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类型微穿孔板吸声体的研究进展.pdf

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  • 上传时间:2019-10-28
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    微穿孔板吸声体的研究进展.pdf
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    1、第 卷 第 期年 月声 学 学 报人,献 给 马 大 酞 教 授 华 诞微 穿 孔 板 吸 声 体 的 研 究 进 展刘 克 田 静 焦 风 雷 吕 亚 东中 国 科 学 院 声 学 研 究 所 北 京年 月 日 收 到摘 要 简 述 了 马 大 酞 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 年 来 与 马 大 献 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 酞 教 授 的 基 本 理

    2、 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 。数 , , ,一玩 云 亡 。 云 云 , 云 , 。 , ,一 ,助即 , 一 , 战引 言穿 孔 板 做 为 吸 声 材 料 使 用 已 有 很 长 的 历 史 , 但其 必 须 与 吸 声 材 料 一 起 使 用 , 使 得 只 能 做 为 护 面 板使 用 。 直 到 世 纪 年 代 初 马 大 酞 教 授 开 创 性 的提 出 可

    3、用 于 计 算 和 设 计 的 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 理 论 及实 验 样 品 , 使 得 众 多 声 学 工 作 者 们 多 年 来 努 力 寻 求 的在 吸 声 构 件 中 不 使 用 纤 维 性 材 料 或 其 他 阻 尼 材 料 的设 想 得 以 实 现 , 。微 穿 孔 吸 声 体 是 马 大 酞 教 授 在 世 纪年 代 后 期 为 准 备 在 恶 劣 条 件 下 应 用 的 吸 声 体 而 提出 发 展 的 。 把 一 穿 孔 板 固 定 在 固 体 表 面 就 成 为 吸 声体 , 穿 孔 为 丝 米 级 , 其 本 身 就 具 有 足 够 高 的 的 声 阻 和足

    4、够 低 的 声 抗 , 形 成 宽 带 吸 声 体 , 而 不 需 要 添 加 任 何多 孔 性 吸 声 材 料 结 构 简 单 , 其 吸 剩 特 性 可 精确 计 算 , 面 材 不 受 材 料 限 制 , 从 纸 板 、 塑 料 、 金 属 板至 薄 膜 , 根 据 不 同 目 的 选 用 不 同 板 材 。 近 年 来发 展 迅 速 并 已 广 泛 用 于 许 多 领 域 中 。微 穿 孔 板 基 本 理 论 是 马 大 献 教 授 在 年 提 出的 , 其 后 在 年 又 提 出 了 准 确 理 论 。 这 一 理论 揭 示 了 微 穿 孔 板 吸 声 体 最 大 吸 声 系 数 与

    5、 吸 声 频 带宽 度 极 限 的 量 化 关 系 。 近 年 来 , 对 微 穿 孔 板 在 扩散 场 和 高 声 强 情 况 下 的 吸 声 特 性 从 理 论 和 实 验 方 面亦 进 行 了 探 讨 , 得 到 了 有 意 义 的 结 果 。 板 面 材 的 制 造技 术 近 年 来 亦 得 到 发 展 , 使 得 在 不 同 板 材 上 制 造 微孔 成 为 可 能 目 前 , 对 微 穿 孔 板 的 全 面 特 性 的 理 论 和实 验 研 究 还 在 如 火 如 茶 的 进 行 之 中 “ 一 并 不 断 有基 于 基 本 理 论 的 新 衍 生 结 构 出 现 。本 文 的 目

    6、 的 在 于 通 过 对 近 年 来 微 穿 孔 板 吸 声 体理 论 及 实 验 研 究 的 研 究 进 展 的 回 顾 , 揭 示 微 穿 孔 板吸 声 体 做 为 世 纪 的 绿 色 吸 声 材 料 的 发 展 潜 力 , 以促 进 在 不 同 领 域 的 应 用 发 展 。微 穿 孔 板 吸 声 体 的 准 确 理 论马 大 酞 教 授 所 提 出 的 微 穿 孔 板 吸 声 体 基 本 理 论如 下 。期 刘 克 等 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 研 究 进 展几 了图 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 结 构 及 等 效 电 路基 本 方 程微 穿 孔 板 吸 声 体 的 结 构

    7、及 等 效 电 路 如 图 。正 入 射 条 件 下 的 吸 声 系 数 为为 腔 深 , 以 。 记 。吸 声 系 数 。 在 共 振 频 率 时 为 最 大, 、 。 一 。 不 百 一 甲 一 又 万十 夕 这 里 , 微 穿 孔 板 的 声 阻 抗 率 单 位 面 积 的 声 阻 抗 , 用 空 气 中 的 特 性 阻 抗 除 过 而 得 到 相 对 声 阻抗, 国 二 户 ,其 中 和 二 分 别 为, , , 。 、 厉 ,亡 “ “ 斌二 异 份 二 , , , 二 十 任 士 十 共 早 二 二 , 尹 一 门 一 又 一 和共 振 频 率 满 足。 。 一 。表 示 为 。

