[发明专利]低频超宽带声学黑洞声学材料结构

说明书

本发明涉及一种低频超宽带声学黑洞声学材料结构，包括声学黑洞结构和微穿孔板，所述微穿孔板设置在所述声学黑洞结构的内部，所述声学黑洞结构包括一端密闭另一端打开的圆柱形腔体，所述圆柱形腔体内部平行设置有多个圆环；多个圆环套设于所述微穿孔板外侧，所述圆环的内壁紧贴微穿孔板的外壁。本发明结构紧凑、简单，实施方便，噪声控制效率高，在低频宽带噪声控制中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及低频宽带噪声控制的声学材料技术，更具体地说，涉及一种低频超宽带声学黑洞声学材料结构。

背景技术

当前的减振降噪技术存在诸多局限，其中对于500Hz以下且带宽超过500Hz的低频宽带噪声的控制一直都是噪声控制领域中的难点问题。噪声控制可分为主动和被动噪声控制。对于主动控制方法虽可有效的用于低频噪声控制，但是主动控制系统复杂、稳定性差、成本高、较难应用于实际噪声控制且吸声频带较窄。对于通常采用的被动控制方法，多数吸声材料宽频降噪特性优异，但在用于低频噪声的控制时都会面临体积过大，在空间局限的情况下难以应用的问题。在降低低频噪声的同时保持紧凑的结构通常是相互矛盾难以同时实现。因而研究和发展结构较为紧凑的可用于低频宽带噪声控制的亚波长吸声结构一直是噪声控制领域的研究热点和难点。

对于亚波长吸声结构的设计国内外有诸多学者通过使用空间弯曲折叠的迷宫结构间接增加声波传播的距离来减小结构的尺寸。还有很多学者通过利用声波传播速度降低的原理从而间接减小吸声结构的厚度来实现亚波长吸声结构的设计。但是大部分研究都是与赫尔姆兹消音器或者四分之一波长管相结合，存在消声频带较窄的问题。

声学黑洞是将天文物理学中的黑洞现象引入到波动、声学振动领域的研究中而提出的新的概念。声学黑洞是一种完美的吸波器，是通过结构的改变而实现类似天文物理学中的黑洞现象。当入射波进入声学黑洞结构中以后，波的传播速度会随着传播距离的增大而逐渐较小相应的波长也会逐渐变短。理论上讲，在波传播到黑洞结构末端之前波速降低为零，因此入射波无法传播到结构末端进而没有波能够从声学黑洞结构中反射出去，入射波被该结构完全吸收。声学黑洞完美的声波吸收能力以及波速降低功能可为亚波长低频宽带吸声结构的设计提供新的解决方案。然而当前国内外还未有将声学黑洞原理应用到亚波长低频宽带吸声结构的设计中。

对于当前声波吸收声学黑洞的实际实现形式来说，黑洞结构内部圆环个数的变化会改变声波传播的边界条件，进而影响其声波的操控能力。确切的说，管道中圆环个数的减少会大大削弱其声波吸收能力。声波吸收声学黑洞实际实现起来能够加工的圆环个数非常有限，理论上可实现的无声波反射的理想声学黑洞效应，实际声波吸收声学黑洞结构无法实现，实际声学黑洞结构的声波吸收能力与理想声学黑洞结构相比要减弱很多。实际结构需要添加其它元素,比如吸声材料,补强其声波吸收能力之后才能降低声波的反射才能有效的用于实际的减振降噪中。

微穿孔板作为下一代能够广泛应用的新型吸声材料，宽频吸声特性优异且具有耐高温、抗腐蚀、不容易损坏等诸多优点。然而微穿孔板在用于低频噪声控制时也会面临体积过大的问题。然而目前还未有研究尝试将微穿孔板与声波吸收声学黑洞结合起来研究低频宽带噪声的控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种结构紧凑、简单，实施方便，噪声控制效率高的低频超宽带声学黑洞声学材料结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种低频超宽带声学黑洞声学材料结构，包括声学黑洞结构和微穿孔板，所述微穿孔板设置在所述声学黑洞结构的内部，所述声学黑洞结构包括一端密闭另一端打开的圆柱形腔体，所述圆柱形腔体内部平行设置有多个圆环；

所述圆环的外径与所述圆柱形腔体的内径相同，所述圆环的内径在轴向方向上按照以下公式逐渐变化：

其中，x表示任意一个圆环距离圆柱形腔体封闭端面的距离，R表示圆柱形腔体的内径，L表示圆柱形腔体的高，r表示圆环的内径；