声学结构和阵列装置的制作方法

本申请涉及吸音结构，特别是涉及一种声学结构和阵列装置。

背景技术：

1、交通噪声是最常见的且对人们生活影响最大的一类环境噪声污染，无论是交通工具内部的乘员舱还是外部居民生活环境都容易受到交通噪声的直接影响。交通噪声的主要能量集中在中低频率，目前用于车内噪声吸收控制的主要是多孔类吸声降噪材料，多孔类吸声降噪材料只在较宽的中高频范围具有较好的声能量耗散能力，但多孔类吸声降噪材料难以吸收低频声波能量。而对于车外交通中低频噪声的控制也需要更优的解决方案。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种声学结构和阵列装置，以解决现有的吸声降噪材料，例如多孔类材料，难以吸收低频声波能量，控制中低频交通噪声的问题。

2、本申请提供的声学结构包括筒体、盖板和分隔管，筒体设有具有一侧开口的空腔，盖板盖设于空腔的开口处，且盖板的周侧与空腔开口处的侧壁密封连接。分隔管设于空腔内，分隔管一端连接于盖板朝向空腔的内壁，另一端连接于筒体远离盖板的底壁，以将空腔分隔形成分隔管内侧的第一背腔和分隔管外侧的第二背腔，盖板包括中心部和环形部，环形部围设并连接于中心部的外周侧，且环形部的外周侧连接于筒体，中心部盖设于第一背腔的开口处，环形部盖设于第二背腔的开口处。中心部设有贯穿自身并连通第一背腔和外部空间的中心孔，环形部设有多个贯穿自身并连通第二背腔和外部空间的微孔，微孔的内径小于中心孔的内径。中心孔和第一背腔形成亥姆霍兹共振结构，环形部上设置微孔并与第二背腔共同形成微穿孔板共振结构。

3、在其中一个实施例中，筒体呈圆柱形，分隔管呈圆台形，且筒体和分隔管同轴设置，沿着从盖板至筒体底壁的方向，分隔管的内径呈增大的趋势。

4、在其中一个实施例中，中心孔沿着筒体的轴向贯穿中心部，且中心孔和筒体同轴设置。

5、在其中一个实施例中，声学结构还包括延伸管，延伸管设有内孔，延伸管连接于盖板的一侧，并使内孔连通中心孔，内孔和中心孔同轴设置。

6、在其中一个实施例中，亥姆霍兹共振结构的声阻抗为在公式①中，j为虚数单位，ω为角频率，ω＝2πf②，shr为中心孔和内孔的横截面积，中心孔和内孔均为圆柱形孔，且中心孔的横截面积等于内孔的横截面积，定义中心孔和内孔连通形成管孔，shr＝πdt2/4③，dt为管孔的直径，mhr为管孔内部空气等效的质量，khr为第一背腔引起的刚度，chr表示管孔内空气与管孔内壁面之间的粘性作用产生的阻尼，mhr＝ρshrle④，chr＝2mhrδhrωhr⑥，其中，ρ为空气密度，c为空气中的声速，le＝l+lσ⑦，le为修正后的管孔的轴向长度，l为管孔修正前的轴向长度，lσ为管孔轴向长度的修正项，vhr为第一背腔的体积，δhr为由空气粘性产生的阻尼系数，μ为空气的运动黏滞系数，ωhr为亥姆霍兹共振结构的自然频率，亥姆霍兹共振结构的声阻抗率zhrs为：其中，s为亥姆霍兹共振结构对应第一背腔的等效横截面积，s＝π(r1+r2)2/4r1为分隔管靠近盖板一端的直径，r2为分隔管远离盖板一端的直径。微穿孔板共振结构的声阻抗率为环形部的声阻抗率与第二背腔的声阻抗率之和，环形部的声阻抗率为上式中，k为环形部的常数，σ为环形部的穿孔率，t为环形部的厚度，d为微孔的直径、c为空气中的声速、ω为角频率、μ为空气的运动黏滞系数，第二背腔的声阻抗率为zd1＝-jcot(ωd1/c)其中，d1为第二背腔的等效深度，d1＝v1/a1，a1表示第二背腔对应环形部区域的面积，其中，r为盖板的直径，微穿孔板共振结构的声阻抗率为zmpa＝zmpp+zd1结合上述公式，可得到单个声学结构的声阻抗率为

7、在其中一个实施例中，延伸管设置于中心孔靠近第一背腔的一侧。

8、在其中一个实施例中，分隔管远离盖板一端的外壁抵接于筒体的内侧壁。

9、在其中一个实施例中，筒体的横截面形状和分隔管的横截面形状相同。

10、本申请还提供一种阵列装置，该阵列装置包括以上任意一个实施例所述的声学结构，阵列装置由n个声学结构沿着同一面向阵列形成。

11、在其中一个实施例中，阵列装置的总声阻抗率为上式中，ai表示单个声学结构的盖板面积占整个阵列装置的顶部总面积的比值，ai＝πr2/m其中，m为阵列装置顶部总面积，zi表示单个声学结构的声阻抗率，阵列装置的的吸声系数为其中，re表示取实部、im表示取虚部。

