一種超寬帶聲學(xué)吸收體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超寬帶聲學(xué)吸收體，包括若干個橫截面相同、高度不同的矩形棒，若干個矩形棒以相鄰間間隔相同、高度均勻遞增排列成梳狀結(jié)構(gòu)，矩形棒的底部位于剛性背襯上。本發(fā)明的超寬帶聲學(xué)吸收體，不需要輔助任何的人工吸收材料就能夠達(dá)到在寬頻帶內(nèi)很好的吸收效果，而對該結(jié)構(gòu)的制作材料只需要矩形棒的材料在空氣中能夠被認(rèn)為是聲學(xué)剛性材料即可，此外，這種吸聲結(jié)構(gòu)對環(huán)境無任何污染，不會對人體造成任何危害，剛性的結(jié)構(gòu)利于可持續(xù)重復(fù)利用，由于具有寬頻、環(huán)保、剛性和良好的吸收效果，在消聲降噪等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種超寬帶聲學(xué)吸收體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種吸聲結(jié)構(gòu)，具體涉及一種超寬帶聲學(xué)吸收體。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的吸聲材料有玻璃纖維、微穿孔板等，它們有各自的缺點和不足，嚴(yán)重影響了 在消聲降噪領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003] 例如：玻璃纖維主要是采用石英砂、石灰石、白云石等天然礦石為主要原料，配合 一些純堿、硼砂等化工原料熔成玻璃，會嚴(yán)重破壞空氣質(zhì)量和損害人體健康。對接觸玻璃纖 維工人肺活檢病理檢查表明，肺組織內(nèi)有玻璃纖維塵細(xì)胞灶，膠元輕度增生，肺癌、肺膿腫。 接觸玻璃纖維的人可患結(jié)膜炎和角膜炎，嚴(yán)重者可見角膜渾濁和局部膿腫。當(dāng)纖維粒徑、長 短相似時玻璃纖維亦可產(chǎn)生與石棉相近的毒性和致癌性。微穿孔板主要是利用聲學(xué)共振達(dá) 到抗性消聲的效果，這意味著其只能對某個單一頻率或者很窄的頻率范圍內(nèi)有吸收效果。 而一般的環(huán)境噪聲都是寬帶的，僅對某一頻率的消聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際的要求。此外，玻璃 纖維或者微穿孔板在使用一段時間后都極易破損，這也將極大影響吸收效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種超寬帶聲學(xué)吸收體， 不需要輔助任何的人工吸收材料就能夠達(dá)到在寬頻帶內(nèi)很好的吸收效果，具有寬頻、環(huán)保、 剛性和良好的吸收效果。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種超寬帶聲學(xué)吸收體，包括若干個橫 截面相同、高度不同的矩形棒，若干個矩形棒以相鄰間間隔相同、高度均勻遞增排列成梳狀 結(jié)構(gòu)，矩形棒的底部位于剛性背襯上。本發(fā)明中，矩形棒具有不同的高度，不同的高度能夠 局域不同頻率的聲波，從而達(dá)到寬頻吸收的效果。
[0006] 作為優(yōu)選，所述矩形棒的聲學(xué)阻抗是空氣的聲學(xué)阻抗的300倍及以上?？諝獾?聲阻抗為415N.s/m3,當(dāng)矩形棒的聲阻抗大于空氣聲阻抗的300倍時，聲波垂直入射到空 氣-矩形棒界面處的反射系數(shù)可以達(dá)到99. 34%以上，此時可以將矩形棒視為剛性材料。
[0007] 作為優(yōu)選，所述矩形棒的材料為塑料。
[0008] 作為優(yōu)選，所述塑料為ABS塑料。
[0009] 作為優(yōu)選，所述矩形棒的材料為金屬。
[0010] 作為優(yōu)選，所述金屬為UNSA91050的鋁合金或UNSC10100的銅合金。
[0011] "超寬帶聲學(xué)吸收體"依托于"聲學(xué)超構(gòu)材料"這一聲學(xué)領(lǐng)域最前沿的研宄成果，作 為一種剛性的吸收結(jié)構(gòu)，它依靠的是自身獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不需要輔助任何的人工吸收材 料就能夠達(dá)到在寬頻帶內(nèi)很好的吸收效果。而對該結(jié)構(gòu)的制作材料也沒有任何特別要求， 只需要矩形棒的材料在空氣中能夠被認(rèn)為是聲學(xué)剛性材料即可，這一點在實際中很容易滿 足，例如塑料或者大多數(shù)的金屬材料都能夠達(dá)到上述要求，為實際的應(yīng)用和推廣提供了極 大的便利。此外，這種吸聲結(jié)構(gòu)對環(huán)境無任何污染，不會對人體造成任何危害，剛性的結(jié)構(gòu) 利于可持續(xù)重復(fù)利用。由于具有寬頻、環(huán)保、剛性和良好的吸收效果，這種吸聲結(jié)構(gòu)將在消 聲降噪等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