    8、曲 线 。 曲 线 的 交 点 , 如 图 所 示一 碧 少 二 必一 凡 二,翻 、几 、凡 。 二 刊 ,七。泞 份 干 诀 群当 迫 支 、 。缪 “ 署卜一 一穿 孔 板 常 数 为 、 一 孺 碧昌 晋, 和 都 是 无 的 函 数 。 。 基 本 是 常 数 变 化 不而 , 则 随 增 加 , 特 别 是 大 时 。 假 设 二无 二 和 二 的 变 化 规 律 在 图 中 绘 出 。厂图妞 吕共 振 和 半 吸 收 点 图 解大时仁卜曰,刀 卜 一 一 一 一 一弋 仁 司 一 二 一 一 一 一 一 一 一 石图 微 穿 孔 板 的 相 对 声 阻 和 质 量 常 数在 以

    9、上 各 式 中 , 为 板 厚 , 为 穿 孔 直 径 , 单位 都 是 , 是 穿 孔 总 面 积 占 全 板 的 百 分 数 , 是声 音 频 率 , 板 后 孔 腔 的 声 阻 抗 率 为户 。 ,吸 声 系 数 为 最 大 值 一 半 的 频 率 满 足田 一 公 千 这 在 图 中 是 公 和 、 相 差 的 点 。式 可 取 反 余 切 求 解 , 但 须 要 已 知 。 和 二 , 否 则 方程 和 均 不 可 解 。微 穿 孔 板 吸 声 体 的 一 般 特 性基 于 基 本 方 程 , 。 。 减 小 时 吻 。 增 加 的 极 限是 , 而 半 吸 收 点 对 称 点 在

    10、二 千 一 十 约 , 由此 得 到 吸 声 频 带 的 半 宽 度 为豁 一 纂 七 一 , “ ,声 学 学 报 年半 吸 收 点 之 间 的 频 程 为一 一 ,一一几一七由 公 式 和 可 知 , 单 层 微 穿 孔 板 吸 声 体的 吸 声 系 数 和 所 能 达 到 的 极 限 频 带 宽 度 取 决 于 共 振频 率 时 的 声 阻 比 , 即 取 决 于 设 计 时 所 要 求 的 最 大 吸声 系 数 。 达 到 极 限 频 带 宽 度 是 可 能 的 , 但 是 要 受 到 穿孔 板 常 数 的 限 制 。将 极 限 频 带 宽 度 列 于 表 由 表 可 以 看 出 ,当

    11、 设 计 要 求 的 吸 声 系 数 不 大 于 时 , 单 层 微 穿 孔板 的 吸 声 带 宽 才 可 能 达 个 倍 频 程 几 二 , 当最 大 吸 声 系 数 不 大 于 时 , 才 可 能 达 个 倍 频 程。表 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 极 限 吸 声 频 带 宽 度户户户户 钾 甲甲 伙伙 一广广 丫丫月月月 之之之之之之之 裤裤欣 会会 玉 一 、 飞飞户七野今今 今今么么九九刀频 带 宽 度 极 限 情 况 下 两 种 典 型 微 穿 孔 板 吸 声 体的 理 论 吸 声 特 性 曲 线加性心, 。图为 了 便 于 分 析 讨 论 , 基 于 微 穿 孔 板 准 确

    12、理 论 编制 设 计 程 序 , 可 以 通 过 改 变 结 构 参 数 准 确 迅 速 计 算结 构 的 吸 声 特 性 , 并 可 以 根 据 吸 声 特 性 的 要 求 来 设计 结 构 参 数 。 两 种 典 型 结 构 的 理 论 吸 声 特 性 见 图 。从 图 可 以 看 出 , 频 带 宽 度 极 限 情 况 下 , 单 层微 穿 孔 板 吸 声 体 的 吸 声 频 带 分 别 在 、 和、 之 间 , 吸 声 系 数 达 以 上 , 均 接 近或 达 到 个 倍 频 程 对 于 样 品 在 以 上 的区 域 , 除 了 有 限 个 吸 声 波 谷 反 共 振 频 率 处 以

    13、外 ,吸 声 系 数 直 至 都 能 震 荡 , 有 极 宽 的 频 带 , 其 吸声 效 果 能 满 足 对 吸 声 材 料 的 一 般 要 求 。对 于 宽 频 带 的 微 穿 孔 板 吸 声 体 来 讲 , 机 械 加 工微 孔 比 较 困 难 。 近 年 来 , 一 些 非 机 械 加 工 的 方 法 在 制造 微 穿 孔 板 吸 声 体 方 面 得 到 迅 速 发 展 , 如 粉 末 冶 金 、轧 制 丝 网 、 金 属 丝 网 烧 结 及 电 刻 腐 蚀 等 , 可 在 板 上 加工 出 微 细 孔 。 图 和 图 分 别 是 采 用 金 属 丝 网 烧 结 、金 属 腐 蚀 加

