微穿孔介电弹性体薄膜的吸声性能试验分析*

针对普通薄膜型降噪结构的吸声性能较差和吸声带宽较窄的问题,本文设计了一种微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构。该结构由穿孔的介电弹性体薄膜与背腔组合而成,目的是拓宽介电弹性体薄膜低频率段的吸声带宽。针对微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构,从试验角度分析穿孔薄膜初始厚度、穿孔孔径及穿孔间距对结构吸声性能的影响。分析结果可知：通过适当增加薄膜的初始厚度,薄膜的整体吸声性能得到有效提升,最大可将319Hz吸声频带的吸声系数从0.2提升至0.7;减小薄膜的穿孔孔径能够有效拓宽穿孔薄膜的吸声频带,可使吸声系数0.4以上的吸声带宽由304Hz拓宽至432Hz;适当控制穿孔间距能够达到更好的吸声效果。     

阻尼耦合双层微穿孔板吸声体研究

提出并研究一种利用两板间微缝进行阻尼耦合的双层微穿孔板(DMPP)吸声体。该吸声体在两层微穿孔板(MPP)之间形成一个宽度小于1mm的微缝,因此其阻尼不仅可由板上的微穿孔提供,还可由两板之间形成的微缝提供。采用声电类比法建立了DMPP转移阻抗的理论模型,并进行实验验证,结果表明理论计算结果与实验吻合较好。然后利用建立的理论模型,对单层MPP和DMPP吸声体的吸声性能进行了对比研究,结果表明,相比于单层MPP,DMPP可以利用微缝提供的阻尼显著改善吸声性能,同时减少实际板厚。最后,对DMPP吸声体的吸声性能及其几何参数的关系进行研究,结果表明,当保持其它结构参数不变时,微缝宽度对DMPP吸声系数的提高存在一个最优值,超过或低于此值会导致吸声系数下降。     

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。     

高分子颗粒孔隙结构材料的吸声特性研究

在噪声控制与治理工程中，许多场合了消除由物体表面产生的反射声波，往往需要在物体表面敷设具有吸声性能的材料或结构，以吸收入射声波的声能，本文对一种新型的以高分子材料为基底的颗粒型微孔结构进行了吸声特性研究，首先对颗粒微孔结构的吸声机理进行分析，认为由于受材料自身化学性质与结构特征所决定，这种颗粒微孔结构除了具一般多孔吸声材料的空气粘滞阻力作用吸声外，还存在颗粒材料的内部的弹性弛豫效应吸声，因而吸怕系     

暗声学超材料研究

由于普通材料的固有耗散在低频区域的微弱性,长久以来,低频声波的衰减一直都是一个颇具挑战性的任务.为了能够在100—1000Hz范围内完全吸收某些频率的低频声波,文章作者设计了一种薄膜型的暗声学超材料样品:它是由在弹性薄膜上镶嵌有一些非对称性的硬质金属片而制成.实验表明,该样品在低频区域几乎能够百分之百地吸收声波,而在共振吸收频率处,空气中的声波波长要比薄膜的厚度大3个数量级以上.当共振发生时,硬质金属片的"拍动"导致很大的弹性曲率能量聚集在金属片的边界附近.由于薄膜的拍动模式与声波的辐射模式仅存在微弱的耦合作用,而弹性薄膜的整体能量密度又比入射声波的能量密度大2—3个数量级,该样品本质上是一个开放的共振腔,这也是它能够高效地吸收低频声波的原因所在.     

计及孔间相互作用的微穿孔板吸声特性研究

计算微穿孔板吸声系数时,假设孔间的相互作用可以忽略。计算具有不同直径微孔的穿孔板吸声系数并提高其计算精度,孔间的相互作用不能再忽略。在马大猷、Melling(梅尔林)等前人研究的基础上,根据声波辐射和传播原理,分析微孔之间的相互作用,通过修正微孔的实际等效长度,得到计及孔间相互作用微孔板吸声系数模型,并进行理论计算和实验测试。研究结果表明:影响微穿孔板吸声系数除结构参数外,还应考虑孔间的相互作用;计及微孔板各孔间相互作用,能提高共振频率、吸声系数理论值的计算精度,计算值逼近实验测试结果。     

面向微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的软件平台

微穿孔板吸声结构是由微穿孔板与板后空腔组成的共振吸声结构,被认为是继多孔吸声材料之后发展起来的最有吸引力的吸声结构,其吸声特性与结构参数孔径d、板厚t、孔距b及空腔深度D有关,如何按需设计一个有效的微穿孔板吸声结构已成为目前研究的热点。本文从微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的角度出发,使用面向对象的编程语言C++开发了微穿孔板吸声结构设计平台。与以往设计方法不同,本文开发的软件平台综合考虑了结构参数和吸声特性参数两方面的限制,根据实际应用要求平衡微穿孔板吸声结构的最大吸声系数与吸声带宽之间的制约关系,并以饱满的吸声曲线为目标,提供满足混合设计要求的优化结构参数。     

