TWI850021B - 吸音結構 - Google Patents

Abstract

本發明吸音結構能用以吸收聲音，吸音結構包含一本體、一連外構造及一內構造，連外構造及內構造分別形成於該本體中，連外構造的一連外管連通外部環境及連外構造的一連外腔室，內構造的一內連接管連通連外腔室及內構造的一內腔室。所述吸音結構透過該連外構造及該內構造而於該本體內形成串聯的構造，使聲阻抗增加，藉此在本體之體積有限的情況下，降低所述吸音結構之吸收有效率峰值所在的頻率，提升所述吸音結構對低頻聲音的吸收有效率。

Description

吸音結構

本發明係一種吸音結構，尤指能吸收低頻率聲音的吸音結構，特別是一種超低頻吸音片。

日常生活中，許多活動都會產生噪音，例如人車往來、撥放音樂及機械運轉等，為了降低噪音產生的干擾，現今有多種用以吸收聲音的吸音構造，例如吸音板、以多孔/微縫薄板搭配共振後腔的吸音構造、主動噪音吸收器及利用荷姆霍茲共振原理製成的消音器。

其中，吸音板的材料係泡棉或纖維製成的多孔性材料，由於材料特性的關係，吸音板較能夠吸收高頻率聲音，而較難以吸收低頻率的聲音；而以多孔/微縫薄板搭配共振後腔的吸音構造也因為受到空間限制，使得共振後腔的體積受限，因此較不易應用於低頻噪音吸收；主動噪音吸收器則是需要複雜的電路設計，因此不易製造且成本較高。

另外，利用荷姆霍茲共振原理製成的消音器廣泛地應用於管道中窄區段之頻率的噪音吸收，其中，所述消音器包含有一中空的腔體及與該腔體相連接的一頸部，該頸部具有連通外部環境的一開口，荷姆霍茲共振器為一種被動式消音器，可被視為一彈簧-質量系統，空腔為彈簧，頸部中的空氣為質量，荷姆霍茲共振器通常可將噪音困住且消耗，其機制為噪音頻率達到結構共振頻率時，頸部空氣劇烈震動摩擦，消耗聲能，目前已廣泛運用到工程領域，由荷姆霍茲共振原理可知，控制該頸部之開口大小、頸部之長度及腔體內部的體積即可控制所述消音器之一預設頻率區段，所述消音器在所述預設頻率區段具有良好的有效吸收率，而在所述預設頻率區段以外則幾乎不具吸收聲音的效果。

當希望藉由所述利用荷姆霍茲共振原理製成的消音器吸收較低頻率的聲音時，要將所述消音器的預設頻率設定成較低頻率，然而，由於所述消音器的預設頻率與所述腔體內部的體積呈反比，也就是說所述腔體需要較大的體積才能設定較低的預設頻率，導致所述消音器占用較大的空間，因此，受到空間限制，所述消音器難以用於吸收較低頻率的聲音。

綜上，現今之吸音構造難以於體積有限的情況下達到吸收低頻率聲音的效果，或需要複雜的電路設計，因此仍有改善的空間。

本發明之主要目的在於提供一吸音結構，希藉此改善現今的吸音構造難以於體積有限的情況下達到吸收低頻率聲音的效果，或需要複雜的電路設計之問題。

為達成前揭目的，本發明吸音結構包含： 一本體，該本體表面形成有一吸音孔，其中，該本體之直徑與該吸音孔之直徑的比例介於9.8：1至12.35：1之間，包含端點值； 一連外構造，其形成於該本體內部，該連外構造具有一連外腔室及一連外管，該連外管的兩端貫通並位於該連外腔室中，該連外管之一端連接該吸音孔以連通外部環境，該連外管之另一端連通該連外腔室；及 一內構造，其形成於該本體內部，該內構造具有一內腔室及一內連接管，該內連接管的兩端貫通並位於該內腔室中，且該內連接管與該連外管間隔排列，該內連接管之一端連通該連外構造之連外腔室，該內腔室透過該內連接管連通該連外腔室。

