本发明专利技术提供了一种调频超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元及其用途，所述共振单元内部是方形的空气谐振腔，所述空气谐振腔由两个端面及结构相同的第一蜷曲通道、第二蜷曲通道首尾相接围绕而成,两蜷曲通道呈中心对称分布；第一蜷曲通道、第二蜷曲通道的首尾均分别具有与外界连通的声道入口、向谐振空气腔中心延伸的声道出口，空气谐振腔通过蜷曲通道与外界连通。通过调节蜷曲通道宽度和两声道出口的间距，能对共振单元的工作频带进行调控。多个共振单元的按照特定的排列方式及结构参数，能够实现良好的低频声吸收效应，具有深度亚波长的特性，解决了传统吸声材料在低频范围过于厚重的问题。重的问题。重的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种调频超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元及其用途
[0001]本专利技术属于基于声学超材料的噪声控制领域，具体涉及一种调频超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元及其用途。
技术介绍
[0002]噪声污染是仅次于大气污染与水污染的第三大公害。在生产领域中，机械设备的动力系统、机体振动及空气动力等方面会产生低频噪声。强烈的低频噪声会导致仪器设备失效甚至损坏，同时严重危害操作人员的身心健康。一个有效的控制噪声的方法就是通过在噪声传播的过程对噪声进行阻隔或吸收来降低噪声对环境的影响。传统低频消声/隔声材料的性能严格遵循质量密度定律，在低频范围就会产生大厚度与高密度的问题，从而限制了传统消声/隔声材料的应用范围。近年来，声学超材料尤其是声学超表面的出现为突破传统消声/隔声材料的限制提供了新的途径。声学超表面具有超薄、可开放和易于调控的特点，其优异的声波操控能力为设计超薄、开放的低频消声/隔声结构提供了理论方案和技术路径。
[0003]目前，在声学超材料方面，国内外研究人员主要通过设计薄膜谐振结构、圆柱吸声体及蜷曲空间结构实现隔声或消声效应。
[0004]薄膜谐振结构是在四周固定的弹性薄膜上附加一个不同质量的物块，通过改变薄膜张力调节其谐振频率，实现不同频带的隔声效应。
[0005]圆柱吸声体是通过设计模型外壳的折射率分布，将入射声能量沿着特定的传播路径引导进入吸声内核，实现消声效应。除此之外，研究人员通过设计具有特定复质量密度与体模量的二维圆柱结构，使得入射与散射声波的振幅相近，相位相反，从而实现了一种基于相干机制的圆柱吸声体。
[0006]蜷曲空间结构是通过设计一种具有高度对称性的蜷曲空间单元，基于单元的单极Mie共振模式，成功实现了低频声波的强反射效应。通过将蜷曲空间结构与穿孔板结合，可以实现超薄低频吸声。将其拓展应用到多层结构，能够实现宽带吸声效应。
[0007]传统技术存在的不足有以下几点：
[0008](1)、传统消声/隔声材料的性能严格遵循质量密度定律，须通过增加材料的厚度或面密度来提高隔声量，其厚度一般要达到工作波长的1/4至1/2，因而在低频范围面临大厚度与高密度的问题；
[0009](2)、传统消声/隔声材料工作频带通常是固定的，不易调节。
[0010]存在上述不足的原因首先是因为传统消声/隔声材料多为孔隙材料，主要基于空气在孔隙间的流动阻力实现对声能量的损耗，而低频范围，声音能量密度较低，声能量损耗效率不高，吸声效果较差；其次是由于传统消声/隔声材料结构不易调节，从而导致工作频率单一，缺乏对于不同应用场景的灵活性。
技术实现思路
[0011]针对现有技术中存在消声/隔声材料在低频范围的大厚度、高密度及工作频带单一、缺乏可调节性等不足，本专利技术提供了一种基于共振单元的超薄、超稀疏、低频消声器件，其设计尺寸小，具有深度亚波长特性，且结构简单，易于制作生产，同时具有良好的吸声性能且工作频带易于调节。
[0012]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0013]一种调频超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元，其特征在于，所述共振单元为一个独立的正方形共振腔结构，其内部是一个方形的空气谐振腔，所述空气谐振腔由两个端面以及结构相同的第一蜷曲通道、第二蜷曲通道首尾相接围绕而成,两蜷曲通道呈中心对称分布；第一蜷曲通道、第二蜷曲通道的首尾均分别具有与外界连通的声道入口、向谐振空气腔中心延伸的声道出口，使所述空气谐振腔通过蜷曲通道与外界连通；所述声道入口为所述第一蜷曲通道或第二蜷曲通道外壁短于内壁形成的；所述蜷曲通道的壁厚为e，共振单元的边长为a＝100e/3，蜷曲通道的宽度t为：e/2≤t≤19e/6，两声道出口之间的间距b为：e/2≤b≤85e/3。
[0014]进一步地，所述共振单元是通过3D打印技术制备而成。
[0015]进一步地，所述共振单元的材质为有机玻璃、树脂材料中的一种。
[0016]进一步地，所述共振单元的工作频率范围为100
‑
250Hz。
