CN102016978A - 管理气体流动系统中的可听声频的方法 - Google Patents

管理气体流动系统中的可听声频的方法 Download PDF

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马尼施·贾殷
斯马拉吉特·米特拉
萨纳特·莫汉蒂
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Abstract

本发明涉及一种声绝缘方法，包括(a)提供至少一个声屏障，所述声屏障包括设置在具有第一密度的第一介质中的结构的大致规则性阵列，所述阵列包括至少一行至少两个的所述结构，所述结构由具有大于所述第一密度的第二密度的第二介质制成，所述第二介质为粘弹性介质、弹性介质或它们的组合，并且所述第一介质为气态介质；以及(b)将所述至少一个声屏障设置在至少一个至少部分封闭的气流中，设置方式为所述结构行在垂直于所述气流的流动方向的方向上延伸。

Description

管理气体流动系统中的可听声频的方法
优先权声明
本专利申请要求于2008年3月3日提交的美国临时申请No.61/033,177和美国临时申请No.61/033,198的优先权，这两个临时申请的内容据此以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及用于衰减由气体流动产生的可听噪音的方法。
背景技术
商业、工业以及住宅环境中，诸如面罩、建筑物和运输车辆中的空气递送系统之类的气体流动系统可为主要的、不可接受的噪音污染源。例如，建筑物和运输车辆中的供热通风与空气调节(HVAC)系统包括与通用的加压空气网路或管道系统结合使用的空气流动设备(例如风扇)。管道系统用于将调节的空气(源空气)分布到整个建筑物或车辆中并且使返回的空气进行通风或再循环。这种加压空气的层流、风扇噪音、气流相对管道壁的冲击(例如，在扭转、弯曲和拐角处)、以及安装于管道壁上的振型(通常为金属薄片)为上述系统中的主要可听噪音源。
为了衰减这种噪音，已在气体流动通道中安装了传统的隔声材料，例如吸收器和反射器(分别通过粘滞耗散和反射进行衰减)。这些传统材料通常在一个宽的频率范围内有效而不能提供频率有选择性的声控。有源噪音消除设备允许频率有选择性的声衰减但其通常在密闭空间最有效并且要求对电子设备进行投资和操作以便提供电源和控制。尽管已提出将布拉格(Bragg)散射用于低速流动管道中来提供频率有选择性的声控，但其潜在的有益效果已似乎受限于相对较低的传输损耗。
传统声屏障(例如，致密的金属片或板)往往相对较重并且不透气，这是因为材料的声传输损耗通常为其质量和硬度的函数。所谓“质量法则”(适用于某些频率范围的很多传统声屏障材料)指出当材料单位面积的重量加倍，穿过材料的传输损耗增加6分贝(dB)。可以通过使用更致密的材料或增加屏障的厚度来增加单位面积的重量。然而在至少一些气体流动应用中，增加重量可为不利的，更重要的是，用于这些应用中的噪音衰减器不应显著阻塞气流或产生过度的气压降低。
因此通常已将吸声器(例如，纤维或泡沫材料)用于气体流动系统中，因为传统的吸声材料通常相对较轻并且相对多孔。然而在某些环境(例如，HVAC管道)中，多孔吸声器不太具有吸引力，因为在多孔吸收器的孔中可能出现水分滞留和细菌生长。实际上这有力地排除了作为这种管道中的衬板的多孔吸收器和屏障的使用。
在美国，排气道和管道通常为外表绝缘的，但此手段的主要目的是用于热绝缘。然而管道长度的一部分通常内衬有吸声材料以用于声音控制，并且在管道工程的适当位置处布置有机械声衰减器或消音器(例如，包括叶片或挡板和/或阻尼器的盒子)。机械衰减器和消音器可能价格昂贵、可能引起显著的压降、并且可能增加能量损耗。低频音(例如，低于约1000赫兹(Hz)的频率)可尤其棘手，因为吸收器和机械衰减器或消音器(以及甚至第二层防护，包括诸如天花板之类的建筑物声屏障)通常不适用于此范围。
