劉紅星,吳九匯

(1.西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,710049,西安;2.西安交通大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安)

噪聲充斥在人們的日常生活和工作中。為了減少噪聲的干擾,人們研究了多種方法,而利用吸聲材料是最簡(jiǎn)單也是最常采用的一種。傳統(tǒng)吸聲材料對(duì)于中、高頻段內(nèi)的噪聲有明顯的抑制效果,但是對(duì)于大波長(zhǎng)低頻噪聲的作用卻很有限。聲學(xué)超材料[1]是近年來發(fā)展起來的一種能夠以亞波長(zhǎng)尺寸實(shí)現(xiàn)聲波控制的人工功能材料,它在吸聲[2]、異常折射[3]、全反射[4]、聲拓?fù)鋄5]、聲隱身[6]等領(lǐng)域展現(xiàn)出了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。其中,吸聲型超材料受到了大量學(xué)者的關(guān)注,并已開發(fā)了多種結(jié)構(gòu)形式,如赫姆赫茲共振腔型[7-8]、薄膜質(zhì)量塊型[9-11]和迷宮型[12-15]等。這些結(jié)構(gòu)對(duì)于低頻噪聲確實(shí)起到了前所未有的吸收效果,但它們也存在帶寬窄、結(jié)構(gòu)易損壞、尺寸大等問題,仍需進(jìn)一步改進(jìn)提升。

同時(shí),吸聲場(chǎng)合需要通風(fēng)是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常面臨的問題,而普通的吸聲結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)良好的吸聲通常采用密閉結(jié)構(gòu)而避免聲波向外透射。這也就導(dǎo)致了普通吸聲結(jié)構(gòu)是以犧牲空氣流通為代價(jià)的,通風(fēng)和吸聲兩個(gè)功能很難在一個(gè)結(jié)構(gòu)中兼顧。隨著聲學(xué)超材料的發(fā)展,通風(fēng)型吸聲結(jié)構(gòu)[16-19]讓二者同時(shí)實(shí)現(xiàn)成為了可能。文獻(xiàn)[18]提出了6個(gè)迷宮單元組合結(jié)構(gòu),能實(shí)現(xiàn)400～1 400 Hz的吸聲和通風(fēng),但是吸聲系數(shù)只有0.5。文獻(xiàn)[19]提出了一種超大通風(fēng)孔的結(jié)構(gòu),能同時(shí)實(shí)現(xiàn)95%高效吸聲和通風(fēng)風(fēng)速比達(dá)到80%以上的效果,但對(duì)于500 Hz以下聲波,它的結(jié)構(gòu)厚度幾乎超過15 cm。對(duì)于共振型通風(fēng)吸聲結(jié)構(gòu),要想獲得低頻寬帶高效吸聲,所存在的結(jié)構(gòu)尺寸大、吸聲帶寬窄及吸聲效率低等問題仍需解決。

寬帶吸聲是吸聲的另一個(gè)焦點(diǎn)問題,采用阻尼結(jié)構(gòu)[20-21]和多單元并聯(lián)[22-23]是最常采用的方案。在結(jié)構(gòu)中使用阻尼結(jié)構(gòu),例如橡膠等,能夠?qū)崿F(xiàn)增大帶寬的目的,然而要想獲得令人滿意的帶寬,阻尼材料的性能仍需進(jìn)一步改善。多單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)是將多個(gè)具有連續(xù)吸聲峰值的單元并聯(lián)設(shè)置,通過單元之間的耦合在目標(biāo)吸聲頻段內(nèi)形成寬帶。文獻(xiàn)[22]利用6個(gè)單元的并聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)228～319 Hz的低頻寬帶吸聲,且每個(gè)單元的結(jié)構(gòu)尺寸較大;文獻(xiàn)[24]利用16個(gè)單元的并聯(lián),實(shí)現(xiàn)了400～3 000 Hz的寬帶吸聲。這種多單元并聯(lián)必然帶來吸聲面板面積隨單元數(shù)線性增加,致使結(jié)構(gòu)表面阻抗變化,多單元耦合效果變差,吸聲系數(shù)降低;同時(shí),過大的面板面積也為實(shí)際應(yīng)用帶來了困難。

