CN101408042B - 吸声结构和声室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸声结构和一种声室。通过利用具有平面形状或薄膜形状的振动部件覆盖外壳的开口以在它们之间限定一个空气层而形成一个吸声器。吸声器被附至房间的壁上，以便使得振动部件被布置成以与壁之间形成一个规定空间的方式而与壁相对。房间中产生的声音尤其是低频声音进入振动部件和壁之间的空间，于是，由于施加至空间的声压与空气层的内部压力之间的压差而引起振动部件的振动，从而消耗声波能量。因此，可以以减小了的空气层厚度来有效地吸收低频声音。

Description

吸声结构和声室
本申请要求日本专利申请No.2007-265554的优先权，在此通过引用将该申请的内容并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于在声室中吸收声音的吸声结构。
背景技术
已经开发了各种类型的在吸声器和室(或者房间)壁之间设置有空气层的吸声结构，并且在诸如专利文献1之类的各种文献中公开了这样的吸声结构。
专利文献1：日本未审查专利申请No.H05-231177
专利文献1讲授了一种具有吸声结构的隔音装置，其中吸声板被布置成与侧壁形成空气层，在吸声板中对由陶瓷制成的正方形吸声器进行排列以形成不规则的表面(具有凹陷和凸起)。在这种吸声结构中，从室内向墙壁传播的声音被吸声器吸收，同时，在吸声器后方形成的空气层使得通过吸声器传播的声音的能量衰减；因此，可以有效地吸收声音。
为了通过使用诸如专利文献1中所公开的陶瓷之类的“多孔(porous)”材料构成的吸声器来吸收低频声音，则必须将吸声板和墙壁之间形成的空气层的厚度增大。但是，由于空气层的厚度“较大”，在房间中用于声音吸收以外的其它目的的空间将减小。这使得很难形成具有足够厚度的空气层。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸声结构，它能够利用较薄的空气层来有效地吸收低频声音。
本发明的另一个目的是提供一种具有吸声结构的声室。
本发明涉及一种吸声结构，包括：至少一个吸声器，该吸声器由具有开口的外壳以及振动部件构成，该振动部件被布置在所述开口上以便在外壳中形成一个空腔；一个具有边界的房间，其中吸声器被布置在所述边界上以使得振动部件面对所述边界；以及一个空间，其形成在振动部件上方使得与所述房间通信。
在上述结构中，可以将外壳的外表面形成为不规则的。
可以将外壳的外表面形成为弯曲的。
可以将由多孔材料制成的多孔层附于外壳的外表面。
可以布置多个吸声器，这些吸声器以规定的间距相邻排列。
在上述结构中，吸声器的与房间相对的所有外表面均被具有声透射性和声流阻力的材料覆盖。
此外，通过固定部件将吸声器以可调整的间隔固定至房间的边界。
吸声结构可应用到声室和各种仪器和装置中。
本发明的吸声结构可以有效地吸收声音，尤其是低频声音，其中吸声器的空气层的厚度可被减小。
附图说明
现在通过参考附图来详细描述本发明的这些和其它目的、方面和实施例。
图1是示出了根据本发明第一实施例的吸声器的外部的透视图。
图2是沿着图1中的线II-II截取的吸声器的截面图。
图3是用来将吸声器固定至壁上的固定部件的剖视图。
图4A是示出了在条件(1)至(5)的各种情况下的混响(reverberation)时间与倍频带的中心频率关系的结果的图表。
图4B是示出了在条件(1)至(5)的各种情况下的平均吸声系数与倍频带的中心频率关系的结果的图表。
图5是配置有采用吸声器的吸声结构的车辆的透视图。
图6是图5所示的车辆的侧视图。
图7是用于安装根据第一实施例第一变型的吸声结构的车辆顶部的纵向截面图。
图8示意性地示出了在安装在车辆顶部的吸声结构中包含的吸声器的一种布置。
图9是用于安装根据第一实施例第二变型的吸声结构的车辆后柱的截面图。
图10是用于安装根据第一实施例第三变型的吸声结构的车辆后行李槽的截面图。
图11是用于安装根据第一实施例第四变型的吸声结构的车辆仪表板的截面图。
图12是用于安装根据第一实施例第五变型的吸声结构的车门的截面图。
图13是用于安装根据第一实施例第六变型的吸声结构的车辆底板的截面图。
图14是根据本发明第二实施例第一变型的吸声器的横截面图。
图15是根据第二实施例第二变型的吸声器的横截面图。
图16是根据第二实施例第三变型的吸声器的横截面图。
图17是包含了根据第二实施例第四变型的吸声器的吸声结构的透视图。
图18是示出了用来对根据第二实施例第五变型的吸声器进行固定的可伸展支撑部件的构造的侧视图，其中部分以截面图方式示出。