发明内容
因此已认识到，需要管理或控制气体流动系统中的噪音的方法，所述方法在优选使用相对无孔的声屏障(以便使微生物生长的可能性减小或降至最低)的同时可至少部分有效地衰减可听声频(降低或优选地消除声传输)，并且/或者不会显著地阻塞气流或产生显著的压降。优选地，所述方法可在相对较宽的声频范围内(优选地，包括(例如)那些低于约1000Hz的低频率)至少部分有效，并且/或者可以相对简单和高性价比的方式来实现。
简而言之，在一个方面，本发明提供了声绝缘方法。该方法包括(a)提供至少一个声屏障，其包括设置在具有第一密度的第一介质中的结构的大致规则性阵列，所述阵列包括至少一行至少两个的该结构，所述结构由具有大于第一密度的第二密度的第二介质制成，所述第二介质为粘弹性介质、弹性介质或它们的组合，并且所述第一介质为气态介质(优选的是，空气)；以及(b)将至少一个声屏障按如下方式设置在至少一个至少部分封闭的气流中，所述方式使结构行在垂直于气流(优选地，气体流动管道中的气流)流动方向的方向上延伸。优选地，结构的大致规则性阵列为二维或三维阵列(更优选的是，二维阵列)。
第二介质优选地为弹性介质；具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，且纵向声波传播速度为横向声波传播速度的至少约30倍；或它们的组合。在(例如)需要耐久性的应用中，弹性介质可为优选的。在(例如)需要较低重量和/或成本的应用中，粘弹性介质可为优选的。令人惊奇的是，已发现粘弹性介质在解决通常棘手的低频声范围方面出乎意料地有效。
已经发现，通过形成包括上述空间规则性阵列的声屏障并且将其设置在气体流动系统中，可在听觉范围(即，在20赫兹(Hz)到20千赫兹(Hz)的范围内)的至少部分内获得形式为带隙的有效噪音衰减或者至少明显的可听声音传输损耗(例如，大于20分贝(dB))。在声学工业中，20+dB量级的衰减是传输中非常明显的损耗，接近声功率百分之百的减少。
用于本发明的方法中的声屏障通过布拉格散射(大致规则性的结构为声子晶体结构)来提供噪音降低并且在至少一些实施例中可具有相对较轻的重量和相对较小的体积(例如，外部尺寸接近几厘米或更小)。通过控制诸如材料选择、结构数量、结构形状、结构的网格类型或布置方式、结构的间距等等之类的这些设计参数，可调整带隙数量和频率以及它们的宽度，或者在最低限度上，传输损耗水平可调整为频率的函数。
可将基于声子晶体的声屏障设置在气体流动系统中(例如，以便延伸穿过气流或气体流动的横向截面的至少一部分)，从而仅允许选择的频率通过屏障。屏障可包含基本上无孔的材料并且因此可用于其中顾虑微生物生长的气体流动系统中。另外，屏障中的结构的大致规则性阵列在足够低的填充份数下(相对于气流或气体流动的横向截面)可为有效的，其中气体流动不会显著阻塞或者不会引起显著的压降。
屏障可以以无源但频率有选择性的方式产生声学带隙。与用于声学工业中的最常见吸声器相比，基于声子晶体的屏障以传输方式来控制声音。在带隙频率范围之内，可能基本上没有穿过结构的入射声波的传输。带隙不总是绝对的(即，没有声音传输)，但如上所述，声音传输损耗可以经常具有20分贝(dB)的量级或更高。
可将基于声子晶体的声屏障设置在声源和接收器之间以仅允许选择的频率通过该屏障。这样接收器听到滤过的声音而不需要的频率被阻止。通过适当地配置屏障，传输的频率可以集中到接收器或者不需要的频率可以反射回声源(很像频率选择镜)。与现在的声学材料不同，基于声子晶体的声屏障可用于实际管理声波而不是简单地衰减或反射它们。
因此在至少一些实施例中，本发明的方法可满足上述需要以适于用在管理和控制气体流动系统中的噪音的方法中，所述方法在优选使用相对无孔的声屏障(以便降低微生物生长的可能性)的同时可至少部分有效地衰减可听声频，并且/或者不会显著地阻塞气流或产生显著的压降。本发明的方法可用于在各种不同的气体流动系统中提供声绝缘，所述气体流动系统包括建筑物(例如，家、办公室、医院等等)内的HVAC系统、运输车辆(例如，汽车、船以及飞机)内的HVAC系统、用于气体(例如，空气)递送的面罩、包含风扇的消费者用具等以及它们的组合。
