微穿孔板的性能與經(jīng)濟性的平衡研究

唐云 侯強 李江鴻 何映氚 陳杰 陸族糧

摘 要：在噪聲控制領域中，微穿孔板應用的比較多，但孔很?。?.2～0.8mm），加工難度大，費用高。本文提出了一種復合型的微穿孔板結構，可以降低微孔板的加工難度，降低成本，便于大規(guī)模的推廣運用。此復合型的微穿孔板結構的性能相比0.2～0.8mm微穿孔板的性能無下降，并通過復合形式提高了全頻帶的吸聲性能。

關鍵詞：微穿孔板;復合微穿孔板;噪聲控制;吸聲系數(shù);聲學

中圖分類號：U465.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）23-0071-02

1 簡述

上世紀七十年代，馬大猷院士提出微穿孔板吸聲結構及其基本理論，微穿孔板的孔徑通常在毫米以下，其聲阻與大氣聲阻相匹配，從而獲得比較好的吸聲系數(shù)。但在實際應用中，利用單層微穿孔板吸收100Hz～200Hz的低頻噪聲，往往需要結構具有20cm以上的空腔，同時腔體深度增大會導致吸聲頻帶變窄。為了拓寬微穿孔板的吸聲頻帶，很多學者做了大量的研究，馬大猷提出雙層微穿孔板吸聲結構，形成兩個共振吸聲峰，拓寬了單層微穿孔板的吸聲頻帶，但兩個共振峰中間存在吸聲波谷。趙丹曉在微穿孔板后放置彈性薄板，引入機械阻抗來提高微穿孔板的低頻吸聲，但組合結構的低頻吸聲頻帶較窄。以上這些論文和著作只是提到了原理設計方面的事宜，為了有效地應用于工程項目，需要其具有良好的經(jīng)濟性。為解決這個問題，本文對于微穿孔板的性能和經(jīng)濟性進行了平衡研究，通過試驗測試優(yōu)選出一種復合微穿孔板結構，其具有易加工，成本低，吸聲頻帶寬的特點。

2 微穿孔板理論

普通穿孔板在使用中最大問題是聲阻過小，背后不填多孔材料時吸聲頻帶較窄，為了加寬吸聲頻帶，用板厚、孔徑均在1mm以下、穿孔率為1%～5%的薄金屬板與背后空氣層組成共振吸聲結構，由于穿孔細而密，因而比穿孔板的聲阻大得多，而聲質量要小得多，聲阻與聲質量之比大為提高，不用另加多孔材料就可以成為良好的吸聲結構，這種穿孔板稱為微穿孔板。微穿孔板吸聲結構的優(yōu)點是構造簡單、易于清洗、耐高溫，所以它適合于高速氣流、高溫或潮濕等特殊環(huán)境。

為達到吸收不同頻率聲音的要求，常常做成雙層或多層的組合結構。每層結構使用的的穿孔率不同。不同層的共振頻率不同，采用這種方法可拓寬吸聲頻帶的分布范圍。

微穿孔板的孔在0.2-0.8mm之間，采用常規(guī)的沖孔加工方法很難實現(xiàn)，造成其加工成本高，相比其它吸聲結構，在性價比上不具有優(yōu)勢，不易進行大面積推廣。

3 實驗驗證

基于以上問題，我們考慮加大微穿孔板的孔徑至1-2mm，這樣可以方便地使用常規(guī)的沖孔加工方法進行制造。但孔加大后，微穿孔板的聲質量變大，聲阻變小（基于相同的穿孔率進行對比）。為了彌補聲質量和聲阻的變化，我們在微穿孔板后面設置一層多孔致密材料，其可抽象為2個部分（1個阻性部分和1個抗性部分），他們與微穿孔板串聯(lián)在一起，整個結構的聲質量變小，聲阻變大，聲阻與聲質量之比大于0.2-0.8mm小孔的微穿孔板的性能，但加工成本更低，性價比更高。

為了優(yōu)選復合微穿孔板的結構，我們進行了多參數(shù)的對比測試，其參數(shù)分別為：微穿孔板的開孔大小、穿孔率、空腔深度、多孔致密材料的厚度共4維度進行測試對比分析，各維度的參數(shù)如表1。

經(jīng)過對以上81種組合的測試，優(yōu)選微穿孔板的加工參數(shù)為：開孔2mm，穿孔率1%，其對應的空腔深度和多孔致密材料厚度組合的駐波管測量吸聲系數(shù)對比如圖1到圖6（50mm空腔---黑色線，100mm空腔---紅色線，150mm空腔---藍色線）。

從這6副對比圖中可知：

（1）在微穿孔板背側不設置多孔致密材料時，空腔深度50mm/100mm/150mm條件下，開孔2mm+開孔率1%的中低頻吸聲系數(shù)低于開孔1mm+開孔率1%的吸聲系數(shù)，但高頻部分的吸聲系數(shù)優(yōu)于后者。（2）在微穿孔板背側設置5mm多孔致密材料時，空腔深度50mm/100mm/150mm條件下，開孔2mm+開孔率1%的中低頻吸聲系數(shù)與開孔1mm+開孔率1%的吸聲系數(shù)基本相同，高頻部分的吸聲系數(shù)下降較后者緩，前者的高頻吸聲性能優(yōu)于后者，但開孔1mm+開孔率1%的吸聲系數(shù)的峰值頻率低于開孔2mm+開孔率1%結構，對低頻吸聲更有利。（3）在微穿孔板背側設置10mm多孔致密材料時，空腔深度50mm/100mm/150mm條件下，開孔2mm+開孔率1%的中低頻吸聲系數(shù)與開孔1mm+開孔率1%的吸聲系數(shù)基本相同，高頻部分的吸聲系數(shù)下降較后者緩，前者的高頻吸聲性能優(yōu)于后者，但開孔1mm+開孔率1%的吸聲系數(shù)的峰值頻率低于開孔2mm+開孔率1%的結構，對低頻吸聲更有利。（4）在微穿孔板背側設置多孔致密材料時，不論其厚度的大小，其結構的吸聲系數(shù)曲線表現(xiàn)出相同的分布特征。隨著背側多孔致密材料厚度的增加，中低頻的吸聲系數(shù)增加較慢，但高頻部分的吸聲系數(shù)增加明顯。（5）考慮到2mm的孔的加工成本遠小于1mm的孔的加工成本，綜合以上性能對比，在工程應用領域中，優(yōu)先推薦開孔2mm+開孔率1%+多孔致密材料10mm的組合結構。

4 結語

常規(guī)的微穿孔板的孔為0.2～0.8mm，加工難度大，成本高。為降低微穿孔板的加工成本，可以將孔擴大至2mm，但穿孔率不能大于1%。在降低成本的同時，為了保持和提升微穿孔板的吸聲系數(shù)，需要在微穿孔板背側設置10mm的多孔致密材料，此復合微穿孔板結構的性能在不低于原微穿孔板的同時，也提高了全頻帶的吸聲系數(shù)，尤其是高頻部分的吸聲系數(shù)。我們通過81組試驗測試，在工程應用領域中，優(yōu)先推薦結構為：開孔2mm+開孔率1%+10mm多孔致密材料。

參考文獻

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