[发明专利]一种超宽带的亚波长声吸收体

说明书

本发明公开了一种超宽带的亚波长声吸收体。该声吸收体由多个吸收胞元并联构成，吸收胞元包括单阶亥姆霍兹共振器和多阶亥姆霍兹共振器；单阶亥姆霍兹共振器由一个颈部和一个腔体组成，颈部与腔体连通；多阶亥姆霍兹共振器由多个颈‑腔子结构级联而成，前一个子结构的腔体与后一个子结构的颈部连通；单阶亥姆霍兹共振器与所述多阶亥姆霍兹共振器的颈部均沿同一个方向设置。本发明的深度亚波长(吸收体厚度小于吸收带宽下限频率波长的1/10)的声吸收体，能高效地吸收超过3个倍频程的声能量，对宽频噪声具有良好抑制作用。

技术领域

本发明属于声学降噪技术领域，涉及一种低频声波的超宽带声吸收体，特别是基于过阻尼的单阶亥姆霍兹共振器(TraditionalHelmholtz resonator,THR)与多阶亥姆霍兹共振器(Multi-order Helmholtz resonator,MHR)耦合的超宽带吸收体。

背景技术

传统的吸声材料(例如声学多孔材料)受限于线性响应理论，使得需要具有与波长同数量级厚度的材料才能有效地耗散声能。为此，基于局域共振机制的超材料声吸收体可以在亚波长尺寸下局域并耗散声能量，在低频噪声抑制方面具有紧凑、轻薄等优越性能。研究人员基于薄膜超材料、FP共振器、亥姆霍兹共振器及其变体等构建了低频声完美吸收体。然而上述共振器只支持单个具有强烈散射特性的共振模式，从而使得构成的超材料吸收体的频带较窄，极大地限制了它们的实际应用。

为了克服该缺陷，研究者们在单端口系统中基于多个并联的共振器原子构建了宽带吸收体[Physical Review Applied,6,064025(2016)]。然而，构成该吸收体共振超原子之间缺乏有效的耦合，而仅为多个共振峰的简单叠加，使得吸收体的厚度仍较大，且吸收带宽通常限制在一个倍频程内；此外，目前的单共振原子通常只有一个共振模式，而缺乏有效的高阶耦合，这些因素极大地限制了吸收体在实际中的应用。

发明内容

本发明针对单共振模式之间弱耦合机制构建的吸收体具有受限带宽、厚度较大等不足，提出了一种基于过阻尼多共振模式强耦合形成的深度亚波长超宽带吸收体。

本发明解决问题采用的技术方案是：

一种超宽带的亚波长声吸收体，由多个吸收胞元并联构成，所述吸收胞元包括单阶亥姆霍兹共振器和多阶亥姆霍兹共振器；所述单阶亥姆霍兹共振器由一个颈部和一个腔体组成，颈部与腔体连通；所述多阶亥姆霍兹共振器由多个颈-腔子结构级联而成，前一个子结构的腔体与后一个子结构的颈部连通；所述单阶亥姆霍兹共振器与所述多阶亥姆霍兹共振器的颈部均沿同一个方向设置。

进一步地，多个吸收胞元通过腔体的外侧壁并联连接。

进一步地，所述单阶亥姆霍兹共振器的颈部和腔体为正方体或长方体，其颈部的宽度范围为1-3mm，长度为1-3mm；腔体的宽度范围为4-50mm,长度为10-120mm。

进一步地，所述多阶亥姆霍兹共振器的颈部和腔体为正方体或长方体，其颈部的宽度范围为1-3mm，长度为1-3mm；腔体的宽度范围为4-50mm,长度为10-70mm。

进一步地，构成吸收体的每一个单阶亥姆霍兹共振器和每一个多阶亥姆霍兹共振器均为过阻尼态，即其损耗因子大于其辐射因子。

进一步地，单个所述多阶亥姆霍兹共振器中，每个子结构的颈部和腔体的尺寸均相同。

进一步地，单个所述多阶亥姆霍兹共振器中，每个子结构的腔体的尺寸相同，末端子结构的颈部尺寸与其余子结构的颈部尺寸不同。

进一步地，所述吸收胞元是由3D打印或注塑加工而成的一体式结构，或者使用机械加工方法得到。

本发明的吸收体通过耦合多个具有不同共振频率的过阻尼损耗共振原子，可实现高效的超宽带亚波长声吸收。本发明具备深度亚波长、宽带高效吸收的特性，为低频噪声控制提供了一种可行办法。

附图说明