人工螺旋结构低频吸声特性研究

发布时间：2020-04-03 12:13

【摘要】：驻波管中,由入射波声场与经负载端反射后反射波声场叠加后的总声场,可获得管中任意位置处总声压和总速度,以及管中总声压最大值与最小值之比。实验中,可通过测量驻波比,计算出声负载吸声系数。任何负载的吸收系数均可由其声阻抗表示。当结构表面阻抗与空气阻抗匹配时,满足声完美吸收条件。由于管中存在空气粘滞效应,粒子速度在管壁附近存在速度梯度。考虑粘滞作用,管壁处速度可设为0 m/s,管中心区域粒子速度较大。具有速度梯度的边界层内存在粘滞损耗。当人工结构发生局域共振时,声能量主要通过粘滞和热损耗衰减。本文讨论的吸声结构均基于共振吸收原理。第二章分析了声学基本元器件亥姆霍兹共鸣器的共振条件。通过分析管内空气柱运动,得到声阻抗表达式。当人工结构表面阻抗与空气阻抗匹配时,通过零结构表面抗可得共鸣器共振频率,通过与空气匹配的声阻可得到最大吸声系数。所设计的亥姆霍兹共鸣器可在78 Hz处实现低频完美吸声。本文提出了一种三维螺旋人工结构,其阻抗特性与直矩形截面管阻抗特性相同。三维螺旋卷曲方式,极大地提高了空间利用率,为超薄低频声吸收人工结构提供一种新的方案。本文中,三维螺旋结构厚度为52 mm,可以完美吸收207 Hz低频声波。基于声超构表面共振吸收原理,提出一种新颖可调谐多波段完美声吸收器件。该器件具有嵌套式螺旋结构和深亚波长厚度(λ/30,λ为声波波长)。通过旋转嵌套在螺旋结构上的开孔盖,可任意调整声吸收体内谐振腔体有效长度,从而灵活调节声吸收峰频率,且调节过程中结构表面声阻抗与空气阻抗保持匹配。在不同开孔盖旋转角度下,粒子速度场模拟结果表明,粒子速度场极大值主要位于管口处,因此吸声主要发生在开孔处。实验测量结果与理论分析和仿真结果吻合,证实所设计的超薄声学器件具有广谱、可调谐吸声性能。
【图文】：

示意图,反射声压,中声,表面阻抗

场示意图 pi和 pr分别表示入射声压和反射声压场，O 表示坐标原点 2-1 所示的管中声场传输规律得到声负载的吸声系数。，入射声波用 pi表示，反射声波用 pr表示，Za表示负载的法阻 Ra和声抗 Xa组成，声阻抗可表示为 Za=Ra+jXa。由于管端部分声波被反射，一部分声波会被吸收。声负载会改变反射下面将详细介绍吸声系数和反射系数的含义以及实验上驻波。形式上的简洁性，，这里把坐标原点选在了管子的底部，假设入式分别为j wt kx i aip p e j wt kx r arp p e

管子,中声,管壁,黑色

中粘滞和传输损耗考虑管中损耗，即认为介质是理想的，不存在粘滞损当管子横截面的尺寸比入射声波波长大得多时，可以或者入射声波频率较高时，即管子尺寸与入射声波波此时，管壁对空气质点运动的影响不可忽略，管壁表质点速度存在速度梯度。入射声波的能量主要通过边掉。下面将介绍考虑粘滞后，圆柱管中的声场规律，横截面积为 S 的管中存在向右传播的平面声波。v(r)非声传播速度。管壁是刚性的，受管壁的影响，其表管壁越远，质点所受管壁束缚越小，速度越大。因此
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O42

【相似文献】