[0017]进一步地，所述共振单元的边长a＝100mm，蜷曲通道的壁厚e＝3mm，蜷曲通道的宽度t＝4mm，两声道出口之间的间距b＝8mm。
[0018]所述超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元的用途，其特征在于，将所述共振单元置于墙壁前方，且所述共振单元与墙壁的之间的间距d不超过15mm，用于吸收低频声波。
[0019]进一步地，多个所述的共振单元呈一排、等间距设置在墙壁前，所述共振单元的两条蜷曲通道的出口一个正对墙壁，另一个背对墙壁；所述共振单元与墙壁的之间留有间隙；相邻共振单元间距2a≤H≤7a。
[0020]所述超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元的用途，其特征在于，由六个两条蜷曲通道出口在中心腔内间距b和蜷曲通道的宽度t不同的共振单元构成组合单元，再将所述复合单元在墙壁前等间距的周期排列。
[0021]进一步地，所述组合单元中的六个共振单元的两声道出口之间的间距b和蜷曲通道的宽度t分别为：
[0022]第一共振单元：b＝66mm,t＝3mm；
[0023]第二共振单元：b＝8mm,t＝4mm；
[0024]第三共振单元：b＝29mm,t＝4.5mm；
[0025]第四共振单元：b＝8mm,t＝5.5mm；
[0026]第五共振单元：b＝17mm,t＝6mm；,
[0027]第六共振单元：b＝70mm,t＝2.5mm；
[0028]所述共振单元与墙壁之间的间距d＝5mm，相邻复合单元之间的中心间距S＝696mm。
[0029]进一步地，用于方形空间的消声，所述方形空间的四面墙壁在相互交界处，相交的两面墙壁中其中一个墙壁前阵列排布的复合单元与另一墙壁前阵列排布的复合单元之间
首尾衔接。
[0030]本专利技术与现有技术相比，产生的有益效果是：
[0031]首先，本专利技术所提出的调频超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元能够基于本征共振模式实现优良的消声效应。在频率为141Hz，声能量吸收率达到0.99，在134.6Hz
‑
147.4Hz频率范围声能量吸收率超过0.5，其相对带宽为9.1％。进一步的，通过改变单元蜷曲通道的宽度及蜷曲通道间隔距离可以调节工作频带，且该共振模式始终存在并表现出高质量的声吸收性能。利用本专利技术所述共振单元构建的调频超薄、超稀疏、低频消声器件的尺寸为深度亚波长，单元厚度为0.043λ、结构空间占比为25％，结构简单易加工制备，易集成。
附图说明
[0032]图1为本专利技术所述调频超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元的截面结构示意图。
[0033]图2为通过3D打印制备的所述调频超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元去除一个端面后的立体图。
[0034]图3为本专利技术所述调频超薄、超稀疏、低频消声器件的实验装置示意图，其中共振单元为截面视图。
[0035]图4为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元，其特征在于，所述共振单元为一个独立的正方形共振腔结构，其内部是一个方形的空气谐振腔，所述空气谐振腔由两个端面以及结构相同的第一蜷曲通道、第二蜷曲通道首尾相接围绕而成,两蜷曲通道呈中心对称分布；第一蜷曲通道、第二蜷曲通道的首尾均分别具有与外界连通的声道入口、向谐振空气腔中心延伸的声道出口，使所述空气谐振腔通过蜷曲通道与外界连通；所述声道入口为所述第一蜷曲通道或第二蜷曲通道外壁短于内壁形成的；所述蜷曲通道的壁厚为e，共振单元的边长为a＝100e/3，蜷曲通道的宽度t为：e/2≤t≤19e/6，两声道出口之间的间距b为：e/2≤b≤85e/3。2.根据权利要求1所述的超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元，其特征在于，所述共振单元是通过3D打印技术制备而成。3.根据权利要求1所述的超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元，其特征在于，所述共振单元的材质为有机玻璃、树脂材料中的一种。4.根据权利要求1所述的超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元，其特征在于，所述共振单元的工作频率范围为100
‑
250Hz。5.根据权利要求1所述的超薄、超稀疏、低频消声器件的共振单元，其特征在于，所述共振单元的边长a＝100mm，蜷曲通道的壁厚e＝3mm，蜷曲通道的宽度t＝4mm，两声道出口之间的间距b＝8mm。6.权利要求1
‑
5中任一项所述超薄、超稀疏、低频...
【专利技术属性】
技术研发人员：管义钧，孙宏祥，袁寿其，葛勇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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