专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 一种复合微穿孔板背靠面板型腔体,该腔体具有赫尔曼颈部和多频率腔体,以改善带宽和低频声音吸收

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-04-23 21:36

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本研究旨在开发一种紧凑型吸声结构,该结构能够同时提高微穿孔板(MPP)型结构的低频吸声性能并拓宽半吸收带宽。通过将MPP与包含Helmholtz颈部和多频谐振器(PRHM)的面板式谐振器相结合,提出了一种新型结构,以形成MPP-PRHM复合吸声结构。基于模态耦合方法的完全耦合声-振动模型被开发出来,用于预测所提出的吸声结构的吸声特性。该模型的准确性通过有限元模型和实验结果进行了验证。研究了复合结构形成吸声特性的机制,从而拓宽了低频范围内的带宽。实验和数值结果表明,所提出的PRHM结构能够产生两个独特的低频吸声峰值,分别归因于PRHM颈部中的空气质量与MPP穿孔中的空气颗粒之间的相对同相关系,这同时增强了MPP穿孔和PRHM颈部的粘性损失;以及PRHM的结构共振(与MPP穿孔中的空气颗粒速度的相对同相关系)。实验结果表明,观察到相对宽的带宽为362Hz,与单MPP结构相比,在非常低的频率范围内(100Hz至150Hz)的平均吸收系数提高了650%,达到了650%。

本文提出了一种新的MPP-PRHM复合 吸声结构,可以同时改善低频频率吸声和扩大半吸收带宽,同时实现紧凑的吸声结构。建立了全耦合振动声模型来预测结构的吸声特性,并通过有限元模型和实验结果验证了该模型的准确性。本研究的主要发现总结如下:

PRH对MPP的支持能够产生两个独特的低频范围吸声峰值,这是由于PRH的赫尔姆霍兹共振和结构共振的不同共振现象引起的。数值和实验结果表明,PRH的赫尔姆霍兹共振能够在低至100Hz的频率下诱导吸声峰值。PRH的结构共振也不可避免地在与PRH结构共振相关的吸声峰值以上的频率形成吸收谷。

发现PRH形成与赫尔姆霍兹共振相关的吸声峰值的机制是由两个因素贡献的。VHRN和VMPP之间的相对同相关系以及VHRN的峰值增强了MPP穿孔和PRH颈部的粘性损失,导致高幅度吸声峰值。与PRH板结构共振相关的吸声峰值只与MPP穿孔中的空气颗粒的速度相对同相关系有关。观察到这两种吸声峰值的吸收机制存在差异。

建议在PRH上安装形成PRHM的谐振器,以改善PRH板结构共振吸收谷的吸收性能。通过改变PRHM板和MPP穿孔之间的反相关系为相对同相关系,修改谐振器的局部共振改变了PRHM板的振动特性。因此,观察到与局部谐振器的局部共振相关的多个峰值,从而改善了吸收性能并拓宽了半吸收带宽。

喉颈半径对MPP穿孔的相关吸声特性具有强烈影响。较大的喉颈半径表现出PRHM颈部的大气体体积的体积速度,这强烈影响腔I中的声压,最终削弱MPP穿孔的粘性损失,从而降低与MPP的赫尔姆霍兹共振相关的吸收特性。然而,颈长对整体吸声特性的影响较小,除了移动与PRHM的赫尔姆霍兹共振相关的吸声峰值的频率之外。这是由于颈长变化对PRHM颈部的大气体体积的速度影响不大。



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