图19是示出了在不同密度的吸声器振动部件情况下吸声系数关于频率的仿真结果。
具体实施方式
将参考附图通过示例的方式进一步详细描述本发明。
1.第一实施例
图1是示出了根据本发明第一实施例吸声器的外部的透视图；图2是沿着图1中的线II-II截取的吸声器2的截面图。吸声器2由外壳20和振动部件25构成。外壳20由木制材料制成，并且外壳20由矩形底部部件21(对应于吸声器2的底部)和侧壁部件22(形成外壳20的侧壁)组成，从而形成了允许振动部件25振动的内部空间。侧壁部件22是具有多个开口的矩形木材，其中一个开口的边缘被固定至底部部件21。外壳20并非必须由木制材料制成，它也可以由诸如合成树脂和其硬度足够大到能使振动部件25振动的金属之类的其它材料形成。
振动部件25是由弹性材料制成的矩形板。振动部件25被粘接至侧壁部件22的与底部部件21相对的另一开口的边缘，外壳20的开口被振动部件25闭合，以便在吸声器2的内部形成闭合的空气层26。振动部件25并非必须由矩形板形成，而是可以采用由弹性材料制成的薄膜或由高聚物制成的其它薄膜来形成振动部件25。
吸声器2被固定至形成声场的房间(或室)的壁(或边界)，以使得振动部件25朝向房间的边界以便在它们之间形成空间。图3是用来将吸声器2固定至房间的壁(边界)10的固定部件3的剖视图。固定部件3包括由合成树脂制成的四棱柱形支撑部件31。固定部件3还包括多个平面紧固件32，其中每个平面紧固件均由钩状部分32A(即在整个表面形成钩状凸起的布料)和带毛(piled)部分32B(即带毛布料)。钩状部分32A被粘贴至支撑部件31的相对表面中的一个表面，而带毛部分32B则粘贴至另一个表面。
带毛部分32B被粘贴至吸声器2的振动部件25的四个角，而钩状部分32A被粘贴至壁10上这样的固定位置处：在将振动部件25放置成面对用来将吸声器2固定至壁10的固定区域时，壁10的固定位置与振动部件25的四个角精确匹配。
在将吸声器2固定至壁10的固定操作中，粘贴至固定部件3的带毛部分32B被放置成面对事先粘贴至壁10的钩状部分32A，于是钩状部分32A的钩状凸起与带毛部分32B啮合，从而使得固定部件3被固定至壁10。接下来，粘贴至吸声器2的四个角的带毛部分32B被放置成与被粘贴至事先固定于壁10的固定部件3上的钩状部分32A相对，于是钩状部分32A的钩状凸起与粘贴至振动部分25的四个角的带毛部分32B啮合。因此，吸声器2被固定至壁10，以便在振动部件25和壁10之间形成其厚度与固定部件3的高度实质匹配的空间S。如上所述，本实施例的吸声结构的特征在于，吸声器2的振动部件25通过空间S而在位置上与壁10隔离。
当房间内(或室内)(其中吸声器2被固定至壁10以便在振动部件25和壁10之间形成空间S)产生声音时，低频声波进入在振动部件25和壁10之间形成的空间S。由于声波进入了处于振动部件25和壁10之间的空间S，振动部件25按照施加至空间S的声压和吸声器2的空气层26的内部压力之间的压差而振动，其中进入空间S的声波能量被振动部件25的振动所消耗，于是声音被吸声器吸收。空间S由两个边界(即振动部件25和壁10)所限定；因此，与没有在房间中布置吸声器2的情况相比，施加到其上的声压变高，其中相对较高能量的声波被传播到振动部件25上，从而提高了吸声效率。
接下来将描述吸声器的设置条件。
总的说来，在用于通过使用在空腔中形成的空气层和振动部件(例如，振动板或振动薄膜)来吸收声音的吸声结构中，用来抑止振动的频率取决于由振动部件的质量和空腔中的空气层的弹簧系数所定义的弹簧-质量系统的谐振频率。采用空气密度ρ0[kg/m3]、音速c0[m/s]、振动部件的密度ρ[kg/m3]、振动部件的厚度t[m]、以及空腔中空气层的厚度L[m]，可以得到由等式(1)表达的弹簧-质量系统的谐振频率。
f = 1 2 π ( ρ 0 c 0 2 ρtL ) 1 / 2 - - - ( 1 )
从弹性振动导出的弯曲系统(bending system)的特性可被加入到板/薄膜振动类型的吸声结构，其中具有弹性的振动部件进行弹性振动。在建筑声学中，具有矩形振动部件的板/薄膜振动类型吸声结构的谐振频率由等式(2)通过利用一侧长度“a”[m]和另一侧长度“b”[m]、杨氏模量(young’s modulus)E[Pa]、和泊松比(Poisson’s ratio)σ[-]以及正整数p和q来表达。例如，在结构上简单支撑边界条件的情况下，计算出来的谐振频率可被用于声学设计。
