一种频带可调的低频隔声单元及其用途

本发明涉及到噪音控制领域，具体为频带可调的低频隔声单元及其用途。

背景技术：

1、噪声污染与大气污染和水污染并列为世界三大污染。噪声控制一直是声学领域研究重点方向之一。在工业生产中，机械设备的动力系统、机体振动及空气动力等产生的噪声频率低、强度大，能够对仪器设备与操作人员的身心健康造成不可忽视的伤害。通常比较有效的低频隔声方法是采用传统的消声与隔声材料制作各类隔声罩。然而，基于质量密度定律，此类低频隔声罩存在尺寸大与密度高的问题。同时，传统隔声罩封闭性特点也使得机械设备产生的热量无法扩散，从而影响设备的运行效率。

2、近年来，声学超材料的发展为解决上述问题提供了多种新思路。声学超材料具有尺寸小、可开放以及易于调控的优点，广泛应用于各类消声与隔声器件的设计与制备。例如，基于亥姆霍兹谐振腔、蜷曲空间共振结构、带裂隙的圆环共振腔结构、超表面型吸声结构及基于弹性薄膜复合结构等，可以实现很好的低频吸声性能。但此类设计具有较大的密闭性，无法应用到需要通风散热的特殊应用场景。为了解决该问题，国内外研究人员提出了多种具有通风性能的开放型低频吸声结构。如基于非对称声学超表面的耦合效应实现的声阻抗匹配，可以在管道中实现低频声能量吸收，同时也不影响空气流通；基于两个相同具有缝隙管状谐振腔之间的弱耦合效应，可以实现低频通风吸声效应。此外，基于亥姆霍兹谐振腔组成的复合单元设计多层稀疏屏障结构，可以实现一定带宽的低频通风隔声效应。

3、然而上述隔声器件的结构固定，尚缺乏相关的性能定量调控机制。在一些实际场景中，机械设备的噪声信号频率将会随环境的变化而改变。在这种情况下，具有低频隔声频带可调功能隔声单元的设计十分重要。

技术实现思路

1、为了实现低频可调的通风隔声器件，本发明提供了一种频带可调的低频隔声单元及其用途，低频隔声单元的长和宽具有深度亚波长的特性，在低频范围内，具有良好的隔声性能；同时可通过抽拉抽屉型框架可调节d的大小，以调节矩形空腔的大小，进而可以调节所述低频隔声单元的谐振频率，从而调控隔声屏障的中心工作频率；此外，低频隔声单元用于隔声屏障时表现出良好的通风性能。

2、本发明采取的技术方案是：

3、一种频带可调的低频隔声单元，包括在x方向上相互紧挨排列且结构相同的第一谐振腔和第二谐振腔，以及位于第一谐振腔和第二谐振腔z方向两端的两个盖板，第一谐振腔和第二谐振腔均包括位于中间的矩形空腔，以及分别位于矩形空腔左右两侧且对称设置的第一蜷曲通道和第二蜷曲通道，所述矩形空腔由“u”形的第一框架、第二框架开口相对的嵌套而成的可抽拉的抽屉型框架，所述第一框架与开口相对的一个侧壁上设置有空腔入口；第一蜷曲通道和第二蜷曲通道在空腔入口处连通、且与第一框架的位置相对固定；第一蜷曲通道和第二蜷曲通道均有多个蛇形弯曲，且第一蜷曲通道和第二蜷曲通道的声道入口在y方向上；所述第一谐振腔和第二谐振腔上的声道入口方向、空腔入口方向均相反。

4、进一步的，所述第一谐振腔和第二谐振腔的长度为a，所述第一蜷曲通道和第二蜷曲通道的蜷曲通道壁厚度均为e＝0.02a，第一蜷曲通道和第二蜷曲通道的宽度均为t＝0.06a，空腔入口的宽度t1＝0.06a，所述抽屉型框架中第二框架抽拉出抽屉型框架的长度d的范围为0≤d≤50mm，所述第一蜷曲通道和第二蜷曲通道的声道入口处的外侧壁的长度为a；优选地，所述a＝100mm。

5、进一步的，所述低频隔声单元采用有机玻璃或树脂制成；所述第一蜷曲通道、第二蜷曲通道的蛇形弯曲次数不少于两次。

6、所述低频隔声单元的用途，用于建筑空间或设备中通风型低频噪声的隔离，工作频带范围为120-170hz。

7、一种单层低频通风型隔声屏障，其特征在于：若干所述低频隔声单元沿x方向间隔排列而成，所述低频隔声单元的参数相同，且相邻的低频隔声单元之间的间隔距离为l，所述抽屉型框架中第二框架抽拉出抽屉型框架的长度d的范围为0≤d≤50mm。

