Acoustic impedance of perforated panels covered by membranes

In this paper, acoustical characteristic of a perforated panel with cover membranes is theoretically investigated. Based on the fundamental principle of acoustics, the expressions of reflecting the sound transmission of this construction are derived and the formulas of calculating the specific acoustic impedance are obtained, We also discuss the changes of specific acoustic resistance with some important parameters, such as the frequency, the thickness of air layer and the surface density of the membrane. A good agrecment between predicted results and measured data is illustrated.

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。

孔中介质对厚微穿孔板吸声性能的影响

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956 Hz,峰值吸声系数可达0.94。有效吸声频带范围为612Hz-1600Hz以上。

加膜穿孔板声学特性的研究

本文介绍一种在穿孔板表面再覆盖一层薄膜的吸声结构，着重对这种加膜穿孔板的声学性能作严格的理论分析．从基本的声学理论出发，导出了反映加膜穿孔板声传递特性的普遍关系式，获得了加膜穿孔板声阻抗率的计算公式．文中讨论了声阻率随频率，空气层厚度以及薄膜面密度等重要参量变化的规律．理论计算结果与实验数据良好相符．所得结论为这种新型吸声结构的优化设计提供了严格的理论基础．

运用弹性支撑背板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.

可压缩偏流条件下穿孔板声阻抗率的分析

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.

穿孔板声阻抗模型研究

穿孔板广泛应用于噪声控制及扬声器扩声系统等领域.除了每个孔自身的声阻抗以外,各个孔之间的相互作用对整个穿孔板的声阻抗也有一定影响.前人的研究中对于穿孔板声阻抗的处理有3种方法:简化的解析方法、实验方法和数值方法.其中前两种方法有一定的限制条件;第三种方法虽然能较准确地模拟穿孔板的声阻抗,但在实用中还不够方便.针对上述问题提出了另一种简化解析模型来模拟穿孔板的声阻抗.把穿孔板上的每个孔看作一个声源,系统向外辐射的总声场为这些小孔分别向外辐射的声场的叠加.假定单个孔的辐射阻抗已知,以此为基础,计算其余孔与该孔的互辐射阻抗,这样可得到单个孔的总阻抗,从而求得整个穿孔板的总声阻抗.分别应用上述模型和以往模型来模拟两种不同穿孔情况的穿孔板的声阻抗,并进行比较.结果表明,频率升高,孔间的相互作用减小,两种模型模拟的声阻抗差异减小.孔间距增大,孔间的相互作用也减小.利用等效线路图法分别计算出采用这些穿孔板的实际扬声器系统的频响,并在消声室里进行测试.对于前盖板上穿一个孔的扬声器系统,两种模型模拟的结果与实验结果都很相似.对于前盖板上穿3个或7个孔的扬声器系统,上面提出的模型的模拟结果与实验结果更接近,以往模型的模拟结果与实验结果相差较大,尤其是中高频峰值频率的位置相差较多.这说明目前采用的模型更准确,当孔间距不是很大时孔间的相互作用对穿孔板的声阻抗有较大影响.

木质装饰微孔板声学特性的预测

对一种木质装饰微孔板的声学特性进行了理论预测,导出了各项结构参数与表面声阻抗率和法向吸声系数之间的关系。与驻波法的实验结果比较表明,两者良好吻合。通过预测可以得出木质微孔板的开槽深度,条纹宽度与间隔等对吸声性能的影响,从而优化其结构。这种木质微孔板特别适用于厅堂的音质设计,它可以兼顾室内装饰和声学处理两种效果。

高强度声场中微穿孔板的非线性声阻抗率

本文对微穿孔板的非线性声阻抗率作理论与实验两方面的研究。对穿孔板附近的流体运动,从空气动力学基本方程出发进行严格分析,导出了一阶近似的理论解。对非线性声阻和声抗的根源作了探讨。所得一些计算公式包括了线性效应的影响。实验测量采用了双传声器法。理论计算结果表明与实验所得数值良好一致。

薄纤维层吸声理论和实验研究

薄纤维层如织物、无纺布等既是室内装饰材料,又具有较好的吸声作用。然而根据传统微孔吸声理论,薄纤维层由于微孔通道太短而只能有很小的吸声作用。但是,在背后有空腔时薄纤维层却表现出良好的吸声效果。说明薄纤维层可能具有某种新的吸声机理。作者首先将穿孔板共振吸声理论应用到薄纤维层当中。由此推导出的共振吸声频率与薄纤维层第一吸声极大值的对应频率基本吻合。然后又将微穿孔共振吸声理论引入。在将材料振动吸声因素考虑进去后,建立了薄纤维层吸声公式。比之传统理论,该公式与实验结果相吻合较好。同时这种理论较好地解释了薄纤维层在作为护面材料或紧贴墙壁时吸声系数等于或接近于零,而作为窗帘或背后有空腔时却具有较好的吸声效果的这一声学现象。