本文提出了一種階梯型微縫吸聲單元,能實(shí)現(xiàn)較傳統(tǒng)微縫吸聲體更低頻的吸聲效果。在此基礎(chǔ)上,引入了允許空氣流通的通風(fēng)道,形成了通風(fēng)型微縫吸聲單元。通過理論和軟件仿真對(duì)它們的吸聲機(jī)理進(jìn)行了研究,并將參數(shù)變化對(duì)吸聲效果的影響進(jìn)行了分析。為了拓寬吸聲帶寬,提出了嵌套式多單元并聯(lián)耦合的方式,不僅能實(shí)現(xiàn)多單元并聯(lián)拓寬帶寬的目的,還能產(chǎn)生抑制總面板面積隨單元數(shù)線性增加的效果。最終,設(shè)計(jì)了兩種嵌套式微縫型寬帶吸聲超表面,不僅能實(shí)現(xiàn)寬帶吸聲的效果,還能滿足通風(fēng)的需求,為實(shí)際應(yīng)用提供了新的思路和方法。

1 階梯型微縫吸聲單元

1.1 階梯型微縫吸聲單元結(jié)構(gòu)

(a)單元三維結(jié)構(gòu)圖

(b)單元y-z平面剖面圖圖1 階梯型微縫吸聲單元結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the stepped micro-slit unit

微縫型微縫吸聲單元由含有階梯型微縫的吸聲面板和背腔組成,階梯型微縫吸聲單元結(jié)構(gòu)如圖1a所示,長(zhǎng)a為50 mm,寬b為50 mm,高h(yuǎn)為10.5 mm。圖1b是單元結(jié)構(gòu)在y-z平面的剖面圖?？梢钥闯?吸聲面板布置在背腔頂部,且在它的邊緣布置了一個(gè)階梯型微縫。上、下層微縫的寬度s2、s1分別為1、0.35 mm,深度e2、e1分別為2、1 mm;背腔厚度h1為8.5 mm,背腔壁厚t為1 mm。當(dāng)入射聲波P0沿z方向入射到頂部的吸聲面板時(shí),可沿著設(shè)計(jì)的階梯型微縫進(jìn)入到背腔中,形成共振完美吸聲。

1.2 吸聲系數(shù)計(jì)算

結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)可以通過阻抗理論計(jì)算得到

(1)

式中:Zs為結(jié)構(gòu)表面的聲阻抗率;Z0=ρ0c0為空氣的特性阻抗;ρ0和c0分別為空氣密度和聲速。

對(duì)于階梯型微縫吸聲單元,它的表面聲阻抗率受吸聲面板阻抗率Zp和背腔阻抗率Zc的影響,關(guān)系如下

Zs=Zp+λ1Zc

(2)

式中:修正系數(shù)λ1=S0/S1,而S1、S0分別為背腔的截面積和整個(gè)單元結(jié)構(gòu)的截面積,S1=(a-2t)(b-2t),S0=ab。

吸聲面板的聲阻抗率是由串聯(lián)的階梯型微縫所決定的,因此Zp=Z2+λ2Z1,Z1和Z2分別為下層和上層微縫在入口處的聲阻抗率。λ2是下層微縫截面積和面板的面積比,λ2=S0/S3,而S3=S1b。

對(duì)于微縫的阻抗率Z1和Z2,依據(jù)文獻(xiàn)[25]可以得到

(3)

對(duì)于背腔,它的表面聲阻抗率可以由下式求得

(4)

式中:ρeq和Ceq分別為空氣的有效密度和有效體積壓縮系數(shù),可以由下式求得[38]

(5a)

Ceq=

(5b)

式中:中間計(jì)算系數(shù)αk=(κ+1/2)π/(a-2t),βn=(κ+1/2)π/(b-2t);v=μ/ρ0為空氣的運(yùn)動(dòng)黏度,v′=κ/(ρ0Cv)為空氣黏度;κ和Cv分別為熱傳導(dǎo)率和比定容熱容;P0和γ分別為空氣的壓力和比熱率。

