一种双模式宽带通风隔声屏障及其设计方法

本发明涉及噪声控制，特别是涉及一种双模式宽带通风隔声屏障及其设计方法。

背景技术：

1、在工业技术发展的今天，交通运输、工厂、施工建设工地等场地，由各种车辆、机械设备、风机、大型机械等造成的噪声，严重危害居民、劳动者等长期暴露于这些场所的人员的身心健康。在建筑声学、带有风机的设备散热、排气管道等某些特殊场景，需要一种既能够通风，又要求隔声的消声结构。传统的吸隔声材料通常是基于多孔介质或吸声尖劈，较小厚度的传统材料对低频范围的噪声抑制几乎无能为力，更难以满足通风散热需求。随着近十几年来研究人员对声学超材料的研究，吸隔声超材料具有深度亚波长尺寸下轻薄的吸隔声性能，亦有较多通风吸隔声管道、屏障类的超材料或超表面先后被提出，但是它们通常是在单一频率下工作，亦或是为了实现宽带效果，在声传播方向串联了诸多不同吸隔声频率的工作单元，结构长度较长，不具备厚度小且隔声频率带宽宽的效果。

技术实现思路

1、本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种双模式宽带通风隔声屏障及其设计方法，其具有较小结构厚度、实现宽带隔声效果、保证空气流通的通风隔声屏障，其能够在建筑中的通风墙体、屏风，机械仪器箱体内的通风散热降噪等场景广泛应用。

2、本发明的技术方案，一种双模式宽带通风隔声屏障结构，该结构的基本耦合单元，由四个1/4单元拼接而成，这1/4单元由两侧的窄管与中间的腔体构成，其总体长度为l，所有壁厚均为t，两侧窄管的开口宽度记为w1＝l-w1-t与w2＝l-w2-t，中间的腔体宽度尺寸自然根据尺寸关系可以写为w1+w2-l-2t，该1/4单元整体高度均为h；

3、进一步的，将四个上述1/4单元按照在上下方向(该上下方向，以及后面的左右方向只是便于说明其拼接过程，不代表其工作状态的朝向)将宽度为l-w2-t的窄管相连接，在左右方向将宽度为l-w1-t的窄管相连接，构成一个基本的耦合单元；

4、进一步的，将上述n个耦合单元，每个耦合单元间隔长度尺寸d进行周期性横向排列，耦合单元与耦合单元间的间隙，就是通风的通道(通风间隔)，这个排列形成的一排阵列，是通风隔声屏障的单层结构；

5、进一步的，将m层上述单层结构在高度方向上堆叠起来，形成通风隔声屏障；

6、进一步的，该通风隔声屏障具备有两种共振模式，即四个1/4单元声压同相位的共振模式(单极子模式)与输入、输出两个1/4单元声压反相位的共振模式(偶极子模式)，在这两个模式下及其之间的频率范围，能够实现有效的消声；

7、进一步的，根据声-电类比计算，可以分别求得两种模式下的工作频率的理论公式，该公式可以写为工作频率f关于尺寸参数l,wx(x＝1,2)与t的函数，单极子共振模式的工作频率为：

8、

9、偶极子模式的工作频率为：

10、

11、式中其中c0为空气中的声速，取值为343m/s。

12、与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

13、1、本发明结构具备较薄的厚度方向尺寸，可实现轻薄地低频通风隔声；

14、2、本发明结构具有两个共振频率，从而实现宽带的通风隔声；

15、3、本发明的设计方法可根据相应的工作模式频率进行计算，根据噪声频谱需求更改结构参数。

技术特征：

1.一种双模式宽带通风隔声屏障，其特征在于，包括m层完全相同的相互堆叠的单层结构；

2.根据权利要求1所述的一种双模式宽带通风隔声屏障，其特征在于，入射声波垂直于该屏障入射。

3.根据权利要求1所述的一种双模式宽带通风隔声屏障，其特征在于，每个1/4单元的外部尺寸相同，内部的两个窄管宽度与腔体宽度均不相同。

4.根据权利要求1所述的一种双模式宽带通风隔声屏障，其特征在于，每个1/4单元的外部尺寸与两侧窄管宽度尺寸决定耦合单元的工作频率。

5.根据权利要求1所述的一种双模式宽带通风隔声屏障，其特征在于，耦合单元的壁厚相同，且所有管道与腔体截面均为矩形管道截面。

6.根据权利要求1所述的一种双模式宽带通风隔声屏障，其特征在于，单个耦合单元内部四个1/4单元内部声压为同相时，则为单极子模式；

7.一种双模式宽带通风隔声屏障设计方法，制造如权利要求1～6任一项所述的双模式宽带通风隔声屏障，其特征在于，包括以下具体步骤：

8.根据权利要求7所述的一种双模式宽带通风隔声屏障设计方法，其特征在于，根据声-电类比计算，可以分别求得两种模式下的工作频率的理论公式，该公式可以写为工作频率f关于尺寸参数l,wx与t的函数，单极子共振模式的工作频率为：

9.根据权利要求7所述的一种双模式宽带通风隔声屏障设计方法，其特征在于，通过调节尺寸参数l、w1与w2，对两个共振模式的频率进行更改。

技术总结本发明公开了一种双模式宽带通风隔声屏障及其设计方法，该通风隔声屏障由M层通风隔声单层结构堆叠而成，每一层通风隔声单层结构由N个耦合单元构成，每个耦合单元之间存在用于通风的间隔，耦合单元为四个由中间腔体与两侧窄管构成的1/4基本单元旋转并连接一侧窄管而形成。该通风隔声屏障中的耦合单元具有两种共振模式，即四个1/4单元声压同相位的共振模式与输入、输出两个1/4单元声压反相位的共振模式，在这两个模式下及其之间的频率范围，能够实现有效的消声。通过对这个1/4基本单元的窄管与中间腔体的宽度尺寸进行设计，可以实现对工作模式的频率进行调节。通过本发明的设计流程，对耦合单元的尺寸根据噪声需求进行设计，实现对工作频率的调节。技术研发人员：张辉,高思源,朱一凡受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/3/17