4、穿孔板共振吸声结构

在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定厚度的空气层，就成为穿孔板共振吸声结构。这种吸声结构是单腔共振吸声结构的一种组合形式，同样可看成由质量块和弹簧组成的一个共振系统。当入射声波和系统的共振频率一致时，孔颈内的空气柱振动速度最大，该频率附近，因摩擦损失而吸收了较多的声能，形成一个吸收峰。穿孔板的吸声特性曲线一般都具有明显的选择性，在其共振频率附近有最大吸收，偏离共振频率时，吸声系数明显减小。

　　穿孔板的吸声特性取决于穿孔板的厚度、孔径、穿孔率、板后空气层厚度等因素，其共振频率可采用下式计算： 式中： ——声速， ; ——穿孔率，%; ——板后空气层厚度， ; ，穿孔板孔径有效长度; ——板厚， ; ——孔的半径， 。

　　图5-2-7给出了穿孔板共振频率计算的列线图。利用列线图，可以根据穿孔板的结构参数求出其共振频率。同理，也可以根据实际要求的吸声频率范围，确定穿孔板的结构参数。例如，已知穿孔板的结构参数，求其共振频率，先把与穿孔板相对应的点(t+0.8d)和P轴上的点连成直线与m轴相交，将这个交点与D轴上的点相连，截 轴之点即为所求共振频率。

　　从公式5-2-5可以看出，穿孔率越大，共振频率越高。但是，如果穿孔率超过20%时，穿孔板就失去其共振吸声效应。常用穿孔板共振结构参数见下表。

　　常用穿孔板共振结构参数

　　穿孔率p%板厚t/mm孔半径r/mm板后空气层D/mm

　　3—201.5—102—15100—250

　　实际工程设计中，穿孔率是通过孔径和孔间距来实现的。孔的排列方式可以是正方形排列和三角形排列，正方形排列的穿孔率和孔径、孔间距关系为： 三角形排列的穿孔率和孔径、孔间距关系为： 以一个由穿孔板参数计算共振频率为例说明上述公式的应用。在1.5mm厚的板上以正方形排列的穿孔，孔径、孔间距分别为8mm和24mm，板后的空气层厚度为100mm，求共振频率。

　　穿孔率： 共振频率： 如果在板上开一些平等排列的狭缝长孔，并在板后留有空气层，这种结构的吸声机理、吸声特性等都和圆孔相同。

　　由于穿孔板自身的声阻很小，这种结构的吸声频带较窄。如果在穿孔板背后填充一些多孔材料或在其背后贴敷上声阻较大的纺织物等材料，可改进它的吸声特性。充填多孔材料后，提高穿孔板的吸声系数，展宽了有效吸声频率范围。

　　另一个展宽有效吸声频率范围的方法是采用多层穿孔板吸声结构的组合。图5-2-9给出的是一双层结构的吸声特性。双层穿孔板吸声结构的组合，由于具有两个吸收峰，在一定程度上扩展了吸收频带宽度。

　　表5-2-8给出了几种板共振吸声结构的吸声系数。

　　5、微穿孔板共振吸声结构

　　微穿孔板吸声结构，是由板厚和孔径在1mm以下，穿孔率为1%—3%的微穿孔板和板后空腔组成的。微穿孔板的孔小且穿孔率低，同普通穿孔板相比，声阻要大得多，而声质量要小得多，在吸声系数和有效吸声频带宽度方面都要优于穿孔板吸声结构。微穿孔板吸声结构的主要吸声机理是，声波入射时，空气在小孔中摩擦而消耗声能。

　　单层微穿孔板吸声结构的共振频率表达式为：

　　式中： —声速,m/s; —穿孔率,%; —腔深,mm; —板厚,mm; —孔径,mm。

　　为了展宽有效吸声频率范围，提高吸声效果，可以采用两层具有不同孔径或不同穿孔率的微穿孔板组成复合结构，层与层之间保留一定的空腔。双层微穿孔板具有两个共振频率，分别为：

　　式中： —声速,m/s; —前腔微穿孔板穿孔率,%; —前腔深,mm; —前腔微穿孔板板厚,mm; —后腔微穿孔板穿孔率,%; —后腔深,mm; —后腔微穿孔板板厚,mm。

　　从上述分析可以看出，微穿孔板吸声结构的吸声特性和穿孔率、腔深、板厚、孔径等因素有关。表5-2-9给出了一些微穿孔板吸声结构吸声系数。