專利名稱：特寬頻帶微穿孔吸聲體及其制造方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸聲結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)涉及一種特寬頻帶微穿孔吸聲體。
目前使用的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，較之其他的共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲頻帶要寬得多，但也只有1～2個(gè)倍頻程。為了進(jìn)一步加大其吸聲頻帶寬度，在實(shí)際應(yīng)用中需采取雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。在使用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，安裝施工比較復(fù)雜，要求較高的技術(shù)，才能保證質(zhì)量。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，聲波不只是正入射，在不同的方向也要入射。因此，吸收特性是各個(gè)方向入射的平均。如果假設(shè)各個(gè)方向入射的概率相同，這時(shí)的入射被稱之為漫入射，則起作用的是統(tǒng)計(jì)吸聲系數(shù)。
根據(jù)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論(馬大猷發(fā)表在“中國(guó)科學(xué)”雜志1975年卷第38-50頁(yè)上的“微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)的理論和設(shè)計(jì)”)，除基本(或主要)吸聲頻帶外，在高頻率還有一些次吸聲頻帶。這種次吸聲頻帶在一定條件下，可形成重要甚至是主要的吸聲部分。最近的科學(xué)研究工作已得到驗(yàn)證并求得形成規(guī)律，并求得其基本形成規(guī)律和在漫入射時(shí)統(tǒng)計(jì)吸聲系數(shù)的規(guī)律。
本發(fā)明的目的在于有效地利用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的次吸聲頻帶而提供一種特寬頻帶微穿孔吸聲體，該吸聲體能夠大大增加實(shí)際應(yīng)用的吸聲頻帶，從而實(shí)現(xiàn)其高頻吸聲性能，并且在無(wú)特殊技術(shù)要求的條件下，就能將這種吸聲體簡(jiǎn)便地安裝投入使用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種制造所述微穿孔吸聲體的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種實(shí)施制造所述微穿孔吸聲體方法的設(shè)備。
本發(fā)明的目的主要是通過(guò)降低微穿板的穿孔板常數(shù)K來(lái)達(dá)到的，其具體技術(shù)方案如下。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體包括微穿孔板和與微穿孔板構(gòu)成一體的具有后腔深度D的盒形構(gòu)件，所述微穿孔板的穿孔板常數(shù)k=dωρ4η≤3,]]>相對(duì)聲阻r=32ηpρctd2kr]]>，且1≤r≤5，所述后腔深度D=(Dλ)cf0]]>，式中d-微穿孔板的穿孔直徑mm；ω-角頻率；ρ-空氣密度1.2kg m-3；η-粘滯系數(shù)，空氣中為1.8(10)-5kg m-1s-1；p-微穿孔板的穿孔率％；ρc-特性阻抗，空氣中為400kg s-1；t-微穿孔板的板厚mm；kr-相對(duì)聲阻常數(shù)，kr=(1+k232)12+232dt·k;]]>C-聲速，空氣中340m s-1；
λ-聲波波長(zhǎng)m；f0-最大吸聲頻率。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其中所述穿孔板常數(shù)K=1，相對(duì)聲阻1≤r＜3；本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其中所述微穿孔板和盒形構(gòu)件的板厚t=0.1-5mm；所述穿孔直徑d=0.1-0.4mm；所述穿孔率P=0.1-2％。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其中所述t=0.2mm；所述d=0.2mm；所述穿孔率P=0.3％。