本發明吸音結構係利用荷姆霍茲共振原理為基礎所設計，並採用平面化與延伸頸部設計，該連外構造利用該連外管連通該連外腔室及外部環境，該內構造利用該內連接管連通該該內腔室及連外構造之連外腔室，就可以在所述本體的內部形成串聯的構造，使所述吸音結構的聲阻抗增加，從而降低所述吸音結構之吸收有效率峰值所在的頻率，藉此在該本體之體積有限的情況下，提升所述吸音結構對低頻聲音的吸收有效率，且所述吸音結構的構造簡單，只要將該本體的吸音孔朝向聲音來源即可吸收聲音，無需複雜的電路設計亦無需連接電源，而能夠增加所述吸音結構之適用範圍，提升使用便利性。

請參閱圖1至圖4，為本發明之第一種較佳實施例，其包含一本體10a、一連外構造20及一內構造30。

如圖1至圖3所示，該本體10a~10d表面形成有一吸音孔11，該吸音孔11連通外部環境，其中，該本體10a~10d之直徑與該吸音孔11的比例介於9.8：1至12.35：1之間，包含端點值，透過該本體10a~10d與該吸音孔11之直徑比例的設計，能使所述吸音結構之吸收有效率峰值所在的頻率位在低頻聲音的頻率以下，較佳地，該本體10a~10d之直徑與該吸音孔11的比例介於10：1至10.87：1之間，包含端點值，藉此能使所述吸音結構之吸收有效率峰值所在的頻率位在200赫茲以下，將所述吸音結構之吸收有效率峰值進一步降低。

如圖2至圖5所示，該連外構造20形成於該本體10a~10d內部，該連外構造20具有一連外腔室21及一連外管22，該連外管22位於該連外腔室21中，該連外管22的兩端貫通，該連外管22之一端連接該吸音孔11以連通外部環境，該連外管22之另一端連通該連外腔室21，因此使該連外腔室21連通外部環境，其中，該連外管22之一端設於該吸音孔11界定為一外連接端221，該連外管22連通該連外腔室21之一端界定為一外開口端222。

如圖2至圖4所示，該內構造30形成於該本體10a~10d內部，該內構造30具有一內腔室31及一內連接管32，該內連接管32位於該內腔室31中，該內連接管32的兩端貫通，且該內連接管32與該連外管22間隔排列，該內連接管32之一端連通該連外構造20之連外腔室21，該內腔室31透過該內連接管32連通該連外腔室21，其中，該內連接管32連通該連外腔室21之一端界定為一内連接端321，該內連接管32連通該內腔室31之一端界定為一内開口端322。

此外，該連外管22及該內連接管32較佳地係分別呈彎曲狀，藉此於有限的空間中增加該連外管22及該內連接管32的長度，另外，該連外管22及該內連接管32的截面可以為圓形、方形或多邊形等，皆能使所述吸音結構達到吸音效果。

另外，該本體10a~10d具有一吸音面12及一分隔壁13，該吸音面12形成於該本體10a~10d的外側，該吸音孔11位在該吸音面12上，該分隔壁13位於該本體10a~10d的內部並分隔該連外腔室21及該內腔室31，該內連接管32之一端設置於該分隔壁13並連通該連外腔室21。

再者，如圖4至圖6所示，該連外腔室21及該內腔室31係在一水平基準面上相鄰，該連外管22沿一Z方向連通外部環境，該內連接管32沿一X方向連通該連外腔室21，該Z方向垂直於所述水平基準面，該X方向平行於所述水平基準面。此外，該連外管22包含相連接的一連外段223及一伸長段224，該連外段223沿該Z方向延伸，該伸長段224在該水平基準面上延伸形成，藉由該連外腔室21及該內腔室31係在所述水平基準面上相鄰，且該連外管22位於該連外腔室21中，以及該內連接管32位於該內腔室31中，使所述吸音結構呈現平面化的構造，因此可以便於安裝在牆面，且由於構造扁平，因此占用體積較小，亦較容易堆疊，提升建置便利性。

較佳地，該本體10a~10d呈圓盤狀，該本體10a~10d的直徑D位在所述水平基準面上，該連外腔室21及該內腔室31在該Z方向上分別具有一腔室高度h，且該連外腔室21及該內腔室31的腔室高度相等，該本體10a~10d呈圓盤狀係為了便於進行實驗及理論計算，該本體10a~10d能夠呈方形或多邊形等，而不以本發明之較佳實施例為限，其中，所述本體10a~10d包含一上蓋14、一下蓋15及環狀的一外壁16，該上蓋14及該下蓋15分別結合於該外壁16的上下兩側，該分隔壁13設置於該外壁16中，使該上蓋14、該下蓋15及該外壁16共同圈圍形成的空間分隔為該連外腔室21及該內腔室31，該連外管22的一端嵌入設置於該上蓋14，該內連接管32的一端嵌入設置於該分隔壁13。

