高帶寬抗共振膜的制作方法
【專利摘要】公開了膜。該膜包括布置在該膜中心部分的第一重量，和布置遠離該膜中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)。
【專利說明】高帶寬抗共振膜
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本申請請求于2011年10月6日提交的美國臨時申請?zhí)?1/544，195的權(quán)益，其在此通過引用全文并入。本申請請求于2012年10月4日提交的美國非臨時申請?zhí)?3/645，250的權(quán)益，其在此通過引用全文并入。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)性聲音屏障，和更具體地涉及抗共振膜。
【背景技術(shù)】
[0003]噪音已經(jīng)被長期認為是環(huán)境污染的有害形式，主要由于它的高穿透力。目前的噪音屏蔽解決方法直接受困于屏障質(zhì)量。通常，噪音傳播由質(zhì)量密度定律控制，其規(guī)定通過墻壁的聲音傳播T與壁厚1、質(zhì)量密度P和聲頻f的乘積成反比例。因此使壁厚加倍將僅增加(201og2 = )6dB的額外傳聲損失(STL)，和將STL在IOOHz下從20增加至40dB將需要是正常厚度8倍的墻壁。
[0004]盡管很多結(jié)構(gòu)已經(jīng)用于改善STL，但它們具有有限的有效帶寬，和它們的性能取決于溫度和外部變形而變化。很多實例需要在高環(huán)境變化的大帶寬和公差(tolerance)上的具有高STL的材料。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)公開了不同的方法以獲得至少部分的傳聲損失。例如，美國專利7，510, 052公開了基于改進的亥姆霍茲共振效應的消聲蜂窩。美國申請20080099609公開了用于飛行器座艙的可調(diào)諧的聲音吸收系統(tǒng)，其通過選擇不同材料和改變尺寸進行調(diào)諧，以獲得對每個位置和具體飛行器的隔音。遺憾地，美國申請20080099609公開的結(jié)構(gòu)是沉重和龐大的。美國專利7，263，028公開了在與其他輕量面板的夾心物中嵌入具有多種特有聲音阻抗的多個顆粒，以提高聲隔離。盡管它可比傳統(tǒng)實心隔音面板更輕或更薄，但它仍然是龐大的，和它的隔音工作頻率高，其使低頻工作不太有效。美國專利7249653公開了包括夾住其他彈性軟面板的堅硬材料外層的聲音衰減材料，整體質(zhì)量位于軟面板上。通過使用機械共振，面板被動吸收入射聲波以衰減噪音。該發(fā)明具有集中于175Hz周圍的IOOHz帶寬，并且不容易針對多種環(huán)境條件進行調(diào)整。美國專利4，149，612和4，325，461公開了消音器(silator)。消音器是抽空的透鏡狀(雙凸透鏡形)，具有片金屬的凸蓋。這些消音器包括具有封閉體積的柔順板，其中壓力低于大氣壓，以構(gòu)成振動系統(tǒng)，用于減少噪音。為了控制工作頻率，與結(jié)構(gòu)性構(gòu)造連接的封閉在體積中的壓力決定阻止的噪音頻率。在封閉體積中工作頻率對壓力的依賴使工作頻率依賴于環(huán)境變化諸如溫度。美國專利5，851，626公開了交通工具聲音阻尼和減震系統(tǒng)。該發(fā)明包括氣泡袋，其可填充有多種阻尼液體和空氣以實現(xiàn)聲音阻尼。它是依賴于環(huán)境的被動阻尼系統(tǒng)。最終，美國專利7，395，898公開了基于伸展穿過剛硬框架的柔性橡膠狀膜的抗共振蜂窩狀面板陣列。然而，美國專利7，395，898公開的材料限制帶寬至大約200Hz和單一衰減頻率。
[0006]本公開公開的實施方式克服了現(xiàn)有技術(shù)的限制并提供改善的STL?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)抗共振膜的平面示圖。
[0008]圖2描述了圖1中抗共振膜的傳播特性。
[0009]圖3描述了根據(jù)本發(fā)明原理的抗共振膜的透視圖。
[0010]圖4a_c描述了用于圖3的實施方式的可能的鉸鏈結(jié)構(gòu)機構(gòu)的橫截面視圖。
[0011]圖5描述了組裝入更大結(jié)構(gòu)的多個抗共振膜。
[0012]圖6描述了根據(jù)本發(fā)明原理的作為溫度函數(shù)的抗共振膜的傳播變化。
[0013]圖7a描述了具有附加的膜加強件的圖3的實施方式。
[0014]圖7b_d描述了用于圖7a實施方式的可能的膜加強件機構(gòu)的橫截面視圖。
[0015]圖8描述了具有附加質(zhì)量塊以提供第二共振的圖3的實施方式。
[0016]圖9描述了本發(fā)明原理的可選實施方式。
[0017]圖10描述了圖9中實施方式的傳播特性。
[0018]圖11描述了本發(fā)明原理的可選實施方式。
