低频降噪隔声结构

技术领域

本发明涉及降噪技术领域，特别是涉及低频降噪隔声结构。

背景技术

在户内变电站站中，主变压器是主要的声源，其噪声来源于内部铁芯与绕组线圈在电压与电流作用下产生振动，经箱体结构传递至空气向外界传播产生的。铁芯的硅钢片在交变磁场的作用下，会发生微小的变化即磁致伸缩，磁致伸缩使铁芯随励磁频率的变化作周期性振动。绕组在漏磁场电磁力作用下使一些部件产生振动，引起噪声。

变压器电磁噪声呈低频特性，频率范围集中在50Hz～600Hz，整个频谱以中低频为主。变电站常规的隔声技术主要为变压器加装声屏障，传统的声学材料只能对噪声进行整体控制，对变电站低频噪声的隔声效果有限，导致变电站噪声排放不达标，影响周围居民的正常生活。

发明内容

基于此，有必要针对传统的声学材料只能对噪声进行整体控制，对变电站低频噪声的隔声效果有限，导致变电站噪声排放不达标，影响周围居民的正常生活等环保问题的技术问题，提供一种低频降噪隔声结构。

一种低频降噪隔声结构，包括：

背板；

至少一个薄膜超构材料构件，所述薄膜超构材料构件包括框架、质量块及弹性薄膜，所述框架安装于所述背板厚度方向的一侧，所述弹性薄膜的外周均连接于所述框架，并被张紧，所述质量块连接于所述弹性薄膜背离所述背板的一侧，且位于所述弹性薄膜的中心位置。

在其中一个实施例中，所述框架为正六边形。

在其中一个实施例中，所述框架为微粒超构材料。

在其中一个实施例中，所述低频降噪隔声结构还包括多个砂砾，任意相邻所述砂砾相互连接，以构造成所述框架，且任意相邻所述砂砾之间具有孔隙。

在其中一个实施例中，所述质量块包括相互连接的第一条状件和第二条状件，所述第一条状件和所述第二条状件垂直设置。

在其中一个实施例中，所述质量块的重量为0.2-0.5g。

在其中一个实施例中，所述背板厚度大于等于2.5mm。

在其中一个实施例中，所述背板包括主体和镀层，所述镀层包覆于所述主体的外侧，以隔绝空气。

在其中一个实施例中，所述弹性薄膜为聚乙烯薄膜。

在其中一个实施例中，所述薄膜超构材料构件的数量为多个，所述多个薄膜超构材料构件周期性排布于所述背板上。

有益效果：

本发明实施例提供的一种低频降噪隔声结构，包括背板和至少一个薄膜超构材料构件；薄膜超构材料构件包括框架、质量块及弹性薄膜，框架安装于背板厚度方向的一侧，弹性薄膜的外周均连接于框架，并被张紧，质量块连接于弹性薄膜背离背板的一侧，且位于弹性薄膜的中心位置。本申请中通过在背板上设置至少一个薄膜超构材料构件，并在弹性薄膜的中心设置质量块，根据对弹性薄膜振动响应的分析，弹性薄膜与质量块整体系统的局域共振特性能够产生反共振模态，使得弹性薄膜中心处的振动相位与声源声波的振动的相位相反，从而使得声波对弹性薄膜的作用力与弹性薄膜的弹性回复力相互抵消，从而大大地抑制了声波的振动，使得声波无法传播，从而提高对低频噪声的隔声效果。

另外，相较于现有技术中一般的降噪隔音屏障而言，本申请通过小尺寸结构实现低频域声波的声质量定律突破，有效阻止低频声波的传播，同时具备薄而轻的特质，提高了低频降噪隔声结构的适应性。其中，背板起到一定的支撑作用，及隔声作用。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构的示意图。

图2为本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构的左视图。

图3为本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中薄膜超构材料构件的示意图。

图4是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构隔声测试结果示意图。

图5是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中调整了质量块的质量后的隔声测试结果示意图。

图6是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中采用激光切割质量块后的隔声测试结果示意图。

图7是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中采用等离子切割质量块后的隔声测试结果示意图。

图8是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中采用剪板切割质量块后的隔声测试结果示意图。

图9是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中调整了薄膜超构材料构件位置后的隔声测试结果示意图。

