通风隔声降噪的声学结构和三维声学测量实验平台

本发明涉及先进环保产业中噪声与振动控制服务领域，尤其涉及一种通风隔声降噪的声学结构和三维声学测量实验平台。

背景技术：

1、在声学领域中，工程环境会面临着各种复杂工况，并且产生越来越多的实际需求，例如在高速行驶的列车或者航天器的舱室中通风和隔声的实际需求。在列车车厢等封闭环境中不仅需要阻断声波的传输，以防止声振耦合影响传感器件的灵敏度，并且还要一定的通风率保证列车上乘务人员和乘客的身心健康。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明期望能够至少部分解决上述技术问题中的其中之一。

3、(二)技术方案

4、本发明第一方面提供了一种通风隔声降噪的声学结构，包括：

5、箱体本体，呈筒状结构；

6、吸声板，固定于箱体本体内的第一侧；

7、通风隔声声学屏障，固定于箱体本体的，与第一侧不同的第二侧；其与吸声板、箱体本体共同围出工况空间；

8、其中，0.8f2≤f1≤1.2f2，其中，f1为吸声板的吸声工作频段，f2为通风隔声声屏障的低透射区工作频段。

9、在本发明的一些实施例中，筒状结构的中心轴线沿水平方向；第一侧和第二侧为：箱体本体的在中心轴线方向上相对的两侧；箱体本体的第二侧开口，通风隔声声学屏障固定于箱体本体的开口侧。

10、在本发明的一些实施例中，吸声板为：微穿孔吸声板；箱体本体的开口侧朝向径向外侧延伸形成凸缘板；通风隔声声学屏障包括：通风隔声板，扣合于固定于凸缘板上，其内侧形成与箱体本地第二侧开口相对应的安装开口；超材料单胞阵列，包括：m×n个通风隔声超材料单胞，阵列排列于通风隔声板的安装开口内，m≥1，n≥1。

11、在本发明的一些实施例中，通风隔声超材料单胞的透射系数t满足：0≤t≤0.1，对应的低透射区工作频段f2为：800-1400hz；微穿孔吸声板的吸声系数α满足：0.8≤α≤1，对应的吸声工作频段f1为：700-1100hz，其结构满足：

12、

13、

14、其中，zmpp为微穿孔吸声板的阻抗，是运动粘滞系数，η是空气粘滞系数，t是微穿孔吸声板的板厚，σ是微穿孔吸声板的孔隙率，c是声速，ρ是空气密度，d微穿孔吸声板的孔隙直径，

15、在本发明的一些实施例中，箱体本体呈由5块透明亚克力材质的刚性板围成的立方体筒状结构。

16、在本发明的一些实施例中，通风隔声板与凸缘板之间设置硅胶密封垫。

17、在本发明的一些实施例中，通风隔声超材料单胞为立方体形状的复合结构，其一半区域为通风通道，一半区域为迷宫通道。

18、在本发明的一些实施例中，还包括：声波导，呈三段柱状阶梯状，上段柱状结构内部形成扬声器容纳腔，中段柱状结构和下段柱状结构内部形成与扬声器容纳腔相连通的传声通道，下段柱状结构插入工况空间内；其中，扬声器设置于扬声器容纳腔内，扬声器容纳腔的上部盖设有声波导端盖；扬声器发出的声音通过扬声器容纳腔、传声通道后进入工况空间，以点声源的方式在工况空间内传播。

19、在本发明的一些实施例中，通风隔声试验箱还包括：参考麦克风、内侧点麦克风；其中，声波导的中段柱状结构的侧面开设连通传声通道的麦克风孔，参考麦克风伸入麦克风孔内，麦克风孔的外侧塞住；内侧点麦克风固定于工况空间内的麦克风固定器架上；麦克风固定架在工况空间内的水平位置和高度可调。