[0019]圖12描述了圖11中實施方式的傳播特性。
[0020]圖13描述了根據(jù)本發(fā)明原理的可選實施方式。
[0021]圖14a為根據(jù)圖13的兩種或多種實施方式的橫截面。
[0022]圖14b為根據(jù)圖13的具有框架的兩種或多種實施方式的橫截面。
[0023]圖15描述了本發(fā)明原理的可選實施方式。
[0024]圖16描述了本發(fā)明原理的可選實施方式。
[0025]圖17描述了本發(fā)明原理的可選實施方式的橫截面。
[0026]圖18描述了圖16中實施方式的傳播特性。
[0027]圖19描述了包括表現(xiàn)本發(fā)明原理的多個器件的桁架的橫截面。
[0028]在以下描述中，相同的參考數(shù)字用于識別相同的元件。此外，附圖意欲以圖示方式圖解示例性實施方式的主要特征。附圖不意欲描述每個實施(implementation)的每個特征，也不意欲描述所描述元件的相對尺寸，并且不是按比例繪圖。
發(fā)明詳述
[0029]通常來說，依照多種實施方式，根據(jù)一方面，目前公開了膜。該膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；以及布置在遠離膜中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)。根據(jù)第二方面，公開了結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括:第一多個膜，其中每個膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；布置在遠離膜中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)；以及連接第一多個膜的第一框架。根據(jù)第三方面，公開了方法。該方法包括:提供膜；形成布置在遠離膜中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)，其中膜的共振頻率取決于第一鉸鏈結(jié)構(gòu)的長度、厚度、彈性模量或泊松比。根據(jù)第四方面，公開了膜。該膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；以及一個或多個以輻條圖案延伸遠離膜中心部分的加強肋。根據(jù)第五方面，公開了膜。該膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；以及布置在第一重量和膜外部部分之間的第二重量，其中第二重量限定開口，且第一重量布置在開口內(nèi)。
[0030]在以下描述中，詳述很多具體細節(jié)，以描述本文公開的多個【具體實施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到可實踐目前請求的發(fā)明，而不需要以下討論的具體細節(jié)。在其他實例中，沒有描述廣泛已知的特征，以便不模糊本發(fā)明。[0031]針對圖1，如現(xiàn)有技術(shù)已知的，由橡膠狀膜15組成的共振膜結(jié)構(gòu)10附加至框架20，附在橡膠狀膜15中心的重量25已經(jīng)用于改善STL。橡膠狀膜顯示了隨溫度、濕度、暴露于陽光、溶劑和其他環(huán)境因素的變化，傳播譜的顯著變化。進一步地，膜硬度僅由膜張力決定，其僅提供有限的工具集(toolset)以改變孔度、有效頻率范圍和對溫度變化的敏感性。需要的是更柔性的設(shè)計，其允許使用優(yōu)選工程材料諸如硬塑料和金屬，但仍然允許廣泛變化的頻率范圍和孔度。
[0032]膜結(jié)構(gòu)10的抗共振行為顯示在圖2中。曲線30描述了在阻抗管結(jié)構(gòu)中經(jīng)歷傳播損失測試的共振膜結(jié)構(gòu)10。壓力信號(通常是隨機的白噪音)施加在共振膜結(jié)構(gòu)10的一偵牝和利用穿過共振膜結(jié)構(gòu)10的可計算壓力能量的相位、振幅和頻率和因此能量損失的一系列4個麥克風記錄通過的傳播。曲線35描述了在阻抗管結(jié)構(gòu)中經(jīng)歷相同傳播損失測試的具有相同表面密度的泡沫材料。傳播損失隨頻率增加的趨勢符合質(zhì)量定律預測，其代表依賴材料質(zhì)量的常規(guī)噪音控制方法。盡管共振膜結(jié)構(gòu)10顯示了與傳統(tǒng)多孔泡沫材料相比，傳播在特定有源帶上降低，膜結(jié)構(gòu)10限于大約200Hz的帶寬和單一衰減頻率。
[0033]通過以下目前公開的實施方式可至少部分解決需要增加的STL帶寬，同時在傳播譜上更好控制，并減少對環(huán)境因素依賴。