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其中所述微穿孔板成波紋狀或所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)有支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2；或所述微穿孔板成波紋狀和所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)有支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其中所述微穿孔板和盒形構(gòu)件的材料為鋁板、鋼板、塑料板、木板、紙板或膜。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其中所述微穿孔板上的穿孔成三角形或正方形點(diǎn)陣排列。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體的吸聲特性由微穿孔板的穿孔板常數(shù)K和微穿孔板的相對(duì)聲阻r來(lái)決定。下面分別對(duì)其吸收特性中的正入射吸聲特性、擴(kuò)散場(chǎng)中漫入射的基本吸聲特性、次吸聲頻帶使吸聲頻帶向高頻延長(zhǎng)的數(shù)值以及特寬頻帶微穿孔吸聲體的構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
1、正入射吸聲特性正入射吸聲特性包括正入射吸聲系數(shù)αn、吸聲頻率f、后腔相對(duì)厚度、半頻吸聲下限頻率f1和半頻吸聲上限頻率f2。其中αn=4r(1+r)2+(ωm-ctg(ωDc))2]]>最大吸聲系數(shù)α0=4r(1+r)2]]>最大吸聲頻率(微穿孔板主要頻率)f0滿足ω0m=ctg(ω0Dc)]]>其中ω0=2πf0Dλ=(1π)ctg-1(ω0m)]]>波長(zhǎng)λ=c/f0，在半吸聲點(diǎn)α=(1/2)α0的頻率f1和f2滿足ω1-ctg(ω0Dc)=-(1+r)]]>ω1-ctg(ω0Dc)=+(1+r)]]>ω1=2πf1,ω2=2πf2在半頻吸聲下限頻率f1,ω1D/c＜1時(shí)，可取ctg的近似值求得ω1Dc=ctg-1{1+mc/D1+(1+r)2}]]>在半頻吸聲上限頻率f2,ω0D/c只能用數(shù)字計(jì)算求得。以上公式中c-聲速，在空氣中取為340m s-1m-相對(duì)聲質(zhì)量根據(jù)以上公式計(jì)算正入射吸聲特性的各參數(shù)如下面的表1所示，并可據(jù)以求得吸聲頻帶頻程f2/f1。
表1特寬頻帶微穿孔吸聲體正入射吸聲特性(決定于基本參數(shù)k,r) 根據(jù)上表任意選定f0值后，使微穿孔吸聲體的吸聲范圍適合要求，其它值均可求得。對(duì)表中k,r值均可用內(nèi)插法求得中間值。
2、擴(kuò)散場(chǎng)中漫入射的基本吸聲特性微穿孔吸聲體除吸收正入射聲音外，還吸收斜入射聲音，其斜入射吸聲系數(shù)α(θ)是斜入射角θ的函數(shù)，α(θ)=4rcosθ(1+rcosθ)2+(ωmcosθ-ctg(ωDcosθc))2]]>在擴(kuò)散場(chǎng)中，漫入射吸聲系數(shù)或統(tǒng)計(jì)吸聲系數(shù)是α。對(duì)θ平均值式中αstat=∫0π24rcosθsin2θdθ(1+rcosθ)2+(ωmcosθ-ctg(ωDcosθc))2]]>r是微穿孔板的相對(duì)聲阻r=32ηpρctd2kr]]>kr=(1+k232)12+232dt·k]]>ωm是微穿孔板的相對(duì)聲質(zhì)量ωm=ω·tpckm]]>km=1+(9+k22)-12+0.85dt]]>kr-相對(duì)聲阻常數(shù)km-相對(duì)聲質(zhì)量常數(shù)特寬頻帶微穿孔吸聲體在擴(kuò)散場(chǎng)中的基本吸聲特性大致與正入射時(shí)相似，主要是頻譜移至較高頻率。設(shè)αm為擴(kuò)散場(chǎng)中的最大吸聲系數(shù)，其頻率為fm，半頻吸聲頻帶為f1-f2′。以正入射時(shí)最大吸聲頻率f0為主，歸一各值，fm=ζmf0，下限頻率比f(wàn)1f0=ξ1,]]>上限頻率比 基本相等，均約為1.4。吸聲頻帶的頻程 基本相等。在k＜3,1≤r＜3范圍內(nèi)，最大的吸聲系數(shù)等于0.8左右，最大吸聲頻率約為1.4f0，吸聲頻程與正入射相同。根據(jù)這些關(guān)系可估計(jì)擴(kuò)散場(chǎng)內(nèi)的吸聲特性誤左在10％以內(nèi)，也可以根據(jù)擴(kuò)散場(chǎng)內(nèi)求出所需要的k，r值。如要求更準(zhǔn)確的數(shù)值可用下面表2中的最大吸聲系數(shù)αm和它的相對(duì)頻率ξm=fmf0]]>。吸聲頻程仍與正入射相同，在一些情況下，ζ2已為次吸聲頻帶淹沒(méi)，實(shí)際的ζ2決定于次吸聲頻寬。
