机械阻抗与声阻抗结合提高微穿孔板低频吸声性能

为了提高微穿孔板结构的低频吸声性能,将传统微穿孔板结构的刚性背板改进为弹性支撑背板,通过理论计算和试验对这一改进进行研究.由等效电路图推导出弹性支撑背板单元的矩阵,运用传递矩阵方法,将其和空腔单元矩阵、微穿孔单元矩阵进行串联,建立新结构的理论模型.通过振动试验测量弹性支撑背板的阻尼系数和刚度系数,计算出结构的吸声系数,并与驻波管试验的测量结果对比.结果表明:理论计算和试验结果吻合良好;改进设计的微穿孔板结构同时利用了微穿孔板的腔共振吸声和背板的机械阻抗吸声作用,能够在不增加结构厚度的情况下提高低频吸声性能,并且同时保持中高频吸声效果.

提出在薄微穿孔板微孔中穿入铜纤维的结构,有效拓宽薄微穿孔板的吸声频带,提高吸声系数,使微穿孔板吸声性能在中低频得到很大的提高。研究结果表明,样品直径为100mm,29mm,穿孔直径为1mm,厚度2mm,穿孔率为3%的微穿孔板,穿入铜纤维的直径为0.13mm,穿入铜纤维为3和4根时,在100hz~1600hz内,共振吸声系数α0达0.99;穿入7至9根时,吸声频带可拓宽1000hz以上;随着穿入纤维数量的增加,吸声频带显著向低频移动,当穿入11根时,移动幅值为464hz。

用自行研制的ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃泡沫材料制成微穿孔板，研究其吸声特性及规律，并与ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃非泡沫材料微穿孔板进行对比。结果表明，泡沫材料微穿孔板吸声体在中、低频率区域的最大吸声因数可达０９８以上；在１２５～２０００ｈｚ范围内平均吸声因数可达０５２以上。

在穿孔板结构设计中,蜂窝芯夹在两层金属穿孔面板之间,主要增加了板的刚性,同时一定程度上提高了其低频吸声系数;板后吸声薄层增加了穿孔吸声板的声阻,拓宽其吸声频带宽度,提高了吸声效果。本研究通过测试穿孔板结构的吸声系数,研究了不同结构参数(主要是穿孔板的厚度、穿孔率等)及板后空腔深度对其性能的影响。实验表明,吸声薄层的加入及板后空腔的设计,使蜂窝穿孔金属吸声板具有较宽的吸声频带、理想的共振频率、较高的吸声系数,特别是对船艇机舱噪声辐射峰值具有良好的吸声效果。

以厚度为10mm的环氧树脂基厚微穿孔板为研究对象,分别选择空气、水、聚乙烯醇、羊毛纤维作为孔中介质,研究各种介质对微穿孔板吸声性能的影响。结果发现,通过在孔中加入纤维材料可以在一定程度上弥补因材料厚度增加而导致的吸声性能的减弱。当平均每孔中穿入53根羊毛纤维,后空腔深度为20mm时,厚微穿孔板共振吸收频率为956hz,峰值吸声系数可达0.94。有效吸声频带范围为612hz-1600hz以上。

厚微穿孔板的微孔一般均为直通孔,虽然板厚的增加使其应用范围更广,但板厚改变的同时,微穿孔板的声阻抗也会相应改变,从而导致无法达到如薄板的吸声性能。减小厚板对吸声性能影响的一种方法是采用变截面微穿孔结构。以10mm厚环氧树脂基微穿孔板为研究对象,通过溶芯浇注成型的方法制备具有变截面孔的厚微穿孔板并测试其吸声性能。实验结果显示当直通孔变为变截面孔后,吸声频带有所拓宽,当变为大锥形孔时,微穿孔板的有效吸声频带从300～700hz增宽至310～830hz,平均吸声系数从0.45增加到0.54。