附图简述
参照以下描述、所附权利要求和附图，将会更好地理解本发明的这些和其他特征、方面以及优点，其中：
图1为单个结构或阵列元件的透视图，所述单个结构或阵列元件可用来制备适用于本发明方法的实施例中的声屏障。
图2为声屏障的透视图，其包括图1中的结构的大致规则性阵列，所述阵列被设置在气体流动管道中以实现本发明方法的实施例。
这些理想化的图形不是按比例绘制的，并且目的仅在于展示而非限制。
图3为相对于实例1和2中所述的本发明方法的实施例以及比较例1中所述的方法而言，声压水平(单位为dBA)相对频率(单位为Hz)的曲线图。
具体实施方式
材料
用于本发明方法中的适于用作声屏障的上述提及的粘弹性元件或介质的材料包括粘弹性固体和液体。可用的粘弹性固体和液体包括在室温下(例如约20℃)具有小于或等于约5×106帕斯卡(Pa)的稳态剪切平台模量(G°N)，稳态剪切平台模量优选从高于材料的玻璃化转变温度(Tg)约30开氏度延伸到约100开氏度。优选地，粘弹性材料在室温下(例如约20℃)具有小于或等于约1×106Pa(更优选，小于或等于约1×105Pa)的稳态剪切平台模量。优选粘弹性材料(优选地，至少在可听声频范围内)具有的纵向声波传播速度为其横向声波传播速度的至少约30倍(优选地，至少约50倍；更优选地，至少约75倍；最优选地，至少约100倍)。
可用粘弹性材料的实例包括各种形式的橡胶聚合物成分(例如，包括轻度交联或半结晶聚合物)，该橡胶聚合物成分包括弹性体(包括(例如)热塑性弹性体和弹性体泡沫)、弹粘性液体等，以及它们的组合(优选地，对于至少一些应用，弹性体和它们的组合)。可用的弹性体包括均聚物和共聚物(包括嵌段、接枝和无规共聚物)、无机和有机聚合物以及它们的组合、还有直链或支链的和/或互穿或半互穿网络或其他络合物形式(例如星型聚合物)的聚合物。可用的弹粘性液体包括聚合物熔体、溶液和凝胶(包括水凝胶和离子聚合物凝胶)。
优选的粘弹性固体包括硅橡胶(优选地，具有约20A到约70A硬度测验器硬度；更优选地，约30A到约50A)、环氧氯丙烷橡胶(优选地，环氧氯丙烷闭孔泡沫)、(甲基)丙烯酸酯(丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)聚合物(优选地，丙烯酸异辛酯(IOA)和丙烯酸(AA)的共聚物)、嵌段共聚物(优选地，包括苯乙、乙烯和丁烯)、纤维质聚合物(优选软木)、有机聚合物(优选聚氨酯)和聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物(优选硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物)的共混物、氯丁橡胶以及它们的组合。优选的粘弹性液体包括矿物油改性的嵌段共聚物、水凝胶、离子聚合物凝胶以及它们的组合。
通过已知的方法可以制备这样的粘弹性固体和液体。很多是市售的。
用于本发明方法中的适于用作声屏障的上述提及的粘弹性元件或介质的材料包括粘弹性固体和液体。然而，优选的弹性材料包括具有至少约2000米每秒(m/s)的声音纵向速度的弹性材料。
可用弹性固体的种类包括金属(及其合金))、无机矿物质(例如，珍珠岩和气凝胶)、玻璃态聚合物(例如，固化的环氧树脂)等以及它们的组合(包括(例如)金属-聚合物复合物，诸如金属粉末或金属削片在聚合物粘结剂基质中的复合物)。优选的弹性固体的种类包括金属、金属合金、玻璃态聚合物以及它们的组合(更优选地，铜、铝、环氧树脂、铜合金、铝合金，以及它们的组合；甚至更优选地，铜、铝、铜合金、铝合金，以及它们的组合；然而更优选地，铜、铜合金以及它们的组合；最优选地，铜)。
通过已知的方法可以制备或得到这样的弹性材料。很多是市售的。