    14、工 的 样 品 的 吸 声 特 性 测 试 结 果 。 测 试 结 果表 明 , 图 中 的 样 品 在 、 , 图 中 样 品在 、 其 吸 声 系 数 均 达 到 以 上 , 第一 吸 声 频 带 的 宽 度 均 接 近 或 达 到 了 个 倍 频 程 。 表明 采 用 非 机 械 加 工 的 方 法 对 于 获 得 宽 频 带 的 微 穿 孔板 吸 声 体 是 有 效 的 , 可 以 较 好 地 解 决 微 孔 加 工 的 难题 。 同 时 , 表 明 取 得 宽 频 带 吸 声 体 在 理 论 和 实 际 时 是可 以 实 现 的 。书 氏彭厂厂厂厂厂厂 尸 尸尸 曰 月 叹叹 减减

    15、、 合 曲 广广广 如 日 , , 】, 厂厂 一 、 派派派丫丫丫 洲洲洲洲 一一山山山 尸尸 洲州州州 丫丫丫丫一一一一一一一一一一图 金 属 丝 网 烧 结 微 穿 孔 板 样 品 吸 声 特 性书 氏冬,厂厂 吧 月 , 、 气气 亨亨 夕夕 人人 派派派公公 歹歹 了了了 二二夕夕 、 、户户户户 洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲洲丁丁丁 尹尹尹尹 ,犷犷 厂厂厂厂 奋奋奋奋奋 夕夕 一一 一一 、卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜 理 诊 口 一 , ”犷犷犷 才才 一一一 令 笙 雏 一“ 理 乡 。 一, 头 掀叫娇叫一出娇寸的工仍哟叫八曰八曰图 电 刻 腐 蚀 微 穿 孔 板 样 品 吸 声 特

    16、 性期 刘 克 等 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 研 究 进 展取 的 扩 散 场 内 的 吸 声 系 数 , 其 中 次 吸 声 频 带 仅 为一 个 小 包 , 可 以 忽 略 不 计 。藏嶙权馨扩 散 场 内 微 穿 孔 板 的 吸 声 特 性微 穿 孔 板 吸 声 体 在 垂 直 入 射 下 的 吸 声 性 能 依 据准 确 理 论 可 以 进 行 精 确 的 计 算 , 实 验 证 明 , 统 计 吸 声系 数 的 公 式 完 全 适 应 于 微 穿 孔 板 在 扩 散 场 内 吸 声 性能 研 究 陌 刀 。 因 此 , 可 从 理 论 上 较 为 全 面 的 探 讨 微 穿孔

    17、板 吸 声 体 在 扩 散 场 内 的 统 计 特 性 , 寻 找 其 在 垂 直 入射 条 件 下 与 混 响 场 内 的 吸 声 性 能 之 间 的 内 在 关 系 。也 为 微 穿 孔 板 吸 声 体 在 实 际 工 程 中 的 应 用 提 供 理 论依 据 都 很 重 要 。 因 为 微 穿 孔 板 吸 声 体 在 实 际 工 程 中的 应 用 是 接 近 于 扩 散 场 的 情 形 。马 大 献 教 授 理 论 指 出 当 值 下 降 的 时 候 , 次吸 声 频 带 的 吸 声 作 用 越 来 越 突 出 。 当 穿 孔 板 常 数 下降 到 一 定 程 度 , 吸 声 频 带 扩

    18、 展 到 高 频 。 因 此 微 穿 孔 板可 以 作 为 一 种 通 用 吸 声 材 料 或 者 是 特 定 用 途 的 吸 声材 料 。微 穿 孔 板 吸 声 体 的 斜 入 射 吸 声 系 数 为上上上上上上上上上 一一一一一一一一一一一一一 万万万万万万万万万万万万万 淤 琢琢琢琢琢琢琢琢琢琢琢七七七七七七 一一 一一一了了了了了了了了了了了了了了了 犁犁 交交 巍巍一一彭彭 岁岁岁岁岁 火一 一 一一一一一一一一一二二 尸 代代代 一一一一一闪 暇 赴一一一一一一相 对 频 率图 , 扩 散 场 内 吸 声 系 数 曲 线。 口 。 、 、 。 】 留 儿 尹 口 、以 目 夕 一