1.3 吸聲機(jī)理

為了體現(xiàn)階梯微縫吸聲單元優(yōu)良的低頻吸聲特性,選擇了具有相同外觀尺寸和面板厚度的傳統(tǒng)微縫吸聲體作為對(duì)比。同時(shí),為了保證傳統(tǒng)吸聲單元獲得近乎完美的吸聲效果,微縫寬度選為0.45 mm。利用理論方法和軟件仿真分別對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果如圖2a所示。從圖2a中可以看出,理論和仿真結(jié)果吻合較好,傳統(tǒng)微縫吸聲體的吸聲峰值在810 Hz取得,而階梯型微縫吸聲單元在760 Hz處獲得吸聲峰值,向低頻移動(dòng)了50 Hz?？梢?階梯型微縫單元具有更加優(yōu)秀的低頻吸聲性能。

(a)傳統(tǒng)微縫吸聲體和階梯型微縫吸聲單元吸聲系數(shù)對(duì)比

(b)760 Hz和857 Hz對(duì)應(yīng)的階梯型微縫吸聲單元的聲壓及速度場(chǎng)分布圖2 階梯型微縫吸聲單元吸聲效果及吸聲機(jī)理Fig.2 Sound absorption performance and mechanism of the stepped micro-slit unit

1.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)吸聲效果影響

階梯型微縫吸聲單元的主要參數(shù)包括下層微縫寬度s1和深度e1、上層微縫寬度s2和深度e2以及背腔厚度h1。下面將分別討論對(duì)吸聲效果的影響。

首先,分析了下層微縫寬度s1對(duì)吸聲效果的影響,如圖3a所示。當(dāng)s1從0.25 mm增大到0.5 mm時(shí),吸聲峰值逐步向高頻移動(dòng),但它的吸聲系數(shù)先增大再減小。這意味著,s1的取值需要合理選擇,太大或太小均將導(dǎo)致吸聲效果變差。這主要是由于s1對(duì)結(jié)構(gòu)聲阻的影響特別大,s1過大會(huì)導(dǎo)致聲阻較小,空氣流入過程摩擦耗能較低,吸聲效果變差;s1過小會(huì)導(dǎo)致聲阻較大,使結(jié)構(gòu)阻抗過大,和空氣阻抗難以匹配,聲波難以進(jìn)入到結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)吸聲。下層微縫深度e1變化對(duì)吸聲效果的影響如圖3b所示,可以看出隨著e1從0.7 mm向1.3 mm增大,它的吸聲峰值向低頻移動(dòng),但吸聲系數(shù)變化不大。

圖4給出了上層微縫參數(shù)變化對(duì)吸聲系數(shù)的影響。對(duì)于上層微縫寬度對(duì)吸聲效果的影響如圖4a所示,當(dāng)s2從0.7 mm增大到1.3 mm時(shí),吸聲峰值逐步向高頻移動(dòng),但吸聲幅值變化相對(duì)較小。當(dāng)e2從2 mm增大至18 mm時(shí),吸聲峰值向低頻移動(dòng)較多,但是吸聲帶寬也明顯降低,如圖4b所示。

(a)下層微縫寬度s1變化對(duì)吸聲效果影響

(b)下層微縫深度e1變化對(duì)吸聲效果影響圖3 下層微縫參數(shù)變化對(duì)吸聲系數(shù)的影響Fig.3 Sound absorption coefficient of the stepped micro-slit unit with different parameters

(a)上層微縫寬度s2變化對(duì)吸聲效果影響

(b)上層微縫深度e2變化對(duì)吸聲效果影響圖4 上層微縫參數(shù)變化對(duì)吸聲系數(shù)的影響Fig.4 Sound absorption coefficient of the stepped micro-slit unit with different parameters

背腔厚度h1對(duì)吸聲效果也有較大的影響,如圖5所示。當(dāng)h1從5 mm增大到12 mm時(shí),吸聲峰值向低頻偏移較大,但吸聲系數(shù)并未降低。利用增大背腔厚度可以將吸聲頻帶向低頻移動(dòng),但厚度增大在實(shí)際應(yīng)用是不利的,因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要謹(jǐn)慎選擇厚度大小。

圖5 背腔厚度變化對(duì)吸聲系數(shù)的影響Fig.5 Sound absorption coefficient of the stepped micro-slit unit with different h1 values