8、进一步的，相邻两个所述低频隔声单元的中心间距为l＝400mm。

9、一种双层低频通风型隔声屏障，其特征在于：两个所述低频隔声单元沿y方向间隔排列组成复合单元，若干复合单元沿x方向间隔排列构成双层低频通风型隔声屏障；所述复合单元中两个低频隔声单元中心之间的距离h1为150mm，相邻两个所述复合单元中心之间的距离l1为400mm；所述复合单元中第一谐振腔和第二谐振腔的第二框架抽拉出抽屉型框架的长度d范围为0≤d≤50mm。

10、进一步的，复合单元中的四个谐振腔中的第二框架抽拉出抽屉型框架的长度d不完全相同，其他参数相同。

11、一种复杂双层宽频带通风型隔声屏障，其特征在于：两个所述低频隔声单元沿x方向紧挨排列组成单元组，两个单元组沿y方向间隔排列构成复合单元iii，若干复合单元iii沿x方向间隔排列形成复杂双层宽频带通风型隔声屏障，所述复合单元ⅲ中两个所述单元组中心间距为h3＝150mm，相邻复合单元ⅲ中心间距l3＝600mm，所述复合单元ⅲ中第一谐振腔和第二谐振腔的第二框架抽拉出抽屉型框架的长度d范围为0≤d≤50mm。

12、进一步的，所述复合单元ⅲ中八个谐振腔中抽屉型框架中第二框架抽拉出抽屉型框架的长度d不完全相同，其他参数相同。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明所述低频隔声单元可用于设计单层低频通风型隔声屏障，当参数d＝0mm时，在151-158hz频带范围，声能量透射率均低于-5db，最大声能量吸收率可达到0.65，最大声能量反射率约为0.3，其相对工作带宽达到4.5％，表现出较好的低频隔声性能。此时低频隔声单元的长和宽分别达到0.09λ和0.049λ，具有深度亚波长的特性，在低频范围内具有良好的隔声性能。且单层低频通风型隔声屏障中相邻两个低频隔声单元之间具有一定的间距，在保证较好的低频隔声性能的同时，表现出良好的通风性能，可用于建筑空间或设备中通风型低频噪声的隔离，同时实现屏障两侧空气、光以及热量的自由流通。

15、本发明所述频带可调的低频隔声单元可用于设计可调通风型隔声屏障。所述低频隔声单元中通过抽拉抽屉型框架可调节d的大小，以调节矩形空腔的大小，进而可以调节所述低频隔声单元的谐振频率，从而调控隔声屏障的中心工作频率。当所述抽屉型框架远离空腔入口的一端与蜷曲通道壁之间距离d由0mm增大到47mm时，所述可调通风型隔声屏障工作频带往低频区域移动，最低透射率对应的频率从155hz降低至122hz。特别地，当参数d选取为25mm、35mm和45mm时，隔声屏障的声透射率最低值所对应的频率分别为142hz、135hz和124hz，从而表明通过改变参数d，实现工作频带可调的低频隔声性能。

16、本发明所述频带可调的低频隔声单元可用于设计双层低频通风型隔声屏障。当谐振腔的参数d均为0mm时，在149-164hz频带范围，双层低频通风型隔声屏障声能量透射率均低于-5db。当复合单元ⅱ中四个谐振腔的参数d沿倒“n”字型依次为0mm、10mm、20mm和30mm时，在136-158hz频带范围，双层低频通风型隔声屏障的声能量透射率均低于-5db。当参数d改变时，所述双层低频通风型隔声屏障工作频带及工作带宽均发生变化，表现出灵活可调的较宽频带的低频通风隔声性能。

17、本发明所述频带可调的低频隔声单元可用于设计复杂双层宽频带通风型隔声屏障，隔声效果良好，当复合单元ⅲ中八个谐振腔的所述抽屉型框架远离空腔入口的一端与蜷曲通道壁之间距离d反方向沿“n”字型依次为d1＝5mm、d2＝10mm、d3＝15mm、d4＝20mm、d5＝25mm、d6＝30mm、d7＝35mm、d8＝40mm，在122-166hz频带范围，声能量透射率均低于-5db，相对带宽达到31％，另外最低声透射率为-16db，在较宽的低频范围内实现了高效的隔声效应。同样的，相邻复合单元ⅲ之间存在一定距离，在保证较好的低频隔声性能的同时，表现出良好的通风性能。