本發(fā)明屬于振動噪聲控制，涉及一種寬頻帶降噪結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通過亥姆霍茲共振效應(yīng)和聲學黑洞效應(yīng)疊加，改進傳統(tǒng)穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1、伴隨著現(xiàn)代工業(yè)、軌道交通的發(fā)展，對噪聲控制的需求不斷增加。噪聲控制技術(shù)主要有兩種：主動控制和被動控制。主動控制通過采集噪聲信號，產(chǎn)生反向波形來抵消噪聲，從而達到降噪效果。主動控制需要采用自適應(yīng)濾波器、噪聲信號采集處理等技術(shù)，十分復雜。而被動控制通過物理手段降低噪聲，比如各類吸音材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)，使用相對簡單。由于多孔吸聲材料低頻吸聲性能比較差，對于波長較長的聲波，吸聲材料厚度要求非常大，因此往往采用共振吸聲原理來解決低頻聲波的吸收。
2、穿孔板作為是一種共振吸聲結(jié)構(gòu)，具有一定的吸聲能力。在各種薄板上穿孔并在板后設(shè)置空氣層，必要時在空腔中加襯多孔吸聲材料，可以組成穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。由于空氣具有黏滯性，當聲波經(jīng)過孔時，空氣產(chǎn)生阻力，消耗部分聲波能量，其余的聲波通過孔進入多孔吸聲材料，撞擊到其不規(guī)則表面，產(chǎn)生散射作用，孔洞和孔壁也會引起聲波多次反射和折射，在材料內(nèi)部進行多次傳播和耗散，聲波與孔洞壁面及材料內(nèi)的骨架發(fā)生摩擦，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能，消耗聲波能量。同時，由于每個開口背后均有對應(yīng)空腔，這一穿孔板結(jié)構(gòu)即為許多并聯(lián)的亥姆霍茲共振器的組合，因此可看作是由質(zhì)量和彈簧組成的一個共振系統(tǒng)。當入射聲波的頻率和系統(tǒng)的共振頻率一致時，穿孔內(nèi)的空氣產(chǎn)生激烈振動摩擦，通過粘滯效應(yīng)消耗能量，加強吸收效應(yīng)，形成吸收峰，使聲能顯著衰減；遠離共振頻率時，則吸收作用小。穿孔板后放置多孔吸聲材料可以增加聲阻，使結(jié)構(gòu)吸收頻率帶加寬。
3、傳統(tǒng)穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)也具有一定的問題，比如其吸聲性能受限于結(jié)構(gòu)尺寸，主要吸收其共振頻率附近的聲波，導致吸聲頻帶較窄；實際應(yīng)用時往往需要增加吸聲材料才能滿足吸聲效果，但又受到空間限制。傳統(tǒng)穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)吸聲系數(shù)較低，當穿孔板穿孔率減小(聲質(zhì)量增加)，孔徑由厘米級減小到絲米級(聲阻抗變大)時，可以得到微穿孔板。理論上，微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)具有良好的寬頻帶吸聲性能，不需要填充多孔吸聲材料。然而，由于實際應(yīng)用中的空間限制(四分之一波長限制)，空氣背腔需要具有較大的深度才能夠在低頻實現(xiàn)有效吸聲，這在很大程度上限制了微穿孔板的使用。
4、故現(xiàn)有的穿孔板和微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)有待改進，以提高低頻吸收性能，加寬吸聲頻帶。
5、發(fā)明目的
6、針對傳統(tǒng)穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，通過在聲學黑洞中心引入亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu)，大大強化對聲波的吸收能力，實現(xiàn)穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)對不同頻率聲波的吸收，拓寬吸聲頻帶，改善吸聲性能。
7、為實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
8、一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，包括平行分布的穿孔板1和底部剛性壁5，穿孔板和底部剛性壁之間的空腔通過周向延伸的外側(cè)剛性壁4封閉，形成亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu)的共振腔8；該底部剛性壁5朝向穿孔板的壁面上設(shè)有網(wǎng)格狀分布的若干隔板7，共振腔8被分割成若干子共振腔，穿孔板1朝向底部剛性壁的壁面上設(shè)有若干聲學黑洞結(jié)構(gòu)且每個子共振腔內(nèi)設(shè)置一個聲學黑洞結(jié)構(gòu)；該聲學黑洞結(jié)構(gòu)的聲學黑洞型線ⅰ101厚度從外向內(nèi)以冪函數(shù)遞減，位于聲學黑洞結(jié)構(gòu)中心位置的穿孔板1上設(shè)有圓孔、該圓孔作為亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu)的頸部102；該隔板7與穿孔板1之間存在距離為0.1mm-10mm的縫隙頸部9，且隔板7靠近穿孔板的一側(cè)上設(shè)有聲學黑洞型線ⅱ，聲學黑洞型線ⅱ的厚度從外向內(nèi)以冪函數(shù)遞減。
9、一實施例中，位于聲學黑洞結(jié)構(gòu)中心位置的穿孔板1上設(shè)有直徑為0.1mm-10mm的圓孔。