[0034]在根據(jù)本公開一個實施方式中，針對圖3，膜結(jié)構(gòu)40可包括第一膜45，其可附加至框架(未示出)，和具有附在或接近膜46的中心的質(zhì)量/重量50的第二膜46。膜結(jié)構(gòu)40進一步包括布置在第一膜45和第二膜46之間的至少一個鉸鏈結(jié)構(gòu)55。盡管圖3顯示通常圓形的膜和結(jié)構(gòu)，但這不是暗示限制。根據(jù)本發(fā)明原理的可選幾何圖形為正方形、長方形(如圖5所不)，六邊形和三角形膜。在一個實施方式中，膜45和膜46包括相同的材料(一種或多種)和/或厚度。在另一實施方式中，膜45、膜46和鉸鏈結(jié)構(gòu)55包括相同的材料(一種或多種)。在另一實施方式中，由于鉸鏈結(jié)構(gòu)55的形狀(即結(jié)構(gòu))，與膜45、46相比，鉸鏈結(jié)構(gòu)可具有不同硬度和/或可提供對外力的不同響應，即使膜45、膜46和鉸鏈結(jié)構(gòu)55包括相同的材料(一種或多種)。
[0035]鉸鏈結(jié)構(gòu)55允許設(shè)計者在膜45、46中將結(jié)構(gòu)40的響應從系統(tǒng)張力中脫離，并允許為膜45、46使用堅硬、抗蠕變材料。這改善了當大面積需要被聲音隔離時的可擴展性，因為大面積可覆蓋有盡可能多的較小結(jié)構(gòu)?？蓴U展性也通過使用多個結(jié)構(gòu)40以與較少但較大孔的陣列相比減少跨過組裝入陣列的大量孔的屈曲和變形而改善。另外，減少鄰近孔之間的連接，以允許孔更好地作為獨立孔而工作。
[0036]在一個實施方式中，鉸鏈結(jié)構(gòu)55是建立在膜45、46的表面的彎曲受控的彈性部件，其產(chǎn)生調(diào)諧膜結(jié)構(gòu)40的硬度和因此共振頻率的方法，而不使用張力。鉸鏈結(jié)構(gòu)55的硬度由鉸鏈結(jié)構(gòu)55的長度和厚度參數(shù)控制，其可被認為是例如彎曲板。因此硬度基于形成鉸鏈結(jié)構(gòu)55的材料(一種或多種)的彈性模量、泊松比和厚度。在典型膜中，張力部件提供了所有的抗彎強度并因此限定性質(zhì)，獨立于所選擇的材料。通過調(diào)諧鉸鏈結(jié)構(gòu)55的厚度和高度/寬度比，可調(diào)諧膜結(jié)構(gòu)40的硬度。利用調(diào)節(jié)膜結(jié)構(gòu)40的硬度的能力，膜結(jié)構(gòu)40可通過為膜45、46使用堅硬材料諸如工程熱塑性塑料和/或熱固性塑料而具有非常低的頻率響應。這些熱塑性塑料和熱固性塑料顯示了非常低的蠕變，其將改變行為和性能并具有有利于很多工程應用的很大的溫度穩(wěn)定性。在一個實施方式中，膜45、46可包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸脂類(PC)、聚酰胺類(PA)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、聚乙烯(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲醛(POM)、HDPE、LDPE或尼龍。理解到其他材料也可用于膜45、46。不暗示限制，膜45、46可包括金屬諸如鋁、黃銅和鋼。
[0037]盡管簡單的單一鉸鏈結(jié)構(gòu)55顯示在圖3中，但理解到目前公開的膜結(jié)構(gòu)可包括如圖4a、4b和4c的橫截面視圖所不的兩種或多種鉸鏈結(jié)構(gòu)55。圖3描述了具有半圓輪廓的鉸鏈結(jié)構(gòu)55，但沒有暗示限制，鉸鏈結(jié)構(gòu)55的形狀可為正弦波(圖4a)、三角形(圖4b)、正方形(圖4c)或任何其他形狀，取決于硬度和可制造性的設(shè)計要求。
[0038]在另一實施方式中，多個結(jié)構(gòu)40可結(jié)合成如圖5所示的陣列。針對圖5，陣列60包括具有膜45、質(zhì)量塊50和鉸鏈結(jié)構(gòu)55的四個膜結(jié)構(gòu)40。注意到圖5中的膜40和鉸鏈結(jié)構(gòu)55不必是圓形的。陣列60已經(jīng)被測試并顯示良好的低頻率性能，共振頻率從1〃直徑膜尺寸低至120Hz。沒有暗示限制，較低的頻率可通過變細和延伸鉸鏈結(jié)構(gòu)55而產(chǎn)生。
[0039]圖6顯示了膜結(jié)構(gòu)40的傳播譜隨40°C溫度變化的變化。如可在圖6中所見，膜結(jié)構(gòu)40性能的改變在30°C溫度變化上小于5%。
[0040]在一個實施方式中，圖3中的質(zhì)量塊50可包括鐵合金、黃銅合金、鋁、鉛、陶瓷、玻璃、石頭或具有高密度的其他材料。在另一實施方式中，質(zhì)量塊50可被制成圓筒、立方體或長方形固體的形狀。為了增加質(zhì)量塊的大小，而不影響膜的長度，并且沒有暗示限制，質(zhì)量塊50可為T形、環(huán)形或不規(guī)則形的形式，取決于期望的要求。質(zhì)量塊可利用聯(lián)結(jié)材料諸如形狀記憶合金或粘彈性材料連接至支持結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)多種共振方式。