f = 1 2 π [ ρ 0 c 0 2 ρtL + { ( p a ) 2 + ( q b ) 2 } 2 { π 4 Et 3 12 ρt ( 1 - σ 2 ) } ] 1 / 2 - - - ( 2 )
在本实施例中，确定了以下参数以吸收针对介于160Hz和315Hz之间的三分之一倍频带的中心频率的声音。
空气密度ρ0：1.225[kg/m3]
音速c0：340[m/s]
振动部件的密度ρ：940[kg/m3]
振动部件的厚度t：0.0017[m]
空气层厚度L：0.03[m]
外壳的长度“a”：0.1[m]
外壳的长度“b”：0.1[m]
振动部件的杨氏模量E：0.64[GPa]
泊松比σ：0.4
模态阶次(mode degree)：p＝q＝1
在等式(2)中，弹簧-质量系统的项“
Figure G2008101678223D0006165745QIETU
”被加到后面的项即弯曲系统的项上。为此，等式(2)计算出来的谐振频率一定大于针对弹簧-质量系统所计算出来谐振频率；因此，很难降低吸声时的峰值频率。
还没有对弹簧-质量系统的谐振频率和弯曲系统(由于板子的弹性而由弹性振动产生)的谐振频率之间的关系进行清楚的分析；因此，实际上，还没有建立适合于(对低频具有高吸声能力的)吸声器的特定结构。
本发明的发明人进行了多次实验来提出，应该确定上述参数以适合于等式(3)所定义的条件，其中fa表示弯曲系统中振动的基频并由以下等式来表示，fb表示弹簧-质量系统的谐振频率(见等式(1))。
fa = 1 2 π · { ( p a ) 2 + ( q b ) 2 } · { π 4 E t 3 12 ρt ( 1 - σ 2 ) } 1 / 2
也就是说，弯曲系统的基本振动与空腔中空气层(位于弯曲系统的后部)的弹簧系数相关联，于是在介于弹簧-质量系统的谐振频率与弯曲系统的基频之间的规定频带中引起具有相对较大振幅的振动，从而提高吸声系数；也就是说，(弯曲系统的基频fa)<(声音吸收的峰值频率f)<(弹簧-质量系统的谐振频率fb)。
0.05 &le; fa fb &le; 0.65 - - - ( 3 )
在根据等式(4)所定义的条件来设置频率fa和fb时，声音吸收的峰值频率变得相当地小于弹簧-质量系统的谐振频率fb。普遍认可的是，在低阶模态的弹性振动中，弯曲系统的基频fa变得充分地小于弹簧-质量系统的谐振频率fb，这可支持上述关系式可以应用到用于吸收低于300Hz以下频率的声音的吸声结构这一结论。
0.05 &le; fa fb &le; 0.40 - - - ( 4 )
通过适当地设置参数以符合上述等式(3)和(4)的条件，可以形成实现低吸声峰值频率的吸声器。
接下来将针对用于在房间(或室)中布置吸声器2的各种条件来描述特定示例。
本发明的发明人进行了多次实验，以便在以下的条件(1)至(5)下通过在房间中布置吸声器2来测量混响时间以及平均吸声系数。
(1)房间中没有布置吸声器2。
(2)在房间中布置吸声器2以使得其底部部件21与地板紧密相接。
(3)在房间中布置吸声器2以使得其底部部件21以与地板间隔空间S的方式朝向并面对地板。
(4)在房间中布置吸声器2以使得其振动部件25以与地板间隔空间S的方式朝向并面对地板。
(5)在房间中布置吸声器2以使得振动部件25以与地板间隔空间S的方式朝向并面对地板，并且将10mm厚的聚氨酯泡沫(urethane foam)完全粘贴至底部部件21。
表格1和2以及图4A和4B示出了结果。具体地说，表格1以及图4A示出了混响时间(秒)与倍频带的中心频率(Hz)的关系的测量结果，而表格2以及图4B示出了平均吸声系数与倍频带的中心频率(Hz)的关系的测量结果。
在此，房间的地板为木制地板，其中，在条件(3)到(5)中，吸声器被放置成与地板相对(它们之间存在空间S)，从而使得地板和吸声器2之间的距离被设置成24mm。房间的总体积为72.83m3，并且房间的总的表面积是113m2。(与地板相对的)振动部件25的总面积以及(与地板相对的)底部部件21的总面积都被设置成6m2。此外，振动部件25是由合成树脂制成的厚度为1.5mm的薄片。
表格1
 
条件/频率(Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
(1) 0.79 1.05 1.05 1.93 1.76 1.41 1.11 0.89
(2) 0.75 0.89 1.03 1.71 1.56 1.34 1.06 0.84
(3) 0.74 0.91 1.01 1.38 1.33 1.23 1.03 0.87
(4) 0.74 0.85 1.05 1.47 1.33 1.23 1.02 0.87