本發明吸音結構係利用荷姆霍茲共振原理為基礎所設計，該連外構造20藉由該連外管22連通外部環境及該連外腔室21，使該連外構造20形成符合荷姆霍茲共振原理的一共振器，而該內構造30藉由該內連接管32連通該連外腔室21及該內腔室31，就形成了符合荷姆霍茲共振原理的另一共振器，且兩個共振器藉由該內連接管32串聯，而使該本體10a~10d的內部形成串聯的構造。

詳細而言，由於聲阻抗可透過等價為電流阻抗而套用電流阻抗之串並聯公式，因此所述吸音結構利用串聯的構造，使聲阻抗增加，從而降低所述吸音結構之預設頻率，藉此在該本體10a~10d之體積有限的情況下，提升所述吸音結構對低頻聲音的吸收有效率，且所述吸音結構的構造簡單，只要將該本體10a~10d的吸音孔11朝向聲音來源即可吸收聲音，無需複雜的電路設計亦無需連接電源，而能夠增加所述吸音結構之適用範圍，提升使用便利性。

再者，藉由控制該連外腔室21及該內腔室31的體積、該連外管22的長度及管徑以及該內連接管32的長度及管徑，即可調整所述吸音結構的整體聲阻抗，藉此控制所述吸音結構所具備的一預設頻率區段。

以下將進一步說明所述吸音結構的整體聲阻抗的控制原理，請配合參閱圖5至圖7，其中：t為所述本體10a的該上蓋14、該下蓋15及該外壁16的厚度；D為該本體10a的直徑； 為該連外管22的內徑，且該連外管22的內徑相等於該吸音孔11的直徑； 為該內連接管32的內徑； 為該連外管22的長度； 為該內連接管32的長度。

由於該連外管22及該內連接管32分別具有較長的長度及相對較小的管徑，因此於內部形成狹窄的通道，故應考慮管體(即該連外管22和該內連接管32)中的熱黏性損失。參《Acoustic perfect absorbers via Helmholtz resonators with embedded apertures》(Sibo Huang; Xinsheng Fang; Xu Wang; Badreddine Assouar; Qian Cheng; Yong Li, J Acoust Soc Am 145, 254–262 (2019))以及《Acoustic perfect absorbers via spiral metasurfaces with embedded apertures》(Sibo Huang; Xinsheng Fang; Xu Wang; Badreddine Assouar; Qian Cheng; Yong Li, Appl. Phys. Lett. 113, 233501 (2018))可得，管體的聲阻抗 為能以下列方程式表示： 在上 中， 為管體的聲阻抗； 為空氣密度； 為聲速； 為波數； 為管體的長度； 為比熱比；其中， 為熱場函數， 為黏滯場函數，分別能以下列方程式表示： 其中， 為二階的第一類貝索函數； 為零階的第一類貝索函數； 為熱波數； 為黏性波數； 為管體的內徑。

另外，參《Perforated panel absorbers with viscous energy dissipation enhanced by orifice design》(Randeberg R T, PhD thesis submitted to NTNU, 2000, Trondheim)可得，當考慮到自管體進入開放空間的聲音輻射時，管體的有效長度會增加，因此管體的開口端(即該連外管22的外開口端222及該內連接管32的内開口端322)補正需調整為： 在上 中， 為進一步的管體長度完整修正項； 為管體內徑與半圓形腔室半徑之比值，於本發明之較佳實施例中，該本體10a~10d呈圓形，該連外腔室21及該內腔室31分別為半圓形，管體的內徑與半圓形腔室半徑之比值 能以下列方程式表示： 在上 中， 為管體長度初步修正量，聲質量會受到空氣從孔洞進出到開放空間的影響，能以下列方程式表示：

當考慮管體的開口端補正後，由管體及管體之開口端共同提供的聲阻抗 能以下列方程式表示： 其中， 為聲音的角頻率，能以下列方程式表示： 其中， 為聲音的頻率。

再者，由腔室提供的聲阻抗 能以下列方程式表示： 其中， 為聲壓； 為空氣粒子速度； 為空氣流經腔室的體積流率； 為管體的截面積； 為腔室的體積。 在上 中，管體的截面積 能以下列方程式表示：

