[发明专利]交通工具隔音方法和设备

说明书

优先权声明

本专利申请要求2008年12月23日提交的美国临时专利申请No.61/140,413的优先权，该临时专利申请的内容在此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及可用于交通工具(例如，飞机、机动车、火车和船)的隔音方法，在另一方面，涉及在其中用于提供消音或隔音的设备。

背景技术

隔音材料和结构在运输业中具有重要应用。例如，通常认为交通工具乘客室内的噪音水平需要降低。噪音(例如公路噪音、风噪音、发动机噪音、振动等，以及发自乘客室的噪音)可以通过使用各种声学吸收或反射材料来减弱。此类材料可以包括在(例如)顶篷、机动车行李箱衬垫、机罩衬垫、仪表盘护罩、内侧板或地毯料和其他装饰性或功能性车辆覆面材料，从而在车辆内部得到增强的降噪效果。

在隔音行业中使用的传统材料，诸如吸收器和反射器，通常在一个宽的频率范围内有效而不能提供频率选择性声控。有源噪音消除设备容许进行频率选择性声衰减，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。

传统吸声材料(例如，泡沫或纤维材料)一般重量相对较轻并且多孔，用于消散在其相对较大表面积上的声波振动能。Helmholtz共振器(具有例如置于两个弹性基板之间的一层空气)也可用作吸声器。然而，对于两种类型的吸收器，一般需要相对较厚的结构以便在相对较低可听频率获得相对良好的吸收特性(例如，对小于约500赫兹(Hz)的频率而言，大约需要50毫米(mm)厚度)，而此类厚结构可能会对在有限车辆空间内的使用造成问题。

与吸收器相比，传统声音屏障往往相对较重并且不透气，这是因为材料的声音传输损耗通常为其质量和硬度的函数。所谓的“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，增加重量在许多运输应用中可能是不可取的。

发明内容

因此，我们认识到需要隔音方法，该隔音方法可以通过使用外部尺寸相对较小和/或重量相对较轻的隔音设备在交通工具中提供相对较高水平的消音或隔音(降低或优选地消除声音传输)。优选地，该设备可在相对较宽范围的可听音频上至少部分地有效和/或可以较简单并且有成本效率地制备。

简而言之，在一个方面，本发明提供这样的隔音方法，其包括(a)提供至少一种包含至少一个声屏障的隔音设备，所述声屏障包括至少一个设置在具有第一密度的第一介质中的大致周期性的结构阵列，所述结构由具有不同于第一密度的第二密度的第二介质制得，其中第一和第二介质中的一个是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，该纵向声波传播速度是横向声波传播速度的至少约30倍，并且其中第一和第二介质中的另一个是粘弹性或弹性介质；和(b)将隔音设备置于交通工具(例如，飞机、机动车、火车或船)的声源区域(优选地，可听音频的源)和声接收区域之间。优选地，该大致周期性的结构阵列是呈多层结构的形式的一维阵列，该多层结构包括第一和第二介质的交替层。隔音设备优选还包含至少一种耐高温材料(如下所述)。

已经发现，通过选择具有某些特征的粘弹性材料并将其与粘弹性或弹性材料组合来形成空间上周期性阵列，可以在可听范围(即20赫兹(Hz)到20千赫(kHz)的范围)的至少一些部分中得到声子晶体结构带隙或至少明显的传输损耗(例如大于20分贝(dB))。此类声屏障或声子晶体结构在重量上可以相对较轻，并且相对较小(例如，外部尺寸约几厘米或更小)。通过控制诸如材料的选择、晶格结构的类型、不同材料的间距等等之类的设计参数，带隙的频率、间隙的数量以及它们的宽度可以进行微调，或者至少可根据频率调整传输损耗水平。

声子晶体结构可以以无源但频率选择性的方式产生声学带隙。不同于声学工业中使用的大多数普通吸音器，声子晶体以传输模式控制声音。在带隙的频率范围之内，入射声波可能基本上没有传输穿过结构。带隙不总是绝对的(即，没有声音传输)，但声音传输损耗通常可为大约20分贝(dB)或更高。在声学工业中，3dB左右的衰减被认为是明显的，所以20+dB是非常明显的传输损耗，接近声功率百分之百的减少。