CN102639795B - 声学面板、墙结构和路旁屏障 - Google Patents

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Abstract

一种面板（1），包括基本气密的薄膜层（3）以及其中具有孔（6）的层（5），其中，所述薄膜层（3）的覆盖孔（6）的每个部分限定了能够响应于入射到所述薄膜层（3）上的声波而振动且由此吸收至少一部分所述声波的能量的振动膜（9），所述孔（6）中的至少一些孔以集群（11）的方式布置，由此在集群（11）内的相邻的孔之间的最大距离小于（i）所述集群（11）内的孔（6）中的任何一个孔与（ii）所述集群（11）外的任何孔（6）之间的距离，所述面板（1）的由集群（11）的外周限定的每个区域都形成能够响应于声波而振动且由此吸收至少一部分所述声波能量的共振吸收器（13），其中，至少一个共振吸收器（13）能够提供在与单独的所述振动膜（9）中的至少一个振动膜的共振频率不同的频率处的声音吸收。

Description

声学面板、墙结构和路旁屏障
技术领域
本发明涉及一种相对于传统的气密面板(例如石膏板或干式墙)在宽频率范围上是吸音体的声学面板。根据本发明的面板适用于以与传统的石膏板面板相同的方式为建筑物的内墙或天花板加衬。根据本发明的面板还适用于为需要吸收噪音的其他结构加衬。各种形式的面板还适用于汽车应用以及作为吸音性的路旁屏障。
背景技术
建筑物例如房屋、办公室、餐馆、零售商店、医院等的内墙通常包括填充有石膏板面板的框架。墙的框架通常包括一系列的直立梁，该直立梁通常被称为立柱，石膏板面板安装至该立柱。面板安装至立柱以使得邻接面板的边缘相互抵接。然后用湿石膏涂覆边缘并且随后在石膏干燥的情况下磨光边缘以提供连续的墙表面。还通常对由石膏板面板产生的墙表面喷涂，以提供在审美上令人满意的外观。
一般而言，与比较软的气密材料相比，硬的实心材料例如石膏板面板更好地反射声音。在这一方面，入射到填充有石膏板的内墙上的声波也趋于被良好反射。即使在源停止发声之后，反射的声波还可以通过从其他墙和表面弹回而经历反射。这种现象已知为回响，且回响的声音能量消散60dB所经历的时间已知为回响时间。在封闭室例如房间中的回响可以对语音的可理解性产生显著的影响。在这一方面，如果回响时间过长，则难以对语音解释，这是因为房间中的回响声音起到了背景噪音的作用。
理想地，在建筑物的设计阶段考虑并解决回响问题。然而，在一些情况下，回响问题可能直到对建筑物的构建完成时才变得明显。在两种情况下都存在有可用于解决回响问题的各种选择。这些选择通常包括使用穿孔的吸音瓦、毯、帘、织物墙填充物以及其他软材料。不幸的是，这些选择中的许多选择都不能够与期望的审美外观充分地结合。
在其内容通过引用合并于此的第WO2009/023900号国际公布中公开的一种声学面板(以下称为“Bellmax面板”)通过提供一种下述吸音声学面板来试图解决审美外观的问题：该吸音声学面板模仿传统石膏板面板的样子和感觉，可以像传统石膏板一样被喷涂但仍然是吸音的，并且可以使用与传统石膏板的安装方法相同的安装方法安装。尽管Bellmax面板具有期望的审美外观，但是发现在喷涂后该Bellmax面板吸收声波能量的能力被限制于特定的频率。
附图中的图1提供了示出针对现有技术的喷涂的样本Bellmax面板在一定频率范围上的吸收系数的曲线图。样本Bellmax面板包括由纸制成的薄膜层以及由表面密度大约为1800g/m2(在没有孔的情况下)的纤维聚酯制成的下层吸音层。吸音层具有贯穿其的多个15mm的孔，这些孔为层提供了33％的开放区域。样本安装至具有墙型立柱的框架结构，其中表面密度大约为800g/m2的吸音材料位于样本后面的深度为25mm的墙型腔内。