穿孔率和穿孔直径耦合下微穿孔板吸声体整体吸声性能

微穿孔板几何参数的耦合性及其对整体吸声性能的影响,对于设计微穿孔板吸声体和优化其工作性能具有指导作用。根据微穿孔板吸声体基本理论,研究了穿孔率和穿孔直径双参数耦合作用下微穿孔板吸声体的整体吸声性能。穿孔率和穿孔直径之间的耦合性与其本身取值密切相关,而与板厚和板后腔深无明显关系;在穿孔率-穿孔直径参数域上,吸声体存在吸声系数为1.0的吸收峰,整体吸声性能随穿孔率或穿孔直径从小到大变化,呈现出先增强后减弱的变化趋势。该结论能够准确解释微穿孔板受粉尘污染后吸声性能的变化规律和演变路径。论文的工作为设计微穿孔板吸声体提供了一种新的理论依据和实施方法。      

吸声型薄膜声学超材料低频宽带吸声性能研究*

本文根据吸声型薄膜声学超材料的吸声机理，在传统的吸声型薄膜声学超材料结构的基础上引入质量非对称结构， 优化了不同厚度质量片的排布方式，并根据优化结果制备了能够实现低频宽带吸声效果的薄膜声学超材料样品。对其进行声学实验的测试结果显示，样品在 100-1000Hz 频率范围内的平均吸声系数达 0.25，并在 250-800Hz 频率范围内出现了多个共振吸收峰，且实验测得的吸声系数曲线与仿真曲线的趋势有较高的一致性。因此该样品实现了低频宽带吸声。     

磁力负刚度薄膜结构低频吸声特性

针对背腔深度较小的薄膜吸声结构难以实现低频吸声的问题,提出了磁力负刚度的解决方法。采用传递矩阵法,建立了负刚度薄膜吸声结构理论模型,分析得出该结构的声阻抗等同与大背腔常规薄膜吸声结构的声阻抗;阻抗管实验验证得出,在一定磁场条件下,不同背腔的负刚度薄膜吸声结构与无负刚度结构相比其共振频率显著下降,吸声系数曲线与理论结构吻合。负刚度机制能够降低薄膜吸声结构的共振频率,用较小背腔实现低频吸声,从而实现薄型低频吸声结构设计。      

Effect of a honeycomb on the sound absorption characteristics of panel-type absorbers

Panel-type sound absorbers are commonly used to absorb low-frequency sounds. Recently, a new type of panel/membrane absorbers has been proposed as a next-generation sound absorber free from environmental problems. On the other hand, it is known that placing a honeycomb structure behind a porous layer can improve sound absorption performance and a similar effect can be obtained for microperforated-panel absorbers. Herein, the sound absorption characteristics of a panel sound absorber with a honeycomb in its back cavity are theoretically analyzed. The numerical results are used to discuss the variations in the sound absorption characteristics due to the honeycomb as well as the mechanism for sound absorption.     

A theoretical study on the effect of a permeable membrane in the air cavity of a double-leaf microperforated panel space sound absorber

A double-leaf microperforated panel absorber (DLMPP) is composed of a two microperforated panel (MPP) with a air cavity in-between, and without any backing structure. It shows a Helmholtz-type resonance peak absorption and additional low frequency absorption, therefore it can be used as a wideband space sound absorber. In this study, a theoretical study is made to examine the effect of a permeable membrane inside the air-cavity. Permeable membranes are studied in our previous studies and proved to be effective to improve the sound absorption performance of various type MPP sound absorbers. We investigate the absorption characteristics of a DLMPP with a permeable membrane in the cavity through numerical examples, and also studied the effect of honeycomb in the cavity of the same sound absorption structure.     