表2特寬頻帶微穿孔吸聲體擴(kuò)散場(chǎng)吸聲性能
3、次吸聲頻帶使吸聲頻帶向高頻延長(zhǎng)值次吸聲頻帶會(huì)使吸聲頻帶向高頻延長(zhǎng)，當(dāng)漫入射吸聲系數(shù)的平均值αstat在0.4以上時(shí)，實(shí)際的延長(zhǎng)值ξm，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得到，如下面的表3所示。
表3特寬頻帶微穿孔吸聲體吸聲頻帶使高頻帶延長(zhǎng)值(αstat＞0.4)
由表3可知，在r一定時(shí)，K值越小，次頻帶吸聲使高頻帶延長(zhǎng)值ξ2越大。其中r=1時(shí)，ξ2最大。
4、特寬頻帶微穿孔吸聲體的結(jié)構(gòu)選定f0和k值，根據(jù)k=dωρ4η]]>，可得微穿孔板的穿孔直徑d=k4ηω0ρ,]]>其中ηρ=1.5(10)-5]]>m2s-1穿孔中心距為b(m)穿孔成正方形點(diǎn)陣排列時(shí)，b={4π32ηtρcd4[(1+k232)12+232kdt]12}mm]]>穿孔成三角形點(diǎn)陣排列時(shí)，b={23π32ηtρcd4[(1+k232)12+232kdt]12}mm]]>后腔深度D=(Dλ)cf0]]>mm，根據(jù)表1中的Dλ]]>值，計(jì)算出D值。
在K=1的情況下，選取d=0.16mm,t=0.2mm,f0=390HZ，在不同的r下，可求得穿孔成三角形點(diǎn)陣排列對(duì)應(yīng)的b和D，例如r=1，求得b=2.0mm,D=285mm；r=2，求得b=2.7mm,D=240mm；r=3，求得b=3.3mm,D=200mm。
本發(fā)明制造所述特寬頻帶微穿孔吸聲體的方法是分別用板材制作微穿孔板和盒形構(gòu)件；再將成形的微穿孔板置于盒形構(gòu)件的敝開(kāi)端，將二者鉚接或粘合成一體構(gòu)成封閉的吸聲體。其中可將所述微穿孔板壓制成波紋狀。也可在所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)置支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2。還可將所述微穿孔板壓制成波紋狀和在所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)置支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2，以便提高大型特寬頻帶微穿孔吸聲體的強(qiáng)度。
本發(fā)明實(shí)施所述制造方法的設(shè)備包括安裝打孔器的夾頭、打孔器、設(shè)置在所述夾頭正下方的下孔板和套裝在打孔器下部的引導(dǎo)板，所述打孔器為尖端沖頭或縫針。本設(shè)備適用于加工穿孔直徑為0.1-0.2mm的孔，加工時(shí)，不要使沖頭或縫針整個(gè)穿過(guò)微穿孔板，只露出其尖端即可，這樣的孔成截錐形。當(dāng)加工穿孔直徑為0.2-0.4mm的孔時(shí)，所述設(shè)備中的尖端沖頭或縫針用鉆頭替換，且所述引導(dǎo)板套裝在距離鉆頭切削部分端頭一段稍大于微穿孔板板厚t處。其中鉆身部分可加粗至1mm以上。
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體的優(yōu)點(diǎn)在于不僅采用絲米的穿孔孔徑，還減小了微穿孔板的穿孔板常數(shù)K，使K≤3。這樣，可使本吸聲體的次吸收頻帶漸漸加寬，到一定程度，次頻帶同主頻帶相距很近。在漫入射吸聲場(chǎng)中經(jīng)過(guò)平均，主頻帶與次頻帶可連在一起，其結(jié)果是統(tǒng)計(jì)吸聲特性的次吸聲頻帶越來(lái)越重要，把吸聲性能推延至更高頻率，逐漸成為吸聲的重要因素，甚至是主要因素，使微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)具有高吸聲系數(shù)的頻率范圍在3個(gè)或4個(gè)倍頻程以上，從而使本吸聲體成為特寬頻帶微穿孔吸聲體。另外，通過(guò)簡(jiǎn)單的制造方法，將本吸聲體制作成一個(gè)封閉的整體獨(dú)立單元。因此，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，不要求高超的技術(shù)，只需將其膠結(jié)或機(jī)械連接于墻上。當(dāng)裝在頂棚上時(shí)，可用金屬或木吊桿吊裝，克服了實(shí)際應(yīng)用單獨(dú)安裝微穿孔板，后腔深度D掌握不準(zhǔn)而影響實(shí)際吸聲效果的不足，因此安裝十分便捷，且吸聲性能精確。本吸聲體適用于高溫、高速、潮濕及有潔凈要求的場(chǎng)所和特殊實(shí)驗(yàn)室，也可廣泛用于廳堂、會(huì)議室、播音室、錄音棚、會(huì)議大廳等對(duì)音質(zhì)有特殊要求的場(chǎng)所。
