[发明专利]一种吸声性能可调的吸声超材料及其增材制造方法

说明书

本发明属于声学超材料相关技术领域，其公开了一种吸声性能可调的吸声超材料及其增材制造方法，该吸声超材料包括多个吸声超材料单元，吸声超材料单元包括：卷曲单元，包括外壁密封且内壁为螺旋形的框架，框架的内部空间被螺旋形内壁分成了两部分空间，卷曲单元还包括两个分别套设于两部分空间周壁的内部隔板；覆盖卷曲单元一端开口的微穿孔板，微穿孔板上设有两个通孔，两个通孔分别与内部隔板的两个内部空间贯通；覆盖卷曲单元另一端开口的背板，框架与背板连接，内部隔板与微穿孔板连接，或者框架与微穿孔板连接，内部隔板与背板连接，以使两个内部隔板与背板和微穿孔板形成两个声通道。本申请可以拓宽吸声频率范围并且可以实现吸声性能的调节。

技术领域

本发明属于声学超材料相关技术领域，更具体地，涉及一种吸声性能可调的吸声超材料及其增材制造方法。

背景技术

低频噪声存在于航空航天、舰艇和生活的各个领域，长期暴露于低频噪声中，会对人体产生显著的危害，比如噪声超过50dB会影响休息和睡眠，超过70dB会影响学习和工作，超过90dB会影响听力，长时间暴露于低频噪声中会使人精神衰弱、头疼、失眠、食欲不振，导致身体机能失调，当声波频率达到人体共振频率且声强足够大时，会致人死亡。因此，有必要对低频噪声进行控制，使其限制在影响人体健康的强度之下。然而，低频声波的一些特点使得低频噪声降噪具有很大的挑战，一是低频噪声的穿透性很强，声波的穿透效果遵循隔声质量定律，频率越低，声波的穿透性越强，要想达到相同的隔声效果，需要增大隔声体的面密度，其二是低频声波的传播距离远，在空气中，声波传播的衰减系数正比于频率的平方，在同等声强下，频率越低，传播距离越远，因此传统的隔声材料并不适用于低频声波的降噪。

共振吸声材料可以实现低频噪声的吸收，其组成主要包括微孔和空腔，当微孔和空腔频率共振时，吸声效果最好，共振频率足够低时，可用于低频声波吸收，然而，共振时需要空腔尺寸和声波波长的1/4相当，声波的频率越低，波长越长。例如，声波频率为100Hz时，波长约为3.4m，也就是说，需要约0.85m的空腔长度才能实现100Hz声波的有效吸声，这个尺寸显然不利于实际应用。有学者将空腔卷曲起来，设计出了卷曲空间-微穿孔板吸声超材料，在保证其长度的基础上极大的降低了厚度，尺寸减小到了声波波长的1/100，比非卷曲状态下的厚度降低了一个数量级，并且实现了在低频下特定频段的完美吸声，提高了其实际应用性能，为低频声波的吸收的结构设计提供了一个新的思路。然而该结构一旦确定，其吸声性能也随之确定，难以进行调节，一旦环境噪声改变，需要重新设计制造，对多变的环境状况适应性很差。因此，亟需设计一种吸声性能可调的吸声超材料。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种吸声性能可调的吸声超材料及其增材制造方法，本申请中的吸声超材料通过卷曲单元得到两个独立的声通道空间拓宽其吸声频率范围并且可以通过调节背板和微穿孔板的距离实现两声通道的深度调节，进而实现吸声性能的调节。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种吸声性能可调的吸声超材料，所述吸声超材料包括多个吸声超材料单元，每一所述吸声超材料单元包括：卷曲单元，包括外壁密封且内壁为螺旋形的框架，所述框架的内部空间被螺旋形分成了两部分空间，所述卷曲单元还包括两个分别套设于所述两部分空间周壁的内部隔板；覆盖所述卷曲单元一端开口的微穿孔板，所述微穿孔板上设有两个通孔，两个通孔分别与所述内部隔板的两个内部空间贯通；

覆盖所述卷曲单元另一端开口的背板，所述框架与所述背板密封连接，所述内部隔板与所述微穿孔板密封连接，或者所述框架与所述微穿孔板密封连接，所述内部隔板与所述背板密封连接，以使两个内部隔板与背板和微穿孔板形成两个声通道。

优选地，所述内部隔板与所述框架之间设有间隙，所述间隙的取值范围为0.1mm～0.3mm。

优化地，所述框架的两部分空间对应有两个内部隔板，每一所述内部隔板的内部空间中的宽度处处相等。

优化地，所述微穿孔板上每一通孔的直径均小于对应的内部空间的宽度，且每一通孔对应的柱体到内部空间的三个内壁的距离相同。