一种新型微穿孔板吸声特性研究

传统微穿孔板的穿孔为圆形或狭缝,背面不带毛刺,其吸声系数和吸声频带宽度有待进一步提高。目前出现一种新工艺加工的微穿孔板,其穿孔为三角形,且背面带有毛刺。带刺三角孔微穿孔板与圆孔微穿孔板不同,不能用原有方法计算其声阻抗。文章采用试验研究的方法测定带刺三角孔微穿孔板的声阻抗,分析其声学特性,为工程应用提供参数依据。通过驻波管试验测量单层和双层带刺三角孔微穿孔板结构的吸声系数,并与圆孔微穿孔板结构进行比较分析。研究结果显示,新工艺加工的带刺三角孔微穿孔板与圆孔微穿孔板相比较,声阻有了较大幅度的提高,声抗基本保持不变;带刺三角孔微穿孔板结构的吸声系数有了显著的提升,吸声频带也得到一定程度的拓宽。

结合机械阻抗的微穿孔板吸声计算及试验研究

机械阻抗板(MIP)由刚性薄板与其周围黏贴的阻尼材料组成,利用其机械共振将声能耗散于黏性阻尼,阻抗板与微穿孔板相结合可提高传统微穿孔板(MPP)的低频吸声性能。计算组合结构吸声系数的关键是阻抗板后封闭空腔的处理,对比分析了将空腔等效成声顺,阻抗转移法,传递矩阵法及将空腔等效成空气弹簧的4种处理方法,并进行了相应的试验验证。研究表明,将空腔等效成声顺和空气弹簧实质上是相同的,但当空腔深度较大时,由于忽略声质量,易产生计算误差。阻抗转移法与传递矩阵法实质上是相同的,与试验结果吻合良好,计算准确。

切向流下穿孔板声阻抗模型的比较

在穿孔板声衬的设计过程中,需要选择合适的穿孔声阻抗模型。因为切向流条件下的穿孔声阻抗由不同测试方法得到,导致直接采用声阻抗的实验结果对声阻抗计算模型进行比较较为困难。本文采用穿孔声衬在有流条件下的传声损失,对6种切向流穿孔声阻抗模型及30种声阻和声抗的复合模型进行比较。使用传递单元法得到声衬的四极参数及各模型对应的传声损失计算值。与实验结果进行比较,分析不同模型的频谱特性差异。结果显示:在中低频时,6种声阻抗原模型得到传声损失和实验值吻合良好,但中高频均和实验值有较大的偏差;Lee&Ih的声阻模型和Cummings的声抗模型的复合模型,在不高于0.2 Ma的流速下得到的声衬传声损失和实验结果吻合良好,比其他计算模型更接近实验值。

复合微穿孔板吸声结构声学性能预测

将微穿孔板吸声结构与多孔材料复合,以期得到中低频吸声性能较好的复合层声学结构。以微穿孔板多边形穿孔截面、穿孔率、空腔厚度和多孔材料类型为变量,设计复合层声学结构,给出复合层声学结构吸声系数的理论计算方法和声学有限元仿真预测模型。利用3D打印技术制备精度较高的微穿孔板实验样本,用阻抗管法对复合层声学结构的吸声系数进行实验室测量。对比预测结果和实验数据,发现两者具备很好的一致性。研究表明:复合层声学结构具有很好的中低频吸声系数,通过调整微穿孔板穿孔截面形状和穿孔率可以对中低频段(50 Hz~1600 Hz)噪声进行有效控制。

基于声振耦合的曲面微穿孔板吸声特性研究及试验分析

采用了声电类比法分析曲面微穿孔板(curved micro-perforated panel,CMPP)的吸声特性,并根据瑞丽积分法求解了曲面板的自由振动特性,借助声振耦合原理获取了在考虑板的振动时微穿孔板的吸声特性,并给出了结构参数如穿孔率、孔径、板厚、曲率半径、背腔深度、板的长宽比等对曲面微穿孔板吸声系数的影响。根据理论模型,该研究设计了阻抗管装置并测量了曲面微穿孔板的吸声系数,其中对不同穿孔率下的吸声系数进行了测量。结果显示:随着穿孔率和孔径的增大,由微孔引起的吸收峰值降低,吸声带宽变小;随着板厚的增加,由于板的共振引起的吸声峰向高频移动,由于微孔引起的吸声峰向低频移动,证明了理论模型的准确性。

高声强双层穿孔结构的吸声计算

对高声强下不同的穿孔结构非线性声阻抗模型进行比较,分析入射声压对穿孔吸声结构声阻抗的影响,并提出双层穿孔结构的改进传递矩阵法。不同声阻抗模型的实验和计算结果表明,入射声压级小于140 dB时,Park模型和Maa模型的计算结果与实验数据吻合良好;入射声压级为140~150 dB时,Laly模型的计算结果更接近实验结果。对于高声强下的双层及多层穿孔结构,在所提出的改进传递矩阵法中,根据传递矩阵计算得到各层板表面声压级,每层穿孔的声阻抗根据声压级和穿孔参数进行计算,进而得到总声阻抗。结果表明,入射声压级为120~150 dB时,双层穿孔结构的改进传递矩阵法计算结果与实验数据吻合良好。