附图标号：

100-背板；200-薄膜超构材料构件；210-框架；220-质量块；230-弹性薄膜。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1、图2、图3及图4，图1为本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构的示意图。图2为本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构的左视图。图3为本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中薄膜超构材料构件的示意图。图4是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构隔声测试结果示意图。本发明一实施例提供了的低频降噪隔声结构，包括背板100和至少一个薄膜超构材料构件200，薄膜超构材料构件200包括框架210、质量块220及弹性薄膜230，框架210安装于背板100厚度方向的一侧，弹性薄膜230的外周均连接于框架210，并被张紧，质量块220连接于弹性薄膜230背离背板100的一侧，且位于弹性薄膜230的中心位置。

具体地，本申请中通过在背板100上设置至少一个薄膜超构材料构件200，并在弹性薄膜230的中心设置质量块220，根据对弹性薄膜230振动响应的分析，弹性薄膜230与质量块220整体系统的局域共振特性能够产生反共振模态，使得弹性薄膜230中心处的振动相位与声源声波的振动的相位相反，从而使得声波对弹性薄膜230的作用力与弹性薄膜230的弹性回复力能够相互抵消，从而大大地抑制了声波的振动，使得声波无法传播，从而提高对低频噪声的隔声效果。

另外，相较于现有技术中一般的降噪隔音屏障而言，本申请通过小尺寸结构实现低频域声波的声质量定律突破，有效阻止低频声波的传播，同时具备薄而轻的特质，提高了低频降噪隔声结构的适应性。其中，背板100起到一定的支撑作用，及隔声作用。

进一步地，弹性薄膜230通过胶水与框架210背离背板100的一侧粘接，且弹性薄膜230被张紧后再与框架210粘接的。另外，在弹性薄膜230与框架210粘接后，再将再将质量块220粘贴在弹性薄膜230背离背板100一侧的中心位置。

参阅图1和图3，在其中一个实施例中，框架210为正六边形。

具体地，正六边形属于生物仿生结构，框架210为正六边形的设置，使得框架210的强度和刚度更好，具有高比抗压强度，高比抗压刚度，能应用范围更广，对外部应用环境包容度更好，且具有更好的能量吸收性能，在降噪的同时兼具优异的力学性能，提高了低频降噪隔声结构的适应性。

参阅图1和图3，在其中一个实施例中，框架210为微粒超构材料。

具体地，微粒超构材料具有较多的孔隙，从而具有更好的能量吸收性能，能够更好的吸收声波，达到降噪隔音的作用。

参阅图1和图3，在其中一个实施例中，低频降噪隔声结构还包括多个砂砾，任意相邻砂砾相互连接，以构造成框架210，且任意相邻砂砾之间具有孔隙。

具体地，框架210由多个砂砾连接组成，由于砂砾的形状各异，使得任意相邻砂砾之间具有较多的孔隙，从而使得框架210具有更好的能量吸收性能，能够更好的吸收声波，达到降噪隔音的作用。需要说明的是，砂砾价格低廉，且便于采集，能够降低低频降噪隔声结构的成本，且砂砾绿色环保无污染，碳排放相对更少，符合国家推动工业领域节能减排绿色转型的要求。

进一步地，相邻砂砾之间通过胶凝溶剂粘接，以形成框架210。其中，框架210的厚度为5mm，棱宽为3mm，即在保证框架210的强度和刚度的基础上，尽可能具备薄而轻的特质，提高了低频降噪隔声结构的适应性。其中，相邻砂砾之间还可以通过其他方式连接。

在其他实施例中，框架210还可以为其他多孔材料组成。

参阅图1、图2及图3，在其中一个实施例中，质量块220包括相互连接的第一条状件和第二条状件，第一条状件和第二条状件垂直设置。

具体地，质量块220为十字架形状。通过仿真模拟和大量试验验证，质量块220形状的改变，能够调整振动模态，当质量块220为十字架形状时，弹性薄膜230中心处的振动模态，能够符合本申请中对低频噪音进行降噪隔声的要求。

参阅图1、图2、图3及图5，图5是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中调整了质量块的质量后的隔声测试结果示意图。在其中一个实施例中，质量块220的重量为0.2-0.5g。

