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微孔板吸声结构的声学原理

来源：博网新材日期：2010/8/23 11:07:50

在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔径小于等于1.0mm的微孔，穿孔率为1～5%，后部留有一定的厚度（5-20cm）空气层，该层不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。它是一种低声质量，高声阻的共振吸声结构，其研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算：

Z=r+jwm=jctg(WD/C) （1）

式中：

ρ-- 空气密度（kg/cm3）；

C -- 空气中声速（m/s）；

D -- 腔深（mm）；

m -- 相对声质量；

r -- 相对声阻；

w -- 角频率，W=2πf(f为频率)；

而r和m分别由式（2）（3）表达：

r=atkr/dzp （2）

m=(0.294)×10-3tkm/p （3）
式中：

t-- 板厚（毫米）

d-- 孔径（毫米）

p-- 穿孔率（%）

kr-- 声阻系数 kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t

km--声质量系数 km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t

其中x=ab f，a和b为常数，对于绝热板a=0.147,b=0.32；对于导热板a=0.235，b=0.21。声吸收的角频带宽度，近似地由r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。

r/m=(l/d2)×(kr/km) (4)

式中l-- 常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。上式也可以用式（5）表达：

r/m=50f((kr/km)/x2) (5)

而kr/km的近似计算式为：

kr/km=0.5＋0.1x＋0.005x2 (6)

利用以上各式就可以从要求的r、m 、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6～10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。

共振时的最大吸声系数α0为

α0=4r/(1+r)2 (7)

具体设计微穿孔板吸声结构时，可通过计算，也可查图表，计算结果与实测结果相近。在实际工程中为了扩大吸声频带的宽度，往往采用不同孔径、不同穿孔率的双层或多层微穿孔板复合结构。

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