小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的装置及方法与流程

1.本发明属于吸声技术领域，具体涉及一种小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的装置及其制作方法。


背景技术：

2.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
3.小空间声学测试箱等小尺寸空间内，简正振动模式的激发数量较少，分布不均匀，且容易发生简并化，导致简正振动频率成分声波被增强或减小，产生梳状滤波效应，使声传感器接收到的声信号严重失真，对声学检测产生较大误差。
4.目前现有的解决方案及技术主要有多孔吸声材料吸声技术，薄板共振结构吸声技术，但是存在以下缺陷，导致其在小空间声学测试箱等小尺寸空间内的应用无法实现。
5.1)多孔吸声材料吸声技术
6.多孔纤维吸声材料如(超细玻璃棉、三聚氰胺发泡吸音棉、等)对低频噪声的吸声效果较差，中高频吸声效果较好。对于多孔颗粒吸声材料，其颗粒尺寸与吸声频带分布相关，且小尺寸多孔颗粒吸声材料主要对中高频吸声效果较好，对低频吸声效果较差，大尺寸多孔颗粒吸声材料对中低频吸声效果较好，但对中高频吸声效果较差。但测试箱为小尺寸空间，大尺寸多孔颗粒吸声材料空间利用率过低，难以应用。
7.2)微孔共振结构吸声技术
8.微孔共振结构可以实现低频共振吸收，但具有较强的频率选择性，吸收共振峰分布的频率范围较窄，无法实现宽频吸收，且若实现低频共振吸收，需要的空腔深度较大，空间利用率较低。
9.小空间声学测试箱等小尺寸空间内，简正振动模式的激发数量较少，且容易发生简并化，导致简正振动频率成分声波被增强或减小，使采集到的声音信号发生失真，主要会导致以下两种问题。
10.1、声音染色问题：某些反射声和直达声叠加引起直达声某些频率成分被增强而使音质变差的现象，使音调音色产生了可听辨的失真。
11.2、梳状滤波效应：延时的反射声对声音频率响应的影响，通常被称为梳状滤波效应，梳状滤波效应对连续的具有一定宽频能量分布的产品噪声检测会产生明显干扰，其线性刻度频谱看起来忽高忽低呈梳子状，房间尺寸越小，反射声与直达声的间隔将会更小，梳状滤波作用产生的的频率峰峰值和结点间隔越大，对声音信号的干扰越明显，如图1所示。


