一种基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置，包括：若干个依次嵌套的谐振器单元，每个谐振器单元包括：底板、壳体、隔板和颈部短管，其中：隔板和底板分别设置于壳体两端，颈部短管贯穿设置于隔板的中心位置，通过不同级谐振器单元之间的相互耦合实现多阶共振，进而拓宽吸收频带。本发明专利技术基于多阶共振原理拓宽吸收频带，提高了吸声系数和吸收峰值频率的可调性。与现有结构相比，本发明专利技术体积小、质量轻，在低频范围内具有宽带的吸声性能，具有良好的应用前景和工业价值。
【技术实现步骤摘要】
基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置
本专利技术涉及的是一种噪声处理领域的技术，具体是一种基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置。
技术介绍
现有的多孔吸声材料大多采用三聚氰胺、石棉，但这些材料对低频段的噪声的吸声效果很差。由小孔和空腔构成的亥姆霍兹谐振器，在其共振频率附近，小孔周围空气振动幅度最大，由于粘滞效应使得声能耗散达到最大，因此亥姆霍兹谐振器在其共振频率附近产生了良好的吸声效果，但由于吸收频带较窄而限制了使用范围。上世纪七十年代，马大猷院士提出的微穿孔共振吸声结构，在其共振频率附近产生了宽带吸声现象，但对于低频吸声，需要缩小微孔直径、增大背腔体积，导致生产成本的提高、结构体积变大，不利于批量生产。声学超材料的发展为低频吸声结构的设计提供了新的方向。声学超材料结构单元尺寸远小于波长，通过周期性/非周期性的几何结构，对低频范围的噪声进行吸收。但由于大部分声学超材料具有多组结构单元，利用多阶共振原理拓宽吸声频带，因此单元与单元之间往往会产生复杂的耦合效应，造成吸声效率的损失。所以，工程上仍急需一种对低频的噪声具有宽带吸声效果，并且结构简单、体积小、质量轻、成本低、便于批量生产的产品。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术难以在低频范围内宽带吸声、低频吸声结构体积大、吸收效果差、吸收频带窄的缺陷，提出一种基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置，基于多阶共振原理拓宽吸收频带，提高了吸声系数和吸收峰值频率的可调性。与现有结构相比，本专利技术体积小、质量轻，在低频范围内具有宽带的吸声性能，具有良好的应用前景和工业价值。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置，包括：若干个依次嵌套的谐振器单元，每个谐振器单元包括：底板、壳体、隔板和颈部短管，其中：隔板和底板分别设置于壳体两端，颈部短管贯穿设置于隔板的中心位置，通过不同级谐振器单元之间的相互耦合实现多阶共振，进而拓宽吸收频带。所述的多层嵌套式低频宽带吸声装置优选为中心对称结构。所述的谐振器单元的个数可根据吸收的目标频段设计并增加。每个谐振器单元的壳体的外径和高度依次增大，以达到相互嵌套的目的。所述的多层嵌套式低频宽带吸声装置中，单个单元的吸收峰值频率为：其中：S表示颈部短管横截面积，V表示壳体空腔体积，l表示颈部短管修正长度。所述的底板的形状采用但不限于圆形、方形或其他几何形状。所述的壳体的截面形状采用但不限于圆形、方形或其他几何形状，壳体的底面截面形状与底板的形状相匹配。所述的颈部短管管口形状采用但不限于圆形、方形、椭圆形或其他几何形状。所述的每个谐振器单元的颈部短管之间互不接触，各个颈部短管的横截面积由内向外逐级增大，所有颈部短管的中心位于同一直线上。所述的相互耦合是指：相邻两个谐振器单元的颈部短管在高度上相互重叠，即一部分位于隔板下方的壳体内部、一部分位于隔板上方的壳体外部，从而充分利用空间、达到互相耦合的目的。技术效果本专利技术整体解决传统的吸声材料和结构对低频噪声的抑制不明显，在低频范围内吸收频带窄的不足，吸收低频噪声的装置体积大的问题。本专利技术利用亥姆霍兹谐振器的吸声机理，通过多层嵌套式吸声结构在低频范围内展现出连续高效的吸声特性。与现有技术相比，本专利技术通过改变颈部短管的长度、颈部短管的横截面积、颈部短管插入隔板的深度、壳体高度、壳体底面截面积来改变吸声系数和吸收峰值频率，大大提升了吸声系数和吸收峰值频率的可调性，进而可以更加方便的设计所需求的吸收频段。上述方案所设计的新型多层嵌套式低频宽带吸声结构可在不改变内部尺寸的情况下，继续增加壳体和隔板的数量，以形成更多互相耦合的谐振器，产生更多的吸收峰值，从而使结构的吸声频带进一步拓宽。本专利技术基于共振吸声原理，合理地利用谐振器与谐振器之间的耦合效应，提升了每一个谐振器的吸声效果，利用多阶共振现象拓宽吸声频带，实现了低频宽带的吸声目的。