文章來源：維也納聲學 時間：2024-09-23
北京市勞動保護科學研究所李賢徽研究員基于粘熱波動理論解析推導了圓孔末端阻抗,，在微穿孔板末端阻抗經(jīng)典公式中,，引入了表征聲線彎折導致的附加聲阻，并對修正公式進行了數(shù)值和實驗驗證。該成果以End correction model for the transfer impedance of microperforated panels using viscothermal wave theory為題,，于2017年3月3日發(fā)表在Journal of the Acoustical Society of America 141,，1426-1436,。
微穿孔板是我國著名聲學家馬大猷院士提出的一種聲學結構,，具有良好的寬帶吸聲特性，廣泛應用于吸聲結構設計,。經(jīng)典模型中,，微穿孔板阻抗由兩部分組成：微孔管中的粘性流體阻抗和短管末端的阻抗修正；后者的聲阻正比于無限大平面上粘性邊界層的表面阻,。經(jīng)典模型可以準確地預測常規(guī)的微穿孔板吸聲系數(shù),，但是隨著加工工藝的不斷改進，工程中出現(xiàn)了超微孔吸聲結構,，實驗發(fā)現(xiàn)這類結構的吸聲系數(shù)與經(jīng)典模型的預測結果存在一定偏差,。這一偏差在頻率較低時表現(xiàn)尤為明顯，不能簡單地用加工精度和實驗誤差來解釋,。
為合理解釋預測偏差,，揭示經(jīng)典模型之外的吸聲機制，研究人員基于粘熱波動理論解析推導了圓孔末端阻抗,。研究表明,，聲波通過孔端開口會激勵出許多高階模態(tài)，而各階聲波與相應的各階粘性波和熱波耦合,，導致末端聲阻的出現(xiàn),。在低頻段，末端聲阻正比于μ/d（μ為粘滯系數(shù),，d為孔徑）,，與粘性流通過開孔處的流阻形式一樣，表明該聲阻是由聲線彎曲造成的,；在高頻段,，末端聲阻除了聲線彎曲的聲阻項,，還和表面阻有關，兩者比值正比于δ/d,，其中δ為邊界層厚度,，反比于頻率的平方根。如圖1所示,，能量耗散并不限于微穿孔板的孔壁和表面,，在孔端開口處也有顯著的耗散，反映了由聲線彎曲導致的耗能機制,。經(jīng)典模型在末端聲阻部分忽略了聲線彎曲的附加聲阻,，使得對低頻、超微孔結構的聲阻估計偏小,，最終導致吸聲系數(shù)的預測出現(xiàn)偏差（如圖2所示）,。
該研究表明微穿孔板包含兩種耗能機制，在低頻超微孔板吸聲結構設計中不能忽略聲線彎曲造成的附加聲阻,。通過合理孔型設計對聲線進行調(diào)控,，有可能在更寬的頻段上達成阻抗匹配,，從而實現(xiàn)滿足實際工程需求的低頻寬帶吸聲結構,。
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