(5) 0.75 0.81 0.99 1.32 1.15 0.99 0.82 0.64
表格2
 
条件/频率(Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
(1) 0.12 0.09 0.07 0.05 0.06 0.07 0.09 0.11
(2) 0.13 0.11 0.10 0.06 0.06 0.07 0.09 0.12
(3) 0.13 0.11 0.10 0.07 0.08 0.08 0.10 0.11
(4) 0.13 0.12 0.09 0.07 0.07 0.08 0.10 0.11
(5) 0.13 0.12 0.10 0.08 0.09 0.10 0.12 0.15
根据表格1和2以及图4A和4B所示出的测量结果，考虑了条件(1)至(5)，发明人可提出以下与混响时间和平均吸声系数有关的结论(a)至(c)。
(a)与房间中没有布置吸声器2的条件(1)相比，在条件(2)中，吸声器2(其紧密地附在房间的地板上)吸收实质介于从125Hz到250Hz之间的低频范围内的声音。
(b)与条件(2)相比，在条件(3)中，吸声器2(其底部部件21以其间间隔空间S的方式朝向并面对地板)吸收介于从500Hz到4kHz之间的中频范围内的声音。
(c)在条件(4)中(其中吸声器2的振动部件25以其间间隔空间S的方式朝向并面对地板)，吸声器2可呈现出有效的吸声能力(如在条件(3)中呈现出的吸声能力)甚至更强；此外，其吸声能力在大约125Hz的低频中略有增强。
测量结果很清楚地支持吸声器2可通过振动部件25的振动来吸收声音这一结论，而该振动是由于进入振动部件25和壁10之间的空间S的声波引起的，并且该振动消耗了声波的能量。振动部件25和壁10之间的空间S由两个边界(即振动部件25和壁10)限定，其中施加到空间S的声压变得高于条件(1)(其中未布置吸声器2)下的声压，从而增大了传播至振动部件25的声波能量，进而改进了吸声效率。
与条件(3)(其中底部部件21被放置成以中间间隔空间S的方式与地板相对)相比，在条件(4)中，吸声器2(它的振动部件25放置成其间间隔空间S而与地板相对)可呈现出足够的吸声能力(如在条件(3)中呈现出的吸声能力)甚至更强。这就支持了本实施例的吸声结构(其中吸声器2的振动部件25被布置成以其间间隔着空间S的方式面对壁10)可以以高效率吸收声音这一结论。
在条件(4)中，吸声器2的底部部件21(朝向房间里面)并不具有用作吸声表面的直接功能，而是仅仅用于形成一个平坦表面。就设计(或布局)来看，可以在不损害吸声特性的情况下以各种方式处理本实施例的吸声器2；这样就可以利用吸声器来优化地设计房间的内部，以便适合于用户的喜好。
接下来将通过参考图5至13来描述本实施例的变型。
本实施例是针对其中采用吸声器2的吸声结构适合于房间(或室)的情况来描述的；但是这并不是限制。例如，吸声结构可应用于车辆(或汽车)；因此，下文中将描述适合于车辆的各种位置的吸声结构的变型。
图5是配置有吸声结构的车辆100(即四门轿车)的透视图。车辆100由车盖(或车蓬)101、四个门190以及行李箱门103构成，它们以自由打开/关闭的方式固定至底盘(即车辆100的主体结构的基座)。
图6是车辆100的详细构成，它由底板120、一对前柱130、一对中柱140、一对后柱150、顶160(它由柱130、140和150支撑)、用来在车厢104和发动机空间105之间进行分隔的发动机分隔板(或缓冲板)170、以及用来在车厢104和行李箱106之间进行分隔的后行李槽180组成，其中一对前柱130、一对中柱140和一对后柱150被布置成在底板120上方朝向上。
具体地说，第一至第六变型被描述成采用吸声器2的吸声结构被安装至顶160，柱130、140和150，后行李槽180，仪表板171(其被布置在发动机分隔板170上)，门190以及底板120上。
(1)第一变型
在第一变型中，将吸声结构附在车辆100的顶160上。
图7是与图6所示的“pa”部分有关的顶160的纵向截面图，它是在车辆100的宽度方向上看到的视图，图8示出了从车厢104内看到的在安装在顶160上的吸声结构中包含的吸声器2的一种布置。顶160由顶外板161(形成了底盘的一部分，即车辆100的主体结构的基座的一部分)和由聚丙烯树脂制成的顶内板162(它通过未示出的夹持部件固定至顶外板161)组成。从车厢104内看，由传播声压的布料材料制成的表面材料163被安装至顶内板162。
