[发明专利]一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构

说明书

本发明公开了一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构，整体采用板结构。板结构上设有若干宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞，所述宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞为正六棱柱，宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞在板内呈矩阵式分布。所述宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞可分为六边形蜂窝入口区域、声学黑洞声能聚焦区域和声减速区域。结合热粘性声学效应、声学黑洞效应和声学超材料，提出一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构，实现宽频带下的隔声降噪，特别是提高低频带下的隔声量低以及提高全频带下的隔声的稳定性。

技术领域

本发明属于噪声控制技术领域，涉及一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构。

背景技术

在日常生活中，环境噪声带来了许多不利影响：影响人们正常休息；影响人们工作效率；增加人们患心脏病以及心血管疾病的概率；破坏建筑物和仪器设备的正常工作等等。因此，我们需要对噪声进行控制，减小噪声给我们带来的不利影响。根据噪音的产生、传播和接收，我们可以在声源处抑制噪声、在声传播途径中控制噪声或者在声音接收处控制。在这三种控制方式当中，在声传播途径中的控制噪声是最普遍技术。但是，目前要对低频噪声进行控制还很困难。主要原因是低频噪声波长很长，具有很强的穿透性。现在主要的控制方式是通过增加隔音结构厚度，但是这种方式往往要占据很大的空间，所需成本巨大。因此，目前对于低频噪声的控制，仍是一个技术难题。

声学黑洞是天体黑洞在声学中的类比，在降噪领域有很大的优势。在理想情况下，声学黑洞结构可以实现声波的完全吸收。但是在实际情况下，声学黑洞结构在制作中，声学黑洞结构末端厚度不为零，。当声学黑洞结构末端封闭时，会产生很强的声波反射现象。当声学黑洞结构末端畅通时，会产生很大的声波透射现象。但是，通过与其它方式相结合，声学黑洞结构也能发挥出较好的降噪效果，例如在声学黑洞结构末端增加阻尼层，增加声能的耗散。

对声学结构进行人为设计和构造，可以得到一些人工制造的材料，并且这种材料具有一些传统材料所不具备的特殊功能，这种材料被称为声学超材料。相关理论研究表明声学超材料可以实现小尺寸控制低频噪声。

但是，目前声学超材料还正处于研究阶段，还有较大的提升空间。一方面，目前声学超材料控制噪声的带宽较小。另一方面，目前声学超材料对低频噪声的隔声还有待进一步提升。

基于现有技术存在的不足，本发明专利结合热粘性声学效应、声学黑洞效应和声学超材料，提出一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构，实现宽频带下的隔声降噪，特别是提高低频带下的隔声量低以及提高全频带下的隔声的稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了实现宽频带下的隔声降噪，特别是提高低频带下的隔声量低以及提高全频带下的隔声的稳定性，结合热粘性声学效应、声学黑洞效应和声学超材料，提出一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构，整体采用板结构。板结构上设有若干宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞，所述宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞为正六棱柱，宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞在板内呈矩阵式分布。所述宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞可分为六边形蜂窝入口区域、声学黑洞声能聚焦区域和声减速区域。

所述的宽频带隔声声学超材料结构单元晶胞截面内轮廓方程可以表示为其中x表示距外边缘的距离，x1为六边形蜂窝入口区域长度，a1为六边形蜂窝入口区域内部正六边形边长，x2为声学黑洞声能聚焦区域起始点距外边缘的距离，x3为声减速区域起始点距外边缘的距离，x6为声减速区域结束点距外边缘的距离，r1为声减速区域内部圆半径，r2为声学黑洞声能聚焦区域末端圆孔半径，h为一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构厚度。

所述一种基于声学黑洞的宽频带隔声声学超材料结构借助声学黑洞结构使得入射声波不断向结构末端聚集，借助声减速区域使得声波在聚集过程中实现部分声波减速耗能。