Page 64 - 《应用声学》2024年第6期

1240 2024 年 11 月

所示，实验与仿真结果曲线基本一致，在 120 ∼ 吸声频段内的吸收效果明显提升。当孔径为0时，吸
160 Hz 频段内的吸声系数均大于 0.9，实现了 40 Hz 声棉会影响 SHRs 结构的低频性能，在 120∼160 Hz
带宽的低频高效吸收，可以有效吸收掉此频率范围 频带内的吸声值跌至 0.8 以下。随着穿孔直径的增
内的低频宽带噪声。 加，棉材料对 SHRs结构吸声的影响就越小，观察曲
2.3 SHRs与多孔材料级联复合吸声结构 线可以看到穿孔半径由 0 增大至 4 mm 时，吸声效
果为整体的提升，但由 4 mm 增加到 8 mm 时，小于
SHRs 结构在低频内的吸收能力较强，而多孔
120 Hz 频带内吸声效果会变差，大于 120 Hz 频段
材料具有中高频宽带的强吸收效果，于是将 SHRs
吸声性能增强。根据声电类比原理，声阻抗的实部
与多孔材料相结合形成了更加宽频带的吸声材料，
与虚部分别对应于能量的耗散与存储，想达到完美
如图 5 所示。由于多孔材料与 SHRs 结构之间会存
声吸声需要在能量耗散与存储中达到平衡，声阻抗
在阻抗失配的效果，因此分析了不同多孔材料厚度
实部和虚部需快速接近 1 和 0。从阻抗曲线也可以
对吸声曲线的影响，并且对多孔材料进行穿孔，使
看出声阻在大于 100 Hz 范围基本稳定在 1 处，声抗
得声波更容易通过多孔材料进入谐振腔体内部，从
基本稳定在0 处，说明优化后的结构与阻抗匹配，声
而提升结构的整体吸声性能。图5(a)为SHRs结构，
波能够很好地进入耦合结构内部，同时能量转换效
图 5(b) 为穿孔的多孔材料结构，多孔材料类型为三
率较高，入射声能消散损耗几乎罄尽，证明了 SHRs
聚氰胺棉，图5(c) 为 COMSOL 软件仿真模型，最下
与多孔吸声材料耦合结构设计的准确性。
层为平面波入射区域，图 5(d) 为网格划分示意图，
完整网格包含414722个域单元。 1.0
三聚氰胺棉的JCA模型参数如表1所示。 0 mm
0.8 1.0 2 mm
4 mm
0.8 6 mm
0.6
ծܦጇ஝ 0.4 0.6 8 mm
0.4
ܳߘ
0.2 ెந
(a) SHRsծܦፇ౞
0.2 0
100 150 200 250
0
10 2.0 10 2.5 10 3.0 10 3.5 10 4.0
ᮠဋ/Hz
(a) ᤰߘᄰय़ࠫծܦᄊॖ־
2

1
᫾ઈඋ 0
(b) եᤰߘᄊܳߘెந (c) COMSOL͌ᄾവی (d) ᎪಫѳѬᇨਓڏ
图 5 SHRs 及其多孔材料级联结构
-1 ܦ᫾
Fig. 5 SHRs and its porous material cascade
ܦઈ
structure
-2
0 2 4 6 8 10
表 1 三聚氰胺棉 JCA 模型 ᮠဋ/kHz
Table 1 JCA model of melamine cotton (b) ጟᐏፇ౧ܦ᫾ઈజጳ

JCA 流阻率/ 黏性特征 热特征 图 6 通孔直径的影响及级联结构阻抗曲线
孔隙率 曲折度
模型 (N·s·m −4 ) 长度/µm 长度/µm Fig. 6 Influence of the diameter of the through
三聚氰胺 6414 0.983 1.05 168.9 201.7 hole and impedance curve of cascade structure

2.3.1 通孔直径的影响及阻抗特性分析 2.3.2 多孔材料厚度的影响及实验验证
保持 SHRs 结构和三聚氰胺厚度 (200 mm) 不 保持 SHRs结构和棉穿孔半径 (6 mm) 不变，改
变，对三聚氰胺棉进行穿孔，仿真结果如图 6 所示。 变吸声棉厚度，吸声曲线如图 7 所示。相对于无
相对于只含多孔材料吸声工况，复合结构在 SHRs 多孔材料 SHRs 结构，厚度增加提升了 120 Hz 以