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明特寬頻帶微穿孔吸聲體的最佳實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明特寬頻帶微穿孔吸聲體一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示實(shí)施例的盒形構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施制造所述微穿孔吸聲體方法的一種設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施制造所述微穿孔吸聲體方法的又一種設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明所述微穿孔吸聲體的吸聲特性曲線圖。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體包括微穿孔板1和與微穿孔板1構(gòu)成一體的具有后腔深度D=285mm的盒形構(gòu)件2，微穿孔板1的穿孔板常數(shù)K=1，相對(duì)聲阻r=1，微穿孔板1和盒形構(gòu)件2用鋁板制成，板厚t均等于0.2mm，微穿孔板1的穿孔直徑d=0.2mm，穿孔率P=0.3％，穿孔成正方形點(diǎn)陣排列，其孔距b=2.0mm。本特寬頻帶微穿孔吸聲體長(zhǎng)1000mm，寬800mm。為加強(qiáng)其強(qiáng)度，微穿孔板1壓制成波紋狀，盒形構(gòu)件2內(nèi)設(shè)置有20個(gè)大小為20×20mm2的方形支撐檔板格3，且成橫向四排，每排5個(gè)，縱向5列，每列4個(gè)的配置。在制造本特寬頻帶微穿孔吸聲體的微穿孔板時(shí)，先將微穿孔板1壓成波紋狀，再在其上按上述參數(shù)打孔。在制造本特寬頻帶微穿孔吸聲體的盒形構(gòu)件2時(shí)，先按上述后腔深度D彎四邊，粘接成一具有敞開(kāi)端的盒子，再將上述方形支撐擋板格3放入盒子內(nèi)，最后將微穿孔板1置于盒形構(gòu)件2的敞開(kāi)端，并使二者粘接成一封閉的整體。
本發(fā)明所述的設(shè)備，是專門用來(lái)加工本發(fā)明特寬頻帶微穿孔吸聲體的微穿孔板1上的穿孔的。如圖3和圖4所示，該設(shè)備包括安裝打孔器4或4′的夾頭5、打孔器4、4′、設(shè)置在夾頭5正下方的下孔板6和套裝在打孔器4、4′下部的引導(dǎo)板7。圖3所示的設(shè)備用來(lái)加工d=0.1-0.2mm的孔，其打孔器4為尖端沖頭(也可以是縫針)，加工時(shí)將微穿孔板1置于夾頭5和下孔板6之間，啟動(dòng)夾頭5，尖端沖頭沖刺微穿孔板1，使穿孔成截錐形，板背面的孔徑為所需要的孔徑。圖4所示的設(shè)備用來(lái)加工d=0.2-0.4mm的孔，其打孔器4′為鉆頭。引導(dǎo)板7套裝在距離鉆頭切削部分端頭一段稍大于微穿孔板板厚t處。此外，也可采用這樣的鉆頭，即除其切削部分直徑等于要加工的穿孔直徑d外，鉆桿部分加粗至1mm以上。使用圖4的設(shè)備時(shí)，微穿孔板1上的穿孔是鉆出來(lái)的。
如圖5所示，為本發(fā)明特寬頻帶微穿孔吸聲體的聲吸特性曲線。其橫坐標(biāo)為相對(duì)頻率，縱坐標(biāo)為吸聲系數(shù)。其中-◆-表示k=1,r=1的情況；-●-表示k=1,r=2的情況；-▲-表示k=1,r=3的情況，——表示k=4,r=1的情況，由圖5所示曲線可知，k=1時(shí)，其吸聲曲線已呈現(xiàn)出特寬頻帶吸收特性，其中r=1時(shí)，性能最好，上半吸收點(diǎn)ξ2為9.2。r=2,3時(shí)，ξ2分別為7.5,6.3。而k=4時(shí)，其吸收頻帶不再是特寬頻帶特征。
權(quán)利要求
1.一種特寬頻帶微穿孔吸聲體，包括微穿孔板，其特征在于還包括與微穿孔板構(gòu)成一體的具有后腔深度D的盒形構(gòu)件，所述微穿孔板的穿孔板常數(shù)k=dωρ4η≤3,]]>相對(duì)聲阻r=32ηpρctd2kr]]>，且1≤r≤5，所述后腔深度D=(Dλ)cf0]]>，式中d-微穿孔板的穿孔直徑mm；ω-角頻率；ρ-空氣密度1.2kg m-3；η-粘滯系數(shù)，空氣中為1.8(10)-5kg m-1s-1；p-微穿孔板的穿孔率％；ρc-特性阻抗，空氣中為400kg s-1；t-微穿孔板的板厚mm；kr-相對(duì)聲阻常數(shù)，kr=(1+k232)12+232dt·k;]]>λ-聲波波長(zhǎng)m；C-聲速，空氣中340m