通過以上參數(shù)分析可以看出,下層微縫寬度s1對(duì)吸聲效果的影響最大,其次是上層微縫的深度e2。因此可以將它們作為吸聲效果調(diào)控的主要參數(shù),背腔厚度h1等作為調(diào)控的輔助手段。通過多參數(shù)的有機(jī)調(diào)控,便可以獲得所需頻段的微縫吸聲單元。

2 通風(fēng)型吸聲單元

2.1 通風(fēng)型吸聲單元結(jié)構(gòu)及吸聲機(jī)理

在前面階梯型微縫吸聲單元的研究基礎(chǔ)上,為了實(shí)現(xiàn)通風(fēng)功能構(gòu)建了一個(gè)通風(fēng)型吸聲單元,結(jié)構(gòu)如圖6a所示,圖6b為z-x平面的剖面圖。通過在階梯型微縫吸聲單元的中心增設(shè)一個(gè)供空氣流通的通道而形成。結(jié)構(gòu)總尺寸為長(zhǎng)a=100 mm,寬b=100 mm,高h(yuǎn)=28 mm,上、下層微縫的寬度s2、s1分別為1.3、0.7 mm,深度e2、e1分別為9、3 mm;背腔的厚度h1=15 mm,背腔的壁厚t=1 mm。對(duì)比圖6和圖1可以看出,通風(fēng)型吸聲單元和階梯型微縫吸聲單元結(jié)構(gòu)非常類似,只是在結(jié)構(gòu)中心增加了一個(gè)c為30 mm的正方形通風(fēng)道。然而,結(jié)構(gòu)的差異卻使吸聲能力發(fā)生了較大的變化。當(dāng)聲波P0沿z方向入射到通風(fēng)吸聲結(jié)構(gòu)上表面后,一部分聲波進(jìn)入到了微縫結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生耗能吸聲,另一部分聲波會(huì)透過通風(fēng)道產(chǎn)生透射聲。對(duì)通風(fēng)型吸聲單元的吸聲系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果如圖6c所示?？梢钥闯?通風(fēng)型吸聲單元能夠在310～325 Hz的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的吸聲(吸聲系數(shù)大于0.8),而它的厚度只有28 mm,僅為對(duì)應(yīng)最小波長(zhǎng)的1/40(310 Hz)。同時(shí),由于開孔的存在能夠允許空氣流通,實(shí)現(xiàn)通風(fēng)效果。因此,這種結(jié)構(gòu)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)吸聲及通風(fēng)的效果。

(a)單元三維結(jié)構(gòu)圖

(b)單元z-x平面剖面圖

(c)單元結(jié)構(gòu)吸聲系數(shù)圖6 通風(fēng)型微縫吸聲單元結(jié)構(gòu)及吸聲系數(shù)圖Fig.6 Structure of the ventilated stepped micro-slit unit and its sound absorption coefficient

同樣利用軟件仿真對(duì)于平面波垂直入射到通風(fēng)型微縫吸聲單元表面時(shí)的聲壓場(chǎng)及速度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算,并將在共振頻率(318 Hz)和非共振頻率(338 Hz)的分布情況進(jìn)行了對(duì)比,如圖7所示?？梢钥闯?在共振頻率318 Hz時(shí),聲波入射到通風(fēng)型吸聲單元表面時(shí),一部分聲波直接透過了通風(fēng)孔;另一部分則通過階梯型微縫進(jìn)入背腔內(nèi),在腔內(nèi)形成共振,腔內(nèi)相對(duì)聲壓絕對(duì)值急劇增大,最高處可達(dá)入射聲壓的13.8倍。腔體內(nèi)、外存在的較大聲壓差將對(duì)腔體外部的空氣粒子產(chǎn)生明顯的虹吸效果。當(dāng)聲波從較寬的入射面進(jìn)入階梯型微縫的上微縫時(shí),由于縫隙縮小空氣粒子的流速發(fā)生明顯增大,繼而流入下層微縫時(shí)對(duì)空氣粒子形成了二次加速,最大速度達(dá)到了0.68 m/s?？焖倭鲃?dòng)的空氣粒子和微縫壁面產(chǎn)生了明顯的摩擦耗能,從而實(shí)現(xiàn)了很好的吸聲效果。對(duì)比非共振頻率338 Hz,腔體中的相對(duì)聲壓絕對(duì)值的最大值只為入射聲壓的9.8倍,下層微縫處的空氣粒子的速度仍然最大,卻也只有0.53 m/s,這直接導(dǎo)致了空氣粒子和微縫壁面的摩擦損耗明顯降低,吸聲效果變?nèi)酢?/p>