选择厚度为2mm的薄微穿孔板,研究羊毛纤维穿入率、穿入量和穿孔率对微孔板吸声性能的影响。在100~1600hz范围内,随着羊毛纤维穿入率和穿入量的增加,共振吸声频率均向低频移动,吸声频带都得到拓宽。当羊毛纤维穿入率从0%增加到100%时,共振吸收峰向低频移动了340hz,频带拓宽346hz以上。当穿入量从0根增至160根时,共振吸声频率向低频移动340hz;当穿入量约为106根时,频带拓宽360hz以上,共振吸声系数为0.92。而当穿孔率为1%时,穿入羊毛纤维使最大吸声系数降低,吸声频带变窄;但随着穿孔率的增加,穿入羊毛纤维可以显著拓宽微穿孔板的吸声频带,共振吸声系数也随之增大。当穿孔率为6%时,穿入羊毛纤维前后,最大吸声系数从0.68增至0.97,共振吸声频率从1158hz降至986hz,频带拓宽了674hz以上。穿孔率越大,羊毛纤维改善微穿孔板吸声性能的优势越显著。

为提高微穿孔板结构的吸声效果,将隔声薄膜制作成褶皱结构,加入微穿孔板后空腔中,采用驻波管法进行吸声试验,测试在125hz到2000hz的13个1/3倍频程中心频率处的吸声系数。试验结果显示:单独的隔声薄膜褶皱结构具有一定的吸声能力,褶皱的高度对其吸声能力有一定影响;隔声薄膜褶皱结构的加入能有效提高微穿孔板的吸声性能,当褶皱高度为6cm时,加入褶皱前后,吸声峰值由0.733提高到0.977,吸声带宽由2个(800hz~1250hz)提高到5个(400hz~1000hz)1/3倍频程中心频率;随着褶皱高度从2cm提高到6cm,复合结构的吸声系数显著增加,吸声带宽随之增大,吸声频带朝低频方向移动,当褶皱高度为6cm时,吸声峰值达到0.977,接近全吸收。试验初步研究了隔声薄膜褶皱对微穿孔板吸声性能的影响特性,为进一步的理论计算与实际应用提供一定根据。

为了研究加工误差对微穿孔板吸声性能的影响,该文以微穿孔板理论和电声等效电路原理为基础,建立了考虑加工误差时,微穿孔板吸声的理论模型,数值分析了微孔尺寸成正态分布和平均分布两种形式时,微穿孔板吸声性能的变化情况。研究发现,当存在加工误差时,微穿孔板的吸声峰和吸声带宽都略有减小。

对穿孔板吸声结构的声学特性进行了理论分析与计算。讨论了穿孔板吸声结构的共振吸声原理,基于对穿孔板吸声结构声阻抗的讨论,分析了穿孔率、空腔深度、板厚、孔径等参数对吸声性能的影响,为穿孔板吸声结构的工程应用提供了依据。针对某工程机械风冷系统噪声突出这一现象,专门为风冷系统设计了穿孔板吸声结构,大幅度降低了该机风冷系统的噪声,也使该机的驾驶环境噪声得到了有效控制。

从理论上研究了一维可压缩偏流对穿孔声阻抗率的影响,并分析了偏流对穿孔粘滞效应的影响;在实验中,利用真空泵流装置建立了存在偏流时的穿孔板声阻抗率测量系统,测量了一定频率范围内两块不同厚度穿孔板在不同偏流流速时声阻抗率的变化规律.在偏流情况下,穿孔板相对声阻率的理论结论和实验数据吻合很好.

