一种超宽带的亚波长声吸收体制造技术

本发明专利技术公开了一种超宽带的亚波长声吸收体。该声吸收体由多个吸收胞元并联构成，吸收胞元包括单阶亥姆霍兹共振器和多阶亥姆霍兹共振器；单阶亥姆霍兹共振器由一个颈部和一个腔体组成，颈部与腔体连通；多阶亥姆霍兹共振器由多个颈

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带的亚波长声吸收体


[0001]本专利技术属于声学降噪
，涉及一种低频声波的超宽带声吸收体，特别是基于过阻尼的单阶亥姆霍兹共振器(TraditionalHelmholtz resonator,THR)与多阶亥姆霍兹共振器(Multi
‑
order Helmholtz resonator,MHR)耦合的超宽带吸收体。

技术介绍

[0002]传统的吸声材料(例如声学多孔材料)受限于线性响应理论，使得需要具有与波长同数量级厚度的材料才能有效地耗散声能。为此，基于局域共振机制的超材料声吸收体可以在亚波长尺寸下局域并耗散声能量，在低频噪声抑制方面具有紧凑、轻薄等优越性能。研究人员基于薄膜超材料、FP共振器、亥姆霍兹共振器及其变体等构建了低频声完美吸收体。然而上述共振器只支持单个具有强烈散射特性的共振模式，从而使得构成的超材料吸收体的频带较窄，极大地限制了它们的实际应用。
[0003]为了克服该缺陷，研究者们在单端口系统中基于多个并联的共振器原子构建了宽带吸收体[Physical Review Applied,6,064025(2016)]。然而，构成该吸收体共振超原子之间缺乏有效的耦合，而仅为多个共振峰的简单叠加，使得吸收体的厚度仍较大，且吸收带宽通常限制在一个倍频程内；此外，目前的单共振原子通常只有一个共振模式，而缺乏有效的高阶耦合，这些因素极大地限制了吸收体在实际中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对单共振模式之间弱耦合机制构建的吸收体具有受限带宽、厚度较大等不足，提出了一种基于过阻尼多共振模式强耦合形成的深度亚波长超宽带吸收体。
[0005]本专利技术解决问题采用的技术方案是：
[0006]一种超宽带的亚波长声吸收体，由多个吸收胞元并联构成，所述吸收胞元包括单阶亥姆霍兹共振器和多阶亥姆霍兹共振器；所述单阶亥姆霍兹共振器由一个颈部和一个腔体组成，颈部与腔体连通；所述多阶亥姆霍兹共振器由多个颈
‑
腔子结构级联而成，前一个子结构的腔体与后一个子结构的颈部连通；所述单阶亥姆霍兹共振器与所述多阶亥姆霍兹共振器的颈部均沿同一个方向设置。
[0007]进一步地，多个吸收胞元通过腔体的外侧壁并联连接。
[0008]进一步地，所述单阶亥姆霍兹共振器的颈部和腔体为正方体或长方体，其颈部的宽度范围为1
‑
3mm，长度为1
‑
3mm；腔体的宽度范围为4
‑
50mm,长度为10
‑
120mm。
[0009]进一步地，所述多阶亥姆霍兹共振器的颈部和腔体为正方体或长方体，其颈部的宽度范围为1
‑
3mm，长度为1
‑
3mm；腔体的宽度范围为4
‑
50mm,长度为10
‑
70mm。
[0010]进一步地，构成吸收体的每一个单阶亥姆霍兹共振器和每一个多阶亥姆霍兹共振器均为过阻尼态，即其损耗因子大于其辐射因子。
[0011]进一步地，单个所述多阶亥姆霍兹共振器中，每个子结构的颈部和腔体的尺寸均相同。
[0012]进一步地，单个所述多阶亥姆霍兹共振器中，每个子结构的腔体的尺寸相同，末端子结构的颈部尺寸与其余子结构的颈部尺寸不同。
[0013]进一步地，所述吸收胞元是由3D打印或注塑加工而成的一体式结构，或者使用机械加工方法得到。
[0014]本专利技术的吸收体通过耦合多个具有不同共振频率的过阻尼损耗共振原子，可实现高效的超宽带亚波长声吸收。本专利技术具备深度亚波长、宽带高效吸收的特性，为低频噪声控制提供了一种可行办法。
附图说明
