[发明专利]声学超材料元胞及包含它的超材料通风降噪装置

权利要求书

1.声学超材料元胞，其特征在于，包括:

第一声学元胞，其为环形腔体结构，包括第一声学腔体和声学开口，第一声学腔体为第一声学元胞其内部的环形空腔；

第二声学元胞，其为与第一声学元胞同轴设置且紧密相连的另一环形腔体结构，包括第二声学腔体、高孔隙吸能介质和穿孔板，第二声学腔体为第二声学元胞其内部的环形空腔，第二声学腔体内填充有高孔隙吸能介质；

主通风道，其为第一声学元胞和第二声学元胞的中心通道，与第一声学元胞和第二声学元胞同轴设置，所述主通风道通过声学开口与第一声学腔体连通，所述主通风道通过穿孔板上的微穿孔与第二声学腔体连通。

2.根据权利要求1所述的声学超材料元胞，其特征在于，声波从主通风道与第一声学腔体之间的声学开口进入，并与第一声学腔体形成共振腔；声波从主通风道与第二声学腔体之间的穿孔板进入，并与第二声学腔体内的高孔隙吸能介质形成吸声腔。

3.根据权利要求2所述的声学超材料元胞，其特征在于，所述第一声学元胞、第二声学元胞的谐振频率根据控制目标确定，通过协同设计第一声学腔体和第二声学腔体的大小，声学开口角度大小，穿孔板的穿孔率及大小，高孔隙吸能介质的参数，能够增强第一声学元胞、第二声学元胞谐振峰之间的协调耦合，拓宽声学超材料元胞的低频宽带消声性能。

4.根据权利要求1、2或3所述的声学超材料元胞，其特征在于，所述第一声学腔体内设置有N个第一隔板，N个第一隔板将第一声学腔体分隔成N+1个第一声学小腔，各第一声学小腔与主通风道之间均开设有声学开口，N+1个第一声学小腔分别通过对应的声学开口与主通风道连通，N为零或正整数。

5.根据权利要求4所述的声学超材料元胞，其特征在于，所述第二声学腔体内设置M个第二隔板，M个第二隔板将第二声学腔体分隔成M+1个第二声学小腔，各第二声学小腔与主通风道之间的侧壁均为穿孔板，穿孔板上开设有微穿孔，M+1个第二声学小腔分别通过对应的微穿孔与主通风道连通，M为零或正整数。

6.根据权利要求4所述的声学超材料元胞，其特征在于，每个第一声学小腔中均设置若干个第三隔板，若干第三隔板通过交替间隔设置将各第一声学小腔分隔成卷曲迷宫腔。

7.根据权利要求5所述的声学超材料元胞，其特征在于，每个第二声学小腔中设置若干个第四隔板，若干第四隔板通过交替间隔设置将各第二声学小腔分隔成卷曲迷宫腔。

8.根据权利要求1、2、3、5、6或7所述的声学超材料元胞，其特征在于，50％以上的第二声学腔体空间内填充有高孔隙吸能介质。

9.根据权利要求8所述的声学超材料元胞，其特征在于，所述第一声学元胞和第二声学元胞在沿主通风道轴向方向的长度相同或不同，主通风道的截面形状为正多边形或圆形。

10.超材料通风降噪消声器，其特征在于，包括入口管、出口管和n个同轴且紧密串接在一起的如权利要求1所述的声学超材料元胞，第i个声学超材料元胞的第二声学腔体与第i+1个声学超材料元胞的第一声学腔体紧密连接，i＝1,2...，n，n为大于等于2的正整数，n个声学超材料元胞的主通风道彼此联通；

第1个声学超材料元胞的第一声学腔体的主通风道与入口管连接且贯通，第n个声学超材料元胞的第二声学腔体的主通风道与出口管连接且贯通。

11.根据权利要求10所述的超材料通风降噪消声器，其特征在于，n个声学超材料元胞沿主通风道轴向方向的长度相同；

或者，沿主通风道轴向方向依次排布的第1个声学超材料元胞至第n个声学超材料元胞其沿主通风道轴向方向的长度呈递增、呈递减或者无规律随机变化。