(a)共振頻率為318 Hz

(b)共振頻率為338 Hz圖7 通風(fēng)型吸聲單元在不同頻率下的聲壓及速度場(chǎng)分布Fig.7 Intensity maps of the acoustic pressure and velocity at different frequencies

2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)吸聲效果的影響

由于通風(fēng)型吸聲單元是在階梯型微縫吸聲單元基礎(chǔ)上構(gòu)建的,因此結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)吸聲效果的影響較為類似,此處不再討論,只對(duì)新添加的通風(fēng)孔尺寸c變化對(duì)吸聲系數(shù)的影響進(jìn)行分析。當(dāng)c分別為10、30和50 mm時(shí),通風(fēng)孔尺寸大小對(duì)吸聲系數(shù)的影響如圖8所示。當(dāng)c為10 mm時(shí),可以在309 Hz處實(shí)現(xiàn)近乎完美的吸聲效果,但隨著c持續(xù)增大至50 mm時(shí),共振頻率也逐步向高頻移動(dòng)至340 Hz,而對(duì)應(yīng)的吸聲系數(shù)卻明顯降低直至0.68。這主要是由于隨著通風(fēng)孔尺寸的增加,透射效果將顯著增強(qiáng)。因此在實(shí)現(xiàn)過程中通風(fēng)和吸聲這兩個(gè)功能需要考慮實(shí)際需求,盡可能平衡它們之間的關(guān)系,確定合理的通風(fēng)孔尺寸。

圖8 通風(fēng)孔尺寸大小對(duì)吸聲系數(shù)的影響 Fig.8 Sound absorption coefficient of the ventilated stepped micro-slit unit with different c values

3 嵌套式寬帶吸聲超表面

3.1 寬帶微縫吸聲超表面

對(duì)于階梯型微縫吸聲單元,雖然具有很好的低頻吸聲效果,但依然未能擺脫共振結(jié)構(gòu)帶寬較窄的問題。為了實(shí)現(xiàn)寬帶吸聲,在對(duì)階梯型微縫吸聲單元參數(shù)研究的基礎(chǔ)上,通過將16個(gè)具有不同參數(shù)的階梯型微縫吸聲單元并聯(lián),形成了一種嵌套式多單元并聯(lián)結(jié)構(gòu),通過下層單元的上頂面作為上層單元的下底面,層層嵌套包圍而成。同時(shí),在對(duì)各階梯型微縫吸聲單元上層微縫高度調(diào)節(jié)后,保證并聯(lián)單元最終形成一個(gè)平面。整個(gè)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)便于應(yīng)用的長(zhǎng)方體,尺寸為50 mm×50 mm×70 mm,如圖9所示。通過軟件仿真,得到了寬帶微縫吸聲超表面的吸聲系數(shù),如圖9a所示?？梢钥闯?通過16個(gè)單元并聯(lián)耦合,嵌套式結(jié)構(gòu)能在600～1 600 Hz的寬頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的吸聲效果,而每個(gè)吸聲峰值正好對(duì)應(yīng)了一個(gè)微縫單元的共振,如圖9b所示。

(a)微縫型吸聲超表面結(jié)構(gòu)及吸聲效果

(b)微縫型吸聲超表面各共振頻率處聲壓分布圖9 嵌套式微縫吸聲超表面吸聲效果Fig.9 Sound absorption performance of the nested micro-slit metasurface

