[發明專利]消聲結構

有效

• 申請號: 201480015138.7
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN105122348B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 楊志宇;沈平;馬冠聰;楊旻;李勇
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: G10K11/16
• 分類號: G10K11/16;G10K11/172
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 宋丹氫;張天舒

一種消聲面板由實質透聲的平面剛性框架構成，該剛性框架分成多個單獨的大體二維單元。撓性材料薄片固定至剛性框架，以及，多個薄塊固定至撓性材料薄片，使得每一個單獨單元設置有各自的薄塊，以建立共振頻率，該共振頻率由框架的平面幾何特性、撓性材料的撓性、以及薄塊限定。單元分成至少兩種不同類型的單獨單元，構造成使得，由不同類型單獨單元的第一類單元發出的聲波，與由不同類型單獨單元的第二類單元、或不同類型單獨單元的聚集體發出的聲波，形成消聲模式。

技術領域

本發明涉及一種新穎的消聲結構，特別涉及一種局域共振聲學材料(LRSM)。局域共振聲學材料能提供針對特定頻率范圍的屏蔽或聲學屏障，并且可以層疊起來作為寬頻消聲屏障。

背景技術

近年來，發現了一類新型聲學材料，其基于構造局域共振的原理。這種材料可以打破聲音衰減的質量密度定律，即：為了衰減聲音傳遞至相同程度，固體面板的厚度、或單位面積質量必須與聲音頻率成反比變化。因此，采用常規消聲材料，低頻消聲可能需要非常厚的固體面板，或者用具有高密度的材料如鉛制成的面板。

這類新型材料即局域共振聲學材料(LRSMs)的基本原理發表于Science，vol，289，p.1641-1828(2000)；以及，在關于實現這類LRSM的不同設計方面，美國專利No.6,576,333、以及美國專利No.7,249,653中也描述了這種材料。目前的設計仍然困窘于下述事實，即質量密度定律的打破僅僅局限于較窄頻段。因此，在寬頻段范圍內都要求消聲的應用中，LRSM仍然非常厚重。

阻塞空氣傳播聲音的常規措施通常要求用固體材料阻斷空氣介質。對于還要求通風的噪聲阻斷應用而言，這是不利的。

屬于Yang等人的美國專利No.7,395,898描述了一種消聲面板，其包括：分成多個單獨單元的剛性框架、撓性和彈性材料薄片(薄膜)、以及多個配重(薄塊)。各配重固定于撓性材料薄片，使得各單元設置有各自的配重，以及，通過適當選擇配重的質量，可以控制消聲的頻率。在這種消聲結構中，分布于平坦面板上的薄膜配重單元都是大致相同的。在如美國專利No.7,395,898中所描述的一類系統中，薄膜通常為橡膠或其它彈性體，而配重塊所具有質量在0.1～10克之間。

屬于Sheng等人的美國專利No.8,579,073描述了一種聲音能量吸收超材料，其包括：附著有彈性薄膜的至少一個圍起來的平直框架，并且具有一個或多個剛性板附著于薄膜。剛性板具有非對稱形狀，在附著至上述彈性薄膜處具有大致直線邊緣，因而，剛性板建立具有預定質量的單元。該結構的振動擁有多個共振模態，其共振頻率可調節。

在構造的共振超材料中，分布于平坦面板上的薄膜-配重單位單元所在的結構均是相同的。對于給定的薄膜材料，例如橡膠，配重具有限定的質量。這導致工作頻率在特定范圍內，該范圍由質量、被移置質量的力矩以及Hooke定律確定。

發明內容

消聲面板具有一個實質透聲的平直剛性框架，其分成多個單獨的大體二維單元。撓性材料薄片固定于剛性框架，并且將多個薄塊固定至撓性材料薄片，使得多個單元的每個單獨單元設置有各自的薄塊。撓性材料加薄塊的布置方式產生一種共振頻率，該共振頻率由各自單獨單元的平面幾何特性、撓性材料的撓性、以及其上的各自薄塊限定。多個單元分成至少兩種不同類型的單獨單元，分布在消聲面板上。不同類型的單獨單元構造成，使得由不同類型單獨單元的第一類單元所發出的聲波，與由不同類型單獨單元的第二類單元、或者與不同類型單獨單元的聚集體所發出的聲波，建立消聲模式。

附圖說明

圖1圖示質量塊相對于彈簧的橫向運動。

圖2圖示剛性框架，包括若干局域共振聲學材料(LRSM)單元，其中用粗線示出單個單元。

圖3圖示單個單元的俯視圖和分解圖。

圖4圖示局域共振聲學材料(LRSM)面板的俯視圖的示意圖。