木质小孔径穿孔板及变截面结构吸声性能研究
木质穿孔板作为共振吸声材料多用于室内空间声学设计。普通穿孔板声阻抗小，吸声性能差。为了提高木质穿孔板的吸声性能，可以减小孔径，同时为了避免板厚造成的声阻过大，本文以木质小孔径变截面穿孔板为研究对象，其小孔孔径范围在1～2mm之间。 本论文从直通孔结构穿孔板入手，利用微穿孔板模型模拟木质小孔径穿孔板的吸声性能。制备不同穿孔参数的穿孔板，从理论及实验的角度验证了吸声规律及理论模型的适用性。考虑到木材特性对吸声性能的影响，分别研究了板振动及木材多孔性结构的影响。试验研究了不同参数及结构的变截面穿孔板以及与不同吸声材料复合结构的吸声性能。论文主要得到以下结论: (1)由于普通穿孔板的末端附加长度受穿孔参数影响很大，目前尚未发现精确简便的穿孔板声阻抗模型。利用经典马大猷微穿孔板理论模型和Maa-Flex模型，可以对木质小孔径穿孔板的吸声规律进行预测。利用阻抗管测量不同穿孔参数的小孔径穿孔板吸声性能，对比吸声系数与相对声阻抗的理论值与试验值，得到穿孔板吸声规律。小孔径穿孔板的共振频率在200Hz到500Hz之间，最大吸声系数接近1。随着穿孔孔径增大，吸声峰峰值降低，峰值频率向高频移动，吸声频带变宽;随着板厚度增大，吸声峰值增大，峰值频率向低频移动，频带宽变窄。在木质小孔径穿孔板中除了穿孔吸声还存在板振动吸声，Maa-Flex模型能很好地预测木质小孔径穿孔板的吸声性能。板质量-弹簧振动对穿孔赫姆霍兹吸声起到加强作用。对于较薄的木质穿孔板，在1000Hz附近发现由板模态共振引起的额外吸声峰，考虑到额外吸声峰的影响，半吸声频带宽可达1000Hz。 (2)板振动是影响木质小孔径穿孔板吸声性能的重要因素。在穿孔板中同时存在穿孔赫姆霍兹吸声和板共振吸声，且两者可以随着穿孔率变化相互转化。穿孔板的模态共振吸声性能受到其力学性能影响。损耗因子也降低，模态共振吸声峰峰值增大，动态弯曲模量降低，峰值频率向低频移动。木材多孔性结构对木质穿孔板的吸声性能没有影响。木质穿孔板的振动吸声特征受到平行于纹理方向和垂直于纹理方向的动态力学性能影响。利用DMA测量的不同树种不同纹理方向的力学性能，可知在木材弦向和径向，比动态弹性模量和损耗角正切之间大致呈幂函数关系。不同组织构造是造成振动吸声性能差异性的因素。 (3)变截面结构有助于拓宽吸声结构的吸声频带宽，对于小孔孔径1.5mm，孔距8mm，小孔深2.5mm的变截面穿孔板与直通孔穿孔板相比，吸声频带宽增大260Hz。变截面结构吸声性能受小孔穿孔参数的影响最为显著，不同变截面结构对吸声性能影响很小。背孔对整体吸声结构的声阻抗贡献率十分小，在变截面结构中主要起到分割空腔，增强赫姆霍兹效应的作用。利用变截面穿孔板与吸声材料复合可以增大穿孔的末端声阻抗，吸声频带宽增大约50Hz。
木质穿孔板;穿孔参数;变截面结构;吸声性能;声阻抗
中国林业科学研究院
硕士
木基复合材料科学与工程
彭立民
2017
中文
S781.38
2019-04-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）