[0041]在另一實施方式中，針對圖7a，膜結(jié)構(gòu)80可包括附加至膜(未示出)外圍周圍的框架的膜45、具有附在膜46中心的質(zhì)量塊50的膜46、布置得遠離質(zhì)量塊50中心的至少一個鉸鏈結(jié)構(gòu)55和一個或多個加強肋100。加強肋100可用于控制膜46中的偽振動模式，同時增加第二共振(膜模式)以提供更寬的噪音減少帶寬?？构舱裥ㄟ^兩中心-對稱模式(質(zhì)量塊和膜模式)的混合產(chǎn)生。該頻率范圍內(nèi)的附加模式可減弱傳播損失。提供堅硬的零件100可減弱膜46中的較高模式，同時最低程度的改變原始模式。盡管圖7a描述了鉸鏈結(jié)構(gòu)55，但理解到可實施膜結(jié)構(gòu)80，而不利用鉸鏈結(jié)構(gòu)55。
[0042]在一個實施方式中，一個或多個堅硬零件100形成在膜46中。針對圖7b_d,但沒有暗示限制，堅硬零件100的形狀可為正弦波(圖7b)、三角形(圖7c)、正方形(圖7d)或任何其他形狀，取決于硬度和可制造性的設(shè)計要求。
[0043]在根據(jù)本公開的另一實施方式中，針對圖8，膜結(jié)構(gòu)110可包括附加至膜(未示出)外圍周圍的框架的膜45、具有附在或接近膜46中心的第一質(zhì)量塊50的膜46、至少一個布置得遠離第一質(zhì)量塊50中心的鉸鏈結(jié)構(gòu)55和至少一個布置得遠離第一質(zhì)量塊115的第二質(zhì)量塊130。在一個實施方式中，第二質(zhì)量塊130被制成如圖8所示的像環(huán)的形狀。
[0044]針對圖9，在另一實施方式中，膜結(jié)構(gòu)140可包括附加至框架150的膜45，第一質(zhì)量塊50附在膜45的中心,和至少一個布置得遠離第一質(zhì)量塊50的第二質(zhì)量塊160。在一個示例性實施方式中，第二質(zhì)量塊160被制成像如圖9所示的環(huán)的形狀。不像膜結(jié)構(gòu)110，膜結(jié)構(gòu)140不具有圖8所示的鉸鏈結(jié)構(gòu)55。
[0045]盡管圖8和9顯示了膜45單側(cè)的環(huán)形質(zhì)量塊130和160，理解到環(huán)形的質(zhì)量塊130和160可位于膜45的每側(cè)。在一個實施方式中，環(huán)形質(zhì)量塊130或160可通過粘合、熔化結(jié)合和/或磁力的制造過程整合入膜結(jié)構(gòu)110和140。在另一實施方式中，當形成膜45時，環(huán)形質(zhì)量塊可用與膜45相同的材料制造并模塑為膜結(jié)構(gòu)110或140的一部分。理解到中心質(zhì)量塊可類似地利用膜結(jié)構(gòu)110或140整合。
[0046]環(huán)形質(zhì)量塊130 (圖8示出)和/或環(huán)形質(zhì)量塊160 (圖9示出)可被仔細調(diào)諧直徑和質(zhì)量，以提供第二抗共振峰。通過調(diào)諧環(huán)質(zhì)量塊130和/或160的參數(shù)，多種不同行為是可能的。針對三種不同直徑的不同環(huán)形質(zhì)量塊160，這些行為中的三種在圖10中示出。圖10的圖顯示當使用兩個質(zhì)量塊而不是一個質(zhì)量塊時，有效帶寬以及強抗共振峰增加。單一環(huán)質(zhì)量塊的設(shè)計也抑制提供最大水平的傳播損失的更高級的振動。它可為通過利用更大的環(huán)質(zhì)量塊增加膜硬度針對相同目標噪音頻率的輕量解決方法。環(huán)質(zhì)量塊也可用于以更大尺寸提供更寬的帶寬，其縮短膜長度并因此增加第二共振頻率(膜模式)。
[0047]環(huán)形質(zhì)量塊的尺寸可根據(jù)需要的行為優(yōu)化。在一個示例性實施方式中，環(huán)形質(zhì)量塊可具有中心質(zhì)量塊0.25和10倍的質(zhì)量比。在另一示例性實施方式中，環(huán)形質(zhì)量塊的直徑可處于膜直徑的0.85和0.2之間。在膜為長方形形狀的情況下，環(huán)形質(zhì)量塊的直徑可處于膜的最長尺寸的0.85和0.2之間。
[0048]盡管圓形膜45分別針對圖3、7和8中的圖解目的顯示，理解到可使用其他幾何圖形。例如，膜45可為正方形、三角形、六邊形或任何其他形狀，取決于期望的性能。在一個實施方式中，第二質(zhì)量塊130和/或160的形狀可與膜45的形狀相同。在另一實施方式中，第二質(zhì)量塊130和/或160的形狀可不同于膜45的總體形狀，以協(xié)助確立具體的頻率響應或聲音能量吸收譜。環(huán)形質(zhì)量塊可類似地形成多種區(qū)域-包圍設(shè)計，而不是嚴格的圓形環(huán)?？墒褂谜叫巍E圓形、星形或其他類似的形狀。另外，盡管環(huán)顯示在它的外圍周圍是連續(xù)的，但一系列離散的質(zhì)量塊也可用于形成環(huán)。