s-1；f0-最大吸聲頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述穿孔板常數(shù)K=1，相對(duì)聲阻1≤r＜3；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述微穿孔板和盒形構(gòu)件的板厚t=0.1-5mm；所述穿孔直徑d=0.1-0.4mm；所述穿孔率P=0.1-2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述t=0.2mm；所述d=0.2mm；所述穿孔率P=0.3％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述微穿孔板成波紋狀或所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)有支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2；或所述微穿孔板成波紋狀和所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)有支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述微穿孔板成波紋狀或所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)有支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2；或所述微穿孔板成波紋狀和所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)有支撐擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述微穿孔板和盒形構(gòu)件的材料為鋁板、鋼板、塑料板、木板、紙板或膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述微穿孔板和盒形構(gòu)件的材料為鋁板、鋼板、塑料板、木板、紙板或膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述微穿孔板上的穿孔成三角形或正方形點(diǎn)陣排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的特寬頻帶微穿孔吸聲體，其特征在于所述微穿孔板上的穿孔成三角形或正方形點(diǎn)陣排列。
11.一種制造權(quán)利要求1所述特寬頻帶微穿孔吸聲體的方法，其特征在于分別用板材制作微穿孔板和盒形構(gòu)件；再將成形的微穿孔板置于盒形構(gòu)件的敝開(kāi)端，將二者鉚接或粘合成一體構(gòu)成封閉的吸聲體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于將所述微穿孔板壓制成波紋狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于在所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)置支持擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于在所述盒形構(gòu)件內(nèi)設(shè)置支持擋板格，其方格尺寸為10×10-100×100cm2。
15.一種實(shí)施權(quán)利要求11至14中任意一項(xiàng)所述制造方法的設(shè)備，包括安裝打孔器的夾頭、打孔器，其特征在于還包括設(shè)置在所述夾頭正下方的下孔板和套裝在打孔器下部的引導(dǎo)板，所述打孔器為尖端沖頭或縫針。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于用鉆頭替換所述尖端沖頭或縫針，且所述引導(dǎo)板套裝在距離鉆頭切削部分端頭一段稍大于微穿孔板板厚t處。
全文摘要
本發(fā)明的特寬頻帶微穿孔吸聲體,包括微穿孔板、與微穿孔板構(gòu)成一體的具有后腔深度D的盒形構(gòu)件,所述微穿孔板的穿孔板常數(shù)見(jiàn)公式1相對(duì)聲阻見(jiàn)公式2,且1≤r≤5,所述后腔深度見(jiàn)公式3,式中:d－微穿孔板的穿孔直徑mm;ω－角頻率;ρ－空氣密度1.2kgm
文檔編號(hào)E04B1/86GK1311380SQ0010331
公開(kāi)日2001年9月5日 申請(qǐng)日期2000年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月29日
發(fā)明者馬大猷, 劉克 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所