一种声波波速降低功能结构及构建方法

本发明属于低频噪声控制，尤其涉及一种声波波速降低功能结构。

背景技术：

1、船舶、舰艇等作为海洋交通工具，其辐射噪声不容忽视。随着国内外军工安防装备的不断完善，各种高精仪器得到广泛的使用，对舰船船体辐射噪声的检测能力有了更进一步的提升。此外，船舶、舰艇等海洋交通工具的噪声亦会干扰自身设备的正常运行，舱室内的噪声亦会使船员疲劳、烦躁和痛苦，严重影响工作效率和身心健康。因此如何有效进行船舶、舰艇等海洋交通工具的减振降噪，是目前海洋航行器设计的重要研究方向之一。

2、然而，目前的噪声防控技术存在诸多局限，其中对于1000hz以下低频宽带噪声的控制一直都是噪声控制领域中的难点问题。噪声控制可分为主动和被动控制方法两大类。对于主动控制方法虽可有效的用于低频噪声控制，但是主动控制系统复杂、稳定性差、成本高、较难应用于实际噪声控制且吸声频带较窄。对于通常采用的被动控制方法，多数吸声材料宽频降噪特性优异，但在用于低频噪声的控制时都会面临体积过大，在空间局限的情况下难以应用的问题。在降低低频噪声的同时保持紧凑的结构通常是相互矛盾难以同时实现。因而目前多利用主、被动控制相结合的方式来实现低频宽带噪声的控制。但是，这种控制方式面临着诸多问题，例如：主动控制设备昂贵，被动控制常用的多孔或纤维吸声材料都易腐蚀、脱落，使用年限不长，极易造成环境污染。这显然与当前我国大力倡导的低碳环保的发展理念相违背。

3、因而研究和发展可用于低频宽带噪声控制的紧凑吸声结构是海洋航行器噪声控制领域一直以来的研究热点和难点也是提高装备声隐身能力亟需突破的关键技术。因而亟需大力发展噪声控制的新理论、新方法和新技术以解决当前海洋航行器噪声控制领域的热点、难点问题，满足海洋航行器对声隐蔽性能的需要。

4、声振现象本质上是波动现象，振动噪声控制本质上是对波的控制,因而对波操控的研究对于推动减振降噪技术的发展意义重大。通过操控声波降低声波在吸声材料/结构中的传播速度可间接减小吸声结构的尺寸，因而设计出可对声波进行操控并可实现声波传播速度有效降低的功能结构是实现使用小尺寸结构有效控制低频噪声，提高装备声隐身能力的另一创新性思路。但目前关于减小吸声结构尺寸实现使用小尺寸结构进行低频噪声控制的研究多数集中在利用空间折叠或者迷宫结构来实现，而利用波速降低原理来减小噪声控制结构尺寸的研究却鲜有报道，可实现波速降低功能的结构较为少见。

5、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

6、实现小尺寸结构进行低频噪声控制是噪声控制领域的难点。可实现波速降低功能的结构较为少见且现有低频噪声控制的研究鲜有利用波速降低原理来减小噪声控制结构的尺寸。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种声波波速降低功能结构，可在用于低频噪声控制时有效降低结构尺寸。

2、本发明是这样实现的，一种声波波速降低功能结构，由若干个单元串联组成。从左向右看，末端即最左端单元为一圆柱形空腔，不含微穿孔板，其腔体一端封闭，另一端端面中心开一定直径的圆孔；其余单元由一个柱形腔体和卷制的微穿孔板组成，微穿孔板卷制后铺设与腔体内。包含微穿孔板的单元，其圆柱形空腔，腔体左端中心开有一定直径的圆孔，右端全开，孔径为柱形腔体的内径。微穿孔板卷制成圆台型结构通过与单元左端开有一定直径的圆孔相连接铺设与单元中。圆台型微穿孔板左端面直径为其所在柱形腔体单元左端面中心所开圆孔的直径。圆台型微穿孔板右端面直径为与其所在单元相连接的下一个单元柱形腔体左端面中心所开圆孔的直径。各单元串联组装在一起后可形成最终波速降低功能结构。

3、进一步，各单元开孔端孔径，在轴向方向按照指数函数形式逐渐增加，该连续变化的梯度结构尺寸可产生有效波速降低功能。

4、本发明提供的一种构建声波波速降低功能结构的方法，包含以下步骤：首先选取若干个单元，末端单元为不含微穿孔板的圆柱形腔体，其一端封闭，另一端中心开有一定直径的圆孔；然后构建其余单元，每个单元包含一个柱形腔体和卷制的微穿孔板，微穿孔板卷制成圆台型后铺设于腔体内部；最后将这些单元串联组装，形成声波波速降低功能结构。

