微穿孔板吸聲結構以其眾多的優點,在噪聲控制領域得到越來越廣泛的應用。因微穿孔板結構中涉及大量的參數,在穿孔板層數較多時,用聲電類比法或試驗的方法研究微穿孔板結構的吸聲性能將變得非常復雜。傳遞矩陣法尤其適于多層結構的分析,且易于用計算機編程實現。文章推導了用傳遞矩陣法計算微穿孔板結構聲學性能的計算公式,并與用聲電類比法計算的結果、試驗測定數據進行了對比,結果顯示,傳遞矩陣法是可以作為微穿孔板結構設計的一種簡單而有效的參考方法。

提出在薄微穿孔板微孔中穿入銅纖維的結構,有效拓寬薄微穿孔板的吸聲頻帶,提高吸聲系數,使微穿孔板吸聲性能在中低頻得到很大的提高。研究結果表明,樣品直徑為100mm,29mm,穿孔直徑為1mm,厚度2mm,穿孔率為3%的微穿孔板,穿入銅纖維的直徑為0.13mm,穿入銅纖維為3和4根時,在100hz~1600hz內,共振吸聲系數α0達0.99;穿入7至9根時,吸聲頻帶可拓寬1000hz以上;隨著穿入纖維數量的增加,吸聲頻帶顯著向低頻移動,當穿入11根時,移動幅值為464hz。

傳統的微穿孔板要獲得較佳的吸聲性能,需要較小孔徑的微孔(<0.3mm);在穿孔率不變的情況下,增加板厚,那么板的吸聲性能將下降。為了避免這個問題,提出一種新型的微穿孔板結構——變截面微穿孔板。與傳統微穿孔板不同,它的微孔的截面積沿其軸向不是恒定的,而是在軸向的一定位置發生突變,從而板存在孔徑差異較大的兩部分。在馬大猷的理論基礎上,分析了變截面微穿孔板的吸聲特性,并利用傳遞函數法,通過阻抗管進行了實驗。分析和實驗結果顯示,變截面微穿孔板的吸聲性能主要由孔徑較小的部分決定,孔徑較大的部分主要是增加了板的厚度,對板的吸聲性能貢獻較小;因此,通過變截面的方法,在增加板厚的同時也能使板維持在較佳的吸聲性能水平。

微穿孔板共振吸聲結構在噪聲控制上有著優異的表現,受到廣大科研人員的關注。筆者介紹了近年來與微穿孔板共振吸聲結構相關的理論研究,包括微穿孔吸聲結構的吸聲特性以及吸聲帶寬的理論極限;探討了微穿孔板和超微孔板的制造技術及這些技術的優缺點;分析了組合微穿孔結構的相關理論計算及試驗仿真。在總結前人研究成果的基礎上,指出了微穿孔板共振吸聲結構在理論研究和實際應用中存在的問題,并對該研究領域的發展趨勢做了展望。

分析不同共振頻率的微穿孔板吸聲結構并聯的結構模型,并計算了其組合吸聲系數。理論計算結果與采用sysnoise軟件,根據gb/t18696對并聯的微穿孔板吸聲系數進行仿真實驗得到的結果及已有實驗數據進行對比。結果表明,該文中并聯微穿孔板吸聲結構的聲阻抗率及組合吸聲系數的計算方法是可行的。

提出用微穿孔板進行主動吸聲的方法。用微穿孔板作為主動吸聲的材料,檢測出入射聲波的頻率,得到微穿孔板的共振頻率,從而得到微穿孔板背后空腔的深度,移動微穿孔板背后的剛性壁以滿足空腔深度的要求,使得吸聲系數達到最大,從而達到主動吸聲的目的。最后,進行了數值計算與實驗,計算結果與實驗結果能很較好的吻合,說明了該主動吸聲方法的可行性。

在介紹馬大猷開創的微穿孔板吸聲結構基礎理論的前提下,綜述了微穿孔板吸聲結構的理論發展、吸聲系數實驗測量方法以及微穿孔板吸聲結構在實際工程領域的一些應用。最后提出微穿孔板研究發展的方向。

在微穿孔板吸聲體理論的基礎上,基于電力聲類比等效電路法建立了雙層串聯微穿孔板吸聲體理論分析模型,分析了雙層串聯微穿孔板吸聲體的共振頻率ωs與參數k1、r1的關系。將共振頻率ωs與前腔深度d1做為兩項設計指標,結合單層微穿孔板吸聲體的設計方法,提出了一種雙層串聯微穿孔板吸聲體的設計思路,簡化了設計工作。