如果需要，用于本发明的方法中的声屏障可任选地包含其他成分材料。例如，声屏障可包含不止一种粘弹性材料和/或上述弹性材料中的不止一种。常规的添加剂材料可包含在介质中(例如，可提供抗氧化剂以增加聚合物在相对高温下的稳定性)，前提条件是介质的理想声学特性未受到无法接受的影响。
声屏障的制备
用于本发明的声绝缘方法中的声屏障包括设置在具有第一密度的第一介质中的结构的大致规则性阵列(足够规则以便可形成带隙)，所述阵列包括至少一行至少两个的该结构，所述结构由具有大于第一密度的第二密度的第二介质制成，所述第二介质为粘弹性介质、弹性介质或它们的组合，并且所述第一介质为气态介质(优选的是，空气)。对于至少一些应用，第二密度相对第一密度的比率可优选地为至少约1000。优选地，结构的大致规则性阵列为二维或三维阵列(更优选的是，二维阵列)。
第二介质优选地为弹性介质；具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，且纵向声波传播速度为横向声波传播速度的至少约30倍；或它们的组合。在(例如)需要耐久性的应用中，弹性介质可为优选的。在(例如)需要较低重量和/或成本的应用中，粘弹性介质可为优选的。如上文所述(并且在下文名称为“声屏障的使用”的部分中进行了更加相信的解释)，已发现粘弹性介质在解决通常棘手的低频声范围方面出乎意料地有效。
阵列中结构的暴露表面优选为大致平滑和/或无孔的(例如，具有尺寸小于或等于约一微米的表面特征和/或孔径)，以便使微生物生长的可能性减小或降至最低。暴露表面优选地包含密度大于或等于约1克/立方厘米的材料。因此，暴露表面优选地包含除常规泡沫或纤维吸收器材料之外的材料、由该材料或基本上由该材料组成(或者，如果使用这种多孔材料，那么至少需要利用诸如密封或上釉之类的方法来处理材料的暴露表面，以便降低表面的粗糙度和/或孔隙度)。
某些材料选择也可增加结构的抗微生物特性。例如，铜可被选择以用于其内在的抗微生物特性。
在大致规则性阵列的形成中，用于结构(第二介质)的材料可选自与上述密度特性一致的上述粘弹性和弹性材料。结构可为实心的或可为至少部分中空的(优选的是，至少部分中空的)。结构还可包含其他材料，前提条件是保持指定的密度、弹性、和/或粘弹性特性。例如，结构可包含一种或多种无粘性液体(例如，无粘性液体的存在形式可为空气芯)。
阵列内的结构优选基本一致(例如，就形状、尺寸、组成等等而言)。然而，阵列中的结构的数量(以及尺寸)可根据(例如)诸如特定气体流动系统中的气流的横向截面积和/或滤除某些声频的要求之类的因子而大幅变化。
结构的形状或构造也可根据阵列的改变而大幅变化并且可包括几何形状固体(例如，球形、矩形固体、圆柱形固体、三角形固体、其他的封闭多边形固体等)以及它们的至少部分中空的类型、环状结构(例如，位于外管内的内管或棒)等(优选的是，球体、圆柱体、它们的至少部分中空的类型以及它们的组合；更优选的是，圆柱体、至少部分中空的圆柱体以及它们的组合；最优选的是，至少部分中空的圆柱体)。如果需要，可使用空气动力学形状(例如，翼型等)，此形状可有助于使气体流动系统中的气体压降最小化。
结构的维度(例如，高度和横向截面积以及针对中空结构的厚度)可根据阵列的改变大幅变化(例如，范围从毫米量级到米量级或更大)，这取决于特定气体流动应用中的空间和/或声学需求。如果需要，结构可为多层结构(例如，形式为同心环状结构)。
可通过任何已知的或未来开发的附接或布置方法或方式来将结构单独地或共同地附接到气体流动系统中。然而优选地，声屏障还包括居间的附接、放置、和/或容纳元件(例如，包括阻尼器、滑块、垫片等或它们的组合的框架)，所述元件可有效地将屏障与气体流动系统中的振动(例如，其中插入屏障的气体流动管道中的振动)隔离开。