    19、值 小 时 , 混 响 场 内 的 吸 声 特 性很 明 显 , 穿 孔 板 常 数 值 小 的 话 , 对 于 吸 声 频 带宽 度 是 有 利 的 。 当 值 小 时 的 吸 声 特 性 大 有 改 变 。下 面 取 二 进 行 讨 论 。图 和 图 分 别 为 时 垂 直 入 射 和 扩 散 场内 的 吸 声 系 数 。 图 显 示 出 垂 直 入 射 条 件 下 , 随 着的 增 加 , 频 带 宽 度 增 加 很 快 。 并 且 次 吸 声 频 带 宽 度 增加 很 大 , 可 以 达 到 和 主 吸 声 频 带 相 同 的 宽 度 图 也显 示 了 相 同 的 变 化 趋 势 ,

    20、次 吸 声 频 带 的 作 用 增 强 , 并且 由 于 次 吸 声 频 带 作 用 的 加 入 使 得 主 吸 收 频 带 中 向高 频 扩 展 了 许 多一一一一 于 共此 每每每 风风风 介介 奋奋 卜卜,笼笼笼笼笼 了 多 奋 火 不 刁刁 日日日 确确 , 侧侧尸尸尸尸尸 一 下下 队 丁丁 和和 日日 一 一 二 二 二 二二 一 钊钊撬撬 礁礁 尸尸碑碑碑碑碑碑碑碑碑碑碑碑碑 竺 不 至 亏亏 二一一一 另另 尹 气气气气气气气气气气气气气气气气一一 翻翻 乒乒 洲 产产 声 引引 万 彗彗 一 一一一 阳阳 万万 序 一一 日日日日日日日日日洲洲洲 李 浅浅 酬酬 丫丫 日日

    21、口口、 劝,尹廿、 、卫了八连 玉,土上、了、在 扩 散 场 内 统 计 吸 声 系 数 为 以, 、 。 ” , 口 、 口 , ” 口 戴吸枝容将 公 式 代 入 公 式 , 用 替 换 , 用 若 替换 , 得 到、 , 护 , 、 一 燮, 刀相 对 频 率图 二 , 垂 直 入 射 吸 声 曲 线广了六一一象媛板多、 声产、产巴八匕、了了、垂 直 入 射 条 件 下 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 吸 声 系 数 为“ 著 一 枯 其 中 参 数 和 是 二 的 函 数 因 此 , 微 穿 孔 板 吸 声体 在 扩 散 场 的 统 计 吸 声 系 数 可 由 参 量 无 和 二 求

    22、得 。无 论 是 在 扩 散 场 还 是 在 垂 直 入 射 条 件 下 , 微 穿孔 板 吸 声 体 的 吸 声 系 数 均 可 采 用 两 个 参 量 穿 孔 板 常数 和 相 对 声 阻 率 表 示 。 而 相 对 更 为 重 要 , 因为 会 受 到 最 大 吸 声 系 数 的 影 响 而 受 到 限 制 。 下 面的 研 究 显 示 不 同 的 和 条 件 下 微 穿 孔 板 吸 声 体 在扩 散 场 内 的 吸 声 特 性 。值 大 时 , 扩 散 场 内 的 吸 声 特 性当 取 、 和 , 不 同 时 扩 散 场 内 微 穿 孔板 的 吸 声 特 性 比 较 相 似 。 图 显

    23、 示 了 不 同 值 而图 二,相 对 频 率氏 , 扩 散 场 内 吸 声 曲 线二二二 丁 沪 ,一一丁 一 不不 解 尸 哎哎 一一取取取取取取 蔽 升升茂茂茂茂茂 、 冲 六六 卫 从 又又厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂 、匆 竺竺彭彭彭 夕夕 长护耸 外外外厂厂厂厂 一 一一一一 月 一一 一 上 一,因 此 , 值 的 大 小 决 定 了 微 穿 孔 板 吸 声 体 在 扩散 场 的 吸 声 特 性 。 从 理 论 探 讨 而 言 , 值 越 小 , 吸 声性 能 越 好讨 论可 以 采 用 穿 孔 板 常 数 和 相 对 声 阻 率 来 计 算和 预 测 微 穿

    24、 孔 板 吸 声 体 在 扩 散 场 的 吸 声 特 性 。 在 一 定声 学 学 报 年的 和 沪 条 件 下 , 可 以 通 过 增 加 次 吸 声 频 带 的 作 用提 高 高 频 吸 声 。 这 使 得 微 穿 孔 板 吸 声 体 表 现 出 与 以往 完 全 不 同 的 特 性 。上 述 研 究 考 察 了 微 穿 孔 板 吸 声 体 垂 直 入 射 条 件下 与 在 扩 散 场 内 吸 声 性 能 的 关 系 , 最 大 吸 声 系 数 , 最大 吸 声 系 数 的 频 率 , 以 及 吸 声 带 宽 。 依 据 垂 直 入 射 的吸 声 特 性 推 知 扩 散 场 内 吸 声 特

