一种可散热宽频声学超材料组件及散热隔声板

技术领域

本发明属于声学超材料技术领域，具体涉及一种可散热宽频声学超材料组件及散热隔声板。

背景技术

噪音和振动是许多设备和系统中不可忽视的问题，对人体健康和设备性能有负面影响。传统的声学材料在特定频率范围内具有良好的声学性能，但在较低频率范围内往往表现不佳。声学超材料的阵列结构具有特殊声学性质，在减振降噪、噪声控制等方面应用前景广阔。在实际工程中，作为噪声源的设备往往也会产生较大热量，会使隔声结构处于恶劣工况，容易导致结构高温失效，故在隔声的同时还要考虑散热问题。

作为噪声源的设备往往也会产生较大热量，比如，电子设备通常会产生大量的热量，需要进行散热以保持正常运行温度，同时，为了防止噪音对周围环境和用户造成干扰，需要进行隔声处理；一些机械设备的运行会产生较大的噪音和热量，如工业机械、发动机等，为了保护工作环境和操作人员，需要进行隔声和散热处理；汽车、火车、飞机等交通工具的发动机和机械部件会产生大量的噪音和热量，为了提供安静和舒适的乘坐环境，需要进行隔声和散热处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可散热薄膜阵列声学超材料及其制造方法，该可散热薄膜阵列声学超材料兼具有宽频隔声和散热的效果。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：一种可散热宽频声学超材料组件，其特征在于：包括两个微单元，微单元包括边框，所述边框由4面刚性侧壁连接而成，其中两个相对的侧壁为多级阶梯状且对称设置，每一级阶梯的高度不等；在边框的两个开口和两个相对侧壁的同一级阶梯面上均固定覆盖有薄膜，在薄膜上开设有通孔，在薄膜上还固定有质量块；多片薄膜将边框的内腔分隔成多个消声腔；其中一个微单元的阶梯状侧壁能够与另一个微单元的阶梯状侧壁互补拼接。

进一步地，其中一个微单元的多级阶梯状侧壁的阶梯高度由下至上依次递增，另一个微单元的多级阶梯状侧壁的阶梯高度由下至上依次递减，两个微单元同级阶梯的高度相同。

进一步地，所述通孔开设在薄膜的中心上，所有薄膜的通孔在同一轴线上。

进一步地，所述质量块设有两个，对称设置在薄膜中心的两侧。

进一步地，所述质量块由钢材一体制成。

进一步地，所述边框由钢材或工程材料一体制成。

进一步地，所述工程材料为聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酯、聚苯硫醚、聚芳基酯中的一种。

另外，本发明还公开一种散热隔声板，其特征在于：由多套上述可散热宽频声学超材料组件拼接而成。

本发明的有益效果是：采用本发明可散热宽频声学超材料组件，兼具有隔声和散热的效果，可有效解决工程上发热噪声源的隔声散热问题。

具体的，在隔声方面，一部分声能量通过第一级前薄膜的通孔进入的消声腔内，声压经过通孔后会在空腔内膨胀，再次经过第一级后薄膜的通孔时，就可以衰减某些特定频率的声能量成分；剩下的能量进入第二级的消声腔内，声压经过通孔后会在空腔内膨胀，再次经过第二级后薄膜的通孔时，可以衰减某些特定频率的声成分；剩下的能量进入第三级的消声腔内，声压经过通孔后会在空腔内膨胀，再次经过第三级后薄膜的通孔时，可以衰减某些特定频率的声成分；剩下的能量进入第四级的消声腔内，声压经过通孔后会在空腔内膨胀，再次经过第四级后薄膜的通孔时，可以衰减某些特定频率的声成分。这样声能量经过四级消能结构之后，能消耗大部分的能量。薄膜与质量块构成的振动降噪系统和多个消声腔共同作用，可实现宽频隔声。另外，可将四级消声腔设置成不同的深度，宽频隔声效果更好。

另一部分声能量，直接作用于薄膜表面和结构，引起结构的振动，将声能量转化为机械能，即薄膜振动降噪和消声腔降噪双重作用，从而实现噪声控制，隔声效果好。另外，薄膜结构上还设有质量块，利用薄膜结构的低刚度特性，与金属质量块组成低频减振系统，可以实现对频率小于100Hz的高效隔声。这部分声能量经过5层薄膜结构之后，也能消耗大部分的能量。