[0049]在另一實施方式中，膜結(jié)構(gòu)110(圖8示出)和/或140(圖9示出)可包括一個或多個額外的質(zhì)量塊(未示出)，以便可獲得額外的抗共振峰。
[0050]在另一實施方式中，粘彈性材料225可包括在目前公開的膜結(jié)構(gòu)(一種或多種)中，以控制傳播并同時改變傳播損失譜。針對顯示橫截面視圖的圖11，膜結(jié)構(gòu)200可包括附加至任選框架(未示出)的膜45，第一質(zhì)量塊220附在膜45的中心上，至少一個布置得遠離第一質(zhì)量塊220的中心鉸鏈結(jié)構(gòu)55，夾在膜220和覆蓋層230之間的粘彈性材料225。在一個實施方式中，粘彈性材料225可處于膜45的0.1x和4x厚度之間。覆蓋層230可具有與膜45相同或更高的硬度，覆蓋層230與膜45硬度的比在0.5和100之間變化。取決于硬度，覆蓋層230的厚度可在Ix和0.0lx膜45厚度之間變化。在另一實施方式中，膜結(jié)構(gòu)200也可包括布置在覆蓋層230上的第二質(zhì)量塊240。
[0051]針對圖12，與對照樣本(無阻尼的基線)相比，圖11中的質(zhì)量塊和膜結(jié)構(gòu)200的聲音能量傳播譜(基線加約束層)已經(jīng)減少8dB。這是峰能量傳播的顯著減少，而抗共振(峰傳播損失)頻率沒有顯著降低。盡管阻尼材料的添加減少傳播損失量級(更低的質(zhì)量因子)，但它可使噪音減少帶寬的帶寬變寬。
[0052]該概念的第二變化是使用粘彈性材料225 (圖11示出)作為頻率敏感材料。作為例子，剪切增稠流體和凝膠具有以下行為:取決于應變率的從低粘度至幾乎固體的改變。在具有如圖11所示的覆蓋層的約束層構(gòu)造中的使用該材料將允許膜的硬度基于頻率進行調(diào)整。最終，這允許獲得更大的帶寬，因為在低頻下，約束層225不助于保持其相對低的原始模式。在較高頻率下，速率敏感材料有助于膜的硬度并因此延伸膜共振至更高的頻率，最終增加頻率范圍，具有顯著的傳播損失。
[0053]在另一實施方式中，不同的阻尼材料可與目前描述的實施方式一起使用，以對膜結(jié)構(gòu)40提供阻尼，用于改善的聲音能量的吸收。針對圖13，阻尼材料201可與膜結(jié)構(gòu)40連接，以提供在原始共振點上的阻尼。在一個實施方式中，阻尼材料201 (圖13示出)可與位于或接近結(jié)構(gòu)40中心的質(zhì)量塊50連接(圖13中不可見)。在另一實施方式中，阻尼材料201可直接與結(jié)構(gòu)40而不是如上所述的質(zhì)量塊50連接。材料201可為例如泡沫、開孔泡沫、纖維墊或類似的吸收材料。
[0054]在根據(jù)本公開另一實施方式中，阻尼材料201可位于鄰近膜結(jié)構(gòu)40的位置，用于改善的聲音能量的吸收。針對圖14a，阻尼材料201可位于一個或多個結(jié)構(gòu)40上方。針對圖14b，一個或多個阻尼材料201可位于一個或多個結(jié)構(gòu)40上方，其中每個結(jié)構(gòu)40處于框架結(jié)構(gòu)315內(nèi)。
[0055]針對圖15和16，在根據(jù)本公開一個實施方式中，多個抗共振膜結(jié)構(gòu)可與輕量核連同輕量框架結(jié)構(gòu)315結(jié)合，以形成吸聲瓦300 (圖15示出)，其可排列以形成聲音屏障面板320 (圖16示出)以覆蓋大面積并排斥噪音。提供大于大約1.5英寸跨度的抗共振膜的一個擔憂是因質(zhì)量塊和大小的性能改變。對于一些重量敏感應用如在運輸中，例如，利用大量抗共振膜覆蓋大面積可由框架315產(chǎn)生不可接受的重量處罰。同樣地，利用較少數(shù)量但尺寸更大的膜可遭受不期望的共振模式。為了解決該問題，目前描述的結(jié)構(gòu)300、320可利用在吸聲瓦300的一側(cè)或兩側(cè)上包括剛硬的聚合物膜的膜45，所述膜45提供彎曲穩(wěn)定性的顯著增加，因此防止瓦片水平振動模式破壞聲音能量衰減效應。在一個實施方式中，剛硬的聚合物膜包括大于IGPa的彈性模量并包括0.001英寸至0.01英寸的厚度。進一步通過設(shè)計剛硬的聚合物膜，阻擋頻率范圍可從〈100Hz的非常低范圍調(diào)諧至至多5kHz的非常大的范圍。同樣在吸聲瓦300的每一側(cè)上利用不同的共振結(jié)構(gòu)提供帶寬和總體性能的顯著增加。進一步通過在一側(cè)上引入雙抗共振結(jié)構(gòu)，在另一側(cè)上具有單抗共振結(jié)構(gòu)，可獲得甚至進一步增加的帶寬(例如，至多8度)。