    25、 性 具 有 很 强 的 实 用 价值 , 有 助 于 直 接 进 行 微 穿 孔 板 结 构 的 设 计 来 获 得 所希 望 的 声 学 特 性 。 设 计 时 , 首 先 选 择 和 , 由 基 本方 程 可 求 出 微 穿 孔 板 的 结 构 参 数 , , , , 艺 , 其中 和 亡 , 可 在 一 定 的 范 围 内 任 意 选 择 。高 声 强 下 的 微 穿 孔 板为 了 取 得 高 的 吸 声 系 数 , 微 穿 孔 板 的 穿 孔 比 穿孔 总 面 积 与 板 的 面 积 之 比 常 要 低 到 百 分 之 一 左 右 ,这 样 , 即 使 入 射 声 压 不 太 高 的

    26、 时 候 , 孔 内 的 质 点 速 度也 要 达 到 相 当 高 的 值 , 孔 端 出 气 的 高 速 度 要 形 成 喷注 , 影 响 微 穿 孔 板 的 声 学 特 性 和 所 构 成 结 构 的 吸 声性 质 。 因 此 , 需 要 研 究 高 声 强 对 于 微 穿 孔 板 吸 声体 吸 声 特 性 的 影 响 和 这 种 影 响 关 系 的 利 用 。马 大 酞 教 授 于 年 阐 述 了 高 声 强 下 的 微 穿 孔板 的 特 性 , 其 主 要 内 容 如 下高 声 强 下 微 穿 孔 板 的 声 阻 抗穿 孔 中 质 点 速 度 高 , 其 声 阻 抗 就 需 要 重 新

    27、 考 虑 。把 每 一 个 穿 孔 看 作 一 个 短 细 管 , 但 计 入 高 质 点 速 度 和粘 滞 损 失 的 影 响 , 动 量 和 连 续 方 程 就 分 别 是如 果 细 管 的 长 度 不 是 比 直 径 大 得 多 , 上 述 的 声阻 抗 就 需 要 加 上 末 端 修 正 量 。 在 声 压 的 作 用 下 , 空 气将 因 质 点 运 动 而 进 出 小 管 。 证 明 , 在 进 口 ,气 流 要 压 缩 到 较 小 面 积 , 一 部 分 要 沿 板 面 流 动 , 因 摩擦 而 受 损 失 。 在 出 口 则 因 形 成 喷 注 而 遭 受 损 失 。 摩 擦损

    28、 失 为 侧 葱 面 万 , 而 喷 注 损 失 为 。 。 , 。 。 为 质 点 速 度 的峰 值 。 声 质 量 的 修 正 则 由 于 空 气 在 管 端 的 振 动 而 形成 的 活 塞 辐 射 , 瑞 利 证 明 这 将 使 管 的 有 效 长 度 比 实际 长 度 增 加 。 高 质 点 速 度 如 何 影 响 质量 末 端 修 正 , 尚 未 见 到 确 切 理 论 。 从 以 前 测 量 结 果 看到 瑞 利 末 端 修 正 随 质 点 速 度 增 加 而 减 少 。 一 个 合 理的 解 释 是 , 形 成 喷 注 后 的 强 烈 气 流 可 以 把 空 气 振 动而 形

    29、成 的 管 端 活 塞 源 吹 掉 一 部 分 , 因 而 使 质 点 末 端修 正 减 小 。 影 响 大 小 应 与 速 度 比 可 有 关 , 也 与 穿 孔率 。 有 关 , 因 为 。 表 示 气 流 出 管 口 后 的 扩 张 程 度 。因 此 可 假 设 瑞 利 末 端 修 正 应 乘 以 一 因 数。 。 。 一 由 此 求 得 的 结 果 与 实 验 结 果 符 合 得 惊 人 , 在 。时 误 差 为 , 在 二 , 误 差 不 到 。根 据 以 上 结 果 , 假 设 穿 孔 的 声 阻 抗 直 接 相 加 , 就可 求 得 微 穿 孔 板 的 声 阻 抗 比 为二 、

    30、,拜 。 一 梅 “ , ,赢 测 土 十 一 “ 十 一 落 厂 十 “ “ , 产 少口声 阻 比, , 。讯 物 一 “ 划 万湘 口 一 二 。 二 二 一 刀 邝 , 尸 ,二 十 舫 二可 写 做“ 口 ,为 小 信 号 的 线 性 声 阻 比 , 高 声 强 时 增 加式 中 为 向 径 , 并 且 假 定 其 直 径 和 长 度 , 即 板 厚 ,都 甚 小 于 波 长 由 公 式 得 到 二 二 , 代 入 公 式加 以 整 理 得 到户 。 “ 一 。 ” 小 一 。 。式 中 二 一 般 非 常 微 小 , 在 时 也 只 是 ,可 以 忽 略 不 计 。 不 计 。 产