厚微穿孔板的微孔一般均為直通孔,雖然板厚的增加使其應用范圍更廣,但板厚改變的同時,微穿孔板的聲阻抗也會相應改變,從而導致無法達到如薄板的吸聲性能。減小厚板對吸聲性能影響的一種方法是采用變截面微穿孔結構。以10mm厚環氧樹脂基微穿孔板為研究對象,通過溶芯澆注成型的方法制備具有變截面孔的厚微穿孔板并測試其吸聲性能。實驗結果顯示當直通孔變為變截面孔后,吸聲頻帶有所拓寬,當變為大錐形孔時,微穿孔板的有效吸聲頻帶從300～700hz增寬至310～830hz,平均吸聲系數從0.45增加到0.54。

計算微穿孔板吸聲系數時,假設孔間的相互作用可以忽略。計算具有不同直徑微孔的穿孔板吸聲系數并提高其計算精度,孔間的相互作用不能再忽略。在馬大猷、melling(梅爾林)等前人研究的基礎上,根據聲波輻射和傳播原理,分析微孔之間的相互作用,通過修正微孔的實際等效長度,得到計及孔間相互作用微孔板吸聲系數模型,并進行理論計算和實驗測試。研究結果表明:影響微穿孔板吸聲系數除結構參數外,還應考慮孔間的相互作用;計及微孔板各孔間相互作用,能提高共振頻率、吸聲系數理論值的計算精度,計算值逼近實驗測試結果。

以厚度為10mm的環氧樹脂基厚微穿孔板為研究對象,分別選擇空氣、水、聚乙烯醇、羊毛纖維作為孔中介質,研究各種介質對微穿孔板吸聲性能的影響。結果發現,通過在孔中加入纖維材料可以在一定程度上彌補因材料厚度增加而導致的吸聲性能的減弱。當平均每孔中穿入53根羊毛纖維,后空腔深度為20mm時,厚微穿孔板共振吸收頻率為956hz,峰值吸聲系數可達0.94。有效吸聲頻帶范圍為612hz-1600hz以上。

使用有限元法計算穿孔板的聲學厚度修正系數,研究穿孔率、穿孔板厚度、孔徑和穿孔排列形式對聲學厚度的影響,獲得了穿孔率低于40%的穿孔板的聲學厚度修正系數。計算結果表明:穿孔板厚度、孔徑和排列形式對聲學厚度的影響不大;穿孔率對聲學厚度影響很大?；跀抵涤嬎憬Y果給出了聲學厚度修正系數的近似表達式,利用由該表達式形成的穿孔聲阻抗公式計算了穿孔管消聲器的傳遞損失,計算結果與實驗結果吻合良好,從而驗證了應用該表達式預測穿孔管消聲器消聲性能的準確性。

在燃燒室的空間和質量有限的情況下,為達到更好的聲抑制效果,該文提出了將單層微穿孔板一分為二,采用與單層結構具有相同穿孔率、穿孔半徑、質量及占用空間的雙層串聯微穿孔板結構。通過聲-電類比法推導了溫度變化條件下雙層串聯微穿孔板結構吸聲系數的計算公式,并與單層結構的吸聲特性進行了對比仿真分析,最后得出將單層結構一分為二,采用雙層串聯結構具有更寬的吸聲頻帶,在高溫條件下,其吸聲效果更好。

根據微穿孔板吸聲理論,采用理論分析和仿真的方法,著重討論微穿孔板在溫度梯度下的聲阻抗、共振頻率和吸聲系數等聲學特性,分析其受溫度影響變化的機理,得到微穿孔板吸聲效果受溫度變化影響的規律及其仿真結果。分析表明:溫度升高時,相對聲阻將變大,相對聲質量變小,共振頻率變大,頻帶寬度增寬,吸聲系數在某一溫度處有一最大值1,偏離該溫度吸聲系數均遞減。

馬大猷教授提出的微穿孔板吸聲結構在空氣噪聲降低和隔離方面得到了廣泛的應用,但未見水下應用的相關研究和報道。本文將空氣中微穿孔板理論應用到水中,得到了水下微穿孔板吸聲結構的吸聲公式。通過理論分析,得出了微穿孔板結構直接應用于水中無法獲得寬頻吸收的結論。提出了通過匹配液將微穿孔板間接應用到水下的設想。設計了單層板和雙層板吸聲結構,并對它們的吸聲特性進行了理論分析與仿真。結果表明,本文設計的微穿孔板吸聲結構在水中能夠獲得優于空氣中的寬頻帶吸聲效果。實驗測量了自制的微穿孔板吸聲結構,吸聲系數的測量值與理論曲線基本吻合,從而驗證了理論分析的正確性。