[0056]聲音屏障面板320 (圖16示出)可被設(shè)置以相對于由抗共振膜40瞄準的頻率范圍控制繞曲模態(tài)響應。在一個實施方式中，良好的傳播損失性能通過設(shè)置材料硬度和密度連同慣性的格柵構(gòu)件力矩的結(jié)合而實現(xiàn)，以便基本(第I模式)格柵共振大于10%，高于預期的膜40抗共振頻率范圍。在另一實施方式中，良好的傳播損失性能通過設(shè)置聲音屏障面板320的性質(zhì)實現(xiàn)，以便膜40抗共振頻率位于第I格柵模式和第2格柵模式之間。
[0057]返回圖3示出的基礎(chǔ)設(shè)計，先前提及的對于面積聲音能量屏障瓦的重量處罰通過模塑多個膜結(jié)構(gòu)40作為如圖14a和14b所示的一個單元而至少部分解決。
[0058]在一個實施方式中，如圖15所示的輕量吸聲瓦可由兩個薄設(shè)計膜層夾住，以產(chǎn)生瓦片300。這些然后結(jié)合成多種結(jié)構(gòu)以覆蓋大面積的結(jié)構(gòu)并提供聲音隔離。通過在吸聲瓦300的上下面上設(shè)計與設(shè)計膜層結(jié)合的吸聲瓦，可排斥大頻率跨度。在圖15中，上部設(shè)計膜為315，和下部設(shè)計膜為317。
[0059]在一個實施方式中，針對圖15-16,聲音屏障320可包括利用超級框架325相互聯(lián)結(jié)的吸聲瓦300。吸聲瓦300可包括膜結(jié)構(gòu)40的陣列。每個膜結(jié)構(gòu)40充當在相對寬的頻率跨度上排斥聲音能量的抗共振系統(tǒng)。圖18顯示了聲音屏障320的傳播特性。在一個示例性實施方式中,膜結(jié)構(gòu)40為相對于圖3、4a-c、5、7、8、9、ll的上述結(jié)構(gòu)之一或組合。每個膜結(jié)構(gòu)40可為正方形、六邊形、三角形或圓形。
[0060]在根據(jù)本公開的一個實施方式中，膜結(jié)構(gòu)40可放置在吸聲瓦300的兩側(cè)上。吸聲瓦300的大小可在2x2〃和2x2ft之間變化，和形狀可從正方形、長方形、三角形或六邊形變化。單個孔度將確定在2x2和15x15孔每瓦片之間的單個瓦片中的孔數(shù)量。
[0061]在根據(jù)本公開的另一實施方式中，不同膜結(jié)構(gòu)40可用于吸聲瓦300的每一側(cè)，以增加聲音反射效應的帶寬。例如，吸聲瓦300的第一側(cè)可包括膜結(jié)構(gòu)110或140，在圖8-9中示出，和吸聲瓦300的第二側(cè)可包括上述或本領(lǐng)域已知的其他膜結(jié)構(gòu)中的任一個。在該實施方式中，設(shè)計吸聲瓦300的第二側(cè)上膜結(jié)構(gòu)的共振中心頻率，以便它們補充布置在吸聲瓦300的第一側(cè)上的膜結(jié)構(gòu)110或140中的抗共振中心頻率。
[0062]在一個實施方式中，框架315可包括可軟化的聚合物、形狀記憶聚合物或聚合復合材料基體，這些材料用粒子或纖維或取向纖維或纖維墊增強。通過升高超級框架325材料的溫度，需要可被折疊入部件周圍的位置或任何空間內(nèi)的面板結(jié)構(gòu)，隨后允許被冷卻以恢復它的硬度。
[0063]在一個示例性實施方式中，開口可提供用于排出在鄰近膜結(jié)構(gòu)40之間形成的腔中的空氣?？讉?cè)壁上的小槽或洞可例如用于提供該能力。移除空氣可防止壓力積累改變膜結(jié)構(gòu)40的抗共振行為。移除空氣也可用于調(diào)諧共振腔的行為。
[0064]框架315可并入包括約束層阻尼處理的阻尼材料和表面元件。同時，包括壓電片和傳感器的有源振動相消可用于減弱吸聲瓦300中的振動。壓電片或膜可用于感應和因此響應以實現(xiàn)有源或半有源噪音相消。
[0065]吸聲瓦300可一起組裝入聲音屏障320,以利用最小的附加質(zhì)量塊覆蓋大面積。聲音屏障320可被緊固至系統(tǒng)中的亞結(jié)構(gòu)或與亞結(jié)構(gòu)隔離。聲音屏障320充當吸聲瓦300的邊界。吸聲瓦300可利用粘合劑或機械緊固件剛硬地附接至框架325?？蚣?25可由具有高彎曲硬度與重量比的材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)成。例如，高長寬比梁和形狀橫截面諸如I梁(圖17示出)和T梁(未示出)可用于框架325。在一個實施方式中，包括框架325的材料可包括:玻璃、碳纖維增強聚合復合材料、鋁合金、鋼合金、鎂合金以及剛硬的聚合物或顆粒增強聚合物，沒有暗示限制。
[0066]針對圖17，可制作聲音屏障320，以便吸聲瓦300被放入框架325的凹處，以提供緊密的安裝解決方法并增加瓦片300的結(jié)構(gòu)性剛度。圖17顯示包括膜結(jié)構(gòu)40的三乘三陣列的吸聲瓦300，沒有暗示限制。在一個示例性實施方式中，吸聲瓦300可利用剛硬的緊固件(未示出)安裝至框架325，以消除吸聲瓦300和框架325之間的相對運動。在另一示例性實施方式中，吸聲瓦300可利用粘彈性和軟彈性體裝置安裝至框架325，以便框架325可與吸聲瓦300的振動隔離，因此減少整體框架振動轉(zhuǎn)移入吸聲瓦300。