接著，參《Theory and design of microperforated panel sound-absorbing constructions》(Dah-You Maa, Sci. Sin. 18, 55–71 (1975)) 以及《On the theory and design of acoustic resonators》(Uno Ingard, J. Acoust. Soc. Am. 25, 1037–61 (1953))，考慮到管體的連接端之邊界的摩擦損耗，管體的連接端(即該連外管22的外連接端221及該內連接管32的内連接端321)補正所提供的聲阻抗 能以下列方程式表示： 其中， 為動黏滯係數。

如前述，聲阻抗可透過等價為電流阻抗而套用電流阻抗之串並聯公式，所述吸音結構之第一種較佳實施例係由所述連外構造20及所述內構造30串連而成，如圖8所示，係本實施例的聲阻抗之等效電路圖，因此，所述吸音結構的整體聲阻抗 能以下列方程式表示： 在上 中， 為該本體10a~10d之吸音面12的面積與該吸音孔11的面積之比值，能以下列方程式表示： 其中，A為該本體10a~10d之吸音面12的面積，能以下列方程式表示：

除此之外，聲音的吸收有效率 能以下列方程式表示：

於本發明之第一種較佳實施例中，將 代入就代表該連外構造20(包含該連外管22及該連外腔室21)，將 代入就代表該內構造30(包含該內連接管32及該內腔室31)，當以 及 代入式(3)、式(4)及式(5)中，就能分別得出 ，再將 代入式(6)中，就得出所述吸音結構的整體聲阻抗 與聲音的頻率 的關聯性，又以所述吸音結構的整體聲阻抗 能得出對聲音的吸收有效率 ，而由於所述吸音結構的整體聲阻抗 係與所述本體10a的該上蓋14、該下蓋15及該外壁16的厚度t、該本體10a的直徑D、該連外管22的內徑 、該內連接管32的內徑 、該連外管22的長度 及為該內連接管32的長度 相關，因此透過調整所述吸音結構的結構尺寸，就能夠使所述吸音結構同時具備對應的頻率及較高的吸收有效率。

請參閱圖5至圖7，以本發明之第一種較佳實施例為例，將所述吸音結構的結構尺寸設定如下：該本體10a的直徑D為100毫米；該連外管22的內徑 為10毫米；該內連接管32的內徑 為10毫米；該連外管22的長度 為61.2毫米；該內連接管32的長度 為61.2毫米；所述本體10a的該分隔壁13、該上蓋14、該下蓋15及該外壁16的厚度t為1.5毫米；該連外腔室21及該內腔室31的腔室高度h為14毫米。請參閱圖9，為所述吸音結構依前述的結構尺寸設定後，經實驗及數值模擬所得的頻率(橫軸)及吸收有效率(縱軸)之關係圖，綠色線條為將所述吸音結構以阻抗管(SW422, BSWA Technology)進行實驗所得的實驗結果；藍色線條為利用前述方程式計算所得之理論結果；紅色線條為利用有限元素法分析而得，如圖中所示，本實施例的吸收有效率峰值位於173.2赫茲，且具有0.99的吸收有效率，顯見本發明確實能夠有效吸收較低頻率的聲音，而吸收有效率高於0.5的頻率區段寬度則為13赫茲。

如圖10至圖12所示，於本發明之第二種較佳實施例中，二所述吸音結構並排，且二所述吸音結構的吸音孔11朝向同一側，二所述吸音結構分別界定為一第一結構1及一第二結構2，該第一結構1的連外腔室21界定為一第一連外腔室21a，該第一結構1的内腔室31界定為一第一内腔室31a，該第一結構1的連外管22界定為一第一連外管22a，該第一結構1的內連接管32界定為一第一內連接管32a；該第二結構2的連外腔室21界定為一第二連外腔室21b，該第二結構2的内腔室31界定為一第二内腔室31b，該第二結構2的連外管22界定為一第二連外管22b，該第二結構2的內連接管32界定為一第二內連接管32b。

