[发明专利]消声结构

说明书

一种消声面板由实质透声的平面刚性框架构成，该刚性框架分成多个单独的大体二维单元。挠性材料薄片固定至刚性框架，以及，多个薄块固定至挠性材料薄片，使得每一个单独单元设置有各自的薄块，以建立共振频率，该共振频率由框架的平面几何特性、挠性材料的挠性、以及薄块限定。单元分成至少两种不同类型的单独单元，构造成使得，由不同类型单独单元的第一类单元发出的声波，与由不同类型单独单元的第二类单元、或不同类型单独单元的聚集体发出的声波，形成消声模式。

技术领域

本发明涉及一种新颖的消声结构，特别涉及一种局域共振声学材料(LRSM)。局域共振声学材料能提供针对特定频率范围的屏蔽或声学屏障，并且可以层叠起来作为宽频消声屏障。

背景技术

近年来，发现了一类新型声学材料，其基于构造局域共振的原理。这种材料可以打破声音衰减的质量密度定律，即：为了衰减声音传递至相同程度，固体面板的厚度、或单位面积质量必须与声音频率成反比变化。因此，采用常规消声材料，低频消声可能需要非常厚的固体面板，或者用具有高密度的材料如铅制成的面板。

这类新型材料即局域共振声学材料(LRSMs)的基本原理发表于Science，vol，289，p.1641-1828(2000)；以及，在关于实现这类LRSM的不同设计方面，美国专利No.6,576,333、以及美国专利No.7,249,653中也描述了这种材料。目前的设计仍然困窘于下述事实，即质量密度定律的打破仅仅局限于较窄频段。因此，在宽频段范围内都要求消声的应用中，LRSM仍然非常厚重。

阻塞空气传播声音的常规措施通常要求用固体材料阻断空气介质。对于还要求通风的噪声阻断应用而言，这是不利的。

属于Yang等人的美国专利No.7,395,898描述了一种消声面板，其包括：分成多个单独单元的刚性框架、挠性和弹性材料薄片(薄膜)、以及多个配重(薄块)。各配重固定于挠性材料薄片，使得各单元设置有各自的配重，以及，通过适当选择配重的质量，可以控制消声的频率。在这种消声结构中，分布于平坦面板上的薄膜配重单元都是大致相同的。在如美国专利No.7,395,898中所描述的一类系统中，薄膜通常为橡胶或其它弹性体，而配重块所具有质量在0.1～10克之间。

属于Sheng等人的美国专利No.8,579,073描述了一种声音能量吸收超材料，其包括：附着有弹性薄膜的至少一个围起来的平直框架，并且具有一个或多个刚性板附着于薄膜。刚性板具有非对称形状，在附着至上述弹性薄膜处具有大致直线边缘，因而，刚性板建立具有预定质量的单元。该结构的振动拥有多个共振模态，其共振频率可调节。

在构造的共振超材料中，分布于平坦面板上的薄膜-配重单位单元所在的结构均是相同的。对于给定的薄膜材料，例如橡胶，配重具有限定的质量。这导致工作频率在特定范围内，该范围由质量、被移置质量的力矩以及Hooke定律确定。

发明内容

消声面板具有一个实质透声的平直刚性框架，其分成多个单独的大体二维单元。挠性材料薄片固定于刚性框架，并且将多个薄块固定至挠性材料薄片，使得多个单元的每个单独单元设置有各自的薄块。挠性材料加薄块的布置方式产生一种共振频率，该共振频率由各自单独单元的平面几何特性、挠性材料的挠性、以及其上的各自薄块限定。多个单元分成至少两种不同类型的单独单元，分布在消声面板上。不同类型的单独单元构造成，使得由不同类型单独单元的第一类单元所发出的声波，与由不同类型单独单元的第二类单元、或者与不同类型单独单元的聚集体所发出的声波，建立消声模式。

附图说明

图1图示质量块相对于弹簧的横向运动。

图2图示刚性框架，包括若干局域共振声学材料(LRSM)单元，其中用粗线示出单个单元。

图3图示单个单元的俯视图和分解图。

图4图示局域共振声学材料(LRSM)面板的俯视图的示意图。