技术实现要素：

12.为此，本发明所要解决的技术问题在于如何拓宽共振吸收峰带宽。
13.为解决上述技术问题，本发明提供了一种小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的装置,包括箱体，所述箱体的内壁设有复合吸声层，所述复合吸声层包括依次传播声音的多
个空气层，每个所述空气层的声音输入侧设有微缝板，最后传播声音的所述空气层的声音输出侧设有多孔吸声材料，所述多孔吸声材料的声音输出侧设有底层封闭平板，
14.所述箱体内简正振动频率分布满足如下公式：
[0015][0016]
其中，fn是第n个简正频率，若计算结果显示多个简正频率数值相差很小，则箱体内会发生该频率的明显共振，使该频率声压级数值明显高于或低于声源信号在声自由场空间的声压级数值，此为简正频率的简并化；c0为声速，常温常压一般取340m/s；nx，ny，ny为不小于0的任意正整数；lx，ly，lz为箱体的刚性墙壁组成矩形空间的长宽高；
[0017]
所述复合吸声层满足如下公式：
[0018][0019]
其中，f0为复合吸声层共振吸收峰中心频率，代入值为发生箱体内简并化的简正振动频率fn；c为声速，340m/s；p为所述微缝板的穿孔率；t为所述微缝板的厚度；b为所述微缝板缝宽，b为微缝的中心间距；l为所述微缝板距离底层封闭平板的厚度。
[0020]
本发明的一个实施例中，所述微缝板的相邻缝的间距为50-100mm，缝长根据所需穿孔率p计算确定。
[0021]
本发明的一个实施例中，所述微缝板上的微缝缝宽为6-20mm。
[0022]
本发明的一个实施例中，所述微缝板的穿孔率p为取0.1％至15％。
[0023]
本发明的一个实施例中，所述微缝板为木板或金属板。
[0024]
本发明的一个实施例中，所述多孔吸声材料为折叠阻燃吸音布或超细玻璃棉。
[0025]
本发明的一个实施例中，所述复合吸声层的总厚度为0.1m-0.3m。
[0026]
本发明的一个实施例中，所述复合吸声层包括2-4个所述空气层。
[0027]
本发明的一个实施例中，所述多孔吸声材料的声音输出侧设有实体的背板，相邻两层所述微缝板之间设有格栅，相邻的所述微缝板与所述背板之间设有格栅框。
[0028]
本发明还提供另外一个技术方案：一种小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的方法，通过计算小空间声学测试箱的简正频率分布优化尺寸，避开低频振动模式的简并化，提高低频简正振动模式频率的无规则分布，减少声染色和梳状滤波效应，减少声音信号的失真。
[0029]
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
[0030]
1)本发明公开的小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的装置，通过计算小尺寸空间简正振动模式的频率分布及数量，优化长宽高比例，减少低频简正振动模式的简并化、避免出现梳状滤波效应，以减少声音信号的失真。
[0031]
2)本发明公开的小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的装置，为使复合吸声层中的微缝吸声共振腔在较宽的频率范围内有良好的吸声性能，进行共振器的组合，根据简正振动模式分布出现简并化的频率区间，选取特定穿孔率及缝宽的两层或多层微缝板，与方形格栅及背板组合形成多层耦合共振微缝板吸声结构，可实现两个或多个共振吸收峰，能够在多个倍频程内得到较高的吸声系数，解决尺寸比例优化后仍无法避免的低频简正振动
模式简并化，及其导致的梳状滤波效应和声染色问题。
附图说明
[0032]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
[0033]
图1为梳状滤波作用产生的的频率峰峰值和结点间隔和对声音信号的干扰之间的关系示意图；
[0034]
图2为本发明公开的箱体的外观示意图；
[0035]
图3为本发明公开的复合吸声层的剖视；
[0036]
图4为本发明公开的复合吸声层的平面示意图。
[0037]
其中，1、箱体；21、空气层；22、微缝板；23、多孔吸声材料；24、底层封闭平板；25、格栅框。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0039]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供作为进一步改进说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
[0040]
以下为用于说明本发明的一较佳实施例，但不用来限制本发明的范围。
[0041]
实施例一
[0042]
参见图2至图4，如其中的图例所示，一种小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的装置,包括箱体1，其内尺寸为1.5m*1.6m*2.2m，其出现简正振动频率简并化的频率分别为155hz和347hz，箱体1的内壁设有复合吸声层，上述复合吸声层包括依次传播声音的2个空气层21，每个上述空气层21的声音输入侧设有微缝板22，最后传播声音的上述空气层21的声音输出侧设有多孔吸声材料23，上述多孔吸声材料的声音输出侧设有底层封闭平板24，相邻两层上述微缝板22之间设有格栅25，相邻的上述微缝板22与上述底层封闭平板24之间设有格栅框25，上述复合吸声层的总厚度为300mm,上述复合吸声层包括2个上述空气层,沿声音传播方向依次设置的两个上述微缝板的厚度分别为1mm和3mm，沿声音传播方向依次设置的两个上述空气层的厚度分别为300mm和200mm，沿声音传播方向依次设置的两个上述微
缝板上的微缝缝宽分别为10mm和15mm。沿声音传播方向依次设置的两个上述微缝板的穿孔率分别为2％和6.3％，上述微缝板为铝质微缝金属板，上述多孔吸声材料的厚度为200mm，上述多孔吸声材料为折叠阻燃吸音布。底层封闭平板24为钢板。
[0043]
通过计算该声学测试箱内的简正频率，其低于400hz的简正振动频率分布如下表所示，其中发生简并化的频率分别为155和347：
[0044][0045][0046]
为减少低频振动模式的简并化导致的声染色和梳状滤波效应，该实施例所述复合吸声层的共振吸收峰经计算分别为107hz和348hz，其吸声系数降至峰值的1/2时的吸声频带宽度ω经理论计算分别为：1.36个倍频程数(f1＝66hz，f2＝180hz)和2.67个倍频程数(f1＝138hz，f2＝876hz)。
[0047]
实施例二
[0048]