依據馬大猷教授的微穿孔板基本理論,進行參數選擇并設計了微穿孔吸聲反射板結構,用于階梯教室中,分析了這種微穿孔吸聲反射板結構在階梯教室中的聲反射和聲吸收的性能。

選擇厚度為2mm的薄微穿孔板,研究羊毛纖維穿入率、穿入量和穿孔率對微孔板吸聲性能的影響。在100~1600hz范圍內,隨著羊毛纖維穿入率和穿入量的增加,共振吸聲頻率均向低頻移動,吸聲頻帶都得到拓寬。當羊毛纖維穿入率從0%增加到100%時,共振吸收峰向低頻移動了340hz,頻帶拓寬346hz以上。當穿入量從0根增至160根時,共振吸聲頻率向低頻移動340hz;當穿入量約為106根時,頻帶拓寬360hz以上,共振吸聲系數為0.92。而當穿孔率為1%時,穿入羊毛纖維使最大吸聲系數降低,吸聲頻帶變窄;但隨著穿孔率的增加,穿入羊毛纖維可以顯著拓寬微穿孔板的吸聲頻帶,共振吸聲系數也隨之增大。當穿孔率為6%時,穿入羊毛纖維前后,最大吸聲系數從0.68增至0.97,共振吸聲頻率從1158hz降至986hz,頻帶拓寬了674hz以上。穿孔率越大,羊毛纖維改善微穿孔板吸聲性能的優勢越顯著。

文章以馬大猷教授提出的微穿孔板非線性聲阻公式為依據,提出了非線性聲阻作用的臨界條件,并由此進行應用于高聲強下微穿孔板吸聲體的計算機輔助設計。通過實驗對寬頻帶微穿孔板的非線性特性進行初步分析和實驗驗證

微穿孔板的發展已接近半個世紀?；诖┛装逦暯Y構的基礎,微穿孔板結構簡化了穿孔板后的多孔材料,同時達到了提高本身吸聲特性的目的。組成微穿孔板的主要元素就是微管和空腔。通過分析微管和空腔的聲阻抗率,近似計算出微穿孔板的吸聲系數與吸聲頻帶寬度,并討論微穿孔板結構模型的來源。根據微穿孔板結構模型,分別計算不同的參數組合對吸聲系數及頻帶寬度的影響。

傳統微穿孔板的穿孔為圓形或狹縫,背面不帶毛刺,其吸聲系數和吸聲頻帶寬度有待進一步提高。目前出現一種新工藝加工的微穿孔板,其穿孔為三角形,且背面帶有毛刺。帶刺三角孔微穿孔板與圓孔微穿孔板不同,不能用原有方法計算其聲阻抗。文章采用試驗研究的方法測定帶刺三角孔微穿孔板的聲阻抗,分析其聲學特性,為工程應用提供參數依據。通過駐波管試驗測量單層和雙層帶刺三角孔微穿孔板結構的吸聲系數,并與圓孔微穿孔板結構進行比較分析。研究結果顯示,新工藝加工的帶刺三角孔微穿孔板與圓孔微穿孔板相比較,聲阻有了較大幅度的提高,聲抗基本保持不變;帶刺三角孔微穿孔板結構的吸聲系數有了顯著的提升,吸聲頻帶也得到一定程度的拓寬。

用自行研制的ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃泡沫材料制成微穿孔板，研究其吸聲特性及規律，并與ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃非泡沫材料微穿孔板進行對比。結果表明，泡沫材料微穿孔板吸聲體在中、低頻率區域的最大吸聲因數可達０９８以上；在１２５～２０００ｈｚ范圍內平均吸聲因數可達０５２以上。

采用聲電類比法計算斜置微穿孔板結構吸聲性能存在誤差。運用阻抗轉移法計算斜置結構的吸聲系數,用假想平面將斜置微穿孔板結構離散為若干個等寬定空腔的吸聲單元,建立簡化模型,采用阻抗轉移計算每個吸聲單元的吸聲系數,綜合各單元吸聲系數,獲得整個結構的吸聲系數。設計相應的實驗比較計算結果表明,采用阻抗轉移法計算結果與實驗結果吻合良好,聲電類比法計算結果偏離實驗結果較大。聲電類比法采用集中參數分析,需將空腔聲阻抗進行近似,造成誤差;阻抗轉移法不存在這一誤差,計算更合理和準確。