所得的声屏障可为宏观构造(例如，具有量级为厘米或更小的尺度)。如果需要，屏障可采用空间规则性的网格形式，其中在其网格位点处具有一致尺寸和一致形状的由气体基质(例如，空气)包围的结构。这样结构的设计参数包括网格类型(例如，正方形、三角形等等)、网格位点之间的间距(网格常数)、单位晶胞的构成和形状(例如，被内含物占据的单位晶胞的面积分数-也被称为f，即所谓的“填充因数”)、所使用材料的物理特性(例如，密度、泊松比、模量等等)、结构的形状(例如，棒、球、中空棒、方柱等等)等。通过控制这样的设计参数，所得带隙的频率、间隙的数量、和它们的宽度均可以调整，或者在最低限度，传输损耗水平可以调整为频率的函数。
优选的阵列包括填充因数在约0.1至约0.65或更高(更优选地，约0.2至约0.6；最优选地，约0.3至约0.55)的范围内的那些阵列。网格的优选类型包括相对“开放”的那些类型(例如，除具有交错行结构的那些之外)，以便使由于存在声屏障而产生的气体压降降至最低。因此，优选的网格包括除三角形之外的那些网格(更优选地，方形网格、矩形网格以及它们的组合)。
优选地，声屏障为二维或三维阵列(更优选的是，二维阵列)，其形式为排列成由气体基质包围的方形网格图案的柱状结构(实心的或至少部分中空的)。柱状结构更优选地为圆柱体结构(实心的或至少部分中空的)，最优选的是，包含至少一种金属、至少一个粘弹性材料或它们的组合的中空圆柱体结构。
这种声频障中阵列的元件结构的总数量可(例如)从少至两个变化到多达数百个或更多。结构的尺寸也可大幅变化(取决于(例如)气流尺寸和/或待滤除的所需声频)，但优选位于厘米量级或更低的尺度内。上述尺寸和数量的结构可提供具有厘米量级或更小尺寸的声屏障。如果需要，可在添加一个或多个层之前来清洁(例如，使用表面活性剂组合物或异丙醇)多层结构中的各个层，并且/或者可任选地使用一种或多种粘结剂(例如，粘合剂或机械紧固件)(前提条件是不显著干扰所需的声音)。
优选的声屏障包括1到4行(更优选地，1到3行；最优选地，1或2行)两个或更多个的结构(优选的是，中空结构)，其可跨越气流的横向截面的至少一部分。(一般来讲，可为特定应用提供理想声学效果的最少数量的行/或列可为优选的，以便使由于存在声屏障而产生的气体压降降至最低。)结构可包含粘弹性材料(优选的是，硅橡胶、丙烯酸酯聚合物或它们的组合)和/或弹性材料(优选的是，铜、铜合金、铝、铝合金或它们的组合；更优选的是，铜、铜合金或它们的组合)。
用于本发明的方法中的声屏障还可任选地包括一个或多个常规的或未来开发的声绝缘器(例如，常规吸收器、常规屏障、局部谐振结构等以及它们的组合；优选的是，局部谐振结构)并且/或者还可包括一个或多个解决气流的其他方面(例如，滤除、热管理等等)的组件。如果需要，这样的常规吸收器被分层，例如来拓宽声屏障的频率效力范围。
声屏障的使用
可使用上述声屏障来实现本发明的声绝缘方法，具体方式为将声屏障中的一个或多个设置在气体流动系统(优选地，气体流动管道)内至少部分封闭的气流中。所述气体流动系统包括建筑物和运输车辆中的HVAC管道系统、排气管路等等。优选地，可使用下述方式将声屏障设置在气流中，所述方式使屏障跨越气流的横向截面的至少一部分。
一般而言，上述使用方法可包括在声源(优选地，可听声频源)和声接收器(优选地，可听声频的接收器)之间插入或放置声屏障。气体流动系统中的普通声源包括由于气体流动产生的噪音、风扇噪音等等(优选地，具有可听成分的噪音或其他声音；更优选地，具有范围在约250Hz到约10,000Hz的频率成分的噪音或其他声音)。声频接收器可以是(例如)人耳、任何各种录音装置等(优选的是人耳)。
上述的声屏障在解决相对较宽范围的声频方面可尤其有效。然而如果需要，可将所述屏障与一个或多个局部谐振结构联合使用以提供更广泛的滤除功能(尤其是在诸如(例如)低于约1000Hz之类的低频下)。
可通过将声屏障中的一个或多个设置在气体流动系统内气流中的基本上任何适当的位置来实现本发明的方法。例如，参见图1和2，在本发明方法的实施例中，将包括具有空气芯12和弹性(例如，金属)或粘弹性壳14的中空结构10(如图1所示)的大致规则性阵列的声屏障20(如图2所示)设置在通过气体管道40(如图2所示)流动的气流30中。可优选相对靠近气体流动系统的声源(例如，相对靠近HVAC系统的炉子)来设置声屏障，以便降低在气体流动系统对于多个声屏障的需要。