吸声器2的外壳20被附至顶内板162，以便在振动部件25和顶外板161(它形成了车厢104的边界)之间形成空间S。顶内板162中形成了多个矩形通孔164(形成了在顶外板161、顶内板162和车厢104之间的通道)。
当顶160配置有吸声结构后，车厢104中产生的声音通过通孔164传播，从而进入限定在顶外板161和顶内板162之间的空间，其中声音还进入限定在吸声器2的振动部件25和顶外板161之间的空间S。如图2和3所示，吸声器2的振动器25由于施加至空间S的声压和空气层26的内部压力之间的压差而振动，从而通过振动部件25的振动来消耗和吸收进入空间S的声波的能量。
如图8所示，吸声器2可被布置成覆盖顶160的整个面积。可选地，这些吸声器可被布置在顶160中接收车厢104所产生的声音的有限区域上，或者以分散的方式布置于顶160的中间区域。另外，能够可选地将它们布置在车厢104中声压较高的区域中。
(2)第二变型
在第二变型中，吸声结构被安装在车辆100的后柱150上。
图9是示出了与图6所示的“pb”部分有关的用于安装吸声结构的后柱150的截面图。后柱150由后柱外板151(形成底盘的一部分)和后柱内板152组成。后柱内板152通过销钉152A固定至后柱外板151。后玻璃107通过密封部件(未示出)固定至后柱外板151的一端，而门玻璃108通过密封部件(未示出)固定至后柱外板151的另一端。从车厢104内看，在后柱内板152上附有表面材料153(它是能够对施加在其上的声压进行传播的布料材料)。
吸声器2的外壳20被安装至后柱内板152，以便在振动部件25和后柱外板151(形成车厢104的边界)之间形成空间S。在后柱内板152中形成多个通孔154，以便车厢104与后柱150的内部空间(限定在后柱外板151和后柱内板152之间)连通。
在配置有吸声结构的后柱150中，车厢104中产生的声音经由通孔154进入限定在后柱外板151和后柱内板152之间的内部空间，这样声音进入振动部件25和后柱外板151之间的空间S。因此，吸声器2的振动部件25由于施加到空间S的声压和吸声器2的空气层26的内部压力之间的压差而振动，从而通过振动部件25的振动来消耗进入空间S的声波的能量，以吸收声音。
(3)第三变型
在第三变型中，吸声结构被安装在后行李槽180上。
图10是示出了与图6所示的位置“pc”有关的用于安装吸声结构的后行李槽180的截面图。后行李槽180由行李箱分隔板181(形成底盘的一部分)和安装在行李箱分隔板181上的后行李内板182组成。后玻璃107固定至行李箱分隔板181的一端，而后座109固定至行李箱分隔板181的另一端。从车厢104内看，在后行李内板182上附有表面材料183(它是能够对施加在其上的声压进行传播的布料材料)。
吸声器2的外壳20被安装至后行李内板182，以便在振动部件25和行李箱分隔板181(形成车厢104的边界)之间形成空间S。后行李内板182中形成多个通孔184，以便车厢104与限定在行李箱分隔板181和后行李内板182之间的内部空间相连通。
在配置有吸声结构的后行李槽180中，车厢104中产生的声音经由通孔184进入行李箱分隔板181和后行李内板182之间的内部空间，从而声音还进入吸声器2的振动部件25和行李箱分隔板181之间的空间S。因此，吸声器2的振动部件25由于施加到空间S的声压和吸声器2的空气层26的内部压力之间的压差而振动，从而通过振动部件25的振动来消耗进入空间S的声波的能量，从而吸收声音。
(4)第四变型
在第四变型中，吸声结构被安装在仪表板171上。
图11是示出了与图6所示的位置“pd”有关的用于安装吸声结构的仪表板171的截面图。仪表板171安装在发动机分隔板170(形成底盘的一部分)上。前玻璃110和前柱130一起安装至发动机分隔板170。反射板170A从发动机分隔板170开始延伸，从而与仪表板171一起形成内部空间。
吸声器2的外壳20被安装至仪表板171的背部，以便在振动部件25和发动机分隔板170的反射板170A(形成车厢104的边界)之间形成空间S。在仪表板171中形成多个通孔172，以便车厢104与限定在仪表板171和反射板170A之间的内部空间相连通。
在配置有吸声结构的仪表板171中，车厢中产生的声音经由通孔172进入仪表板171和反射板170A之间的内部空间，从而声音还进入振动部件25和反射板170A之间的空间S。因此，振动部件25由于施加到空间S的声压和吸声器2的空气层26的内部压力之间的压差而振动，其中通过振动部件25的振动来消耗进入空间S的声波的能量，从而吸收声音。
(5)第五变型
在第五变型中，吸声结构被安装在门190上。