在散热方面，是通过在微单元的薄膜上开有通孔，能够达到对流散热的效果。

本发明公开的散热隔声板可应用在发热量较大的设备的隔声设计上，具体如商场大型中央空调外机隔音方案需要保证一定的换热，大量装有高性能计算机的房间的散热和隔声设计等。

附图说明

图1为本发明之可散热宽频声学超材料组件的一种结构示意图。

图2为本发明之可散热宽频声学超材料组件的结构分解示意图。

图3为本发明之可散热宽频声学超材料组件的另一种结构示意图。

图4为本发明之散热隔声板的一种结构示意图。

图5为本发明之散热隔声板的另一种结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明一种可散热宽频声学超材料组件，包括两个微单元，分别为第一个微单元10和第二个微单元20。

其中，第一个微单元包括第一边框100，第一边框100由4面刚性侧壁101、102、103、104连接而成，4面刚性侧壁固定连接后形成两个开口105。其中侧壁101与侧壁103对此设置且为多级阶梯状；侧壁102与侧壁104平行设置，侧壁101的两端分别与侧壁102和侧壁104垂直；侧壁103的两端分别与侧壁102和侧壁104垂直。在第一边框100的两个开口105和侧壁101、103同一级阶梯面106上均固定覆盖有第一薄膜107，在第一薄膜107上开设有第一通孔108，在第一薄膜107上还固定有第一质量块109；5片第一薄膜107将第一边框100的内腔分隔成4个第一消声腔110。

第二个微单元包括第二边框200，第二边框200由4面刚性侧壁201、202、203、204连接而成，4面刚性侧壁固定连接后形成两个开口205。其中侧壁201与侧壁203对此设置且为多级阶梯状；侧壁202与侧壁204平行设置，侧壁201的两端分别与侧壁202和侧壁204垂直；侧壁203的两端分别与侧壁202和侧壁204垂直。在第二边框200的两个开口205和侧壁201、203同一级阶梯面上均固定覆盖有第二薄膜207，在第二薄膜207上开设有通孔208，在第二薄膜207上还固定有第二质量块209；5片第二薄膜207将第二边框200的内腔分隔成4个第二消声腔210。

可散热宽频声学超材料组件的两个微单元能够互补拼接，并粘接固定。即第一个微单元10的阶梯状侧壁能够与第二个微单元的阶梯状侧壁互补拼接；固定拼接后第一个微单元10的侧壁102和侧壁104与第二个微单元的侧壁202和侧壁204在同一平面上。

优选地，第一通孔108开设在第一薄膜107的中心上，所有第一通孔108在同一轴线上。第二通孔208开设在第二薄膜207的中心上，所有第二通孔208在同一轴线上。两个微单元上分别设置有同一轴线上的第一通孔108、第二通孔208，满足对流散热的需要。

具体的，第一质量块109和第二质量块209均设有两个。第一质量块109固定设在第一通孔108的两侧；第二质量块209固定设在第二通孔208的两侧。第一质量块109、第二质量块209均由钢材一体制成，质量块的重量根据实际情况选择设置。

具体的，上述第一边框100和第二边框200均由钢材或工程材料一体制成。所述工程材料为聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酯、聚苯硫醚、聚芳基酯中的一种。

进一步地，如图3所示，可以将第一个微单元10的多级阶梯状侧壁的阶梯高度由下至上依次递增，第二个微单元20的多级阶梯状侧壁的阶梯高度由下至上依次递减，两个微单元同级阶梯的高度相同。如此设计，四级消声腔的深度设置成不同，宽频隔声效果更好。

本发明中微单元的制作流程是：首先，根据需要的尺寸分别制作微单元的边框；其次，制作多片薄膜，在薄膜上开设通孔并固定质量块；最后，将多片薄膜分别粘贴固定在边框上的相应位置上。

另外，如图4所示，本发明还公开一种散热隔声板，由多套上述可散热宽频声学超材料组件1固定拼接而成。具体的，可散热宽频声学超材料组件1的数量根据实际情况确定。

以上内容仅用以说明本发明的技术方案，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。