一种超薄的通风型声吸收体制造技术

本发明专利技术公开了一种超薄的通风型声吸收体，由一个或多个吸收元胞构成。该吸收元胞由超材料共振器单元与多个通风管道共面安置。超材料共振器采用折叠型法布里

【技术实现步骤摘要】
一种超薄的通风型声吸收体


[0001]本专利技术属于声学降噪
，涉及一种超薄的通风型低频声吸收体。

技术介绍

[0002]随着噪声问题日益严重，低频声波的抑制受到人们的广泛关注。传统的多孔吸声材料如塑料泡沫、海绵等，主要依赖于空气与材料骨架之间摩擦损耗，使得其吸收低频声波的需要面密度非常大的材料，极大地限制了其应用领域[Annu.Rev.Mater.Res.2017.47:83
–
114]。为了解决这一难题，基于局域共振机制的声学超材料及超表面吸收体应运而生，其深度亚波长的厚度、完美吸收等优异特性使得其具有广泛的潜在应用。
[0003]然而，现有的超材料吸收体均需背衬刚性壁面，因而阻断了吸声体两侧的空气流通和热量交换。在诸多场景如空调外机、大型服务器机组等，需在抑制噪声的同时不影响其散热功能。因此，需构建具有良好通风、散热性能的低频声吸收体。为此，以往工作基于两个及以上共振原子实现了通风型非对称吸收体[Sci.Rep.2018.8:15678,Phys.Rev.Appl.11,024022(2019),J.Sound Vib.2020.115371]。在该类系统中，吸收原子和等效软边界均由声学共振器构建。虽然该类结构实现了吸声性能与通风性能之间的良好平衡，但是多共振模式耦合机制使得其工作频带难以拓展；此外，多共振器结构不可避免地导致吸收体体积过大，极大地限制了其应用。