5、进一步，在构建微穿孔板卷制成圆台型结构时，确保微穿孔板左端面直径与所在柱形腔体左端开孔直径相匹配，右端面直径与相邻单元左端开孔直径相匹配，从而在整个结构中形成连续变化的开孔孔径梯度。

6、进一步，在组装单元时，每个单元的孔径沿轴向方向按照指数函数形式逐渐增加，形成一个连续变化的梯度结构，以便有效降低穿过结构的声波的波速。

7、进一步，在串联组装各单元后，通过调整和优化微穿孔板的铺设方式和结构参数，改变声波在结构中的传播路径，从而实现对声波波速的有效控制，适用于需要降低声波速度的各类声学应用场景。

8、本发明提供的构建声波波速降低功能结构的具体步骤和考虑要点，包括单元的选择、微穿孔板的设计与铺设，以及单元的组装方式，确保了该结构能够有效地降低声波速度，并适应不同的声学需求。

9、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

10、第一，本发明提出的有效实现降低声波传播速度的波速降低功能结构，该结构可利用梯度结构尺寸连续变化产生波速降低功能间接减小结构尺寸，用于低频噪声控制时候可有效减小结构的尺寸，可为实现小尺寸结构进行低频噪声控制提供新的解决思路。

11、本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：有效实现声波波速降低；可有效减小低频噪声控制时结构的尺寸；实现小尺寸结构进行低频噪声控制。

12、第二，本发明提供的声波波速降低功能结构的构建方法取得的显著技术进步包括：

13、1)提高声波速度调控的精确度和灵活度：通过精密设计的微穿孔板和结构的梯度布局，这种方法能够更精确地控制声波在结构中的传播速度。另外，本发明可通过连接单元的个数，尺寸以及微穿孔板的铺垫方式和结构参数如，微孔孔径、板厚、穿孔率等参数灵活调节声波传播的速度。与传统的声学材料相比，这提供了更高的波速调控精度和灵活度，特别是在要求严格的声学应用中。

14、2)增强结构的适应性：由于采用了模块化的设计，该结构可以灵活适应不同的声学需求和环境条件。这种适应性使得该结构能够被用于更广泛的应用场景，如噪音控制、建筑声学、以及专业音频处理等。

15、3)满足特定频率范围内的需求：该方法通过考虑特定声波频率的特性来设计结构，能够针对特定频率范围内的声波实现更有效的波速降低，这对于特定应用(如音乐厅或录音室的声学设计)是非常重要的。

16、4)提高构建效率和灵活性：该方法的模块化和可调整性使得构建过程更加高效和灵活。这意味着结构可以快速地根据具体的应用需求进行调整和优化，从而降低成本并提高实施效率。

17、本发明提供的声波波速降低功能结构的构建方法在精确度、灵活度、适应性、效率、以及特定频率需求满足等方面取得了显著的技术进步，为声学领域提供了一个创新和高效的解决方案。

18、第三，本发明提供的声波波速降低功能结构所带来的显著技术进步包括：

19、1)高效的波速降低：该结构采用串联组成的单元和特定设计的微穿孔板，有效地降低了声波在结构中的传播速度，提高了声波控制的效率。

20、2)优化的声波传播路径：圆台型微穿孔板设计提供了均匀的声波传播路径，改善了声波传输的稳定性和效果。

21、3)逐步降低声波速度：通过指数函数形式递增的孔径设计，结构能够在轴向上逐步降低声波速度，形成有效的声波降速区域。

22、4)特定频率范围的适应性：末端单元的圆孔设计和微穿孔板的构造，使得该结构能够针对特定频率范围内的声波实现更高效的波速降低。

23、5)模块化设计：采用模块化设计理念，使结构能够根据不同的声学环境和需求进行灵活调整和组装，提高了其适用性和实用性。

24、6)声波控制的精确性：微穿孔板的精密卷制和结构的精确设计，提供了对声波传播的精确控制，适用于多种声学应用。

25、7)结构的适应性和灵活性：能够根据不同声波特性和应用环境，调整单元数量和设计参数，展现出较高的适应性和灵活性。

26、综上所述，本发明提供的声波波速降低功能结构具备显著的技术进步，能够有效地降低声波速度，提高声波控制的效率和精确性，适用于多种声学环境和应用。