[发明专利]薄膜型声学超材料的主动控制

说明书

使用声音衰减面板来进行声音衰减，该声音衰减面板利用电磁或静电响应组件来修改共振。该声音衰减面板具有透声平面硬框架，所述硬框架被划分为用于衰减声音的多个独立单元。在一个配置中，每个单元具有固定到薄膜上的质量块。每个所述独立单元的平面几何形状、薄膜的柔性和质量块确立了用于声音衰减的基础共振频率。电磁或静电响应组件配置成修改各单元的共振频率。

技术领域

本公开涉及新颖的声音衰减结构，其中以局域共振声学超材料(LRSM)充当薄膜型声学超材料(MAM)。该MAM作为声音衰减面板能够针对一个或多个特定频段提供屏蔽或音障。更具体地，本公开涉及通过电磁、静电或其它工具对这种面板进行的主动控制或调整。

背景技术

美国专利7,395,898中描述了声音衰减面板，该专利公开了被划分为多个独立单元的硬框、一片柔性材料、和多个质量块。每个质量块被固定到该片柔性材料上以便为每个单元提供各自的质量块，并且可通过适当选择质量块的质量来对衰减的声音的频率进行控制。该柔性材料可以是任何适合的柔软的材料，例如高弹性材料(如橡胶)，或者其它柔软的材料(如尼龙)。该柔性材料理想地是不透气的并且没有任何齿孔或洞，否则会显著降低声音衰减效果。硬框可由诸如铝或塑料的材料制作。硬框的功能是用于支撑，因此硬框的材料选择不是关键性的，只要它足够硬并且最好是轻便的即可。

在上述配置中，单个面板可能只对相对较窄的频带进行衰减。可将多个面板叠加到一起形成组合结构，使得每个面板具有不同的质量块，从而使产生的面板对不同的频率范围进行衰减，以提升衰减频带宽度。

期望的是能够对各个独立单元进行调整，以对各个独立单元所衰减的频率范围进行调整，进而可以对面板的工作频率范围进行调整。

发明内容

透声的平面硬框架和固定到硬框架上的一片柔性材料，被划分为多个用于衰减声音的独立单元。每个单元具有固定到薄膜上的质量块。每个所述独立单元的平面几何形状、所述柔性材料的柔性和各质量块确立了用于所述声音衰减的基础共振频率(baseresonant frequency)。一个或多个单元(cell)具有被配置成修改该单元的共振频率的电磁或静电响应组件(unit)。

附图说明

图1是包含示意性的电极对的用于对声音衰减结构的工作频率进行电场调谐的结构组件的示意图。

图2是使用由线圈中的电流生成磁场的结构组件的示意图。

图3是外部力场中的简化薄膜质量片系统的示意图。

图4A和图4B是展示电极位置的效应的示意图。图4A是展示用于产生电场的一对电极的图。图4B示出沿着垂直于薄膜平面的方向且在薄膜质量片结构的中轴线上的电场分布曲线。

图5是带修饰的薄膜共振器(DMR)的示意图。

图6A和6B是展示了根据图5构建的样本的声学响应的曲线图。图6A展示的是不同的直流电压施加到样本上时样本的透射谱。实线表示幅度(左轴)，虚线代表相位谱(右轴)。图6B展示了相移(左轴，正斜率)以及共振频率的变化(右轴，负斜率)。

图7是展示直流电压控制的声学开关的效果的曲线图，其具有两个DMR。

图8是展示与未施加电压时的透射量相比在共振频率处的样本的隔音量(STL)的曲线图。下方的曲线是透射量与交流电压(标准化为最优电压)的幅度的关系。

图9A-图9C是展示了如下配置的示意图，其中薄膜具有两个电极，它们分别位于薄膜的相对侧上。图9A描述了薄膜上镀有电极层，而薄膜前方有一网状结构电极的设计。图9B展示了安装好的该装置。图9C是装置的前视图，其展示了同心环状电极。

图10A-图10C是展示两个单元组合成的组件的示意图。图10A展示了两个单元组合成的组件的截面侧视图，其用于主动声波消除。