技术实现思路

[0004]针对现有基于多共振模式耦合的通风型吸声体难以拓展频带、结构复杂等方面的不足，本专利技术提出了一种超薄的通风型声吸收体。
[0005]本专利技术解决问题采用的技术方案是：
[0006]一种超薄的通风型声吸收体，包括超材料共振器与通风管道，所述超材料共振器与通风管道以并联方式共面安置，且通风管道设置在超材料共振器的外围；所述通风管道为狭长管道，由前面板、后面板和四个侧面板构成，其中，前面板和后面板上均设有开口，且开口错位设置。
[0007]进一步地，所述超材料共振器与通风管道的侧面板固定连接。
[0008]进一步地，所述超材料共振器采用一个或者多个，当采用多个超材料共振器时，每个超材料共振器具有相同或者不同的共振频率。
[0009]进一步地，所述超材料共振器采用折叠型法布里
‑
珀罗共振器、亥姆霍兹共振器、多阶亥姆霍兹共振器或卷曲空间共振器中的一种或者几种，所述超材料共振器的后面板封闭，其前面板设有开口。
[0010]进一步地，所述折叠型法布里
‑
珀罗共振器的内部通道宽度为w
x
＝20～30mm,w
y
＝15～45mm。
[0011]进一步地，所述折叠型法布里
‑
珀罗共振器的开口截面积为1.5～6cm2。
[0012]进一步地，所述通风管道的截面积为1.5～6cm2，通风管道长度为10～20cm。
[0013]进一步地，所述超材料共振器与通风管道的面板厚度为1～3mm。
[0014]本专利技术的声吸收体通过将共振超原子与阻抗边界并联安置，可实现深度亚波长的通风型吸收体。此外，通过将不同共振频率的超材料共振器并联，进而实现深度亚波长的宽带通风型吸收体。本专利技术的结构具有深度亚波长、宽频带高效吸收、通风性能好、设计简单等特性，为低频噪声控制提供了一种可行的方案。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的超薄通风型非对称声吸收体的三维视图。实线框内为FFP共振器，1为FFP共振器开口，开口宽度分别为w
z
和w
y
；FFP的内部折叠通道宽度分别为w
x
和w
y
。虚线框内为通风管道，2为通风管道前面板、3为通风管道后面板、4为通风管道侧面板、5为通风管道前面板开口、6为通风管道后面板开口。为清晰展示内部结构，前面板2使用透明结构表示。
[0016]图2为本专利技术的宽带超薄通风型非对称吸收体的(a)三维视图，(b)平面视图。图中实线框中罗马数字代表共振频率由低到高的9个FFP单元，折叠通道的等效长度为[240、228、220、208、200、189、180、168和159]mm；虚线框中阿拉伯数字代表5个通风管道，其填充于FFP的间隙处。
[0017]图3为实施例中单频带通风型超薄非对称吸收体的散射系数，(a)为声波正向入射时的散射系数，(b)为声波背向入射时的散射系数。图中R、T、A分别表示吸收体的反射、透射和吸收系数。
[0018]图4为实施例中宽频带通风型超薄非对称吸收体的散射系数，(a)为声波正向入射时的散射系数，(b)为声波背向入射时的散射系数。图中R、T、A分别表示吸收体的反射、透射和吸收系数。
具体实施方式
[0019]本专利技术将超材料共振器与通风管道并联安置，可获得超薄的通风型非对称声吸收体(如图1所示)。本实施例的超材料共振器采用折叠型法布里
‑
珀罗共振器(Folded Fabry
‑
Perot resonator,FFP)，其后面板封闭，前面板设有开口1，也可以采用亥姆霍兹共振器、多阶亥姆霍兹共振器、卷曲空间共振器等。通风管道为狭长管道，数量可以是1、2、4、5、8等，具体数量可根据通风性能需求选择。通风管道与共振器共面并联安置，两者的侧面板连接在一起，可由一体构造或由机械方式固定连接。本实施例中，FFP共振器(实线框内)前面板开口1宽度分别记为w
z
和w
y
；FFP的内部折叠通道宽度分别记为w
x
和w
y
，其中，w
x
的数值范围为20～30mm,w
y
的数值范围为15～45mm；共振器外部宽度分别为W和L。FFP共振器用于产生声学共振并耗散声能。通风管道(虚线框内)包括前面板2、后面板3、侧面板4、前面板开口5、后面板开口6，通风管道的前后面板均设有开口，形成连通通道，可反射声波且允许前后气流流通。通风管道的前面板开口5与后面板开口6的尺寸相同，尺寸宽度分别为h
slit
和w
slit
；通风管道内部通道的宽度分别为w
x
和w
slit
。通风管道截面积为1.5～6cm2，通风管道长度为10～20cm。通风管道为声抗主导的阻抗边界，用于反射声波并允许结构两侧气流流通。
[0020]本实施例采用3D打印一体构造，所有面板壁厚均为t，t的范围为1～3mm。吸收体的总厚度为T，其中T为气流通道宽度w
x
与前后壁面厚度t之和，即T＝w
x
+2t。本专利技术的共振器和
通风管道几何参数可独立调节，且不会对另一结构声学效能产生明显影响。
[0021]本实施例工作原理为：通风管道为声抗主导的阻抗边界，可将入射声波近完美地反射。因此，从吸收体正面(靠近通风管道前面板开口5的一侧)入射的声波被通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄的通风型声吸收体，包括超材料共振器与通风管道，其特征在于，所述超材料共振器与通风管道以并联方式共面安置，且通风管道设置在超材料共振器的外围；所述通风管道为狭长管道，由前面板、后面板和四个侧面板构成，其中，前面板和后面板上均设有开口，且开口错位设置。2.根据权利要求1所述的一种超薄的通风型声吸收体，其特征在于，所述超材料共振器与通风管道的侧面板固定连接。3.根据权利要求1所述的一种超薄的通风型声吸收体，其特征在于，所述超材料共振器采用一个或者多个，当采用多个超材料共振器时，每个超材料共振器具有相同或者不同的共振频率。4.根据权利要求1所述的一种超薄的通风型声吸收体，其特征在于，所述超材料共振器采用折叠型法布里
‑
珀罗共振器、亥姆霍兹共振器、多阶亥姆霍兹共振器或卷曲空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙厚友，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：