一种提升共振吸声体阵列无规入射吸声性能的布放方法与流程

一、技术领域

本发明涉及噪声控制和建筑声学领域。提出了一种提升共振吸声体阵列无规入射吸声性能的布放方法。

二、

背景技术：

共振吸声体在噪声控制和建筑声学领域应用广泛，其机理是利用电学、力学、声学中的各种构件组成共振结构，在特定的频率处实现声抗为零，声阻接近空气特性阻抗。传统的共振吸声结构有穿孔板、微穿孔板(maady.potentialofmicroperforatedpanelabsorber[j].thejournaloftheacousticalsocietyofamerica，1998，104：2861-2866)等，其优势是可有效吸收共振频率附近的噪声、可选材料多样、适合多种应用场景。共振吸声的机理决定这类结构的有效吸声频带宽度有限；另外由于采用空气背腔实现声容，低频吸声时需要较大的背腔容积。分流扬声器(cn103559877a、cn104078037a)作为一种新型的共振吸声结构，结构简单、便于调节、近期受到了广泛关注。更重要的是可通过分流电路的设计产生等效声容，实现薄型低频吸声结构。

吸声体或吸声材料大规模应用时，其无规入射吸声系数既与吸声体或吸声材料本身的特征有关，也和吸声体或吸声材料的布放方式有关，通过对吸声体或吸声材料的布放方式进行优化，可增强其无规入射吸声效果。已有研究表明对于多孔吸声材料来说，将其裁剪成条状并进行一维周期间隔布放可提高其无规入射吸声性能，并且材料的宽度越小吸声性能越好(ramerlg.theabsorptionofstrips，effectsofwidthandlocation[j].thejournaloftheacousticalsocietyofamerica，1941，12：323-326)，条状或块状周期性布放的多孔吸声材料的间距也会影响其无规入射吸声性能(parkinsonjs.areaandpatterneffectsinthemeasurementofsoundabsorption[j].thejournaloftheacousticalsocietyofamerica，1930，2：112-122)。设计合适的凹槽并将多孔吸声材料周期排布于凹槽内也可提高多孔吸声材料的无规入射吸声性能，并且吸声性能与凹槽的宽度和深度有关(王晶晶，李晓东，philip，etal.周期性矩形凹槽结构分析[c]//2012年全国环境声学学术会议.2012)。然而多孔吸声材料的布放方式优化方法并不完全适用于共振吸声体。

本发明在上述现有研究和已发表专利的基础上，提出了一种提升共振吸声体阵列无规入射吸声性能的布放方法，在共振吸声体满足特定的有效面积占比时，可使共振吸声体阵列结构对无规入射的噪声的吸收效果达到最佳。

三、

技术实现要素：

1、发明目的：针对无规入射的低频噪声，通过优化共振吸声体阵列的布放方式，有效提升阵列的无规入射吸声性能。

2、技术方案：为实现上述发明目的，本发明所提出的方法所述的共振吸声体阵列示意图如附图1所示，整个阵列由n×n个相同单元构成，所有单元规则排列，阵列的总面积为s，每个共振吸声体的有效面积为s0，阵列的有效面积比为本发明按照以下步骤实现：

(1)按照中华人民共和国国家标准gb/t18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》中声阻抗的测量方法，设计和共振吸声体有效面形状一致的阻抗管，并在阻抗管中测量单个共振吸声体在共振频率处表面的等效声阻抗率。

(2)根据步骤(1)中等效声阻抗率的测量结果，获得其在共振频率处的等效声阻率r。若等效声阻率r≥1.51ρ0c0，则最优布放方式为所有共振吸声体无间隔紧密布放，即最优有效面积比σopt＝1；若等效声阻率r＜1.51ρ0c0，则按照式(1)计算最优有效面积比σopt，并调整共振吸声体单元之间的间距，使得阵列的有效面积比接近最优面积比σopt。

(3)按照步骤(2)中得到的最优有效面积比布放n个共振吸声体组成阵列，以获得最大的无规入射吸声效果。

3、本发明的有益效果在于：提出一种提升共振吸声体阵列无规入射吸声性能的布放方法，在噪声无规入射的情况下，通过优化阵列的有效面积占比的来获得最大的无规入射吸声系数，使得共振吸声体能更好的应用于实际场景中。

四、附图说明

图1是本发明所述的共振吸声体阵列的示意图。

图2是具体实施例中分流扬声器的结构示意图。

图3是具体实施例中分流扬声器阵列的三种不同布放方式图。

图4是具体实施例中混响室中声源和传声器位置图。

图5是具体实施例中采用不同布放方式的分流扬声器阵列的无规入射吸声系数图。

五、具体实施方式

下面以中国公开专利cn108932939a中所述的分流扬声器这一共振吸声体为例，详细介绍本发明所述方法的实现过程。

选取100hz和200hz为目标频率，设计分流扬声器，具体的结构如附图2所示，扬声器的具体参数如表1所示。用64个相同的分流扬声器组成阵列进行无规入射时的声吸收。

表1分流扬声器的参数

根据技术方案中的步骤(1)，在阻抗管中测量得到其共振频率为100hz和200hz，在两个共振频率处共振吸声体表面的等效声阻率r＝0.43ρ0c0，满足r＜1.51ρ0c0的条件。

(2)根据技术方案中的步骤(2)计算得到最优有效面积占比σopt＝0.28。

(3)考虑到所用的共振吸声体的有效吸声面为圆形，每个共振吸声体的有效吸声面积s0为78.54cm²，调整单元之间的间距使阵列的有效面积占比接近0.28。

为了验证上述布放方法的有效性，按照如附图3(a)所示最优有效面积比0.28布放64个分流扬声器组成阵列。作为对照，如附图3(b)和(c)按有效面积比为0.082和0.038布放两组分流扬声器阵列。依据中华人民共和国国家标准gb/t20247-2006《声学混响室吸声测量》，采用声源中断法在标准混响室中测量上述阵列的无规入射吸声系数。实验时两个声源放置于混响室的墙角处，6个用于记录声压信息的传声器均匀布放于混响室内，声源及传声器位置如附图4所示。实验中每次测量重复三次取平均。

按最优有效面积占比布放的共振吸声体阵列的无规入射吸声系数测量值如附图5黑色实线所示，另外两种布放下的无规入射吸声系数如附图5红色虚线和绿色点线所示，可看出采用最优有效面积占比布放时的无规入射吸声系数明显高于另外两种布放方式下的测量结果。

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