图12是示出了与图6所示的位置“pe”有关的用于安装吸声结构的门190的截面图。门190由门外板191和安装在门外板191上的门内板192组成。门玻璃(或窗)193以可伸缩的方式安装在门外板191的一端。从车厢104的内看，在门内板192上附有表面材料194(它是能够对施加在其上的声压进行传播的布料材料)。此外，在门外板191中安装了用于在窗户打开的模式下存放门玻璃193的玻璃存放单元191A。
吸声器2的外壳20被安装至门内板192，以便在振动部件25和安装在门外板191中的玻璃存放单元191A的壁(形成车厢104的边界)之间形成空间S。在门内板192中形成多个通孔195，以便使得车厢104与限定在门内板192和玻璃存放单元191A的壁之间的内部空间相连通。
在配置有吸声结构的门190中，车厢104中产生的声音经由通孔195进入门内板192和玻璃存放单元191A的壁之间的内部空间，从而声音还进入振动部件25和玻璃存放单元191A的壁之间的空间S。因此，振动部件25由于施加到空间S的声压和吸声器2的空气层26的内部压力之间的压差而振动，其中通过振动部件25的振动来消耗进入空间S的声波的能量，从而吸收声音。
(6)第六变型
在第六变型中，吸声结构被安装在底板120上。
图13是示出了与图6所示的“pf”部分有关的用于安装吸声结构的底板120的截面图。底板120由底板外板121(形成底盘的一部分)、底板内板122(它以规定的间隔与底板外板121邻近放置)、粘贴至底板外板121的毡制材料123、以及具有声透射性的地毯124(从车厢104内看它被粘贴至底板内板122上)。
吸声器2的外壳20被安装至底板内板122，以便在振动部件25和底板外板121(形成车厢104的边界)之间形成空间S。在底板内板122中形成多个通孔125，以便使得车厢104与限定在底板外板121和底板内板122之间的内部空间相连通。
在配置有吸声结构的底板120中，车厢104中产生的声音经由通孔125进入底板外板121和底板内板122之间内部空间，从而声音还进入振动部件25和底板外板121之间的空间S。因此，吸声器2的振动部件25由于施加到空间S的声压和吸声器2的空气层26的内部压力之间的压差而振动，于是通过振动部件25的振动来消耗进入空间S的声波的能量，从而吸收声音。
当把本实施例的吸声结构应用到车辆100时，它吸收相对较低频率范围内的声音(即，特定声音模式的声音)，从而显著地降低发动机噪声、道路噪声以及风噪声等等。
由于在车辆100中将吸声结构安装成吸声器2中的每一个均以振动部件25并不朝向车厢104的背转的方式布置，所以可以防止阳光和空气直接影响振动部件；所以就抗气候性而言，可以很容易地选择材料。也就是说，可以增加可用于振动部件25的材料的数量，并且不必向材料增加添加剂来增大防风雨特性；因此，可以降低制造成本和环境负担。
由于本实施例及变形无需外部设计，所以有可能通过使用外壳20的底部部件21来添加外部设计部分或机械部件。
在将吸声器2中的每一个均以普通模式(其中振动部件25朝向车厢104)安装在车辆100中时，振动部件25可能由于乘客施加在其上的外部力量而很容易损坏。本实施例的设计规避了这一危险，并且提高了吸声结构的耐用性。
所有变型均被设计成在吸声器2的振动部件25和规定部件的表面(形成车厢104的边界)之间形成空间S，从而使得外壳20的底部部件21固定至相对面；但是该设计并不是限制。也就是说，例如，可以通过固定部件3等来固定吸声器2的底部部件21，以便在振动部件25和规定部件的表面之间形成空间S。
2.第二实施例
可以通过不同于第一实施例的各种方法以及根据本发明第二实施例的变型来修改吸声器2；因此，将通过参考图14至18来描述第二实施例的多种变型，其中与图1至3相同的部分被标以相同的参考标号。
(1)第一变型
图14示出了第二实施例的第一变型，其中将多孔层27(由多孔材料制成)安装至吸声器2的与振动部件25相对的外部表面上，也就是安装到外壳20的相对于振动部件25的表面而直接面对房间边界的外部表面上，诸如底部部件21的表面。多孔层27吸收中频或者更高频率的声音。也就是说，图14所示的吸声器2可通过与条件(5)的吸声器2相类似的方式发挥作用。
(2)第二变型
图15示出了第二实施例的第二变型，其中在外壳20的外部表面上(即，在相对于振动部件25的表面而直接面对房间边界的表面上，诸如外壳20的底部部件21的表面以用来直接从声源接收声音)形成不规则表面(例如小凹陷和小凸起)。底部部件21的不规则性传播中频和高频声音。
(3)第三变型
图16示出了第二实施例的第三变型，其中在吸声器2中，相对于具有平坦形状的振动部件25，外壳20具有弯曲的形状。