[0067]聲音屏障320可被緊固至亞結(jié)構(gòu)，以提供與結(jié)構(gòu)剛硬的聯(lián)結(jié)?？蛇x地，振動隔離裝置諸如剪切橡膠類型裝置可用于安裝瓦片，以提供對結(jié)構(gòu)的隔離。對于甚至更大的控制，聲音屏障320可利用有源控制的裝置諸如壓電材料安裝至結(jié)構(gòu)。這些部件結(jié)合適當?shù)母袘?、動力和控制算法可為瓦片提供高程度的隔離，遠離它附接的結(jié)構(gòu)的振動。這將是有利的，例如，在驅(qū)動條件期間，當結(jié)構(gòu)經(jīng)歷如在飛行中的飛行器或旋翼飛行器或汽車中的振動時，因為這些結(jié)構(gòu)性振動可降低瓦片/框架解決方法的性能。
[0068]聲音屏障320的性能也可通過并入粘性聲音吸收材料諸如泡沫和纖維墊或類似的吸收材料改善。這些材料可被并入如圖19所示的堆棧構(gòu)造中的膜結(jié)構(gòu)40之間或并入膜瓦片300前或后，以提供在所有頻率下的吸收并減少在高頻下的傳播。這可在以下應用中是重要的:其中聲音能量不必僅被反射開，也被吸收和轉(zhuǎn)化為熱。這可減少例如內(nèi)部空間中的回聲和反響?？蛇M行這些材料與膜的并入，以便膜仍然具有空間以自由振動。因為中心點的振幅是最大的。這里的空間必須大于更接近邊緣的地方。因為在孔水平上的原因，吸收材料可理想地具有圓錐形狀，盡管吸收器和膜之間的均勻的間隔也是可接受的。
[0069]盡管已經(jīng)顯示和描述本發(fā)明的數(shù)個說明性實施方式，但很多變形和可選實施方式將由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到?？深A期并可進行這樣的變形和可選實施方式，而不脫離如由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。
[0070]如本說明書和所附權(quán)利要求所用，單數(shù)形式“一 (a) ”、“一個(an) ”和“所述(the) ”包括復數(shù)指示物，除非以其他方式清楚地指示。術(shù)語“多個”包括兩種或多種指示物，除非該內(nèi)容以其他方式清楚地指示。除非以其他方式限定，本文使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語具有相同的意義，如由本公開有關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員之一通常理解的。
[0071]示例性和優(yōu)選實施方式在前的詳細說明根據(jù)定律的要求，為了圖解和公開的目的顯示。不意欲窮盡或限制本發(fā)明至所描述的精確的形式(一種或多種)，僅使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員理解本發(fā)明可怎樣適于具體使用或?qū)嵤８暮妥兓目赡苄詫Ρ绢I(lǐng)域從業(yè)者是顯而易見的。不意欲通過示例性實施方式的描述而限制，所述示例性實施方式的描述可具有被包括的公差、零件尺寸、具體操作條件、工程規(guī)范或類似物，并可在實施之間改變或隨技術(shù)狀態(tài)的變化而改變，并且在其中不應暗示限制。 申請人:已經(jīng)相對于技術(shù)的通用狀態(tài)做出該公開，并且預期了提升，并且未來的適應可考慮到那些提升，即根據(jù)技術(shù)的隨后的通用狀態(tài)。意欲本發(fā)明的范 圍由所書寫的權(quán)利要求和所適用的等同物限定。單數(shù)形式的權(quán)利要求元素的提及不意欲表示“一個或僅一個”，除非明確這樣陳述。此外，本公開中的元件、部件或方法或過程步驟不意欲貢獻給公眾，不管元件、部件或步驟是否明確地在權(quán)利要求中詳述。本文的權(quán)利要求元素沒有在35U.S.C.See.112第6款的規(guī)定下被解釋，除非該元素利用短語“用于……的裝置”明確詳述，和本文方法或過程步驟不在那些規(guī)定下進行解釋，除非步驟或多個步驟利用短語“用于……的步驟(一種或多種)”明確詳述。
【權(quán)利要求】
1.膜，其包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量；以及 布置遠離所述膜的所述中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1所述的膜，進一步包括一個或多個以輻條圖案延伸遠離所述膜的所述中心部分的加強肋。
3.權(quán)利要求1至2中任一所述的膜，進一步包括布置在所述第一重量和所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)之間的第二重量。
4.權(quán)利要求3所述的膜，其中所述第二重量限定開口，和所述第一重量布置在所述開口內(nèi)。
