吸声特性动态可调的PVDF压电微穿孔板吸声体研究

In this research proposal, an approach to dynamically adjust sound absorption characteristics of Micro Perforated Panel Absorber (MPPA) is presented. The MPPA is made of PVDF membrane, and combined with active noise control (ANC) technology. The sound absorption performance of the proposed piezoelectric MPPA can be significantly adjusted and improved at certain frequency band of interest by simply controlling the ANC output signal, while without changing the structure parameters of the MPPA or the ANC hardware, which is particularly beneficial for dynamic environment noise control. Compared with other active-passive composite noise control technologies, the PVDF piezoelectric MPPA in this proposal is light weighted, has simple structure and compact package, and has the potential to be developed into an intelligent and universal sound absorber. Such work may become a hot issue in acoustic research field.

提出了一种可动态调整微穿孔板吸声体吸声特性的方法，即采用PVDF压电膜片制成一种新型材质的微穿孔板及吸声体，通过对PVDF压电微穿孔板膜片施加特定参数的交变激励电压信号，在不改变微穿孔板结构设计参数和控制系统硬件的前提下，可根据目标噪声特性及其动态变化情况，选择性地改善PVDF压电微穿孔板吸声体在所需频段的吸声特性，实现按需降噪。该器件具有主被动一体化吸声降噪的结构特点，与目前已报道的各种主被动复合降噪结构相比，它更加简单轻薄，具有更小的空间体积，且吸声特性调控方便灵活，有发展为智能型通用吸声结构的潜力和更广泛的应用领域，有望成为声学领域一个新的研究热点。通过本项研究，为这种新型降噪器件的实用化提供理论和技术基础。

本项目研究一种基于PVDF压电微穿孔板的主被动一体化吸声结构及其吸声特性的动态调节方法，通过对PVDF压电微穿孔板施加特定频率的交变激励电压信号，在不改变微穿孔板结构参数的前提下，选择性改善其低频段的吸声特性。. 首先，研究并建立了PVDF压电微穿孔板吸声体固有吸声特性的理论模型，发现微穿孔板的共振吸声机理对其固有吸声特性起主导作用；同时，由于PVDF微穿孔板膜片的非刚性材质特点，对其低频吸声系数有一定影响。. 其次，研制了一套由电源、信号源、升压模块、功率放大器组成的交变电压激励系统，激励电压在0-2000V、频率在1-1500Hz、相位在0-359度连续可调，可单独或同时对一层或多层PVDF压电微穿孔板施加激励信号，最多可同时激励四路PVDF压电微穿孔板。. 继而，研制了5种具有不同结构参数的单层PVDF-MPP压电微穿孔板及其吸声体，在驻波管中测试了其受激时的低频吸声特性，发现在激励频率两侧产生带宽为100Hz的新吸声峰，峰值大小与激励电压幅值呈正比，相较于无激励时的吸声系数有较大提高，并发现其机理是由于PVDF膜片本身的多阶振动模态被激发所导致。. 其后，研制了基于PVDF压电微穿孔板的串联式双层微穿孔板降噪结构，并实验研究了其吸声特性及其规律，发现其低频吸声特性的改善主要来自于内侧PVDF压电微穿孔板激励的作用。. 进而，研制了并联的PVDF压电微穿孔板吸声体模块组件，实验研究了其吸声特性及其规律，发现采用不同的频率同时激励时，可产生更多的低频吸声峰。. 最后，搭建了基于音频信号发生器、双通道频谱分析仪、PVDF压电微穿孔板吸声体及其交变激励电路的测试系统，在静音室条件下，对其降噪效果进行了测试和验证。. 项目实施期间，共发表标注基金号的论文12篇，其中SCI期刊论文5篇，EI国际会议论文4篇，核心期刊论文3篇，被受理发明专利2项，授权实用新型专利1项。