本發明之第二種較佳實施例可視為該第一結構1及該第二結構2並排而形成的並聯構造，因此可以等效為並聯電路公式，故本實施例的整體聲阻抗 能以下列方程式表示：

於本發明之第二種較佳實施例中， 表示該第一連外管22a及該第一連外腔室21a； 表示該第一内連接管32a及該第一内腔室31a； 表示該第二連外管22b及該第二連外腔室21b； 表示該第二内連接管32b及該第二内腔室31b，將 分別帶入式(3)、式(4)及式(5)中，再帶入式(8)中，即可得出本發明之第二種較佳實施例的整體聲阻抗 與聲音頻率 的關聯性，將所述整體聲阻抗 代入 中，即可得本實施例的吸收有效率 。

以本發明之第二種較佳實施例為例，將所述吸音結構的結構尺寸設定如下：該本體10b的直徑D為100毫米；該第一連外管22a的內徑 、該第一內連接管32a的內徑 、該第二連外管22b的内徑 及該第二內連接管32b的内徑 分別都是10毫米；該第一連外管22a的長度 及該第一內連接管32a的長度 皆為42.3毫米；該第二連外管22b的長度 及該第二內連接管32b的長度 皆為33毫米；所述本體10b的該分隔壁13、該上蓋14、該下蓋15及該外壁16的厚度t為1.5毫米；該連外腔室21及該內腔室31的腔室高度h為14毫米。請參閱圖13，為所述吸音結構依前述的結構尺寸設定後，經實驗及數值模擬所得的頻率(橫軸)及吸收有效率(縱軸)之關係圖，綠色線條為將所述吸音結構以阻抗管(SW422, BSWA Technology)進行實驗所得的實驗結果；藍色線條為利用前述方程式計算所得之理論結果；紅色線條為利用有限元素法分析而得，如圖中所示，本實施例吸收有效率峰值有兩個，一個峰值位於306赫茲，並具有0.93的吸收有效率；另一個峰值位於326赫茲，並具有0.99的吸收有效率，而吸收有效率高於0.5的頻率區段寬度則為45赫茲。

其中，由於該第一結構1的該第一連外管22a的長度 及該第一內連接管32a的長度 該第二結構2的該第二連外管22b的長度 及該第二內連接管32b的長度 ，使該第一結構1的吸收有效率峰值在相對較低的頻率，而該第二結構2的吸收有效率峰值在相對較高的頻率，二所述吸音結構的吸收有效率峰值所在的頻率錯開，因此能夠增加本實施例之吸收有效率高於0.5的頻率區段寬度。另外，若使複數個本發明之第一種較佳實施例並排，且複數個所述吸音結構的連外管22及内連接管32分別設定為不同長度，則複數個所述吸音結構的吸收有效率峰值會分別位在不同的頻率，亦能夠增加吸收有效率高於0.5的頻率區段寬度。

如圖14及圖15所示，於本發明之第三種較佳實施例中，該連外管22自該外連接端221至該外開口端222的內徑漸變，該內連接管32自該内連接端321至該内開口端的內徑漸變。

於本實施例中，參《Perfect acoustic absorption of Helmholtz resonators via tapered necks》(Song C; Huang S; Zhou Z; Zhang J; Jia B; Zhou C; Li Y; Pan Y, Appl Phys Express 2022; 15: 084006)可得，管體的聲阻抗 能以下列方程式表示： 其中，將 代入就代表該連外構造20(包含該連外管22及該連外腔室21)，將 代入就代表該內構造30(包含該內連接管32及該內腔室31)； 為管體的連接端， 為管體的開口端；A為該本體10c的總截面積； 為管體的長度；b為該上蓋14的厚度； 為管體的體積； 和 為管體之連接端及開口端的聲阻補正(resistance end correction)； 和 為管體之連接端及開口端的聲抗補正(reactance end correction)； 為孔隙率(porosity)，即管體變化截面積與該本體10c之總截面積的比例； 為孔洞係數(perforation constant)； 為零階的第一類貝索函數； 為一階的第一類貝索函數； x代表從開孔處沿著管體的管長。 其中，管體的連接端及開口端的聲阻補正 和 能以下列方程式表示： 其中， 為管體的連接端之直徑， 為管體的開口端之直徑； 此外， 則是將上式中的 替換為 可得。 更進一步說明，於本發明之實施例中，如圖15所示，該連外管22的 代表 ， 代表 ；該內連接管32的 代表 ， 代表 。 此外，管體之開口端及連接端的聲抗補正 能以下列方程式表示： 另外， 則是將上式中的 替換為 可得。 再者，孔隙率 能以下列方程式表示： 另外，孔洞係數 能以下列方程式表示：

