比翱工程实验室丨非均质微穿孔板吸声性能及其预测的基础研究

导读

微穿孔板(MPPs)是传统多孔吸声材料最有前途的替代品之一。传统上，MPP的吸声特性理论基于MPP是具有相同孔隙且间隔相同的均质材料的假设。然而，近年来，一些MPP并没有满足这些条件，尽管已经创造了各种各样的设计，但在很少的工作中研究了它们的特性和预测方法。在MPP的常规设计中，固定直径孔的间距是固定的。换言之，传统的MPP在许多情况下是同质的。然而，为了增加设计的多样性，现在也使用不同直径的孔组合。预计这会产生一种视觉效果，类似使用较大孔和几乎不可见的较小孔的组合来减少孔的数量。在这种情况下，通常的预测方法很难正确预测系统的声学特性。因此，有必要研究吸声系数预测方法。

创新研究

在本文中，考虑到MPP设计的多样性，研究团队对异构MPP（具有不同直径孔的MPP）进行了试生产，并研究了适用于这些MPP的预测方法。假设MPP的同质部分，它是来自异质MPP的相同直径孔的集合，将GUO的理论 [10]应用于它们以获得阻抗，然后尝试获得每个组合部分的阻抗。它们的法向吸声特性是在阻抗管中测量的，测试符合ISO 10534-2（JIS 1404-2兼容）使用阻抗管（方形横截面，尺寸为10x10 cm，最大测量频率为 1700Hz）。这些MPP由刚性背衬和中间的空气腔支撑。本工作提出的预测方法是将异质MPPs视为几个同质成分的组合，并在将现有的关于同质MPPs的理论应用于每个成分后将它们组合起来。因此，除少数情况外，吸声特性的测量值和预测值相对吻合。我们还发现材料中孔的排列和后腔的深度影响了测量和预测结果之间的一致性。

图文速览

表1 试样的参数（穿孔率表示平均值）

 图1：（a）试样(A)图片;（b）试样(A)剖面图

 图2：（a）试样(B)图片;（b）试样(B)剖面图

 图3：（a）试样(C)图片;（b）试样(C)剖面图

 图4：（a）试样(D)图片;（b）试样(D)剖面图

 图5：使用阻抗管进行测量设置的照片

图6：测量设备示意图。两个传声器之间的距离为 50 毫米

图7：假设的MPP示意图。上面的 MPP 是原始 MPP，下面的 MPP 是假设的 MPP，它们仅在表面积 S 中具有每个直径的孔

图8：假设 MPP 阻抗的计算过程图。虚线包围的区域是有孔的部分，阴影区域是没有孔的部分，是声学刚性的

图9：当气腔为 25 mm 时，法向入射吸收系数的测量结果及其与预测值的比较。实线：测量；虚线：预测

图10：当气腔为 50 mm 时，法向入射吸收系数的测量结果及其与预测值的比较。实线：测量；虚线：预测

图11：当气腔为 75 mm 时，法向入射吸收系数的测量结果及其与预测值的比较。实线：测量；虚线：预测

表2：所有条件下的 RMS 误差

表3：用于参考的均质 MPP 的参数

结论

在本文中，生产了具有一些不同孔径的异质MPP。将阻抗管中测量的具有背气腔和刚性壁的这些吸收特性与所提出的方法预测的特性进行比较。

研究发现，除了某些气腔较深或试样具有较大非均质性的情况外，本预测方法与实测值吻合较好。因此，可以使用所提出的方法预测具有不同孔径的异质MPP的吸收特性。气腔较深的情况下吸声特性的较大差异可归因于气腔内部由于材料的异质性而产生的声场差异。因此，本方法在空气背腔较小时，通过声管法对法向入射吸声系数给出了更合适的预测。然而，当试样表面上孔的排列不均匀性太大时，该方法可能不适用。通过使用具有其他孔组合和附加气腔深度情况的附加样本进行实验来检查该方法的适用性将是未来研究的问题。

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作者：Midori Kusak，Kimihiro Sakagami ^*，Takeshi Okuzono

单位：Environmental AcousticsLaboratory, Department of Architecture, Graduate School of Engineering，Kobe University

来源：Acoustics 2021, 3(3), 473-484;https://doi.org/10.3390/acoustics3030031

译定：比翱声学技术有限公司，熊鑫忠

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