[发明专利]一种亚波长的通风型非对称声吸收体

说明书

本发明公开了一种亚波长的通风型非对称声吸收体，由一个或多个吸收胞元构成。该吸收胞元包括超材料共振器和背衬阻抗边界，背衬阻抗边界包括后面板、顶板、底板、长板和短板，共同形成L型结构；后面板的上部设有流通口，便于气流流通；超材料共振器的底部放置在背衬阻抗边界的短板上，且与背衬阻抗边界的底板之间留有通道；超材料共振器的背面与背衬阻抗边界的长板侧边固定连接，且与背衬阻抗边界的后面板之间留有通道。本发明的深度亚波长的吸收体能近完美地吸收从损耗端入射的声能而近完美地反射从相反端入射的声能，对宽频噪声具有良好抑制作用，并且能在控制噪声的同时实现通风、散热功能。

技术领域

本发明属于声学降噪技术领域，涉及一种低频声波的通风型非对称声吸收体，特别是基于法布里-珀罗共振器(Fabry-Perot resonator,FFP)与背趁阻抗边界耦合的亚波长宽带通风型非对称声吸收体。

背景技术

低频声波的抑制一直是声学界的重要课题，同时亦是一个具有挑战性的课题。传统的声学吸收体如多孔吸声材料受限于线性响应理论，使得在吸收低频声波时严重依赖于材料厚度的增加。为了构建亚波长尺寸的低频声吸收体，基于局域共振机制的声学超材料吸收体应运而生。该类吸收体将声能高度局域在共振器内部，并通过摩擦损耗及分子的弛豫过程将声能转化成热能耗散。

相较于传统的多孔吸声材料，基于超材料构建的吸收体具有小尺度和高吸收特性等优点。然而，该类吸收体中致密的刚性背衬阻碍了声学吸收体内外空间气流和热量交换，使得其无法满足实际应用的诸多需求。为了克服该缺陷，在双端口开放系统中基于多个级联的共振超原子构建了通风型吸收体。在该类吸收系统中，通过共振机制可构建声学等效软边界，并通过与损耗共振超元胞耦合可实现非对称吸收[Appl.Phys.Lett.,111,143502(2017),Phys.Rev.Appl.11,024022(2019)]。由于吸收系统的双端开放性，在实现非对称吸收的同时允许气流的自由流通，使得系统具有良好的通风、散热性能。然而，基于共振机理的等效软边界受到窄带的限制，使得工作频带难以拓展到宽带。目前，已有的宽带通风型非对称声吸收体大多集中于管道系统[Appl.Phys.Lett.,111,143502(2017),J.SoundVib.479,115371(2020)]，而缺乏针对自由空间中的通风型非对称吸收体，极大地限制了通风型吸收体的应用。此外，基于共振机制构建的等效软边界使得通风型非对称吸收系统结构复杂化。

发明内容

针对现有的基于共振机制的等效软边界具有窄带限制、吸收体结构复杂等不足，本发明提出了一种深度亚波长厚度的通风型非对称吸收体。

本发明解决问题采用的技术方案是：

一种亚波长的通风型非对称声吸收体，由一个或多个吸收胞元构成，吸收胞元包括超材料共振器和背衬阻抗边界，背衬阻抗边界包括后面板、顶板、底板、长板和短板，共同形成L型结构；所述后面板的上部设有流通口，便于气流流通；所述超材料共振器的底部放置在背衬阻抗边界的短板上，且与背衬阻抗边界的底板之间留有通道；所述超材料共振器的背面与背衬阻抗边界的长板侧边固定连接，且与背衬阻抗边界的后面板之间留有通道。

进一步地，所述超材料共振器的底部与背衬阻抗边界的短板固定连接。

进一步地，所述背衬阻抗边界还包括前面板，前面板与背衬阻抗边界的长板侧边固定连接，且与后面板之间留有通道；所述超材料共振器的背面与前面板固定连接；所述前面板下部设有流通口。

进一步地，多个吸收胞元排成阵列构成所述声吸收体，每个吸收胞元具有相同或者不同共振频率的超材料共振器。

进一步地，所述超材料共振器采用折叠型法布里-珀罗共振器、亥姆霍兹共振器或者卷曲空间共振器。

进一步地，所述吸收胞元是由3D打印或注塑加工而成的一体式结构，或者使用机械加工方法得到。