[发明专利]管理气体流动系统中的可听声频的方法

说明书

优先权声明

本专利申请要求于2008年3月3日提交的美国临时申请No.61/033,177和美国临时申请No.61/033,198的优先权，这两个临时申请的内容据此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于衰减由气体流动产生的可听噪音的方法。

背景技术

商业、工业以及住宅环境中，诸如面罩、建筑物和运输车辆中的空气递送系统之类的气体流动系统可为主要的、不可接受的噪音污染源。例如，建筑物和运输车辆中的供热通风与空气调节(HVAC)系统包括与通用的加压空气网路或管道系统结合使用的空气流动设备(例如风扇)。管道系统用于将调节的空气(源空气)分布到整个建筑物或车辆中并且使返回的空气进行通风或再循环。这种加压空气的层流、风扇噪音、气流相对管道壁的冲击(例如，在扭转、弯曲和拐角处)、以及安装于管道壁上的振型(通常为金属薄片)为上述系统中的主要可听噪音源。

为了衰减这种噪音，已在气体流动通道中安装了传统的隔声材料，例如吸收器和反射器(分别通过粘滞耗散和反射进行衰减)。这些传统材料通常在一个宽的频率范围内有效而不能提供频率有选择性的声控。有源噪音消除设备允许频率有选择性的声衰减但其通常在密闭空间最有效并且要求对电子设备进行投资和操作以便提供电源和控制。尽管已提出将布拉格(Bragg)散射用于低速流动管道中来提供频率有选择性的声控，但其潜在的有益效果已似乎受限于相对较低的传输损耗。

传统声屏障(例如，致密的金属片或板)往往相对较重并且不透气，这是因为材料的声传输损耗通常为其质量和硬度的函数。所谓“质量法则”(适用于某些频率范围的很多传统声屏障材料)指出当材料单位面积的重量加倍，穿过材料的传输损耗增加6分贝(dB)。可以通过使用更致密的材料或增加屏障的厚度来增加单位面积的重量。然而在至少一些气体流动应用中，增加重量可为不利的，更重要的是，用于这些应用中的噪音衰减器不应显著阻塞气流或产生过度的气压降低。

因此通常已将吸声器(例如，纤维或泡沫材料)用于气体流动系统中，因为传统的吸声材料通常相对较轻并且相对多孔。然而在某些环境(例如，HVAC管道)中，多孔吸声器不太具有吸引力，因为在多孔吸收器的孔中可能出现水分滞留和细菌生长。实际上这有力地排除了作为这种管道中的衬板的多孔吸收器和屏障的使用。

在美国，排气道和管道通常为外表绝缘的，但此手段的主要目的是用于热绝缘。然而管道长度的一部分通常内衬有吸声材料以用于声音控制，并且在管道工程的适当位置处布置有机械声衰减器或消音器(例如，包括叶片或挡板和/或阻尼器的盒子)。机械衰减器和消音器可能价格昂贵、可能引起显著的压降、并且可能增加能量损耗。低频音(例如，低于约1000赫兹(Hz)的频率)可尤其棘手，因为吸收器和机械衰减器或消音器(以及甚至第二层防护，包括诸如天花板之类的建筑物声屏障)通常不适用于此范围。

发明内容

因此已认识到，需要管理或控制气体流动系统中的噪音的方法，所述方法在优选使用相对无孔的声屏障(以便使微生物生长的可能性减小或降至最低)的同时可至少部分有效地衰减可听声频(降低或优选地消除声传输)，并且/或者不会显著地阻塞气流或产生显著的压降。优选地，所述方法可在相对较宽的声频范围内(优选地，包括(例如)那些低于约1000Hz的低频率)至少部分有效，并且/或者可以相对简单和高性价比的方式来实现。

简而言之，在一个方面，本发明提供了声绝缘方法。该方法包括(a)提供至少一个声屏障，其包括设置在具有第一密度的第一介质中的结构的大致规则性阵列，所述阵列包括至少一行至少两个的该结构，所述结构由具有大于第一密度的第二密度的第二介质制成，所述第二介质为粘弹性介质、弹性介质或它们的组合，并且所述第一介质为气态介质(优选的是，空气)；以及(b)将至少一个声屏障按如下方式设置在至少一个至少部分封闭的气流中，所述方式使结构行在垂直于气流(优选地，气体流动管道中的气流)流动方向的方向上延伸。优选地，结构的大致规则性阵列为二维或三维阵列(更优选的是，二维阵列)。

第二介质优选地为弹性介质；具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，且纵向声波传播速度为横向声波传播速度的至少约30倍；或它们的组合。在(例如)需要耐久性的应用中，弹性介质可为优选的。在(例如)需要较低重量和/或成本的应用中，粘弹性介质可为优选的。令人惊奇的是，已发现粘弹性介质在解决通常棘手的低频声范围方面出乎意料地有效。