一种薄板共振吸声结构的制作方法

专利名称：一种薄板共振吸声结构的制作方法
技术领域：
本发明属于吸声控制领域，具体地说，本发明涉及一种薄板吸声结构。
技术背景薄板共振吸声结构是一种低频吸声结构，其吸声的基本原理是当声波入射到 板的表面时，激励板的模态振动，把声能量转换成板的振动能，利用板的阻尼损 耗，将板的振动能量转换成热能，从而达到吸声的目的。这种吸声结构的板材通 常由木材、金属材料、塑料等构成。由于这些材料的损耗因子比较小，在第一阶 模态处的吸声系数通常都很低。为了提供足够的阻尼，改善板式共振吸声结构的 吸声特性，通常在板上加约束阻尼层，或者在板后空腔内添加泡沫材料和纤维材 料。其典型结构如图l所示。l是共振薄板；2是约束阻尼层，为薄板提供阻尼 作用；3是共振腔，与薄板的弹性一起构成共振系统的弹性抗，板和约束阻尼层 的质量构成共振系统的质量抗；系统的阻尼由薄板的内部阻尼、边界阻尼、以及 约束阻尼层的阻尼共同提供，如果空腔内填充纤维或泡沫材料，也可为共振系统 提供部分阻尼；4是支架，起到固定薄板的作用，与刚性被衬5—起构成封闭空 腔3。这种薄板共振吸声结构的缺点是，吸声系数比较低，约束阻尼层会较大地增 加吸声结构的重量，并且其阻尼效果受到温度等变化的影响较大。如果空腔内填 充纤维或泡沫材料，还会对环境造成污染。在低频，需要比较大的空腔，这样就 必须要有比较大的安装空间。发明内容本发明的目的是提供一种不需要约束阻尼层、共振腔以及填充材料的薄板低 频吸声结构。为实现上述发明目的，本发明提供的薄板共振吸声结构包括金属薄板和粘贴 在该金属薄板上的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片两极间接有电阻。3上述技术方案中，所述压电陶瓷薄片两极间接还接有电感，所述电感与所述 电阻串联。上述技术方案中，所述电感为可变电感。上述技术方案中，所述压电陶瓷片与金属薄板间用导电胶粘接。 上述技术方案中，所述电感是由两个运算放大器实现的模拟电感。 上述技术方案中，所述电阻的阻值范围在5欧姆到30千欧姆之间。 上述技术方案中，所述电感的取值范围在O.l亨到30亨之间。 上述技术方案中，所述金属薄板的边沿部分固定。 上述技术方案中，所述压电陶瓷片的厚度小于所述金属薄板的厚度。本发明的技术效果如下可以有效提高薄板基频处的吸声系数；并且通过调节电感可以调出另外一个 吸声峰，与薄板的基频吸声峰结合，可有效加宽吸声频带的宽度。另外，本发明 的重量轻，安装空间小，并且在共振频率附近吸声系数可以达到0.9以上。


图1是现有的典型的低频薄板共振吸声结构图； 图2是本发明的低频薄板共振吸声结构图； 图3是压电陶瓷片两电极外接的分流电路图； 图4是本发明一个实施例的吸声系数示意图。
具体实施方式
本发明的吸声结构由金属薄板和压电陶瓷薄片组成，压电陶瓷薄片两极间接 有电阻和电感的串联电路。利用金属薄板的第一阶模式共振，其阻尼由薄板本身 的阻尼和接有电路的压电陶瓷片提供。当声波入射到薄板上时，激励薄板的模态 振动，振动能量一部分由薄板的阻尼转化成热能；另一部分由压电陶瓷片转换成 电能，电流通过压电陶片两极连接的电路做功，产生热能，从而达到吸声的目的。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。实施例1本实施例是应用于低频的薄板吸声结构，图2所示是本实施例的结构示意图，它与图1所示薄板共振吸声结构的主要区别是用压电陶瓷片6代替了约束阻 尼层2。其优点在于，压电陶瓷片的等效阻尼系数可通过分流电路参数进行调节，这样可以控制金属板的吸声系数，在共振频率附近大幅度提高。并且压电陶瓷片 相对于约束阻尼层质量更轻，其阻尼特性不受温度等环境因素而变化。另外本发 明的薄板共振吸声结构不需要封闭空腔，这样就大大减小了整个吸声结构的安装 空间。本实施例中，金属薄板1的四边(即边沿部分)通过固定夹具8固定住，当 声波入射到薄板的表面时激励起薄板的第一阶模式共振，从而在低频形成共振吸 声机制。吸声频率可通过调节薄板的尺寸和厚度来实现。压电陶瓷片6与金属薄 板1间可用导电胶粘接，金属薄板1与压电陶瓷片6粘接的一端可直接接地，并 与分流电路7的接地端连接。压电陶瓷片6的另一电极与分流电路7的另一端相 连。分流电路7的具体形式如图3所示，由电阻9与模拟电感10串联组成。如 果分流电路7只有电阻9构成，同样可以提高共振频率处的吸声效果，此时电路 非常简单，但吸声效果提高的程度有限。