具体地，通过仿真模拟和大量试验验证，质量块220的重量能够调整振动模态，从而能够调整低频降噪隔声结构的降噪隔音效果。其中，当质量块220的重量为0.2-0.5g时，弹性薄膜230中心处的振动模态，对低频噪音具有较好的降噪隔声的效果。

进一步地，质量块220采用1.0mm不锈钢板加工成型。

参阅图1、图3、图6、图7及图8，图6是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中采用激光切割质量块后的隔声测试结果示意图。图7是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中采用等离子切割质量块后的隔声测试结果示意图。图8是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中采用剪板切割质量块后的隔声测试结果示意图。在其中一个实施例中，质量块220可以采用激光切割成型，也可以采用等离子切割成型，还可以采用剪板切割成型。由说明书附图6、附7及附图8可知，当质量块220的切割工艺不同时，低频降噪隔声结构的隔音效果也存在差异。优选地，本申请中的质量块220采用等离子切割工艺实现成型。

参阅图1、图2及图3，在其中一个实施例中，背板100厚度大于等于2.5mm。

具体地，背板100起到主要的隔声作用，保证综合隔声效果。其中，背板100起到了对薄膜超构材料构件200起到了支撑的作用，因此背板100厚度不能太薄，否则容易在低频噪声中引起共振。另外，背板100厚度不能太厚，会影响低频降噪隔声结构的轻质化，并会增加额外成本。

需要说明的是，若背板100上无薄膜超构材料构件200时，背板100所表现出的隔声性能符合隔声量的经验公式，即噪声频率越高则隔声量越高。

参阅图1和图2，在其中一个实施例中，背板100包括主体和镀层，镀层包覆于主体的外侧，以隔绝空气。

具体地，镀层的设置，能够将主体与空气相隔绝，从而能够防止主体生锈，使得主体的材质不受限制，可以选择轻质化，且成本低的材质，从而他提高了低频降噪隔声结构的适应性。优选地，主体为钢板。

进一步地，镀层为镀锌板，锌层密度为60g/㎡，从而保证背板100的轻质化。

参阅图1、图2及图3，在其中一个实施例中，弹性薄膜230为聚乙烯薄膜。

具体地，聚乙烯薄膜为常见材料，生产工艺简单，成本低，工程上很容易实现和推广，提高了低频降噪隔声结构的适应性。

参阅图1、图2及图9，图9是本发明一实施例提供的低频降噪隔声结构中调整了薄膜超构材料构件位置后的隔声测试结果示意图。在其中一个实施例中，薄膜超构材料构件200的数量为多个，多个薄膜超构材料构件200周期性排布于背板100上。

具体地，本申请中通过多个薄膜超构材料构件200逐个粘贴在背板100，并呈现周期性排布，从而能够形成特定形状，以构造成声学超材料。其中，参阅说明书附图9可知，通过仿真模拟和大量试验验证，明确了背板100上各薄膜超构材料构件200的组合形式和位置调节，能够调整振动模态，从而可以通过调整特定形状，达到所需的振动模态，以满足不同的工作场景要求，提高低频降噪隔声结构的适应性。其中参阅说明书附图9可知，通过对背板100上薄膜超构材料构件200位置的调节，能够调整低频降噪隔声结构的降噪隔音效果。优选地，各薄膜超构材料构件200围绕成环形，且对称设置于背板100上。

本申请中通过在背板100上设置至少一个薄膜超构材料构件200，并在弹性薄膜230的中心设置质量块220，根据对弹性薄膜230振动响应的分析，弹性薄膜230与质量块220整体系统的局域共振特性能够产生反共振模态，使得弹性薄膜230中心处的振动相位与声源声波的振动的相位相反，从而使得声压对弹性薄膜230的作用力与弹性薄膜230的弹性回复力相互抵消，从而大大地抑制了声波的振动，使得声波无法传播，从而提高对低频噪声的隔声效果。其中，通过仿真模拟和大量试验验证，背板100厚度、薄膜超构材料构件200的形状和数量、质量块220的形状和质量、特定的组合形式等多种因素的耦合最终使得本申请中低频降噪隔声结构达到了在100Hz-500Hz的平均隔声量有28dB，本结构实现了在低频段较好的隔声能效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。