再者，腔體的聲阻抗 能以下列方程式表示： 其中， 為管體的連接端及開口端的平均截面積； 為腔室的體積。

本發明之第三種較佳實施例仍為串聯的構造，故本實施例的整體聲阻抗 能以下列方程式表示：

於本發明之第三種較佳實施例中，將p=1代入就代表該連外構造20(包含該連外管22及該連外腔室21)，將p=2代入就代表該內構造30(包含該內連接管32及該內腔室31)；藉由將 及 中，再將所得解代入 中，即可得出本發明之第三種較佳實施例的整體聲阻抗 與聲音頻率 的關聯性，將所述整體聲阻抗 代入 中，即可得本實施例的吸收有效率 。

以本發明之第三種較佳實施例為例，將所述吸音結構的結構尺寸設定如下：該本體10c的直徑D為100毫米；所述本體10c的該分隔壁13、該上蓋14、該下蓋15及該外壁16的厚度t為1毫米；該連外腔室21及該內腔室31的腔室高度h為16毫米；該連外管22的長度 為74.4毫米；該內連接管32的長度 為67.4毫米；該連外管22的該外連接端221的內徑 為9.2毫米；該連外管22的該外開口端222的內徑 為8.8毫米；該內連接管32的該内連接端321的內徑 為13.6毫米；該内開口端322的內徑 為5.8毫米。請參閱圖16，為所述吸音結構依前述的結構尺寸設定後，經數值模擬所得的頻率(橫軸)及吸收有效率(縱軸)之關係圖，綠色線條為將所述吸音結構以阻抗管(SW422, BSWA Technology)進行實驗所得的實驗結果；藍色線條為利用前述方程式計算所得之理論結果；紅色線條為利用有限元素法分析而得，如圖中所示，以實驗結果而言，本實施例吸收有效率峰值約位於116赫茲，具有0.75的吸收有效率；以理論及有限元素法分析結果而言，本實施例吸收有效率峰值約位於126赫茲，具有0.95的吸收有效率。所述吸音結構之第三種較佳實施例透過該連外管22及該內連接管32之內徑漸變的設計，與第一種較佳實施例相比較，於本體10c的直徑D相同的情況下，所述吸音結構之第三種較佳實施例的吸收有效率峰值在相對較低的頻率，故透過內徑漸變的設計能夠進一步降低吸收有效率峰值所在的頻率，且無論管體的內徑是由連接端朝開口端漸增或是漸減，皆能達到降低吸收有效率峰值所在的頻率之效果。

請參閱圖17至圖20，為本發明之第四種較佳實施例，所述吸音結構包含有複數延伸構造40，該複數延伸構造40依序連接並形成於該本體10d內部，該複數延伸構造40分別具有一延伸腔室41及一延伸管42，該複數延伸構造40的延伸腔室41依序連通，該複數延伸構造40中之其中一延伸構造40的延伸管42透過該本體10d上形成的一延伸連接孔43而連接該內構造30之內腔室31，該複數延伸構造40中之其餘延伸構造40的延伸管42連接另一延伸構造40的延伸腔室41。

其中，該連外構造20、該內構造30及該複數延伸構造40依序連通，使本發明之第四種較佳實施例形成連續串聯的構造，也就是由該連外構造20、該內構造30及兩個所述延伸構造40依序連通所形成的四個腔室依序連通的串聯設計，並能套用串聯之等效電路，故本實施例之吸音結構的整體聲阻抗 能以下列方程式表示：