20、本发明第二方面提供了一种三维声学测量实验平台，包括：

21、上述的声学结构；

22、外侧点麦克风，设置于声学结构的外界环境；

23、控制系统，用于控制扬声器发出声音，并接收参考麦克风、内侧点麦克风、外侧点麦克风所采集的声音信号，并进行处理，包括：利用参考麦克风采集的参考声信号对内侧点麦克风和外侧点麦克风采集的声信号进行归一化。

24、在本发明的一些实施例中，还包括：两个三脚架系统，其中，每个三脚架系统包括：三脚架；固定于三脚架并向上延伸的伸缩杆；固定于伸缩杆上方的磁吸固定器；连接杆，架设于两个三脚架系统的磁吸固定器上，其两端通过磁力实现与相应磁吸固定器的位置固定，其中部安装麦克风固定器；其中，连接杆朝向声学结构的通风隔声声学屏障设置，并平行于通风隔声声学屏障；外侧点麦克风固定于麦克风固定器上。

25、在本发明的一些实施例中，对于磁吸控制器：其下部为中空半球壳，该中空半球壳与伸缩杆上端的实心球体之间形成球连接；其上部为朝向上方的叉状结构，连接杆架设在该叉状结构上。

26、(三)有益效果

27、从上述技术方案可知，本发明相对于现有技术至少具有以下有益效果之一：

28、(1)本发明中，通风隔声声学屏障与腔室降噪声学结构的创新在于结合通风隔声结构的低透区工作频段与微穿孔吸声板吸声的工作频段组成新型声学降噪结构。具体而言，对于微穿孔吸声板和通风隔声屏障，两者作为独立个体可通过设计各自的结构参数来达到想要的工作频段，当两者的工作频段重合时，则可以实现微穿孔吸声板与声屏障结构之间的噪声无法从通风结构处泄出，声波集中在箱体内，并且箱体内的微穿孔吸声板将此频段内的声波吸收，实现在箱体内的通风与降噪并存的功能。

29、(2)本发明中，扬声器发出的声音通过声波导的扬声器容纳腔、传声通道后进入工况空间，以点声源的方式在工况空间内传播。声波导整体尺寸的结构设计为阶梯状，为了保证在各个圆柱部分的连接处不会出现较大的应力变形，保证一定的受力。声波导的最后部分的长度尺寸与箱体上通孔内径尺寸保持一致，以便声波导插入到箱体壁面上。该设计的实验效果在于：在实体模型中，其激励源的尺寸大小可忽略不计，只探讨其声学特性，从而可将扬声器发出的声波经过声波导的内径通道到达箱体表面时，变成点声源的形式。换句话说，对比箱体本体而言，可近似一个点在壁面上发声。

30、(3)本发明中，参考麦克风的作用是测量声波导中扬声器的激励的声音信号，该参考麦克风存在意义在于考虑到扬声器零部件的加工误差、电压稳定性等问题，实际激发的声压信号与理论想要激发的声音信号有较大差别(比如想激发1pa的声压信号，但是实际激发的信号可能小于1pa)，所以需要参考麦克风测量靠近声源处的声音信号，以便后续做归一化处理，减少由于空气路径带来的声压误差。

31、(4)本发明中，工况空间内部的麦克风在实验过程中可以放置在实验所需的任意位置，此外，该结构设计中，工况空间内部可以根据声学屏障的低透区工作范围区间放置各类相同高吸声系数频段区间的吸声材料或者设计的超材料单胞，提高了三维声场实验的成功率，减少了更多的空间使用和人工率。

32、(5)本发明中，控制系统集信号输出和信号采集为一体的设计，通过labview控制程序操控。播放声源后，两个麦克风同时记录实时的声压信号(一开始工控空间内内部声压信号杂乱不稳定，需要时间让其稳定形成稳态场)，并且不断迭代更新直至箱体内形成稳态场，最后输出稳态场的归一化信号，实验结果更加准确可靠。

33、(6)本发明中，三维声学测量实验平台可快速的测量超材料单胞在三维声场下的外部测点的声压，并与内部测点的声压数据后处理成声屏障的透射系数，具有设计合理，装配安全简单，实验需求度高等优势。