[发明专利]管道系统的声学超材料噪声控制方法和设备

说明书

所公开技术的实施例的声学超材料噪声控制系统将吸收性材料与声学超材料原理相结合，从而显著减少HVAC管道内或从HVAC管道发出的声辐射。击中位于末端(空气管道到房间/建筑物内的环境空间的终端开口)或在管道上的预定位置的噪声控制系统的声波使声波反射回噪声控制系统的开始并且还被吸收芯内的声波吸收。这是通过使用与吸收层和气隙以周期性方式放置的微穿孔板(MPP)来实现的，以实现各向异性条件来反射并吸收声波从而实现最佳声音降低。

技术领域

本公开总体涉及来自管道的降噪，并且更具体地涉及与这种降噪相关的声学超材料使用。

背景技术

HVAC(heat,ventilating,and air conditioning，暖通空调)系统通常使用一系列管道，热空气或冷空气通过该管道以加热或冷却建筑物。传统上，HVAC管道系统由金属板制成，首先安装金属板，然后用绝热材料包裹金属板作为二次操作。镀锌低碳钢是制造管道系统的标准和最常用的材料。钢板通常以连续金属板卷提供，标准宽度为1.20至1.50米。板卷被手动展开并切割成所需长度。然后将长度一起弯曲成矩形形状并锁定在一起。目前可用的柔性管道(称为弯管，flex)具有多种配置，但是对于HVAC应用，它们通常是金属线圈上的柔性塑料，以制造圆形、柔性管道。然而，这种柔性管道具有差的噪音和隔热特性。重量轻、出色的噪音衰减和安装速度快是HVAC管道的主要特征。

在轻质复合材料HVAC管道中，保持轻质和柔韧性(同时增加声阻)是一项艰巨的任务。声音很容易通过薄的复合管壁传播。因此，这种系统往往会产生噪音并破坏建筑物的生活质量，同时分散居住者的注意力。HVAC系统可以使用泵、压缩机、冷却器、空气处理器和发电机中的任何一个或多个，它们具有移动部件或其他机械部件，从而导致噪声从机械系统本身以及通过管道发出。由于气流湍流，管道本身会产生额外的噪音。

用于HVAC管道系统的最常见的声学衰减方法是消音器/消声器。当通过使用放置在消音器单壁或双壁外壳中的一系列穿孔的金属板挡板(矩形消音器)或子弹(圆形消音器)将消音器直接插入导管路径中时，消音器使声音衰减。吸收式消音器是最常见的消音器类型。它使用隔音板内的吸收性纤维材料或带有穿孔金属板饰面的声弹腔体，其使声音能量通过并被纤维填充物吸收。相反，反应消声器使用相消干涉和/或反射现象来降低噪声。反应消声器通常由一系列扩展和共振腔组成，这些腔被设计成在某些频率下降低声音。

在上述任何类型的消声器中，使用穿孔管，并且当在消声器内部存在大的流速时，穿孔管非常有益。当排气流从消声器内的管中排出时，通常形成流动射流。为了减轻这种影响，使用穿孔管来稳定流动并迫使流动扩展到整个腔室中。穿孔管也可以被认为是耗散元件。

穿孔板还用于衰减各种噪声控制应用中的声音，比如管道、排气系统和飞机发动机。这种声学材料的一个优点是它们的频率共振可以根据希望实现的目标进行调整。当穿孔减小到毫米或亚毫米(微穿孔)尺寸时，这些材料可以提供非常有趣的吸声而无需任何额外的经典吸收材料。

所需要的是一种改进HVAC管道系统中使用的现有技术消声器的方法，以便更好地实现噪声流量减少，同时尽可能地减少对通过管道的空气流的破坏。

发明内容

所公开的技术通过提供与HVAC系统的空气管道对齐以减少噪声的超材料块来减轻上述问题。将一堆至少三个声学硬质材料的穿孔板放置在环境介质之间，从而形成来自或前往空气管道的各向异性空气流并穿过至少三个穿孔板中的每一个。环境介质可以是空气。在所公开技术的实施例中，每个穿孔板的厚度小于或等于2mm。在所公开的技术的实施例中，每个所述穿孔板的每个穿孔的直径在0.1和0.4mm之间。在所公开的技术的实施例中，至少三个穿孔板的每个穿孔板与至少一个其他穿孔板间隔开0.5至55mm之间。至少三个穿孔板的间隔距离和每个穿孔的直径可以基于由具体实施方式中所列出公式定义的雅可比变换来确定。