通过串联模拟电感IO可对吸声效果大 幅度改善，不仅可以提高共振频率处的吸声系数，并且可以调出第二个吸声峰， 这样可以有效地把吸声频带加宽。具体实施中采用哪种电路可根据需求而定。由 于设计的是低频吸声机构，电路中需要几亨以上的大电感。电感是用运算放大器 11实现的模拟电感10。具体的电路图如图3中虚线内所示，由3个固定电阻12、 13、 14和可调电阻15，以及电容16和两个运算放大器11构成。其中模拟电感 的大小可通过调节可调电阻15来实现。在整个分流电路中，串联电阻为结构提 供了能量损耗机制，而电感则起到了调谐的作用。电阻9的选取主要与压电材料的机电耦合系数以及内阻有关，而电感10的 选取则与要控制的吸声频率、压电材料的等效电容有关。实验中电阻9的选取在 5欧姆到30千欧姆之间变化，而电感的取值范围则在0.1亨到30亨之间变化。 金属薄板可以采用方板或圆板，但不限于这两种形状。金属薄板的尺寸的选取， 同样是由要控制的吸声频率来决定。金属薄板的基频由其密度、弹性系数、尺寸、 边界条件决定。因此在控制的吸声频率定下来后，可根据需要选择金属薄板的尺 寸。压电陶瓷片的厚度不宜大于薄板的厚度，以免对薄板的基频影响过大。实验中控制的吸声频率在208Hz附近，在不加压电陶瓷片及其分流电路的 情况下，吸声系数只有0.4左右。在粘贴压电陶瓷片以及分流电路后，其吸声系 数达到了0.9以上，并且调出了两个吸声峰(如图4所示)，从而使得吸声频带 相应加宽。由于压电陶瓷片等参数受温度等变化影响很小，并且其对整个系统增 加的质量很小。因此本控制方法与用橡胶材料等增加系统阻尼的方法相比具有质 量轻和不受温度影响等优点。并且本结构不需要后面的密闭空腔，因此其安装空 间可以大大减小。本发明的薄板低频共振吸声结构质量轻，不需要大的安装空间。不仅适合于 消声室、音乐厅等要求低频吸声效果的建筑房间，并且可以应用于管道、以及各 种电器的低频噪声控制。
权利要求
1、一种薄板共振吸声结构，包括金属薄板和粘贴在该金属薄板上的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片两极间接有电阻。
2、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述压电陶瓷薄 片两极间接还接有电感，所述电感与所述电阻串联。
3、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述电感为可变 电感。
4、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述压电陶瓷片 与金属薄板间用导电胶粘接。
5、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述电感是由两 个运算放大器实现的模拟电感。
6、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述电阻的阻值 范围在5欧姆到30千欧姆之间。
7、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述电感的取值 范围在0.1亨到30亨之间。
8、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述金属薄板的 边沿部分固定。
9、 按权利要求1所述的薄板共振吸声结构，其特征在于，所述压电陶瓷片 的厚度小于所述金属薄板的厚度。
全文摘要
本发明涉及一种薄板共振吸声结构，包括金属薄板和粘贴在该金属薄板上的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片两极间接有电阻。本发明能够达到如下技术效果可以有效提高薄板基频处的吸声系数；并且通过调节电感可以调出另外一个吸声峰，与薄板的基频吸声峰结合，可有效加宽吸声频带的宽度。另外，本发明的重量轻，安装空间小，并且在共振频率附近吸声系数可以达到0.9以上。
文档编号G10K11/00GK101329865SQ200710119010
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月18日 优先权日2007年6月18日
发明者克 刘, 常道庆, 静 田 申请人:中国科学院声学研究所