    31、 , 式 中 就 和 小 信 号 时的 公 式 完 全 相 同 , 短 细 管 的 声 阻 抗 为式 中 化。 。 。 。 。一 , 。 , 。 卜 了 二 丁一 二 抓 万户 。 。 ,其 中 二 一 己 训 瓦 不 ,是 管 的 直 径 。 质 点 速 度 对 短 管 的 声 阻 抗 影 响 不 大 ,近 似 值 , 仍 可 应 用 , 在 整 个 频 带 范 围 , 误 差 不超 过 。 但 是 短 管 的 末 端 修 正 则 不 然 。穿 孔 内 质 点 速 度 增 加 时 , 微 穿 孔 板 的 声 阻 增 加 ,而 声 质 量 减 小 。 声 质 量 的 减 小 有 限 , 它 虽

    32、 然 使 微 穿 孔板 吸 声 结 构 的 共 振 频 率 提 高 , 频 带 加 宽 , 但 是 变 化 不大 。 声 阻 的 增 加 则 几 乎 无 限 , 因 而 高 声 强 对 微 穿 孔 板性 能 的 影 响 极 为 可 观 , 声 强 很 高 时 , 其 吸 声 性 能 几 乎完 全 失 去 。设 厚 的 金 属 板 穿 以 直 径 的 微 孔 ,孔 间 距 离 为 , 穿 孔 率 为 , 可 求 得 均约 为 , 接 近 “ 。 板 后 留 空 腔 时 ,共 振 频 率 约 , 吸 声 频 带 为 个 倍 频 程 。 在 一般 环 境 中 , 声 阻 基 本 不 受 影 响 ,

    33、吸 声 系 数 仍 为 。质 点 速 度 增 加 时 , 声 阻 的 速 度 项 逐 渐 重 要 起 来 , 当。 时 , 质 点 速 度 为 , 吸声 系 数 降 低 为 , 此 时 声 压 级 为期 刘 克 等 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 研 究 进 展, 一 一 。 一 , 。 一, 。 。 。 一 一 。 。 一 ,即 等 于 式 中 。 为 大 气 压 力 , 约 为 。声 压 级 更 高 , 吸 声 系 数 迅 速 降 低 , 如 图 中 的所 示 。如 果 取 , 低 声 强 下 的 吸 声 系 数 降 低 为, 半 吸 收 的 高 声 强 声 压 级 临 界 值 为 。 再

    34、 将孔 间 距 降 低 为 , 在 声 压 级 为 以 下 的 任何 声 压 级 , 吸 声 系 数 均 大 于 。 微 穿 孔 板 在 高 声 强下 的 应 用 受 到 非 线 性 声 阻 抗 的 限 制 , 但 也 可 利 用 非线 性 声 阻 延 伸 其 应 用 到 更 高 声 强 。设 计 样 品 的 线 性 声 阻 比 为 , 而 样 品的 线 性 声 阻 比 为 。 图 明 显 看 出 , 样 品 随着 声 强 提 高 , 吸 声 系 数 下 降 许 多 , 而 频 带 宽 度 变 化 不大 , 即 低 中 声 强 的 最 佳 设 计 在 高 声 强 下 吸 声 系 数 将大 幅

    35、度 下 降 。 在 图 中 , 随 着 声 强 的 提 高 , 样 品的 吸 声 性 能 是 增 加 的 , 即 在 声 场 强 度 较 高 环 境 下 的吸 声 效 果 较 好 。 表 明 微 穿 孔 板 在 高 声 强 条 件 下 , 要 考虑 其 非 线 性 特 性 , 同 时 验 证 了 马 大 献 教 授 提 出 的 微穿 孔 板 在 高 声 强 下 的 非 线 性 特 性 。 微 穿 孔 板 吸 声 体在 高 声 强 声 场 下 的 吸 声 特 性 , 在 理 论 与 实 验 上 尚 需要 进 一 步 完 善 , 在 实 际 中 有 诸 多 的 应 用 场 合 , 如 发 动机 燃

    36、 烧 室 内 声 衬 就 是 一 个 典 型 的 高 声 强 环 境 微 穿 孔板 应 用 的 实 例 。八芝妞七 山 刁 一,图 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 吸 声 系 数 随 声 压 级 变 化 的 曲 线高 声 强 下 微 穿 孔 板 的 实 验 结 果图 和 图 分 别 为 高 声 强 下 微 穿 孔 板 样 品 的实 验 结 果 。 显 示 出 不 同 的 声 压 级 下 非 线 性 声 阻 作 用引 起 的 吸 声 系 数 的 变 化 。八曰入卜 少一 升 了二 理 论 值 协 一 日 。 讨 。 日 日 日 、 二 好 、 一 自 , 了 洲 一 一 囚 广 闷 朽 寸 甘

