可调吸声频带的蜂窝-微穿孔板复合结构设计

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蜂窝夹层板是一种具有良好的隔声性能的结构,被广泛的运用于航空航天、建筑、车辆等领域。传统对于蜂窝夹层板材料的声学性能研究主要集中其隔声性能。但蜂窝夹层结构作为一种周期性结构,结合微穿孔板一起使用,可使蜂窝-微穿孔板复合结构获得良好的吸声性能。本文着重提出一种可调吸声频带的蜂窝-微穿孔板复合结构设计方法。
  本文首先对蜂窝夹层板结构以及微穿孔板结构等隔、吸声材料的优缺点进行了介绍,并且使用声电类比法以及传递矩阵法,对微穿孔板结构的吸声机理进行了建模研究。分析并讨论了两种方法对于不同微穿孔板结构计算的精度的影响,得出在计算单层微穿孔板结构的吸声系数的情况下,两种方法的计算结构有着较好的匹配,但当考虑双层以及更多层微穿孔板串联的情况时,由于声电类比法将空腔的声阻部分进行了忽略,导致两种理论的计算结果出现了较大的差距。所以本文可调吸声频率蜂窝-微穿孔板复合结构设计部分,针对等效双层微穿孔板结构所使用的理论主要以传递矩阵法为主。在这基础上对蜂窝-微穿孔板结构的吸声机理进行了建模,并以29mm直径的蜂窝-微穿孔板复合结构为研究对象,进行了仿真和理论对比,并制作了试样在阻抗管系统中进行了测试。
  同时分析讨论了阻抗管测试系统不同扬声器输出声强与微穿孔板吸声系数采集的影响规律,研究了在保证实验结果符合规定的情况下,即测试用声压级需要在感兴趣的频率位置对应的信号幅值都应至少比背景噪声高10dB的前提下,不同声强对同一低穿孔率微穿孔板吸声性能的影响规律。得出了针对本实验室阻抗管系统,在实验测试时应调节扬声器功放,使得探针测量声压级为110dB以上125dB以下的结论。
  其次,提出了一种可调吸声频带的蜂窝-微穿孔板复合结构设计方法。在讨论不同参数对于微穿孔板结构的吸声性能的影响规律:即微穿孔板吸声系数中吸声峰频率的漂移主要与微穿孔板结构声质量部分有关,当微穿孔板声阻抗与空气特性阻抗匹配时,吸声系数获得最大值的基础上,对影响微穿孔板吸声性能的四个结构参数:板厚、穿孔率、孔径、板后空腔进行可调吸声性能设计的可行性进行了分析,并提出了一种使用机械式挡板来对微穿孔板微孔进行遮挡,进而改变微穿孔板实际参与吸声的穿孔率的设计思路。从理论、仿真以及实验角度进行了研究,得到了在中频具有14.2%的调节范围,同时吸声系数0.8的吸声带宽可拓宽188%的可调蜂窝-微穿孔板结构,并且对等效穿孔率与峰值频率间的关系进行了分析,获得了可以用来指导工程设计的拟合公式。
  此外,由于在设计过程中可调穿孔率的实现是通过中心对称的挡板的旋转遮挡,被遮挡之后的微穿孔板中实际参与吸声的微孔的排布不再是均匀的,而传统的理论只讨论了均匀分布微穿孔板的吸声性能,于是本文讨论了非均匀分布微穿孔板的吸声机理,提出了一种针对圆环形非常规布局的微穿孔板的声质量的分段式修正系数,使用该修正系数后,可对圆环形非常规布局的微穿孔板的吸声性能做到较好的预测,弥补了经典理论中使用相同微穿孔板结构参数却不能对微孔排布进行预测的不足。
  最后,对本文所提出的可调吸声频带的蜂窝-微穿孔板复合结构进行了总结,并针对结构参数、分布位置、自适应降噪算法等方面,为该领域课题后续可研究方向进行了展望和论述。
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