其余与实施例一相同，不同之处在于，上述箱体1，其内尺寸为1.8m*2.0m*2.4m，其400hz以下出现简正振动频率简并化的频率分别为170hz、207hz、272hz、283hz、292hz、296hz、317hz、330hz、354hz、360hz、364hz、381hz、393hz，上述复合吸声层的总厚度为0.2m,上述复合吸声层包括2个上述空气层,沿声音传播方向依次设置的两个上述微缝板的厚度分别为1mm和3mm，沿声音传播方向依次设置的两个上述空气层的厚度分别为0.2m和0.18m，上述微缝板上的微缝的缝宽为10mm。沿声音传播方向依次设置的两个上述微缝板的穿孔率为分别为0.8％和4.0％，沿声音传播方向依次设置的两个上述微缝板分别为不锈钢钢板和铝板，上述多孔吸声材料的厚度为150mm，上述多孔吸声材料为超细玻璃棉。底层封闭平板为木板。
[0049]
通过计算该声学测试箱内的简正频率，其低于400hz的简正振动频率分布如下表所示，其中发生简并化的频率分别为170、207、272、283、292、296、317、354、360、364、381以及393：
[0050]
[0051]
[0052][0053]
为减少低频振动模式的简并化导致的声染色和梳状滤波效应，该实施例所述复合吸声层的共振吸收峰经计算分别为87hz和225hz，其吸声系数降至峰值的1/2时的吸声频带宽度ω分别为：0.83个倍频程数(f1＝72hz，f2＝128hz)和1.96个倍频程数(f1＝135hz，f2＝525hz)。
[0054]
实施例三
[0055]
其余与实施例一相同，不同之处在于，上述箱体1，其内尺寸为1.2m*1.5m*2.0m，其400hz以下出现简正振动频率简并化的频率分别为142hz、283hz、317hz、340hz、368hz，上述复合吸声层的总厚度为0.25m,上述复合吸声层包括3个上述空气层,沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板的厚度依次为0.8mm、1.0mm、1.0mm，沿声音传播方向依次设置的三个上述空气层的厚度依次为0.25m、0.2m、0.15m，上述微缝板上的微孔为微缝，上述微缝的缝宽均为10mm。沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板的穿孔率依次为1％、5％、15％，上述微缝板依次为不锈钢板、不锈钢板、铝板，上述多孔吸声材料的厚度为0.15m，上述多孔吸声材料为超细玻璃棉。
[0056]
通过计算该声学测试箱内的简正频率，其低于400hz的简正振动频率分布如下表所示，其中发生简并化的频率分别为142、283、317、340、368：
[0057]
[0058][0059]
为减少低频振动模式的简并化导致的声染色和梳状滤波效应，该实施例所述复合吸声层的共振吸收峰经计算分别为88hz、239hz、773hz，其共振吸声系数降至峰值的1/2时的吸声频带宽度ω分别为：0.95个倍频程数(f1＝63hz，f2＝122hz)、1.95个倍频程数(f1＝121hz，f2＝470hz)、3.85个倍频程数(f1＝203hz，f2＝2935hz)。
[0060]
实施例四
[0061]
其余与实施例一相同，不同之处在于，述箱体1，其内尺寸为1.4m*1.6m*2.2m，其400hz以下出现简正振动频率简并化的频率分别为255hz、332hz、394hz，上述复合吸声层的总厚度为0.3m,上述复合吸声层包括3个上述空气层,沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板的厚度依次为3mm、1mm、1mm，沿声音传播方向依次设置的三个上述空气层的厚度依次为0.3m、0.2m、0.15m，上述微缝板上的微孔为微缝，沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝的缝宽依次为5mm、10mm、10mm。上述微缝板的穿孔率依次为1.5％、3.0％、15.0％，沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板依次为木板、铝板、不锈钢板，上述多孔吸声材料的厚度为150mm，上述多孔吸声材料为超细玻璃棉。
[0062]
通过计算该声学测试箱内的简正频率，其低于400hz的简正振动频率分布如下表所示，其中发生简并化的频率分别为252、298、319：
[0063][0064][0065]
为减少低频振动模式的简并化导致的声染色和梳状滤波效应，该实施例所述复合吸声层的共振吸收峰经计算分别为78hz、185hz、481hz，其共振吸声系数降至峰值的1/2时的吸声频带宽度ω分别为：1.01个倍频程数(f1＝54.8hz，f2＝110hz)、1.56个倍频程数(f1＝108hz，f2＝317hz)、3.15个倍频程数(f1＝161hz，f2＝1434hz)。
[0066]
实施例五
[0067]
其余与实施例四相同，不同之处在于，沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板的厚度依次为0.8mm、0.8mm、1mm，沿声音传播方向依次设置的三个上述空气层的厚度依次为0.3m、0.25m、0.18m，沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板上的微孔为微缝，上述微缝孔的缝宽依次为5mm、10mm、10mm。沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板的穿孔率依次为1％、2.5％、15％，沿声音传播方向依次设置的三个上述微缝板依次为不锈钢板、铝板、铝板，上述多孔吸声材料的厚度为150mm，上述多孔吸声材料为超细玻璃棉。
[0068]
实施例六
[0069]
其余与实施例五相同，不同之处在于，上述空气层的厚度依次为0.3m、0.2m、0.1m，上述微缝板依次为不锈钢板、铝板、铝板，上述多孔吸声材料的厚度为100mm，上述多孔吸声材料为超细玻璃棉。
[0070]
对比例一
[0071]
公开号为cn113539224a的中国发明专利公开了一种低频宽带复合平板吸声结构。
[0072]
对比例二
[0073]
公开号为cn113628604a的中国实用新型专利公开了一种吸声频段可调节且低频宽带吸声的空间弯折多孔超结构。
[0074]
以下为本发明与现有技术的技术效果的对比：
[0075][0076]
从上表可以看出，本发明的小空间声学测试箱实现低频宽带吸声的装置的共振吸收峰带宽大大拓宽了。
[0077]
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。