10、一實施例中，所述聲學黑洞結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)有阻尼材料層ⅰ2，該阻尼材料層ⅰ上貫穿設(shè)置與頸部102共軸且尺寸相等的通孔。
11、一實施例中，所述阻尼材料層ⅰ與底部剛性壁之間設(shè)有吸聲材料層3。
12、一實施例中，所述聲學黑洞型線ⅱ701的外側(cè)設(shè)有阻尼材料層ⅱ6。
13、一實施例中，阻尼材料層ⅰ2和阻尼材料層ⅱ6的材質(zhì)為橡膠、聚氨酯或高分子樹脂。
14、一實施例中，位于聲學黑洞結(jié)構(gòu)中心位置的穿孔板1上設(shè)有毫米級以下的圓孔。
15、一實施例中，冪函數(shù)的冪指數(shù)不小于2。
16、借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的技術(shù)效果是：
17、本發(fā)明提出的穿孔板結(jié)構(gòu)包括亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu)和聲學黑洞結(jié)構(gòu)。當聲波從頸部時進入共振腔時，使得頸口空氣來回運動，共振腔內(nèi)空氣壓縮膨脹，形成類似質(zhì)量彈簧的振動系統(tǒng)。當入射聲波頻率與共振器結(jié)構(gòu)固有頻率一致時，發(fā)生的共振幅度最大，消耗能量最多。同時，聲波激起穿孔板產(chǎn)生振動波，沿著聲學黑洞結(jié)構(gòu)傳遞到頸部附近，振動波相速度隨著穿孔板厚度的減小而逐漸變小，反射系數(shù)接近于零，振動波能量不斷向內(nèi)聚集，引起頸部振動，大大強化頸口附近空氣振動，通過與腔體壁面粘滯摩擦轉(zhuǎn)換熱能而損耗，這樣可以增加特定頻率聲波的吸收效率。無法耗散的聲波和被捕獲的振動波能量傳遞到與之相連的阻尼吸聲材料，通過阻尼吸聲材料進行耗散，形成“吸能-耗能陷阱”，達到減振降噪效果。
18、進入亥姆霍茲共振腔中的聲波，經(jīng)過隔板與穿孔板形成的串聯(lián)的縫隙型亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu)，再次被耗散。隔板設(shè)置有聲學黑洞結(jié)構(gòu)和阻尼材料層、吸聲材料層，可以有效吸收受聲波激發(fā)而產(chǎn)生的振動波，疊加亥姆霍茲共振效應(yīng)和聲學黑洞效應(yīng)，拓寬吸聲頻帶，改善吸聲性能。
19、這樣穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的能量吸收效率可以大幅提升，吸收頻帶也會大大拓寬，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
20、上述可選方式所具有的進一步效果，將在下文中結(jié)合具體實施方式加以說明。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1.一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于包括平行分布的穿孔板和底部剛性壁，穿孔板和底部剛性壁之間的空腔通過周向延伸的外側(cè)剛性壁封閉，形成亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu)的共振腔；該底部剛性壁朝向穿孔板的壁面上設(shè)有網(wǎng)格狀分布的若干隔板，共振腔被分割成若干子共振腔，穿孔板朝向底部剛性壁的壁面上設(shè)有若干聲學黑洞結(jié)構(gòu)且每個子共振腔內(nèi)設(shè)置一個聲學黑洞結(jié)構(gòu)；該聲學黑洞結(jié)構(gòu)的聲學黑洞型線ⅰ厚度從外向內(nèi)以冪函數(shù)遞減，位于聲學黑洞結(jié)構(gòu)中心位置的穿孔板上設(shè)有圓孔、該圓孔作為亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu)的頸部；該隔板與穿孔板之間存在距離為0.1mm-10mm的縫隙頸部，且隔板靠近穿孔板的一側(cè)上設(shè)有聲學黑洞型線ⅱ，聲學黑洞型線ⅱ的厚度從外向內(nèi)以冪函數(shù)遞減。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于位于聲學黑洞結(jié)構(gòu)中心位置的穿孔板上設(shè)有直徑為0.1mm-10mm的圓孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述聲學黑洞結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)有阻尼材料層ⅰ，該阻尼材料層ⅰ上貫穿設(shè)置與頸部共軸且尺寸相等的通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述阻尼材料層ⅰ與底部剛性壁之間設(shè)有吸聲材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述聲學黑洞型線ⅱ的外側(cè)設(shè)有阻尼材料層ⅱ。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于阻尼材料層ⅰ和阻尼材料層ⅱ的材質(zhì)為橡膠、聚氨酯或高分子樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于位于聲學黑洞結(jié)構(gòu)中心位置的穿孔板上設(shè)有毫米級以下的圓孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的一種基于亥姆霍茲和聲學黑洞的穿孔板結(jié)構(gòu)，其特征在于冪函數(shù)的冪指數(shù)不小于2。