可以通过与图15所示的第二变型相类似的方式进一步将外壳20的外表面形成为不规则的。
可以进一步在图14所示的外壳20的底部部件21的外表面上形成多孔层27。类似地，可以在图16所示的外壳20的外表面上以及外壳20的不规则的外表面上形成多孔层27。
并不是必须把吸声器2形成为长方体形状；因此，可以将其形成为诸如圆柱形和多棱柱形之类的其它形状。
在图14所示的吸声器2的外壳20中，可以采用有孔的板子或者可根据He1mholtz谐振操作的谐振管来替代多孔层27。
(4)第四变型
图17示出了第二实施例的第四变型，其中在壁10(或天花板或底板)上以规定间距彼此相邻地放置了多个吸声器2。规定间距响应于进行了吸声的频带而被确定。具体地说，当对低频带以下的频率范围进行吸声时该距离增大，而当对高频带的频率范围进行吸声时该距离减小，以此来控制声音的频带进入吸声器2与房间壁10(即，房间的边界)之间的空间S。这使得对在吸声器2的后侧被吸收的声音的频带进行自由控制成为可能，而不依赖于振动部件25与壁10间的空间S的厚度。
并不是必须通过包括图3所示的平面紧固器32A在内的固定部件3来将吸声器2安装至房间的壁、天花板、或地板；因此，可以通过柱状隔片和粘合剂来将吸声器2固定至壁、天花板、或地板。
吸声器2的所有底部部件21(彼此以规定间距相邻，并且朝向房间内部)可共同地覆盖有具有声透射性和声流阻力的饰面材料(例如，平针织物、幕布、非机织织物、以及网片)，从而形成可见的单个表面(包括多个吸声器2)。这就进一步由于饰面材料的声流阻力而改进了吸声能力。
(5)第五变型
用于对吸声器2进行固定的支撑部件31(参见图3)可以是可伸缩的形状，这就允许用户自由地调节振动部件25和壁10之间的距离。
图18示出了可伸缩的支撑部件33，其由基座33A和调节部分33B组成。基座33A是具有开口的中空圆柱体，开口的对面是闭合的。在基座33A的内部形成内螺纹。调节部分33B的外表是圆柱形。调节部分33B的外表面上形成了外螺纹。调节部分33B旋进基座33A，从而使得调节部分33B的外螺纹与基座33A的内螺纹啮合。通过旋转调节部分33B，可以调节基座33A的底部和调节部分33B的尾端(它与基座33A的底部相对)之间的距离。
通过利用可伸缩的支持部件33代替支持部件31，用户可以自由地调节吸声器2的振动部件25和壁10之间的距离。于是可以自由地调节吸声特性。
振动部件25与壁10间的距离可响应于进行吸声的频带而设置。具体地说，当对低频带进行吸声时该距离增大，而当对高频带进行吸声时该距离减小，以此来控制声音的频带进入吸声器2与房间壁10(即，房间的边界)之间的空间S。这使得对由吸声器2吸收的声音的频带进行自由控制成为可能。按照图17的第四变换，可以以一个规定距离来彼此邻接地布置多个吸声器2，对该距离的确定不依赖于振动部件25与壁10间的距离，从而可以实现理想吸声特性。
用于调节吸声器2的振动部件25和壁10之间的距离的上述机制并不一定限于可伸缩的支持部件33，它只是一种示例而不是限制。
此外，吸声器2的振动部件25并不是必须与壁10平行；也就是说，振动部件25可以以相对于壁10倾斜的方式固定至壁10。
3.仿真结果
在实施例和变型中，吸声器2基本上由矩形外壳20、用于封闭外壳20的开口的振动部件25、以及在外壳20之内形成的空气层26组成；但是这并不是种限制。也就是说，外壳20并不是必须为矩形，而是可以具有诸如圆形和多边形之类的其它形状。优选的是，不考虑外壳20的形状，将重心(它用来控制振动条件)形成于振动部件25的中心位置。
适合于吸声器2的吸声机制一般由弹簧-质量系统和弯曲系统组成。本申请的发明人通过改变振动部件25的表面密度来进行了多次实验以测量谐振频率下的吸声系数。
图19示出了在改变振动部件25的中间部分的表面密度的同时测量吸声器2的垂直入射吸收系数时的仿真结果，其中振动部件25(长度/宽度尺寸为100mm×100mm，厚度为0.85mm)被安装至外壳20，外壳的空气层26的长度/宽度尺寸为100mm×100mm而其厚度为10mm，并且其中振动部件25的中间部分的长度/宽度尺寸为20mm×20mm而其厚度为0.85mm。根据JI S A1405-2(即，在声管中吸声系数和阻抗的测量的第二部分中定义的传递函数)来进行仿真，其中通过有限元法来测量其中布置了吸声器2的声室的声场，以便确定传递函数，从而计算吸声特性。
