[发明专利]软声学边界平板

说明书

一种软边界结构，其包括：谐振器结构，其能够接收声音或振动，建立与所接收的声音或振动耦合的谐振，并且创建具有π相位因子的反射；以及软边界，所述软边界位于所述谐振器结构上或紧邻所述谐振器结构。所述软边界与所述谐振器结构协作以衰减所述声音或振动。

相关申请

本专利申请要求于2018年12月21日提交的美国临时专利申请No.62/917,643和于2019年11月19日提交的美国临时专利申请No.62/937,512的优先权，这些专利申请被转让给本发明的受让人并由本发明的发明人提交，并且通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及使用软边界来增加衰减的声音衰减。更具体地说，本公开涉及如下方式建立软边界(soft boundary)：通过侧壁谐振器以及通过从入射方向向90°方向的散射，结合声音吸收或减小的反射来“消减”声音。

背景技术

在垂直入射时，来自平坦样品的反射系数R由下式给出

其中

Z＝ρv表示样本阻抗(sample impedance)，

ρ表示质量密度(mass density)，

v是声速(sound speed)，

Z₀＝ρ₀v₀是空气的阻抗(impedance of air)，

v₀＝340m/sec是空气中的声速，以及

ρ₀＝1.225kg/m³是空气密度(air density)。

如果样品位于反射硬表面上，则没有透射，并且吸收率由下式描述：

A＝1-|R|²

特别地，如果样品与空气阻抗匹配；即Z＝Z₀，则可以实现全吸收率(totalabsorption)。

大多数固体边界具有比空气大得多的阻抗；即，Z＞＞Z₀。因此，如等式(1)中所见，反射系数为正，并且在量值上几乎为1；即，声速场在壁上形成节点。这表示为硬边界条件。从等式(1)可以容易地看出，如果Z＜Z₀，则反射系数变为负；即当该情况发生时存在相移。在这种情况下，速度振幅在这种阻抗边界条件下将大于零，而不是具有节点。这个边界条件可以被描述为“软”壁边界条件。软边界条件和硬边界条件都意味着全反射，零吸收。

发明内容

一种软边界结构，包括谐振器结构，该谐振器结构能够接收声音或振动，建立与接收的声音或振动耦合的谐振，并且产生具有π相位因子(phase factor)的反射。在谐振器结构上或紧邻谐振器结构建立软边界，并且软边界与谐振器结构协作以衰减声音或振动。

在一种配置中，谐振器结构包括侧壁谐振器。侧壁谐振器通过吸收和/或散射效应，通过向与入射方向不同的方向散射，实现声音消减(sound extinction)。侧壁谐振器可以被配置成使得它们通过吸收和/或散射效应通过与入射方向基本上成90°的散射来实现声音消减。

在另一种配置中，谐振器结构具有受限的顶板、多个开口侧壁和受限的后壁，它们被配置成通过使用开口侧壁来产生面积变化。开口侧壁使得与该结构相作用(engage)的入射声波转向并通过多个侧壁的至少一个子集。入射声波遇到横截面积的增加，这导致软边界条件。开口侧壁使得与该结构相作用的入射声波转向并通过多个侧壁的至少一个子集。入射声波遇到横截面积的增加，这导致软边界条件。该结构使得入射声波转向，从而导致消减效应以减少反射的声音。

附图说明