[0015]图1为一个MHR共振器的(a)二维截面视图和(b)三维视图。其中，1为MHR共振器的颈部，2为MHR共振器的腔体，3为MHR共振器末端的颈部，4为MHR共振器的结构壁(为了清晰展示其内部结构，三维视图中结构壁画为透明)。
[0016]图2为本专利技术实施例的亚波长超宽带吸收体
‑Ⅰ
的(a)三维视图和(b)二维胞元排布示意图，图中阿拉伯数字从1
‑
25表示一阶共振频率从低到高的共振器。
[0017]图3为图2超宽带吸收体
‑Ⅰ
的吸收系数。其中实线和圆圈分别为总体结构的理论结果和实验结果；虚线为各个共振胞元的吸收系数。
[0018]图4为本专利技术实施例的亚波长超宽带吸收体
‑Ⅱ
的(a)三维视图和(b)二维胞元排布示意图，图中阿拉伯数字从1
‑
25表示一阶共振频率从低到高的共振器。
[0019]图5为图4超宽带吸收体
‑Ⅱ
的吸收系数。其中实线为总体结构的理论结果；虚线为各个共振胞元的吸收系数。
具体实施方式
[0020]本专利技术通过耦合过阻尼的(损耗因子大于其辐射因子)声学共振模式，可获得亚波长尺寸的超宽带吸收体(如图1所示)。本实施例中，吸收体由14个MHR共振器和11个THR共振器构成，这些共振器具有不同的共振频率。各个共振器(即吸收胞元)之间通过外侧壁并行固定连接。本专利技术的深度亚波长(吸收体厚度小于吸收带宽下限频率波长的1/10)的声吸收体能高效地吸收超过3个倍频程的声能量对宽频噪声具有良好抑制作用。本专利技术的亚波长宽带吸收体可使用环氧树脂、光敏树脂、尼龙等材料通过3D打印技术、注塑等方法加工得到，或者使用木质材料、金属等材料通过常规机械加工方法得到。下面通过具体实例对本专利技术进行详细说明。
[0021]实施例1
[0022]如图2的(a)所示为该实施例的三维示意图，该吸收体由14个MHR共振器和11个THR构成。吸收体排列方式如图2的(b)所示，图中阿拉伯数字从1
‑
25表示一阶共振频率从低到高的共振器，需说明的是该排列方式并非唯一的方式。其中，每个MHR共振器单体由N个颈部
‑
腔结构串联而成(如图1所示)，MHR共振器的颈部1的宽度和长度分别记为w
n
和l
n
；MHR共振器的腔体2的宽度和长度分别记为w
c,1
，w
c,2
和l
c
；MHR共振器末端的颈部3的宽度和长度分别记为w
n,N
和l
n,N
，调节末端颈部的参数w
n,N
和l
n,N
可以在不影响吸收能力的前提下，对共振频率进行微调；MHR共振器的结构壁4厚度为t。如果MHR共振器的阶数为N，可以对应产生N个吸收峰，当MHR的阶数N＝1时，即为THR的结构。构成该吸收体共振器的共振频率可通过颈部
和腔体参数w
n
，l
n
，w
c,1
，w
c,2
及l
c
进行调节；阻尼大小主要由颈部参数w
n
和l
n
共同决定。构成该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带的亚波长声吸收体，由多个吸收胞元并联构成，其特征在于，所述吸收胞元包括单阶亥姆霍兹共振器和多阶亥姆霍兹共振器；所述单阶亥姆霍兹共振器由一个颈部和一个腔体组成，颈部与腔体连通；所述多阶亥姆霍兹共振器由多个颈
‑
腔子结构级联而成，前一个子结构的腔体与后一个子结构的颈部连通；所述单阶亥姆霍兹共振器与所述多阶亥姆霍兹共振器的颈部均沿同一个方向设置。2.根据权利要求1所述的一种超宽带的亚波长声吸收体，其特征在于，多个吸收胞元通过腔体的外侧壁并联连接。3.根据权利要求1所述的一种超宽带的亚波长声吸收体，其特征在于，所述单阶亥姆霍兹共振器的颈部和腔体为正方体或长方体，其颈部的宽度范围为1
‑
3mm，长度为1
‑
3mm；腔体的宽度范围为4
‑
50mm,长度为10
‑
120mm。4.根据权利要求1所述的一种超宽带的亚波长声吸收体，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙厚友，邵晨，朱远舟，程营，刘晓峻，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：