发明的该方法可用于在整个相对较大部分的可听范围实现传输损耗(优选的实施例在整个约800Hz到约10,000Hz的范围提供大于或等于约20dB的传输损耗；更优选的实施例在整个约500Hz到约10,000Hz的范围提供大于或等于约20dB的传输损耗；甚至更优选的实施例在整个约250Hz到约10,000Hz的范围提供大于或等于约20dB的传输损耗；以及最优选的实施例在整个至少部分的约500Hz到约10,000Hz的范围提供大致全部的传输损耗)。这样的传输损耗可在不使用多孔吸收材料和/或不存在显著的气体压降(例如，小于约25％；优选地，小于约10％)的情况下来实现。
令人惊奇的是，已发现粘弹性介质在解决通常棘手的低频声范围方面出乎意料地有效。已经发现，当在中空结构的大致规则性阵列的形成过程中将粘弹性介质用作第二介质时，所得的声屏障可不仅具有声子带隙而且令人惊奇的是，可在低频(低于1500Hz；例如，低于声子带隙的布拉格频率约两个数量级)下具有较窄的局部谐振带隙。因此这种声屏障除了为较高频率的声子带隙提供声绝缘之外还可用于针对分离的棘手低频。
实例
下面的实例进一步说明了本发明的目的和优点，但这些实例中列举的特定材料及其量以及其他条件和细节不应被理解为是对本发明的不当限制。除非另有说明，否则实施例中的所有份数、百分比、比率等均是按重量计。除非另有说明，溶剂和其他试剂均从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇化工公司获得。
实例1和2及比较例1
构造实验用的HVAC管道系统。该系统包括0.91m(3英尺)长的金属片(铝)管道，其具有尺寸为0.09m×0.26m的矩形横截面，外部包绕有3MTMThinsulateTM的声绝缘体并且内部设置有0.019m(3/4英寸)厚的、开放式的胶合板框。将扩散片附接到此框的一端以有助于将空气均匀地分配进入管道内。
利用中空铜管(得自伊利诺伊州埃姆赫斯特的麦克玛斯特-卡尔公司(McMaster-Carr Inc.，Elmhurst，IL)的圆柱体)来构造两个声屏障(一个称为“小管组件”，另一个称为“大管组件”)。“小管组件”是利用如下中空铜管进行构造的，所述中空铜管为0.028575m(11/8英寸)(外径(O.D.))×0.026949m(1.061英寸)(内径(I.D.))、得自麦克玛斯特-卡尔公司、零件号8967K111、壁厚为0.0008128m(0.032英寸)、长度为0.914m(3英尺)(如从麦克玛斯特-卡尔公司订购的)的铜管(直的)。“大管组件”是利用如下中空铜管进行构造的，所述中空铜管为0.050800m(2英寸)(O.D.)×0.049174m(1.936英寸)(I.D.)、得自麦克玛斯特-卡尔公司、零件号8967K77、壁厚为0.0008128m(0.032英寸)、长度为0.914m(3英尺)(如从麦克玛斯特-卡尔公司订购的)的铜管(直的)。
在这两种组件中，铜管排成列二维的大致规则性的阵列，其中利用管顶部和底部处两个0.003175m(0.125英寸)厚的铝板将所述阵列与边缘螺栓固定在一起。所述板具有0.002362m(0.093英寸)厚的圆形凹槽，其切入到板中以将各个管固定成所需的网格结构。屏障具有稍低于0.26m的宽度以及稍低于0.09m的高度，以便相对紧密地装配到管道内部。
小管组件(实例1)具有排列成方形网格图案(网格直径为0.029997m(1.181英寸))的三行管(每行包括7个沿中心位置的全管和位于两个边缘处的2个部分管，从而完全跨越了管道宽度)。大管组件(实例2)具有排列成方形网格图案(网格直径为0.0599948m(2.362英寸))的三行管(每行包括2个沿中心位置的全管和位于两个边缘处的2个部分管，从而完全跨越了管道宽度)。
