[发明专利]一种超材料全频带吸声结构

说明书

本发明涉及降噪领域，具体提供了一种超材料全频带吸声结构，包括多个呈周期性排列的吸声单元，吸声单元包括并联设置的低频吸声体和中高频吸声体，低频声波和中高频声波分别直接入射至低频吸声体和中高频吸声体内；低频吸声体包括位于低频声波入射处的低频声波入射口和位于低频吸声腔体内且并联设置的亥姆霍兹共振器阵列；中高频吸声体整体嵌入低频吸声体的表层且低频吸声体的低频吸声腔体位于中高频吸声体中高频吸声腔体的侧部和下部，中高频吸声体包括位于中高频声波入射处的高频声波入射口和填充至中高频吸声腔体内的多孔吸声材料。本发明通过中高频吸声体和低频吸声体组合的方式，可在全频带实现高效吸声，最大程度的降噪。

技术领域

本发明涉及降噪技术领域，尤其涉及一种超材料全频带吸声结构。

背景技术

吸声结构可作为吸声体、消声器和各类吸隔声结构使用，被广泛应用于消声室、建筑、车辆、舱室等声学场景及风机、压缩机、风洞等设备进出口管道的气动噪声控制场景中。目前随着社会的发展和进步，人们对声环境质量、装备噪声源控制和实验室本底噪声控制的要求不断提高，因此对吸声结构提出了更高的性能要求，吸声结构正朝着高性能、全频带、轻量化的方向发展。

传统的吸声结构可分为多孔材料吸声结构和共振吸声结构两大类，对于500Hz以上的中高频噪声，其波长短、传播能力弱，使用多孔材料吸声结构可以实现较好的吸声性能；但对于500Hz以下的低频段噪声，其波长大、传播能力强，使用多孔材料吸声结构的吸声性能较差。目前，低频段噪声的吸声通常是采用共振吸声结构，如微穿孔板共振吸声结构、薄板共振吸声结构、亥姆霍兹共振器等。现有技术中，有如下专利涉及吸声结构：

1、专利号为“202011631352.9”，专利名称为“一种全频带超构吸声体”的发明专利，包括框体以及固定设于框体内的吸声体，吸声体沿声源传播方向依次布置有前面板、高频吸声体、中频共振腔、阻抗匹配层与低频吸声体。其中，高频吸声体由若干微穿孔板串联排列组成，中频共振腔为规则四棱柱，低频吸声体为共鸣腔阵列的平板吸声结构；该吸声体的环境抗性好，使用寿命长，结构紧凑，厚度薄，全频带吸声性能良好，可用于静音室、半消声室和全消声室，但仍存在如下不足：

1）高频吸声体、中频共振腔与低频吸声体为串联布置的三层结构，且高频吸声体由若干微穿孔板串联排列组成，会占用较大的厚度空间；2）高频吸声体基于多层微穿孔板共振吸声原理，虽然可以拓宽吸声带宽，但带宽仍然有限，难以完全覆盖高频区域，且存在显著的吸声低谷；3）中频噪声在经过高频吸声体时存在层层反射，低频噪声经过高频吸声体和中频共振腔时也存在层层反射，因此上一层结构会对下一层结构的吸声性能产生较大的负面影响，因此中低频的吸声性能有限。

2、专利号为“202110183801.6”，专利名称为“一种多单元超构表面阵列和宽频声衬单元结构”的发明专利，包括穿孔板、中间空气层以及多单元超构表面阵列，其中多单元超构表面阵列由多个具有内延孔和空腔组成的内延孔式亥姆霍兹共鸣器组成。该专利可实现有效的宽带阻抗调制，提高基于多共振单元非局域耦合的宽频声衬单元结构的使用范围，但仍然存在如下不足：1）由穿孔板吸声层和多单元超构表面阵列串联而成的两层结构，会占用较大的厚度空间；2）只能在2~3个倍频程范围内实现宽频吸声，难以同时在低、中、高频范围内实现全频带吸声。

3、专利号为“201811528044.6”，专利名称为“内置穿孔板式亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声结构”的发明专利，包括刚性的框架，框架内设有至少两个空腔共振器，共振器中至少有一个为内置穿孔板式亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器内部设置有将其内腔分割为至少两个腔室的隔板，隔板上开设有通孔。厚度较大的空腔共振器进行空间折叠，其下端延伸至厚度较小的空腔共振器下方。该发明中每个单元的吸声峰值具有不同的频段，通过多个单元并列耦合的方式可以在低频范围内形成连续的更宽的吸声频带，能够有效的进行降噪，但仍存在如下不足：