如圖19及圖20所示，以本發明之第四種較佳實施例為例，其係以兩個本發明之第一種較佳實施例串聯形成的雙層式串聯結構，該本體10d的直徑D為100毫米；該連外管22的內徑 、該內連接管32的內徑 及該複數延伸管42的內徑 分別為10毫米；該連外管22的長度 、該內連接管32的長度 及該複數延伸管42的長度 分別為61.2毫米；所述本體10d的該分隔壁13、該上蓋14、該下蓋15及該外壁16的厚度t為1.5毫米；該連外腔室21、該內腔室31及該複數延伸腔室41的腔室高度h為14毫米。請參閱圖21，為所述吸音結構依前述的結構尺寸設定後，經實驗及數值模擬所得的頻率(橫軸)及吸收有效率(縱軸)之關係圖，綠色線條為將所述吸音結構以阻抗管(SW422, BSWA Technology)進行實驗所得的實驗結果；藍色線條為利用前述方程式計算所得之理論結果；紅色線條為利用有限元素法分析而得，如圖中所示，本實施例的吸收有效率峰值位於97赫茲，且具有0.95的吸收有效率，相較於創作之第一種較佳實施例之單層式串聯結構，本實施例的吸收有效率峰值所在的頻率進一步下降。另外，若以三個本發明之第一種較佳實施例串聯形成三層式串聯結構，也就是六個腔室依序連通的串聯設計，則能夠將吸收有效率峰值下降至60赫茲。

再者，透過粒子群最佳化演算法(Particle Swarm Optimization algorithm, PSO)配合前述方程式，就能夠設定特定的吸音頻率，並在所述吸音頻率下找出所述吸音結構具有最佳吸收有效率的尺寸，使得所述吸音結構能夠配合不同需求達到吸收聲音的效果。所述吸音結構能用於吸收機械加工(含工具機類)、紡織廠房、水電、火電、風電等發電機組運轉產生的低頻噪音；能黏貼於輪船、貨船、商船、漁船、遊艇、軍艦、潛艇、航母等船艙引擎室之牆壁以吸收引擎產生的低頻噪音；能設置包覆於室外冷氣壓縮機及鐵捲門馬達的外側以吸收噪音；能設置於通風管外圍以減少特定頻率的噪音；能設置於空氣濾淨機或大型電腦主機內部，減少風扇運作噪音；能設置於洗衣機底部，減少馬達運轉噪音；能設置於捷運、台鐵及高鐵等交通運輸工具的車廂底部，藉此減少噪音傳遞至車廂內部；能設置於火箭發射台周圍、飛彈與砲彈等軍事基地，降低特定頻率的噪音；能設置於窗戶外框，以隔絕特定工程或交通運輸之噪音，且多數個所述吸音結構能大面積地設置於牆壁以增加噪音吸收程度，或將不同的結構設計的多數個所述吸音結構共同設置於牆壁以增加噪音吸收的頻寬。

綜上所述，本發明吸音結構能用以吸收聲音，透過該連外構造20及該內構造30於該本體10a~10d內部形成串聯的構造，使聲阻抗增加，從而降低所述吸音結構之吸收有效率峰值所在的頻率，藉此在該本體10a~10d之體積有限的情況下，提升所述吸音結構對低頻聲音的吸收有效率，本發明吸音結構也可稱作是超低頻吸音片。

1:第一結構 2:第二結構 10a~10d:本體 11:吸音孔 12:吸音面 13:分隔壁 14:上蓋 15:下蓋 16:外壁 20:連外構造 21:連外腔室 21a:第一連外腔室 21b:第二連外腔室 22:連外管 22a:第一連外管 22b:第二連外管 221:外連接端 222:外開口端 223:連外段 224:伸長段 30:內構造 31:內腔室 31a:第一内腔室 31b:第二内腔室 32:內連接管 32a:第一內連接管 32b:第二內連接管 321:内連接端 322:内開口端 40:延伸構造 41:延伸腔室 42:延伸管 43:延伸連接孔 D:本體之直徑 :內徑 h:腔室高度 :長度 t:厚度