    37、、 哎 , 以 , 闪 勺 口一 一 一 凶比图 样 品 不 同 声 强 下 的 吸 声 特 性 。, 艺 , ,柔 性 管 束 的 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构几 年 来 , 基 于 微 穿 孔 板 基 本 理 论 , 衍 生 了 许 多 吸声 结 构 。 柔 性 管 束 的 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 及 时 其 中的 一 种 , 目 前 正 自 进 一 步 的 研 究 之 中 , 该 吸 声结 构 图 见 图 。 柔 性 管 束 由 若 干 与 穿 孔 板 小 孔 直 径相 同 的 细 长 管 排 列 组 成 , 柔 性 管 束 的 长 度 不 受 空 腔 深度 的 限 制

    38、 , 其 管 束 长 度 可 远 大 于 腔 深 , 并 且 细 长 管 可设 计 成 长 短 不 一 , 以 调 谐 共 振 频 率 和 改 变 不 同 频 率 下的 吸 声 系 数 。由 于 管 束 较 长 , 可 远 大 于 穿 孔 板 空 腔 深 度 , 管 束内 参 与 往 复 运 动 并 受 到 粘 滞 阻 尼 的 空 气 柱 较 传 统 穿孔 板 共 振 吸 声 结 构 小 孔 内 的 空 气 柱 要 多 , 声 阻 要 大 ,并 且 受 到 两 个 共 振 频 率 的 激 励 , 不 仅 其 吸 收 系 数 要 比传 统 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 大 , 而 且 其

    39、吸 声 频 带 也 由 于管 一 腔 祸 合 共 振 的 原 因 要 比 传 统 穿 孔 板 共 振 吸 声 结构 宽 。 另 外 其 吸 声 频 带 中 出 现 两 个 明 显 的 吸 声 峰 , 其吸 声 特 性 可 以 达 到 或 者 超 过 两 层 微 穿 孔 板 吸 声 体 的效 果 。 可 以 用 在 空 间 受 到 限 制 或 者 需 要 增 加 低 频 吸声 的 场 合 。穿 孔 面 板 锥 形 连 接一一一一一一, 理 论 值值叫的凶工州价叶的工价的叫一一晒闪工一图 样 品 不 同 声 强 下 的 吸 声 特 性 二 。、 亡 。 刀 比 、 “ 引 几 图 柔 性 管 束

    40、穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 示 意 图声 学 学 报 年该 共 振 结 构 也 可 以 视 为 多 个 亥 姆 赫 兹 共 振 腔 的并 联 整 个 共 振 体 的 声 阻 抗 由 各 个 亥 姆 赫 兹 共 振 腔声 阻 抗 的 共 同 组 成 。几 二 瓜 十 虱 礁 ”这 里若公一 痴 矗 、 “ 。 ,二 一 。 。 , 蠢 卜 去 丽,图 管 束 式 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 与 无 管 束 的 穿 孔板 共 振 吸 声 结 构 之 间 吸 声 特 性 比 较,川亥 姆 赫 兹 共 振 器 的 共 振 频 率 由 下 式 计 算 得 到一 微 穿 孔 板 加 管 束

    41、 两 端 开 口一 , 一 微 穿 孔 板 无 管 束一 “ 一 双 层 微 穿 孔 板 无 管 束, 。 。 厂 二 万 。 , 、。 “ 云 而 丁 骊 又 “ , 毛 , 尸 尸 、 、 、 尹介 尸 卜 一 火 、尸 厂 生 一 乍 丫,乒 饭 、 、 丫因 此 , 共 振 频 率 与 喉 部 长 度 。 呈 平 方 反 比 。 。 可以 表 示 为 面 板 的 厚 度 加 上 内 部 和 外 部 的 管 端 修 正 如 果 通 过 一 些 方 法 使 得 喉 部 的 长 度 加 大 , 则 共振 频 率 将 向 低 频 移 动 。 同 时 也 会 使 得 共 振 体 的 声 阻的 增

    42、 加 这 就 是 设 计 该 柔 性 管 束 穿 孔 板 共 振 吸 声 体的 目 的 。具 有 柔 性 细 管 管 端 开 口 和 管 端 闭 口 的 管 束 式 穿孔 板 共 振 吸 声 结 构 与 无 管 束 的 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构吸 声 特 性 如 图 所 示 。 具 有 柔 性 细 管 管 端 开 口 的 管束 式 微 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 与 无 管 束 的 单 层 、 双 层微 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 吸 声 特 性 如 图 所 示 。由 图 和 得 到 结 论 , 带 有 两 端 开 口 柔 性 管束 的 穿 孔 板 共 振 吸 声 结

