[发明专利]声超散射体及其隔音装置

说明书

技术领域

本发明涉及声学超构体和隔音设备。

背景技术

随着城市化进程的加快，噪声污染已成为环境污染的重要问题。交通噪声、施工噪声等污染令人日夜不宁，对日常工作、生活和健康造成严重影响。目前采用隔声窗治理噪声是一种常用的方法，然而人们又需要打开窗户进行通风换气，这就直接导致隔声窗的隔声性能大幅下降。因此，开发一种能够在自然通风的同时有效隔离室外噪声的通风隔声窗具有重要意义。国内外对于通风隔声窗的相关研究已取得一定进展。CN1482341等公开专利中描述的隔声窗设计大都采用多层玻璃错置被动吸声降噪方式，针对中高频段噪声隔声效果比较明显，但在处理低频噪声时通常需要通过增加通风通道弯折次数、减小风道面积降低通风量的方法来提升隔声能力，制作工艺难度较大、实现成本较高，难以被普通用户接受。因此，常规材料本身声学性质的局限已成为制约新型隔声窗发展与应用的瓶颈。

近年来声学超构材料由于其具有的新颖声学效应和潜在应用价值而受到广泛关注。作为一种人工微结构复合声学材料，声超构材料是由微单元周期阵列所构成的多相、非均质的复杂体系，具有如有效负折射、反常多普勒效应等常规自然材料不具备的特殊声传输调控性能，并被应用于声学隐身、亚波长分辨率声成像、声滤波等诸多新领域。根据有效介质理论，声学超构材料的声学特性用等效动态质量密度和等效动态体模量表示。通过在结构关键物理尺度上的结构有效设计，使其与入射声波产生微观单极子和偶极子共振，从而相应地控制其有效动态质量密度和有效动态体模量。当这两组本构参数同时为负值时，声超构材料对入射声波在宏观尺度产生有效负折射效应，这种材料称之为负折射率声学超构材料。目前，已有多种负折射率声学超构材料的实现方案。例如，文献Y.Ding,Z.Liu,C.Qiu,and J.Shi,Phys.Rev.Lett.99,093904(2007)利用周期排布的两种复合球体，气泡包裹水球及橡胶包裹金球，构造了负折射率的声学超构材料。文献S.H.Lee,C.M.Park,Y.M.Seo,Z.G.Wang,and C.K.Kim,Phys.Rev.Lett.104,054301(2010)利用薄膜及旁支孔在管道中的周期排列构建了负折射率的声学超构材料。文献L.Fok and X.Zhang,Phys.Rev.B83,214304(2011)利用液态壳包裹硬质柱在波导中周期排列构造了负折射率的声学超构材料。文献R.Gracia-Salgado,D.Torrent,and J.Sanchez-Dehesa,New J.Phys.14,103052(2012)利用HH共振及RS共振的组合构造了负折射率的声学超构材料。对负折射效应的先期研究主要是围绕着其亚波长分辨率成像功能来开展工作，因此只考虑均匀有效本构参数对声倏逝波的放大行为。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种隔音且具有通风能力的装置。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

声超散射体，为柱状体，包括内核和外壳；内核和外壳同轴心；外壳包裹在内核之外，由声学超构材料制成；所述的声学超构材料具有负折射率。

进一步，该声超散射体的内核和外壳具有相似的几何轮廓，即，内核轮廓和外壳轮廓分别表述为：aR(θ)以及bR(θ)；其中a和b分别表示内核和外壳的尺寸，R(θ)为描述声超散射体几何形状的函数。

进一步，声超散射体的外壳的声学超构材料的折射率还具有梯度性，即外壳的声学超构材料的等效声学密度ρ₁及模量κ₁满足方程：