图19中所示的仿真结果是在各种条件下产生的，其中振动部件25的中间部分的表面密度被设置为(1)399.5[g/m2]，(2)799[g/m2]，(3)1199[g/m2]，(4)1598[g/m2]，和(5)2297[g/m2]，同时周围部分的表面密度被设置为799[g/m2]。此外，振动部件25的平均密度被设置成(1)783[g/m2]，(2)799[g/m2]，(3)815[g/m2]，(4)831[g/m2]，和(5)863[g/m2]。
仿真结果清楚地显示出吸声系数中尖峰(spike)出现在从300Hz至500Hz的频率范围内以及大约700Hz频率处。
出现在大约700Hz频率处的吸声系数的尖峰是由于振动部件25的质量和空气层26的弹簧系数所定义的弹簧-质量系统的谐振而产生的。吸声器2在弹簧-质量系统的谐振频率处以峰值吸声系数吸收声音，其中即使在振动部件25的中间部件的表面密度增大时，振动部件25的总质量不会改变很多；这就表示弹簧-质量系统的谐振频率不会有实质变化。
吸声系数的尖峰由于振动部件25的弯曲振动所形成的弯曲系统的谐振而在从300Hz至500Hz的频率范围内出现。峰值吸声系数在低于弯曲系统的谐振频率的频率下出现在吸声器2中，其随着振动部件25的中间区域的表面密度变大而变小。
总的来说，弯曲系统的谐振频率由对振动部件25的弹性振动起支配的运动方程所确定，所以它随着振动部件25的表面密度而成反比的变化。谐振频率被固有振动的波腹(其振幅最大)的密度极大地影响。上述仿真被执行来使得所形成的振动部件25的中间部分相对于1×1固有模式的波腹区域具有不同表面密度，从而改变弯曲系统的谐振频率。
根据仿真结果，当中间部分的表面密度相对于振动部件25的周围部分增大时，与峰值吸声系数相对应的频率转移到更低的频率。这就表示，吸声器2能够将一部分与峰值吸声系数相对应的频率转移至更低的频率或更高的频率。
吸声器2能够通过改变振动部件25的中间部分的表面密度来转移(或改变)与峰值吸声系数相对应的频率。因此，与具有较大重量的吸声器2(其中振动部件为平坦形状，并且由与外壳20相同的材料制成)的另一示例相比，它可以在不显著地改变吸声器2的总质量的情况下降低吸声的频率范围。
因此，本发明的吸声结构可处理由于车厢104和行李箱106中吸声能力的变化(由乘客人数的改变或者行李数量和形状的改变所引起)以及噪声的变化(由车胎的改变或由道路条件的变化所引起)所导致的车厢104的噪声特性的变化。
此外，可以利用多孔吸声材料(例如，树脂泡沫、毛毡、聚酯羊毛、棉纤维等)来填充吸声器2的空气层26，从而增大吸声系数的峰值。
4.工业实用性
本发明的吸声结构(即吸声器2)被应用至诸如隔音室、大厅、剧场、音频装置的听音室(listening room)、会议室(或电话会议室)、以及用于容纳运输机器的空间之类的用于控制声学特性的各种声室以及扬声器和乐器的外壳中。
最后，本发明并不限于前述实施例和变型，可以在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下通过各种方法对本发明进行进一步的修改。

Claims (8)

1.一种吸声结构，其包括：
至少一个吸声器，所述吸声器由具有开口的外壳以及振动部件构成，所述振动部件被布置在所述开口上以便在所述外壳中形成一个空腔，所述外壳被所述振动部件闭合；
一个具有边界的房间，其中所述吸声器被布置在所述边界上以使得所述振动部件面对所述边界；以及
一个空间，其形成在所述振动部件与所述边界之间使得与所述房间通信，所述振动部件由于进入该空间的声波而振动。
2.如权利要求1所述的吸声结构，其中所述外壳的外表面被形成为不规则的。
3.如权利要求1所述的吸声结构，其中所述外壳的外表面被形成为弯曲的。
4.如权利要求1所述的吸声结构，其中所述吸声器还包括由多孔材料制成的多孔层，该多孔层被附于所述外壳的外表面。
5.如权利要求1所述的吸声结构，其包括：多个所述吸声器，这些吸声器被布置成以预定间距邻接在一起。
6.如权利要求5所述的吸声结构，其中，所述吸声器的外表面被具有声透射性和声流阻力的材料覆盖。
7.如权利要求1所述的吸声结构，其中，通过固定部件将所述吸声器以可调整的间隔固定至所述房间的边界。
8.一种声室，其配置有吸声结构，所述吸声结构包括：至少一个吸声器，所述吸声器由具有开口的外壳以及振动部件构成，所述振动部件被布置在所述开口上以便在所述外壳中形成一个空腔，所述外壳被所述振动部件闭合；一个具有边界的房间，其中所述吸声器被布置在所述边界上以使得所述振动部件面对所述边界；以及一个空间，其形成在所述振动部件与所述边界之间使得与所述房间通信，所述振动部件由于进入该空间的声波而振动。
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