其频率范围亦逐渐向低频移动，由于低频噪声的存在，潜艇极易被敌方声呐探测发现。而传统的低频声学材料，耗散效率降低且结构尺寸庞大(1/4波长)，无法有效进行工程应用。因此，如何设计小尺度的吸声结构来有效地吸收或降低低频噪声目前已经成为了一项迫在眉睫的研究工作。

声学超材料的提出为解决低频吸声难题提供了全新的思路，并衍生出了多种典型的低频吸声结构，其中最具代表性的有薄膜型结构和空间折叠型结构。其中薄膜型结构在100Hz～1000Hz范围内具有接近100％的吸声效果，但是薄膜很容易遭到外部环境的破坏，不利于工程应用；空间折叠型结构可以有效地降低结构的厚度，并在低频范围内取得几乎100％的吸声效果，当采用多个单元并列时，就可以获得连续的低频宽带吸声。但是，目前这种结构每个单元只能提供一个峰值，由于单元数量受到结构平均阻抗的限制，多单元并列结构的吸声带宽也会限制在一定范围内。因此，在不改变结构尺寸(厚度)的前提下，如果每个单元可以提供多个峰值，结构的吸声带宽就可以进一步增大，具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明主要针对空气中低频段噪声的吸收问题，设计了一种内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构，该低频宽带吸声结构为多单元低频宽带吸声结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，包括亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器内部设置有将其内腔分割为至少两个腔室的隔板，隔板上开设有隔板小孔，隔板小孔为通孔。

隔板上开设有一个或两个以上隔板小孔。

小孔的形状为圆形、方形或椭圆形。

一种基于内置穿孔板式亥姆霍兹共振器的低频宽带吸声结构，包括刚性的框架，框架内设有至少两个空腔共振器，共振器中至少有一个为内置穿孔板式亥姆霍兹共振器。

空腔共振器中还包括亥姆霍兹共振器。

厚度较大的空腔共振器进行空间折叠，其下端延伸至厚度较小的空腔共振器下方。

空腔共振器的个数为6～15个。

框架内设有八个空腔共振器，八个空腔共振器中四个为亥姆霍兹共振器，其余为内置穿孔板式亥姆霍兹共振器；

四个亥姆霍兹共振器分别记作第一亥姆霍兹共振器、第二亥姆霍兹共振器、第三亥姆霍兹共振器和第四亥姆霍兹共振器；第一亥姆霍兹共振器、第二亥姆霍兹共振器、第三亥姆霍兹共振器和第四亥姆霍兹共振器的表层小孔的直径分别为1.5mm、1.4mm、1.4mm和1.4mm，厚度分别为41mm、30mm、25mm和21mm；