[发明专利]一种阻抗复合型薄膜消声器

说明书

本公开揭示了一种阻抗复合型薄膜消声器，包括：多个阵列排列的薄膜消声单元，每个薄膜消声单元包括薄膜、支撑框架和背腔，其中，所述支撑框架包括第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板通过支撑部件固定；所述第一支撑板和第二支撑板的内表面分别覆盖有薄膜；所述第一支撑板和第二支撑板的外表面分别固定有背腔；所述背腔内填充有多孔材料。本公开可以实现在基本不改变管道结构和不占据额外空间的基础上达到低频宽带的声衰减效果，优先适用于地铁或者动车组或者重型卡车的空调管道的消声要求；本公开通过多结构改进，可以出现不同频段的声衰减，从而实现低频宽带消声目标，一定程度上达到宽带吸声效果。

技术领域

本公开属于机械噪声与环境噪声控制领域，具体涉及一种阻抗复合型薄膜消声器。

背景技术

在日常生产生活中，无时无刻都充斥着各种噪声，严重影响人们的各种活动，比如影响睡眠和休息，妨碍交谈，干扰工作，使听力受到损害，甚至引起神经系统、心血管系统、内分泌系统、消化系统等方面的疾病；所以有人称噪声为“致人死命的慢性毒药”。尤其是低频噪声，由于其频率低、波长较长，在空气中衰减慢且穿透能力强，对其的控制更是一项艰巨的挑战，因而传统材料因其微弱的内在损耗而难以达到有效的声衰减效果。直到21世纪初声学超材料的出现，为噪声控制带来了新的途径与希望。声学超材料作为一种人工复合材料，因其具有一些异常等效参数，从而可以实现对声波的控制，如声聚焦、单向传输以及低频隔声与吸声等。近年来，基于局域共振原理的声学超材料，尤其是薄膜型声学超材料成为声学研究的热点。薄膜型声学超材料最早于2008年被提出，它由薄膜、附加质量块和支撑框架三部分组成，圆形弹性薄膜上固定质量块，并将薄膜固定在骨架上，在低频范围内实现有效隔声和吸声，并且厚度低于毫米级，实现了轻质低频。由于现有的一些消声器受到局域共振原理的限制，存在隔声峰单一，且频带较窄的缺点。尤其是对于管道来说，一般内部有气体或者液体流动，不能采用隔声屏障的方法阻碍其流动，同时，一般来说，管道周围有许多障碍物，对消声器的尺寸有一定的限制。对于具体的应用对象——列车送风管道来说，由于其位于列车顶部，空间非常狭窄，而且其噪声在较宽频带内能量较大，现有的一些消声器受到其体积的限制，存在体积较大、隔声峰单一和频带较窄等缺点。因此，设计一种用于管道噪声控制的紧凑型宽带噪声控制的消声器就成了比较紧要的工作。

考虑到具体的工程应用背景，比如列车或者重型卡车的空调通风管道，轮轨噪声和空调压缩机产生的结构噪声通过送风管道其传递到舱室内，影响乘客乘车舒适性。由于通风管道的实际情况，适用于该种通风管道的消声器需满足三个要求：①在中低频(600-900Hz)较宽频带内对噪声进行衰减并满足TL≥5-6dB；②消声器不能阻碍气流的流动，避免引起较大的压力损失；③所设计的消声器应避免占用较大空间，尽量不改变原有管道结构。因而对于薄膜型声学超材料的应用研究，应以此为指导方向。目前已有的超材料型管道消声器的研究中还存在以下几点问题：

1)目前对声学超材料消声器的理论与实验研究主要集中在单元元胞研究上，即基于单个薄膜的结构和性能进行研究。然而对于实际工程应用，由于管道具有一定尺寸，需要薄膜型声学超材料复合板具有一定大的尺寸，此时复合板中包含多个单元结构，因此其有限元仿真模型需要进行一定的修正，以使得仿真结果更加贴近工程应用环境下的实际隔声特性。

2)大多数管道消声器属于旁插管结构，共振频率与颈部长度、颈部面积以及腔体体积有关，为了满足低频共振的要求，一般将赫姆霍兹共振腔的腔体体积设计的比较大、颈部较长，导致在一些狭窄的地方无法使用，在实际工程应用上有比较大的限制。此外，其只能在共振频率点处有较强的声衰减能力，但是其消声频带相对较窄；

3)一些薄膜型声学超材料单元结构过于复杂需要精确加工以保证共振频率的准确性，因而样件制作过程复杂且耗时，不利于实际工程应用。

4)由于薄膜型声学超材料其低频吸声是基于局域共振原理，只在共振频率点处有较强的声衰减能力，但是其消声频带相对较窄，而实际工程应用中，绝大多数工况下所需要吸收宽频噪声，因而需要采取措施拓宽其吸声带宽。

发明内容