    43、 构 相 比 一 段 开 口 的 管 束 穿 孔板 共 振 结 构 的 吸 声 性 能 要 高 一 些 。 细 长 管 束 的 嵌 入 一方 面 大 大 增 加 了 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 的 声 阻 , 提 高 了吸 声 系 数 , 另 一 方 面 使 得 共 振 频 率 向 低 频 移 动 , 同 时细 长 管 束 的 管 共 振 与 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 的 腔 共 振相 互 祸 合 作 用 使 得 吸 声 频 谱 出 现 两 个 较 为 明 显 的 共振 吸 收 峰 , 从 而 拓 宽 了 传 统 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 的 有效 吸 声 频 带

    44、。 管 束 式 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 的 吸 声 性 能孔 径 已 经 达 到 甚 至 在 某 些 频 段 上 超 过 双 层微 穿 孔 板 吸 声 结 构 的 吸 声 性 能 , 比 单 层 微 穿 孔 板 吸 声结 构 的 吸 声 效 果 要 好 , 突 出 反 映 在 吸 声 频 带 宽 , 吸 声系 数 特 别 是 中 、 低 频 段 吸 声 系 数 大 。板 吸 声 结 构 相 比 , 管 束 式 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构的 制 造 成 本 较 高 , 大 批 量 制 造 工 艺 、 加 工 方 式 还 有 待探 索 , 该 新 型 吸 声 结 构 适 合 在

    45、 空 间 受 到 严 格 限 制 、 并期 望 增 加 中 、 低 频 吸 声 效 果 的 条 件 下 使 用 。 理 论 和 实验 工 作 还 在 有 待 进 一 步 进 行分 奋 沪尹 另一 ” 扩 一图 管 束 式 微 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 与 无 管 束 与 微穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 之 间 吸 声 特 性 比 较结 论 和 展 望本 文 简 要 探 讨 了 在 马 大 酞 教 授 创 立 微 穿 孔 板 吸声 体 年 以 来 , 在 理 论 及 实 验 研 究 的 发 展 进 展 。 微穿 孔 板 的 基 本 理 论 使 得 众 多 声 学 家 多 年 来

    46、寻 求 吸 声结 构 中 不 使 用 纤 维 性 吸 声 材 料 或 其 他 阻 尼 材 料 的 愿望 成 为 现 实微 穿 孔 板 的 准 确 理 论 及 其 在 扩 散 场 下 特 性 的 研究 , 揭 示 出 微 穿 孔 板 吸 声 体 能 够 成 为 宽 频 带 的 吸 声体微 穿 孔 板 在 高 声 强 声 场 条 件 下 的 特 性 研 究 , 为微 穿 孔 板 在 极 端 条 件 下 高 温 、 高 声 强 应 用 , 如 火箭 发 动 机 燃 烧 室 内 声 衬 , 导 弹 地 下 发 射 井 降 噪 , 奠 定了 理 论 基 础 。基 于 微 穿 孔 板 吸 声 体 理 论

    47、, 衍 生 出 若 干 与 此 相关 的 结 构 。 柔 性 管 束 穿 孔 板 共 振 吸 声 结 构 , 使 得 在 空间 严 格 限 制 并 在 增 加 中 低 频 吸 声 效 果 下 的 使 用 , 成 为可 能 。近 年 来 , 微 穿 孔 板 吸 声 体 研 究 在 国 内 外 一 直 在进 行 。 国 外 , 尤 其 德 国 在 微 穿 孔 板 应 用 方 面 去 的 很 大成 绩 , 其 中 包 括 众 所 周 知 的 德 国 议 会 大 厦 噪 声 问 题 ,新 型 薄 膜 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 应 用 哪 。期 刘 克 等 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 研 究

    48、进 展上 述 的 研 究 回 顾 及 国 外 微 穿 孔 板 研 究 发 展 , 都反 映 了 微 穿 孔 板 吸 声 结 构 应 用 的 内 在 潜 力 和 巨 大 的应 用 前 景 微 穿 孔 板 吸 声 体 将 成 为 世 纪 绿 色 理 想吸 声 材 料谨 以 此 文 献 给 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 开 创 者 马 大 酞教 授 九 十 华 诞参 考 文 献卜 卜 , 二 。 亡 , 一卜 卜 夕 , 一马 大 献 微 穿 孔 板 吸 声 结 构 的 理 论 与 设 计 中 国 科 学 ,一马 大 献 微 穿 孔 板 吸 声 体 的 准 确 理 论 和 设 计 声 学 学 报 ,一,马 大 鱿 , 刘 克 微 穿 孔 板 吸 声 体 随 机 入 射 吸 声 性 能 声 学 学报 , 一, , , 卜 乙 卜口 志 坛二 云 , 一马 大 献 高 声 强 下 的 微 穿 孔 板 声 学 学 报 , 一亡 , 仇 ,一, ”, , , 一雌 , 亡 仇 , 一台 ,且 一 ,匕 , 亡 , , 名 幽助 瓦 ,一

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