[发明专利]适用于流体的全向吸声材料、装置及制备方法

说明书

本申请涉及一种适用于流体的全向吸声材料、装置及制备方法。全向吸声材料包括衬底，具有处于第一预设范围内的质量密度和处于第二预设范围内的体弹性模量，衬底用于采集自外界入射的声波；以及至少一个吸声单元，嵌入在衬底内，吸声单元用于吸收衬底采集的声波。上述全向吸声材料，通过将至少一个吸声单元嵌入至衬底，可以同时对不同方向入射的声波均实现较佳的吸收效果，且所述衬底形状可以是任意的，吸声单元的嵌入位置也可以是任意的，因此该全向吸声材料的适用范围也较为广泛。

技术领域

本发明涉及声学材料技术领域，特别是涉及一种适用于流体的全向吸声材料、装置及制备方法。

背景技术

人们对声波的研究已有几百年的历史。其中，声波吸收的研究一直是声学领域的热点，其无论在工程应用还是在国防军事中都是非常重要的。

传统的声波吸收材料的阻抗不能与背景介质(如空气、水等)直接匹配，因而在其吸收声波的同时也会反射声波。为了减少反射的声波以实现较佳的声波吸收效果，研究人员已经提出了很多方法。例如：

(1)通过设计厚度为四分之一波长的增透膜、或是在表面设计微结构等方法来实现阻抗的匹配来消除反射，进而提高声波吸收率；

(2)利用多孔材料(如吸音海绵)来实现声波的较佳吸收；

(3)基于声学超材料的特性从而实现声波吸收。

然而，以上这三种方法对于不同方向入射的声波吸收率并不统一，仅对满足特定入射方向条件的声波具有较佳的吸收效果，因此适用范围较窄。

发明内容

基于此，有必要针对传统的吸声材料对于不同方向入射的声波吸收效果不同的问题，提供一种改进的适用于流体的全向吸声材料。

一种适用于流体的全向吸声材料，包括：

衬底，具有处于第一预设范围内的质量密度，和处于第二预设范围内的体弹性模量，所述衬底用于采集自外界入射的声波；以及，

至少一个吸声单元，嵌入在所述衬底内，所述吸声单元用于吸收所述衬底采集的声波。

上述全向吸声材料，通过将至少一个吸声单元嵌入至所述衬底，可以同时对不同方向入射的声波均实现较佳的吸收效果，且所述衬底形状可以是任意的，所述至少一个吸声单元的嵌入位置也可以是任意的，适用范围广，技术人员可以根据实际应用来调整该全向吸声材料的形状以及吸声材料的嵌入位置，以使其满足器件的适配需求。

在其中一个实施例中，所述衬底的质量密度小于等于外界流体的质量密度的十分之一，所述衬底的体弹性模量的倒数小于等于外界流体的体弹性模量的倒数的十分之一。

在其中一个实施例中，所述全向吸声材料满足下列关系式：

其中，N表示入射至所述全向吸声材料的声波的总个数，ρ_in表示外界流体的质量密度，κ_in表示外界流体的体弹性模量，ω_n为第n个入射声波的宽度，u_d表示所述吸声单元边界上的位移单元，∮u_d·dl表示位移单元u_d沿所述吸声单元边界的线积分。

在其中一个实施例中，所述衬底包括电介质声子晶体构成。

在其中一个实施例中，所述吸声材料包括吸音海绵、岩棉、橡胶或穿孔吸音板中的至少一种。

在其中一个实施例中，入射声波的个数大于等于2时，所述全向吸声材料对相位差处于至范围内的入射声波的吸收率大于95％。

在其中一个实施例中，入射声波的个数大于等于2时，所述全向吸声材料对相位相同的入射声波的吸收率大于99％。

本申请还提供一种全向吸声装置。