释压法混合吸声系统中多孔材料厚度优化研究

研究释压法主被动混合吸声结构吸声性能与多孔吸声材料参数的关系,利用释压法对材料厚度敏感的特性,选择合适的多孔材料厚度提高系统的低频吸声性能。提出一种释压法主被动混合双层吸声结构,将误差传声器置入两层吸声结构之间的空气层中,分别优化各层的厚度,在较宽频带内获得较好吸声。对流阻系数为15000NSm^-4的一类典型的玻璃棉数值仿真,发现选择优化厚度分别为2.8 cm和6 cm,中间空腔长为2 cm,可使有效吸声频带向下大幅扩展。实验结果验证了所提宽带吸声结构。     

内置谐振器的轻薄宽频吸声器结构设计与分析*

微穿孔板吸声器的吸声频带相较于亥姆霍兹谐振器更宽,但其低频吸声的实现需要较大的空气背腔,这对结构尺寸有限制的场合存在一定局限性。本文设计了一种轻薄吸声降噪结构(内置亥姆霍兹谐振器的微穿孔板吸声器,简称MPPHR),将微穿孔板吸声器与亥姆霍兹谐振器进行了结合,提升吸声器的低频吸声性能的同时兼具了微穿孔板宽带吸声的优点。首先基于微穿孔板和亥姆霍兹谐振器理论建立了等效电路模型并计算了结构的声阻抗。然后通过有限元对MPPHR的吸声特性进行了参数研究。最后验证了MPPHR的声阻抗模型和有限元仿真的准确性。研究结果表明：MPPHR结构拥有更宽吸声频带,厚度仅为30mm的MPPHR的半吸收频带可达1294Hz,相较于同等厚度下的微穿孔板吸声器宽近500Hz。此外,MPPHR拥有更好的低频吸声效率。     

Prediction of the reverberation absorption coefficient of finite-size membrane absorbers

This paper presents a method to predict the reverberation absorption coefficient of a finite-size membrane absorbers composed of a single- or double-leaf membrane structure of various configurations. In order to predict the sound absorptivity of such an absorber, it is needed to consider that sound is incident from both sides of the absorber, which has not been accounted for the previous studies on membrane absorbers. The edge effect also needs to be considered if the absorber is rather small. The present method is established based on the theory for absorbers hanged in a reverberation chamber developed by Fujiwara and Makita [J Acoust Soc Jpn (E) 1980;1:37-45]. The same theory requires the fraction of energy dissipation in the absorber, which can be obtained by the difference of absorption and transmission coefficients, and the difference is calculated by the theories for various membrane structures presented in the authors’ previous work. An experimental study was also conducted to validate the present method: the predicted values showed good agreement with the measured ones. The numerical examples calculated by the present method are also presented to discuss the effect of the various control parameters, and it is suggested how to improve the sound absorption performance of double-leaf membrane absorbers with a permeable and an impermeable leaves.     

梯度穿缝型双孔隙率多孔材料的吸声性能

在传统单一孔隙率多孔材料中引入宏观尺度的周期性梯度穿缝结构设计,构造出梯度穿缝型双孔隙率多孔材料,其包含多孔材料基体微孔尺度与穿缝尺度两个尺度。采用分层等效的理论建模方法,将复杂梯度渐变问题变为多层均匀等效层叠加问题。针对不同特征尺寸的多孔材料薄层,分别采用低、高两种渗透率对比度双孔隙率理论,给出了其等效密度和动态压缩系数,再应用传递矩阵方法得到了相邻薄层之间的声压和质点速度传递关系并求得其表面声阻抗,从而建立了梯度穿缝型双孔隙率多孔材料的吸声理论模型。发展了多尺度材料声学有限元数值模型,在所考虑的100~3000 Hz频段范围内数值模拟结果完全吻合理论模型结果。理论与模拟分析了多尺度结构参数对双孔隙率多孔材料吸声性能的影响,结果表明引入多尺度梯度结构设计能够显著提高单一孔隙率多孔材料的吸声性能,且穿缝尺度比穿缝梯度影响更为显著;精细数值模拟获得的声压和能量密度分布云图揭示了多尺度结构设计的吸声增强机制。该工作可用于指导双孔隙率多孔材料的多尺度结构设计,从而提高多孔材料的中低频吸声性能。      

对称折叠通道结构的低频通风吸声体*

为了消除或减少低频噪声,该文 提出了一种低频通风超材料吸声体,该吸声体由对称的折叠通道结构组成,具有深度亚波长、高通风空间占比和低频高效吸声的特性.通过传递矩阵方法、有限元模拟和四麦克风实验法,揭示了对称折叠通道结构通风吸声的物理机制.首先在理论上分析单个吸声体的通风吸声性能并进行了仿真模拟,在共振频率423 Hz附近,吸声系数大于0.9,通风空间占比高达40%.吸声单体的共振频率可通过改变折叠通道的长度来灵活调控,组合多个不同共振频率的吸声单体可以拓宽吸声体的有效吸声带宽.由四个吸声单体组合的通风吸声体可实现314－366 Hz频率范围内的高效声吸收(吸声系数大于0.8),且通风空间占比达到35%,而结构厚度仅为314 Hz时波长的1/10.该低频通风吸声体具有结构简单、结构强度高和容易制造等特点,在低频通风降噪领域有着潜在的应用前景．     

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000]Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果,弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。