[0012] 有益效果：本發(fā)明的超寬帶聲學(xué)吸收體，依靠的獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不需要輔助任何 的人工吸收材料就能夠達(dá)到在寬頻帶內(nèi)很好的吸收效果，而對該結(jié)構(gòu)的制作材料也沒有任 何特別要求，只需要矩形棒的材料在空氣中能夠被認(rèn)為是聲學(xué)剛性材料即可，此外，這種吸 聲結(jié)構(gòu)對環(huán)境無任何污染，不會對人體造成任何危害，剛性的結(jié)構(gòu)利于可持續(xù)重復(fù)利用，由 于具有寬頻、環(huán)保、剛性和良好的吸收效果，在消聲降噪等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明選用ABS塑料樣品的實驗結(jié)果與仿真結(jié)果的對比圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明采用型號為UNSA91050的鋁合金作為材料得到的仿真結(jié)果圖；
[0016] 圖4為本發(fā)明采用型號為UNSC10100的銅合金作為材料得到的仿真結(jié)果圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明的一種超寬帶聲學(xué)吸收體，包括若干個橫截面相同、高度不同 的矩形棒2,矩形棒2的厚度為tl，在一維圖中，厚度指在傳播方向上的寬度，也可以說是橫 截面寬度，厚度需要滿足的要求是能當(dāng)作剛性處理，例如厚度范圍在5-20mm，優(yōu)選10mm。理 論上越厚剛性條件越好，但是太厚將導(dǎo)致整個模型尺寸很大，失去了該設(shè)計模型的優(yōu)勢。當(dāng) 厚度達(dá)到一定范圍之后，繼續(xù)增加厚度實際達(dá)到的效果幾乎沒有差別了。若干個矩形棒2 以間隔為t2、高度以dh遞增排列成梳狀結(jié)構(gòu)，矩形棒2的底部位于剛性背襯1上，即第1根 矩形棒的高度為Ii1=h片(1-1) *dh，不同高度的矩形棒形成不同高度的空氣間隙，不同空氣 間隙能夠局域不同頻率的聲波，從而達(dá)到寬頻吸收的效果?？諝忾g隔t2作為一個因變量， 影響著細(xì)管中的衰減系數(shù)的大小，具體的數(shù)值可以根據(jù)所需要達(dá)到的衰減系數(shù)以及吸收頻 率來設(shè)置。波長為λ的聲波作用在梳狀結(jié)構(gòu)時，能被局域在高度為h=λ*(2*πι-1)/4的 空氣間隙中，其中m為任意大于1的整數(shù)。
[0019] 本發(fā)明中，矩形棒最小高度為2mm，本實施例的模型中最小高度是5mm，間隙t2大 致在的范圍內(nèi)，但是不同間隙將會產(chǎn)生不同的吸收效果，具體的數(shù)值可以根據(jù)所 需要達(dá)到的衰減系數(shù)以及吸收頻率來設(shè)置。
[0020] 本發(fā)明主要利用經(jīng)典的聲學(xué)半波共振原理及細(xì)管中聲波的衰減效應(yīng)來實現(xiàn)寬帶 吸收，具體分為兩個步驟：局域；吸收。
[0021] 由橫截面完全相同的矩形棒2排列而成的"梳狀"結(jié)構(gòu)，如圖1中區(qū)域II所示。 每根矩形棒2的厚度為h，相鄰間距離為t2，區(qū)域III中的背景媒質(zhì)以及矩形棒2間隙中 填充的都是空氣，區(qū)域I作為一個剛性背襯1。圖1中第1根矩形棒2的高度匕從hi逐級 遞增到Ii1，每級遞增高度為dh。"梳狀結(jié)構(gòu)"中的幾何參數(shù)可以靈活調(diào)整以適應(yīng)實際中的 具體要求，如在我們所開展的實驗中，設(shè)定L=1mm，12=10?1，hi=5mm，dh=5. 6mm，h25 =139. 4mm，在此參數(shù)下的有效頻率范圍為612Hz到10000Hz。值得說明的是，我們所設(shè)計 的超寬帶聲學(xué)吸收體對矩形棒2的材料沒有嚴(yán)格的限制，只要滿足空氣中的聲學(xué)剛性材料 的要求即可，即該材料的聲學(xué)阻抗遠(yuǎn)大于空氣的聲學(xué)阻抗，而這在實際中很容易實現(xiàn)，如塑 料、大多數(shù)的金屬或者合金都是很好的聲學(xué)剛性材料。
[0022] 1、局域：根據(jù)聲學(xué)半波共振原理，當(dāng)兩根矩形棒2間空氣間隙的高度匕恰好為聲 波半波長的奇數(shù)倍時，能達(dá)到共振效果，形成駐波場，將聲波完全局域在空氣間隙中。此時 Ii1需要滿足如下要求：
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種超寬帶聲學(xué)吸收體，其特征在于：包括若干個橫截面相同、高度不同的矩形棒， 若干個矩形棒以相鄰間間隔相同、高度均勻遞增排列成梳狀結(jié)構(gòu)，矩形棒的底部位于剛性 背襯上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶聲學(xué)吸收體，其特征在于：所述矩形棒的聲學(xué)阻抗是 空氣的聲學(xué)阻抗300倍及以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶聲學(xué)吸收體，其特征在于：所述矩形棒的材料為塑料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬帶聲學(xué)吸收體，其特征在于：所述塑料為ABS塑料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶聲學(xué)吸收體，其特征在于：所述矩形棒的材料為金屬。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超寬帶聲學(xué)吸收體，其特征在于：所述金屬為UNS A91050的 鋁合金或UNS C10100的銅合金。
【文檔編號】G10K11/162GK104505085SQ201410725566
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】梁彬, 江雪, 程建春, 鄒欣曄, 李睿奇 申請人:南京大學(xué)