圖1：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之立體示意圖。 圖2：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之分解示意圖。 圖3：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之俯視平面示意圖。 圖4：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之俯視剖面示意圖。 圖5：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之本體內部之俯視平面示意圖。 圖6：為圖3之A-A剖面示意圖。 圖7：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之連外管之立體示意圖。 圖8：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之聲阻抗之等效電路示意圖。 圖9：為本發明吸音結構之第一種較佳實施例之實驗及模擬結果示意圖。 圖10：為本發明吸音結構之第二種較佳實施例之立體示意圖。 圖11：為本發明吸音結構之第二種較佳實施例之分解示意圖。 圖12：為本發明吸音結構之第二種較佳實施例之本體內部之俯視平面示意圖。 圖13：為本發明吸音結構之第二種較佳實施例之實驗及模擬結果示意圖。 圖14：為本發明吸音結構之第三種較佳實施例之分解示意圖。 圖15：為本發明吸音結構之第三種較佳實施例之本體內部之俯視平面示意圖。 圖16：為本發明吸音結構之第三種較佳實施例之模擬結果示意圖。 圖17：為本發明吸音結構之第四種較佳實施例之立體示意圖。 圖18：為本發明吸音結構之第四種較佳實施例之分解示意圖。 圖19：為本發明吸音結構之第四種較佳實施例之部分分解示意圖。 圖20：本發明吸音結構之第四種較佳實施例之本體內部之俯視平面示意圖。 圖21：為本發明吸音結構之第三種較佳實施例之實驗及模擬結果示意圖。 圖22：本發明吸音結構設置於牆壁之實施方式示意圖。

10a:本體

11:吸音孔

12:吸音面

13:分隔壁

14:上蓋

15:下蓋

16:外壁

20:連外構造

21:連外腔室

22:連外管

221:外連接端

222:外開口端

30:內構造

31:內腔室

32:內連接管

321:內連接端

322:內開口端

Claims (10)

1. 一種吸音結構，其包含： 一本體，該本體表面形成有一吸音孔，其中，該本體之直徑與該吸音孔之直徑的比例介於9.8：1至12.35：1之間，包含端點值； 一連外構造，其形成於該本體內部，該連外構造具有一連外腔室及一連外管，該連外管的兩端貫通並位於該連外腔室中，該連外管之一端連接該吸音孔以連通外部環境，該連外管之另一端連通該連外腔室；及 一內構造，其形成於該本體內部，該內構造具有一內腔室及一內連接管，該內連接管的兩端貫通並位於該內腔室中，且該內連接管與該連外管間隔排列，該內連接管之一端連通該連外構造之連外腔室，該內腔室透過該內連接管連通該連外腔室。
2. 如請求項1所述之吸音結構，其中該本體具有一吸音面及一分隔壁，該吸音面形成於該本體的外側，該吸音孔位在該吸音面上，該分隔壁位於該本體的內部並分隔該連外腔室及該內腔室，該內連接管之一端設置於該分隔壁並連通該連外腔室。
3. 如請求項1所述之吸音結構，其中該連外管的兩端分別界定為一外連接端及一外開口端，該外連接端連通外部環境，該外開口端連通該連外腔室，且該連外管自該外連接端至該外開口端的內徑漸變。
4. 如請求項2所述之吸音結構，其中該連外管的兩端分別界定為一外連接端及一外開口端，該外連接端連通外部環境，該外開口端連通該連外腔室，且該連外管自該外連接端至該外開口端的內徑漸變。
5. 如請求項1至4中任一項所述之吸音結構，其中該內連接管的兩端分別界定為一内連接端及一内開口端，該内連接端連通該連外腔室，該内開口端連通該內腔室，且該內連接管自該内連接端至該内開口端的內徑漸變。
6. 如請求項1至4中任一項所述之吸音結構，其中所述吸音結構包含有複數延伸構造，該複數延伸構造依序連接並形成於該本體內部，該複數延伸構造分別具有一延伸腔室及一延伸管，該複數延伸構造的延伸腔室依序連通，該複數延伸構造中之其中一延伸構造的延伸管連接該內構造之內腔室，該複數延伸構造中之其餘延伸構造的延伸管連接另一延伸構造的延伸腔室。
7. 如請求項1至4中任一項所述之吸音結構，其中該連外管及該內連接管分別呈彎曲狀。
8. 如請求項1至4中任一項所述之吸音結構，其中該連外腔室及該內腔室係在一水平基準面上相鄰，該連外管沿一Z方向連通外部環境，該內連接管沿一X方向連通該連外腔室，該Z方向垂直於所述水平基準面，該X方向平行於所述水平基準面。
9. 如請求項8所述之吸音結構，其中該連外管包含相連接的一連外段及一伸長段，該連外段沿該Z方向延伸，該伸長段在該水平基準面上延伸形成。
10. 如請求項8所述之吸音結構，其中該本體呈圓盤狀，該本體之直徑位在所述水平基準面上，該連外腔室及該內腔室在該Z方向上分別具有一腔室高度，且該連外腔室及該內腔室的腔室高度相等。