为了测试每个声屏障，将声屏障设置在距管道的非扩散片端0.3048m(12英寸)的位置处。将3MTM ThinsulateTM声绝缘体包绕在声屏障周围以确保所有的空气均通过声屏障，而没有从其周围逃逸。将连接至Larson DavisTM型号2900B实时分析仪(RTA)的Larson DavisTM系统824声级计(SLM)(二者均得自美国纽约14043-2495迪皮尤市瓦尔登大街的拉森戴维斯公司的PCB电子分部(Larson Davis，Inc.，a PCB Electronics Div.，3425Walden Avenue，Depew，NY 14043-2495，USA))从管道与声屏障端相同的端(非扩散片端)0.1143m(4.5英寸)的位置处插入。将3MTMThinsulateTM声绝缘体罩在框和SLM上以尽可能地减少环境噪音。
使用压缩空气软管来将空气气流引入到管道中。将此软管在管道入口的底部处插入到扩散片中0.0508m(2英寸)。接通压缩空气并且一直保持，在此期间进行所有的声级测定。每个测定过程均由记录在SLM上的10秒构成。对于小管组件(实例1)、大管组件(实例2)以及对照组件(不具有声屏障的管道；比较例1)分别将该记录过程重复进行总共5次测定。将随频率(单位为Hz)变化的所得声压级测定(单位为dbA；即，A加权分贝量级)进行记录、平均以及绘图，所得的图形数据示于图3中。
将本文所引述的专利、专利文献、出版物中包含的参考说明内容以引用的方式全文并入本文，就如同将每个参考说明内容单独引入本文一样。对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可对本发明作出各种无法预见的修改和变动。应该理解的是，无意使本发明不当地受限于本文所述的示例性实施例和实例，并且这些实例和实施例仅以举例的方式给出，本发明的范围仅旨在受限于如下文所述的权利要求书。

Claims (25)

1.一种方法，包括(a)提供至少一个声屏障，所述声屏障包括设置在具有第一密度的第一介质中的结构的大致规则性阵列，所述阵列包括至少一行至少两个的所述结构，所述结构由具有大于所述第一密度的第二密度的第二介质制成，所述第二介质为粘弹性介质、弹性介质或它们的组合，并且所述第一介质为气态介质；以及(b)将所述至少一个声屏障设置在至少一个至少部分封闭的气流中，设置方式为使结构行在垂直于所述气流的流动方向的方向上延伸。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阵列为二维阵列、三维阵列或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阵列的填充因数在0.1到0.65的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态介质为空气。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二介质为：弹性介质；具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，所述纵向声波传播速度为所述横向声波传播速度的至少约30倍；或它们的组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二介质为粘弹性介质。