建筑物,特别是高级民用建筑,其室内装饰材料,多年来,往往使用胶合板。由于声学功能的需要,又用穿孔胶合板(包括空腔内填放吸声材料)。如此装修,施工简单,朴实庄重。但所有工程皆此做法,色彩又没有变化,故显得沉闷,单调无味。结合我院八十年代援建的埃及开罗国际会议中心工程,试用无纺针剌毡加穿孔板复合结构,进行室内装修。本文介绍该材料的吸声性能和特点,以供参考。

无纺针刺毡,穿孔板结构吸声性能评述

在微穿孔板吸声体的准确理论基础上，编制了微穿孔板吸声体声学特性的数值分析程序。通过计算实例的分析，重点探讨了微穿孔板吸声体的多频吸声特性

本文对dam复合型阻尼吸声穿孔板吸声性能进行了较为系统的研究，讨论了填充吸声材料，b腔厚度，阻尼穿孔板孔径，穿孔率对吸声性能的影响。理论与试验结果的一致性，对确定dam复合型阻尼吸声穿孔板结构具有重要的指导意义。

vol36no.1 feb.2016 噪声与振动控制 noiseandvibrationcontrol 第36卷第1期 2016年2月 文章编号：1006-1355(2016)01-0200-04 管道中微穿孔板吸声结构声学性能测试与分析 吕金磊，彭强，王海锋 （中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点试验室，四川绵阳621000) 摘要：文章采用实验和数值仿真的方法，对影响微穿孔板吸声结构声学性能的设计参数，包括板厚，开孔孔径，开 孔率等进行深入细致的研究。其中实验内容主要在驻波管以及一个管道型的测试平台上进行，驻波管相关的研究内 容用于佐证管道实验的准确性；数值仿真采取一种求极值点的算法，利用这一算法可以绕开对经典方程的求解，而直 接确定微孔的声共振点，也即最大噪声吸收位置，通过共振点附近两条曲线的叠加确定吸声带宽的变化

介绍了我国在新型吸声体微穿孔板和微缝板的特点、首创、理论分析、加工制作、多方面的应用情况，以及其在国外的影响。也讨论了这些吸声体的部分发展方向。

板振动对微穿孔板吸声体的声学特性存在一定的影响。文章对此影响关系从理论方面进行初步分析,并通过不同材料、不同孔径、不同穿孔率样品在低频、中频驻波管中的大量实验,分析板振动对微穿孔板吸声体吸声性能影响关系的规律性,从而得到对微穿孔板的实际应用具有指导性的结论。

厚微穿孔板因其板厚增加而无法达到如薄板的吸声性能,为拓宽厚微穿孔板的有效吸声频带,以10mm厚环氧树脂基微穿孔板为研究对象,在孔中穿入超细不锈钢纤维并用阻抗管法测量其吸声特性,研究结果显示,超细不锈钢纤维能有效拓宽厚微穿孔板的吸声频带,当钢纤维穿入率为50%,每孔钢纤维用量为0.75mg时,吸声系数大于0.5的吸声频带为392-1168hz,而无纤维微穿孔板的吸声频带为530-1076hz。

分析不同共振频率的微穿孔板吸声结构并联的结构模型,并计算了其组合吸声系数。理论计算结果与采用sysnoise软件,根据gb/t18696对并联的微穿孔板吸声系数进行仿真实验得到的结果及已有实验数据进行对比。结果表明,该文中并联微穿孔板吸声结构的声阻抗率及组合吸声系数的计算方法是可行的。

提出用微穿孔板进行主动吸声的方法。用微穿孔板作为主动吸声的材料,检测出入射声波的频率,得到微穿孔板的共振频率,从而得到微穿孔板背后空腔的深度,移动微穿孔板背后的刚性壁以满足空腔深度的要求,使得吸声系数达到最大,从而达到主动吸声的目的。最后,进行了数值计算与实验,计算结果与实验结果能很较好的吻合,说明了该主动吸声方法的可行性。

简述了马大猷教授的微穿孔板基本理论、微穿孔板吸声体在扩散声场以及在高声强环境下的理论要点。比较详细地讨论了30年来与马大猷教授所提理论相对应的实验研究结果及应用发展情况。基于马大猷教授的基本理论,提出了一种新的相关衍生结构——管束微穿孔板。对微穿孔板吸声体的发展趋势做了展望。表明:微穿孔板吸声体将成为新世纪的绿色理想吸声材料。