附图说明图1为本专利技术半剖图；图2为本专利技术透视图；图3为本专利技术全剖图；图4为本专利技术俯视图；图5为一实施例和各个单元吸声系数示意图；图6为一实施例理论与实验吸声系数示意图。图中：1底板、2第一壳体、3第二壳体、4第三壳体、5第四壳体、6第一隔板、7第二隔板、8第三隔板、9第四隔板、10第一颈部短管、11第二颈部短管、12第三颈部短管、13第四颈部短管。具体实施方式如图1-图6所示，为本实施例涉及一种多层嵌套式低频宽带吸声结构，其采用但不限于四层嵌套结构，以四层结构为例，包括：四个依次嵌套的谐振器单元，具体为：底板1、第一壳体2、第二壳体3、第三壳体4、第四壳体5，第一隔板6、第二隔板7、第三隔板8、第四隔板9、第一颈部短管10、第二颈部短管11、第三颈部短管12和第四颈部短管13，其中：底板上设有内径和高度由内向外依次增大的壳体，壳体上端用设有颈部短管的隔板密封。所述的底板、壳体、隔板、颈部短管的中心在同一直线上，该结构为一对称结构。所述的相邻颈部短管具有重叠部分，颈部短管横截面积逐级增大，互不接触。如图1-图4所示，本实施例中的四个相互耦合的谐振器，各个谐振器之间相互耦合作用，使每一个谐振器达到最佳的吸声效果。多层嵌套式低频宽带吸声结构的吸声系数和吸收峰值频率与颈部短管长度、颈部短管横截面积、壳体高度、壳体截面积、颈部短管插入隔板的深度有关。具体为：颈部短管长度越长，吸收峰值频率越低；颈部短管管径越大，管口横截面积越大，吸收峰值频率越高；壳体高度越高、壳体底面积越大，所围成的空腔体积越大，吸收峰值频率越低。颈部短管插入隔板的深度则是调节相邻谐振器间的耦合效应。在实际应用中，用户可根据自己的需求调整颈部短管长度、颈部短管的横截面积、颈部短管插入隔板的深度、壳体高度、壳体底面截面积来改变吸声系数和吸收峰值频率，也可以继续增加壳体的个数，进而增加吸收峰值，以拓宽吸收频带。本实施例的多层嵌套式低频宽带吸声结构的材料选取为钢，底板为圆柱体，所有壳体为圆柱体，颈部短管形状为圆形，第一颈部短管10、第二颈部短管11、第三颈部短管12、第四颈部短管13管径依次为3mm、7mm、11mm、15mm，第一壳体2、第二壳体3、第三壳体4、第四壳体5内径依次为20mm、32mm、44mm、58mm。该实施例的总高度为74mm，底面总直径为58mm。如图5所示，为本实施例的多层嵌套式低频宽带吸声结构的吸声系数，从图5可以看出，该结构具有四个吸声峰值，四个峰值频率即为四个谐振器耦合作用下的共振频率，通过四个谐振器耦合作用，使每一个谐振器的吸声性能达到最佳。从图5可以看出，多层嵌套式低频宽带吸声结构在低频范围内表现出连续的宽带吸声性能。需要说明的是，若继续增加壳体、隔板、颈部短管的数量，可以形成更多谐振器，实现更多吸收峰值，从而能够进一步拓宽吸收频带。经过具体实际实验，在阻抗管中进行样品的吸声系数测量，由于实验空间限制，设计一总高度71m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置，其特征在于，包括：若干个依次嵌套的谐振器单元，每个谐振器单元包括：底板、壳体、隔板和颈部短管，其中：隔板和底板分别设置于壳体两端，颈部短管贯穿设置于隔板的中心位置，每个谐振器单元的颈部短管之间互不接触，各个颈部短管的横截面积由内向外逐级增大，所有颈部短管的中心位于同一直线上，通过不同级谐振器单元之间的相互耦合实现多阶共振，进而拓宽吸收频带；/n所述的相互耦合是指：相邻两个谐振器单元的颈部短管在高度上相互重叠，即一部分位于隔板下方的壳体内部、一部分位于隔板上方的壳体外部，从而充分利用空间、达到互相耦合的目的。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置，其特征在于，包括：若干个依次嵌套的谐振器单元，每个谐振器单元包括：底板、壳体、隔板和颈部短管，其中：隔板和底板分别设置于壳体两端，颈部短管贯穿设置于隔板的中心位置，每个谐振器单元的颈部短管之间互不接触，各个颈部短管的横截面积由内向外逐级增大，所有颈部短管的中心位于同一直线上，通过不同级谐振器单元之间的相互耦合实现多阶共振，进而拓宽吸收频带；
所述的相互耦合是指：相邻两个谐振器单元的颈部短管在高度上相互重叠，即一部分位于隔板下方的壳体内部、一部分位于隔板上方的壳体外部，从而充分利用空间、达到互相耦合的目的。
2.根据权利要求1所述的基于共振吸声的多层嵌套式低频宽带吸声装置，其特征是，所述的多层嵌套式低频宽带吸声装置优选为中心对称结构。
【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊喆，瞿叶高，孟光，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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