7.根据权利要求6所述的方法，其中至少在可听声频范围内，所述粘弹性介质的纵向声波传播速度为其横向声波传播速度的至少30倍。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述粘弹性介质选自粘弹性固体、粘弹性液体以及它们的组合。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述粘弹性固体和粘弹性液体在20℃下具有小于或等于5×106Pa的稳态剪切平台模量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述稳态剪切平台模量从高于所述粘弹性固体或所述粘弹性液体的玻璃化转变温度30开氏度延伸到100开氏度。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述粘弹性固体和所述粘弹性液体选自橡胶聚合物成分以及它们的组合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述橡胶聚合物成分选自弹性体、弹粘性液体以及它们的组合。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二介质为弹性介质。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性介质的纵向声波传播速度为至少2000米/秒。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述弹性介质为选自金属、金属合金、无机矿物质、玻璃态聚合物以及它们的组合的弹性固体。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构具有选自球体、圆柱体、至少部分中空的圆柱体以及它们的组合的构造。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构为中空的。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构具有包含除泡沫或纤维材料之外的材料的暴露表面。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少部分封闭的气流处于气体流动管道中。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在800Hz至10,000Hz的范围上提供大于或等于20dB的传输损耗。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述声屏障还包括至少一个局部谐振结构。
22.一种方法，包括(a)提供至少一个声屏障，所述声屏障包括实心或至少部分中空的柱状结构的大致规则性的二维或三维阵列，所述阵列排列成由具有第一密度的气体基质包围的方形网格图案，所述阵列包括至少一行至少两个的所述结构，所述结构由具有大于第一密度的第二密度的第二介质制成，所述第二介质为粘弹性介质、弹性介质或它们的组合；以及(b)将所述至少一个声屏障设置在至少一个气体流动管道内的至少一个气流中，设置方式为使结构行在垂直于所述气流的流动方向的方向上延伸。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述阵列为二维阵列，所述柱状结构为圆柱状结构，所述圆柱状结构具有包含除泡沫或纤维材料之外的材料的暴露表面，并且所述气体流动管道为建筑物的HVAC系统、运输车辆的HVAC系统、用于气体递送的面罩、包含风扇的消费者用具或它们的组合中的一部分。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述阵列包括1至4行至少两个的所述圆柱体结构，所述结构为包含由选自硅橡胶、丙烯酸酯聚合物、铜、铜合金、铝、铝合金以及它们的组合的材料的中空结构，并且所述结构跨越所述气流的横向截面的至少一部分。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述结构为包含至少一种金属、至少一种粘弹性材料或它们的组合的中空圆柱体结构。
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