[发明专利]一种用于吸声的多孔性吸声结构材料的设计方法

摘要

本发明涉及用于吸声的多孔性吸声结构材料的设计方法，属于车辆噪声控制技术领域。对吸声结构材料的声学环境的声音进行测量和频谱分析，得到声学环境的总声压级和声压级分布；设定期望总声压级，计算噪声评价数和各声音频率下的声压级，得到期望声压级分布，根据声压级分布和期望声压级分布，得到需要降低的声压级；根据材料的PPR值，得到待用材料的性价比，选择性价比最大的三种材料作为候选吸声结构材料；计算PPR最大材料的吸声系数，根据期望声压级分布以及各种候选吸声结构材料的吸声系数计算公式，确定吸声结构材料的最小厚度。本方法有效的针对实际声学环境，设计吸声结构材料的组成和厚度，提高了设计效率，降低了吸声结构的成本。

主权项

一种用于吸声的多孔性吸声结构的设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)对需要应用多孔性吸声结构材料的声学环境的声音进行测量和频谱分析，得到声学环境的总声压级LpA及声音频率的声压级分布LpA(fi)，其中fi表示第i个声音频率；(2)设定期望总声压级LpAe，计算噪声评价数N，N＝LpA-5，根据噪声评价数N，计算上述各声音频率下的声压级Lp，Lp＝a+bN，得到期望声压级分布LpAe(fi)，其中a、b分别为与各声音频率相关的常数，取值范围分别为-50-1.2；(3)根据上述声音频率的声压级分布LpA(fi)与上述各声音频率下的期望声压级分布LpAe(fi)，得到各声音频率下需要降低的声压级ΔL(fi)＝LpA(fi)-LpAe(fi)；(4)定义：设定吸声结构材料的吸声系数NRC与单位面积吸声结构材料的价格Value之比为吸声结构材料的性价比PPR， PPR = 1000 NRC Value , 计算得到待用的吸声结构材料的性价比PPR，选择吸声结构材料的性价比PPR最大的三种材料作为吸声结构材料的候选吸声结构材料；(5)分别计算上述PPR最大的三种候选材料的吸声系数：对于不同种类的吸声结构材料，分别利用以下对应的公式进行计算：(5-1)单层纤维型多孔性吸声结构材料的吸声系数αn为： α n = 1 - | Z C coth ( γL ) - ρ 0 c 0 Z C coth ( γL ) + ρ 0 c 0 | 2 其中，ρ0为空气的密度，ρ0的单位是kg/m3，c0为空气中的声速，单位是m/s，L为所述的选择材料的厚度，ZC和γ分别为所述的候选吸声结构材料的特征阻抗和传播系数， Z C = ρ 0 c 0 [ 1 + 0.571 ( ρ 0 f R ) - 0.754 ] - i ρ 0 c 0 [ 0.087 ( ρ 0 f R ) - 0.732 ] γ = 2 πf c 0 [ 0.189 ( ρ 0 f R ) - 0.595 ] + i 2 πf c 0 [ 1 + 0.0978 ( ρ 0 f R ) - 0.7 ] 其中， i = - 1 , ，f为使用所述的候选吸声结构材料时的期望声音频率，R为所述的候选吸声结构材料的流阻系数；(5-2)单层泡沫型多孔性吸声结构材料的吸声系数αn为： α n = 1 - | Z C coth ( γL ) - ρ 0 c 0 Z C coth ( γL ) + ρ 0 c 0 | 2 其中，ρ0为空气的密度，ρ0的单位是kg/m3，c0为空气中的声速，单位是m/s，L为所述的候选吸声结构材料的厚度，ZC和γ分别为所述的候选吸声结构材料的特征阻抗和传播系数，其中： Z C = 1 + Q - i Q [ 1 + z 2 ( 1 + 2 b 2 ) / ( 1 + Q ) / ( 1 + 20 z 2 p / y ) ] [ 2 + 0.5 ( 1 + z 2 p ) / ( 1 + Q ) 2 / Q ] γ = 0.5 k ( 1 + Q ) 1 + ( 1 + z 2 p ) / ( 1 + Q ) 2 / Q + ik [ 1 + Q ( 1 + B ) ] 上式中，Q为所述的候选吸声结构材料的结构参数，Dp为所述的候选吸声结构材料的微孔直径，φ为所述的候选吸声结构材料的孔隙率，P为所述的候选吸声结构材料的20％偏转声压，z、y、p、b和B分别为根据上述结构参数Q确定的无量纲变量和参数；(5-3)多层多孔性吸声结构材料的吸声系数为： α n = 1 - | Z f ( n ) coth ( γL ) - ρ 0 c 0 Z f ( n ) coth ( γL ) + ρ 0 c 0 | 2 其中，ρ0为空气的密度，ρ0的单位是kg/m3，c0为空气中的声速，单位是m/s，L为所述的候选吸声结构材料的厚度，Zf(n)和γ分别为所述的候选吸声结构材料的最外层的特征阻抗和传播系数；所述的候选吸声结构材料的表面阻抗Zf(j)为： Z f ( j ) = Z c ( j ) Z f ( j - 1 ) Z c ( j ) tanh ( γ ( j ) L ( j ) ) Z c ( j ) + Z f ( j - 1 ) tanh ( γ ( j ) L ( j ) ) , j = 1,2 , . . . , n 其中，Zc(j)、γ(j)、Zf(j)、L(j)分别为第j层材料的特征阻抗、传播系数、表面阻抗与厚度，当吸声结构为n层时，分别计算各层材料的特征阻抗ZC和传播系数γ，然后得到整个选择材料的最外层的表面阻抗Zf(n)，将Zf(n)代入吸声系数αn的计算公式中，得到多层吸声结构材料的吸声系数αn；(6)根据上述期望声压级分布LpAe(fi)以及各种候选吸声结构材料的吸声系数计算公式，确定吸声结构材料的最小厚度。