3.2 寬帶通風(fēng)吸聲超表面

在對(duì)通風(fēng)型吸聲單元研究的基礎(chǔ)上,為了擴(kuò)展吸聲帶寬,同樣采用嵌套式多單元耦合的方式來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)了8單元嵌套式通風(fēng)吸聲超表面,結(jié)構(gòu)如圖10a所示。當(dāng)聲波入射到結(jié)構(gòu)面板時(shí),各個(gè)單元可以依據(jù)不同尺寸的上層微縫將聲波導(dǎo)入,并通過下層微縫進(jìn)入到背腔中,在所需的頻率實(shí)現(xiàn)共振。8個(gè)單元中間的通風(fēng)孔尺寸相同,且連成一個(gè)整體,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的通風(fēng)需要。通過設(shè)計(jì),便可讓各并聯(lián)單元的共振頻率連續(xù)分布,實(shí)現(xiàn)寬帶吸聲。本文優(yōu)化后的8單元嵌套式通風(fēng)吸聲超表面結(jié)構(gòu)參數(shù)為:長(zhǎng)L=100 mm,寬W=100 mm,高H=39.1 mm。圖10a為通風(fēng)吸聲超表面結(jié)構(gòu)利用軟件仿真得到的吸聲效果圖。從圖10中可以看出,所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能在470～657 Hz的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好吸聲。所對(duì)應(yīng)的各共振頻率處的聲壓分布如圖10b所示。

(a)通風(fēng)吸聲超表面結(jié)構(gòu)及吸聲效果

(b)通風(fēng)吸聲超表面各共振頻率處聲壓分布圖10 嵌套式微縫通風(fēng)吸聲超表面吸聲效果 Fig.10 Sound absorption performance of the ventilated metasurface

通過前面兩種嵌套式吸聲超表面設(shè)計(jì),可以看出嵌套式并聯(lián)結(jié)構(gòu)能獲得優(yōu)良的寬帶吸聲效果,且吸聲面板尺寸小,結(jié)構(gòu)緊湊。對(duì)比傳統(tǒng)的并聯(lián)吸聲結(jié)構(gòu),吸聲面板尺寸會(huì)隨著單元數(shù)線性增加,而嵌套式并聯(lián)結(jié)構(gòu)吸聲總面板尺寸隨著單元數(shù)略有增加,這為更多單元并聯(lián)形成大寬帶吸聲結(jié)構(gòu)提供了新的思路。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上,可以通過增加并聯(lián)單元數(shù)實(shí)現(xiàn)吸聲帶寬的進(jìn)一步擴(kuò)大。然而,單元數(shù)也不能無限增加,單元數(shù)的增加必將導(dǎo)致吸聲面板尺寸的增加而降低吸聲系數(shù)。所以,單元數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)表面阻抗率的變化情況。

4 結(jié) 論

本文以階梯型微縫吸聲單元和通風(fēng)型吸聲單元為研究對(duì)象,通過對(duì)吸聲機(jī)理研究設(shè)計(jì)了兩種采用嵌套式多單元耦合方式構(gòu)建的寬帶微縫吸聲超表面。一種可以在600～1 600 Hz的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶吸聲,另一種不僅能在470～657 Hz的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)吸聲,還具有良好的通風(fēng)效果。

(1)提出了一種具有低頻吸聲效果的階梯型微縫吸聲單元,能利用階梯型微縫有效引導(dǎo)低頻聲波進(jìn)入剛性背腔,并通過摩擦耗能實(shí)現(xiàn)吸聲。和相同外形尺寸的傳統(tǒng)微縫吸聲體相比,階梯型微縫吸聲單元具有更好的低頻吸聲效果。

(2)在階梯型微縫吸聲單元的基礎(chǔ)上,通過增加通風(fēng)孔設(shè)計(jì)了一種通風(fēng)型吸聲單元,不僅能實(shí)現(xiàn)低頻吸聲,同時(shí)兼具通風(fēng)效果。

(3)提出了嵌套式多單元并聯(lián)耦合方式,和傳統(tǒng)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的面板尺寸隨單元數(shù)量線性增加相比,嵌套式多單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)面板尺寸隨單元數(shù)量增加非常有限,有助于實(shí)現(xiàn)多單元大寬帶吸聲結(jié)構(gòu),且結(jié)構(gòu)緊湊,便于實(shí)際應(yīng)用。

(4)所提出的嵌套式寬帶結(jié)構(gòu),有助于實(shí)現(xiàn)辦公場(chǎng)所內(nèi)的通風(fēng)降噪。同時(shí),可根據(jù)實(shí)際需求,通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)如汽車、旋轉(zhuǎn)設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)景的降噪。