12、与现有技术相比，本申请提供的声学结构和阵列装置，中心孔和第一背腔形成亥姆霍兹共振结构，需要说明的是，中心孔是一个声质量元件，中心孔内及中心孔开口附近的空气随声波而振动第一背腔内的压力随空气的胀缩而变化，是一个声顺元件，但需要注意的是，第一背腔内的空气在一定程度内随声波而振动，因而，第一背腔也具有一定的声质量。空气在中心孔内壁面产生振动摩擦，由于粘滞阻尼和导热的作用，会使声能损耗，因此，中心孔的声学作用是一个声阻。当入射声波的频率接近亥姆霍兹共振结构的固有频率时，中心孔的空气柱产生强烈振动，在振动过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能。反之，当入射声波频率远离亥姆霍兹共振结构的固有频率时，中心孔的空气柱的振动很弱，因此声吸收作用很小，可见亥姆霍兹共振结构的吸声系数随频率而变化，最高吸声系数出现在共振频率处。

13、通过在环形部上设置微孔并与第二背腔共同形成微穿孔板共振结构，微穿孔板共振结构由于穿孔细而密，因而具有较大的声阻，且微穿孔板共振结构的声质量要小得多，因此，微穿孔板共振结构的声阻与声质量之比大为提高，不用另加多孔材料就可以成为良好的吸声结构。

14、进一步地，由于亥姆霍兹共振结构对低频声波能量具有较好的吸收效果，而微穿孔板共振结构吸收的声波能量主要集中于中高频。因此，本申请提供的声学结构可以看作是亥姆霍兹共振结构和微穿孔板共振结构的并联耦合。并且，通过多次试验，得出吸声系数-频率的变化曲线图，针对每一次试验的吸声系数-频率变化曲线，定义从左侧的低频段吸声系数峰值至右侧的高频段吸声系数峰值之间的部分为中间段吸声系数，从图中可知看出，中间段吸声系数只相比于两端的峰值吸声系数有不同程度的下降，但是，即使是中间段吸声系数的最小值也达到了峰值的50％左右，而现有结构的最小值均小于峰值的10％。因此，可以得知，本申请提供的声学结构，对亥姆霍兹共振结构和微穿孔板共振结构的吸声频带起到了较强的耦合作用，大大拓宽了声学结构吸声频带，且在该范围内，声学结构的吸声系数均处于较高水平。

15、更进一步地，由于声学结构无需采用多孔类吸声降噪材料，因此，本申请提供的声学结构具有较强的耐用性以及较好的环保性能。

技术特征：

1.一种声学结构，其特征在于，包括筒体(100)、盖板(200)和分隔管(300)，所述筒体(100)设有具有一侧开口的空腔(110)，所述盖板(200)盖设于所述空腔(110)的开口处，且所述盖板(200)的周侧与所述空腔(110)开口处的侧壁密封连接，

2.根据权利要求1所述的声学结构，其特征在于，所述筒体(100)呈圆柱形，所述分隔管(300)呈圆台形，且所述筒体(100)和所述分隔管(300)同轴设置，沿着从所述盖板(200)至所述筒体(100)底壁的方向，所述分隔管(300)的内径呈增大的趋势。

3.根据权利要求2所述的声学结构，其特征在于，所述中心孔(211)沿着所述筒体(100)的轴向贯穿所述中心部(210)，且所述中心孔(211)和所述筒体(100)同轴设置。

4.根据权利要求3所述的声学结构，其特征在于，还包括延伸管(400)，所述延伸管(400)设有内孔(410)，所述延伸管(400)连接于所述盖板(200)的一侧，并使所述内孔(410)连通所述中心孔(211)，所述内孔(410)和所述中心孔(211)同轴设置。

5.根据权利要求4所述的声学结构，其特征在于，所述亥姆霍兹共振结构的声阻抗为

6.根据权利要求4所述的声学结构，其特征在于，所述延伸管(400)设置于所述中心孔(211)靠近所述第一背腔(111)的一侧。

7.根据权利要求1所述的声学结构，其特征在于，所述分隔管(300)远离所述盖板(200)一端的外壁抵接于所述筒体(100)的内侧壁。

8.根据权利要求1所述的声学结构，其特征在于，所述筒体(100)的横截面形状和所述分隔管(300)的横截面形状相同。

9.一种阵列装置，其特征在于，包括如权利要求1-权利要求8任意一项所述的声学结构(1000)，所述阵列装置由n个所述声学结构(1000)沿着同一面向阵列形成。

10.根据权利要求9所述的阵列装置，其特征在于，所述阵列装置的总声阻抗率为

技术总结本申请涉及一种声学结构和阵列装置，声学结构包括筒体、盖板和分隔管，筒体设有空腔，盖板盖设于空腔的开口处。分隔管一端连接于盖板朝向空腔的内壁，另一端连接于筒体远离盖板的底壁，以将空腔分隔形成分隔管内侧的第一背腔和分隔管外侧的第二背腔，盖板包括中心部和环形部，环形部围设并连接于中心部的外周侧。中心部设有贯穿自身并连通第一背腔和外部空间的中心孔，环形部设有多个贯穿自身并连通第二背腔和外部空间的微孔，微孔的内径小于中心孔的内径。中心孔和第一背腔形成亥姆霍兹共振结构，环形部上设置微孔并与第二背腔形成微穿孔板共振结构。本申请提供的声学结构和阵列装置，解决了多孔类吸声降噪材料难以吸收低频声波能量的问题。技术研发人员：李贺铭,陈世荣,邓业宝,张磊涛,李晓蕾受保护的技术使用者：浙江零跑科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/7