5.權(quán)利要求1至4中任一所述的膜，進一步包括: 布置在所述膜上方的覆蓋層；以及 布置在所述膜和所述覆蓋層之間的粘彈性材料。
6.權(quán)利要求5所述的膜，進一步包括與所述覆蓋層連接的第二重量。
7.權(quán)利要求1至6中任一所述的膜，進一步包括連接至所述第一重量的阻尼材料。
8.權(quán)利要求1至7中任一所述的膜，進一步包括布置在鄰近所述第一重量的阻尼材料。
9.權(quán)利要求1至8中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)限定開口，其中所述第一重量布置在所述開口內(nèi)。
10.權(quán)利要求9所述的膜，進一步包括布置在遠離所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)的第二鉸鏈結(jié)構(gòu)。
11.權(quán)利要求10所述的膜，其中所述第二鉸鏈結(jié)構(gòu)限定開口，其中所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)布置在由所述第二鉸鏈結(jié)構(gòu)限定的所述開口內(nèi)。
12.權(quán)利要求1至11中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)包括半圓形輪廓、正弦波輪廓、三角形輪廓或正方形輪廓。
13.權(quán)利要求10所述的膜，其中所述第二鉸鏈結(jié)構(gòu)包括半圓形輪廓、正弦波輪廓、三角形輪廓或正方形輪廓。
14.權(quán)利要求1至13中任一所述的膜，進一步包括布置在所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)和所述第一重量之間的第一表面，其中所述第一表面基本上垂直于所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)的表面。
15.權(quán)利要求1至14中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)控制所述膜的硬度。
16.權(quán)利要求1至15中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)控制所述膜的共振頻率。
17.結(jié)構(gòu)，其包括: 第一多個膜，其中每個膜包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量； 布置在遠離所述膜的所述中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)；以及 連接所述第一多個所述膜的第一框架。
18.權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括:第二多個膜，其中每個膜包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量； 布置在遠離所述膜的所述中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)； 連接所述第二多個膜的第二框架；以及 連接所述第一框架和所述第二框架的第三框架。
19.權(quán)利要求17或18任一所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一多個膜中的至少一個膜布置在所述第一多個膜的另一膜上方。
20.權(quán)利要求19所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括布置在所述至少一個膜和所述另一膜之間的阻尼材料。
21.方法，其包括: 提供月吳; 形成布置在遠離所述膜的中心部分的第一鉸鏈結(jié)構(gòu)，其中所述膜的共振頻率取決于所述第一鉸鏈結(jié)構(gòu)的長度、厚度、彈性模量或泊松比。
22.膜，其包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量；以及 一個或多個加強肋，其以輻條圖案延伸遠離所述膜的中心部分。
23.膜，其包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量；以及 布置在所述第一重量和所述膜外部部分之間第二重量，其中所述第二重量限定開口，所述第一重量布置在所述開口內(nèi)。
24.權(quán)利要求23所述的膜，其中所述第二重量是環(huán)形的。
【文檔編號】G10K11/172GK103975385SQ201280057975
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月6日
【發(fā)明者】杰弗瑞·保羅·麥克奈特, 張家銘 申請人:Hrl實驗室有限責任公司