图1中的曲线图证明样本Bellmax面板在大约300Hz和1700Hz处具有两个主吸收峰2、4，而在其他频率处几乎没有提供吸收。在300Hz处的吸收峰2是由于样本Bellmax面板与样本之后的墙型腔中的封闭气体容积区结合以作为面板吸收器而引起的。在该方面，面板吸收器是一种形式的共振振荡质点-弹簧系统，由此面板能够响应于入射到面板上的声波来共振，其中由封闭气体容积区提供隔音(dampening)。在1700Hz处的吸收峰4是由于薄膜层的覆盖15mm的孔而作为振动膜的各个部分而引起的。这些振动膜在被给予与其共振频率对应的频率的声波时以最大幅度振动，由此降低了声波能量。具有不同且增加的尺寸的孔可以用于加宽1700Hz以下的吸收的频率范围。然而，在大约350Hz与800Hz之间的频率以及低于350Hz的频率处的合适的吸收将需要Bellmax面板中的大地多的孔和/或样本后面的墙腔内的大地多的深度。孔的尺寸增加的问题是：覆盖孔的薄膜层的各个部分越来越难以保持与传统石膏板面板的表面光洁度相仿的表面光洁度，特别是在喷涂了薄膜层之后。此外，不能容易地将面板后面的封闭室的深度增加超出建筑物的墙腔的固定深度。
鉴于以上所述，将期望提供一种具有各种应用的能够在宽频率范围上吸收声波能量的声学面板。还将期望提供一种在用作为内墙衬时能够在被喷涂时与传统的石膏板面板的外观和感觉相仿的声学面板。这样的面板可以用于降低建筑物内部的回响。还将期望提供一种下述声学面板：该声学面板可以用在汽车应用中(例如在发动机舱的防火墙的上或者作为底衬)以降低声波能量以及至机动车的乘客室的热传递。还将期望提供一种可以用于室外应用比如路旁吸收性屏障的声学面板。
对本说明书中的文件、装置、动作或知识的任何讨论均被包括以说明本发明的上下文。不应该认为承认任何材料形成本文的权利要求的优先权日期当天或之前在澳大利亚或任何其他国家中的相关技术中的现有技术基础或者公知常识的一部分。
发明内容
根据处于其最广泛形式的本发明，提供了一种面板，该面板包括基本气密的薄膜层以及其中具有孔的层。该薄膜层的覆盖孔的每个部分限定了能够响应于入射到薄膜层上的声波而振动且由此吸收至少一部分该声波能量的振动膜。所述孔中的至少一些孔以集群的方式布置，由此在集群内的相邻的孔之间的最大距离小于(i)所述集群内的孔中的任何一个孔与(ii)在所述集群外的任何孔之间的距离。
根据更具体形式的本发明，提供了一种面板，该面板包括基本气密的薄膜层以及其中具有孔的层，其中，该薄膜层的覆盖孔的每个部分限定了能够响应于入射到薄膜层上的声波而振动且由此吸收至少一部分该声波的能量的振动膜，所述孔中的至少一些孔以集群的方式布置，由此在集群内的相邻的孔之间的最大距离小于(i)所述集群内的孔中的任何一个孔与(ii)在所述集群外的任何孔之间的距离，面板的由集群的外周限定的每个区域都形成能够响应于声波而振动且由此吸收至少一部分该声波能量的共振吸收器，其中，至少一个共振吸收器能够提供在与单独的振动膜中的至少一个振动膜的共振频率不同的频率处的声音吸收。
优选地，至少一个共振吸收器能够提供在比单独的振动膜中的至少一个振动膜的共振频率更低的频率处的声音吸收。在该方面，至少一个共振吸收器能够提供声音吸收的频率可以是至少一个共振吸收器的共振频率。
优选地，共振吸收器中的至少一个共振吸收器的共振频率低于单独的振动膜中的一个或更多个振动膜的共振频率。此外，共振吸收器的共振频率优选地与面板作为整体的共振频率不同。在优选的实施方式中，共振吸收器中的至少一个共振吸收器的共振频率在振动膜中的任何振动膜的共振频率与面板作为整体的共振频率之间。
面板的限定共振吸收器的区域与面板的其余区域相比可以具有每单位面积更小的质量。此外，集群内的孔可以给所述吸音层在所述共振吸收器内的部分提供大约60％或更大的开放区域。
在特别优选的实施方式中，集群基本均匀地分布在有孔层中。在该方面，集群可以基本以行和列布置，以使得有孔层的其余部分具有栅格状外观。
优选地，集群内的孔中的至少一些孔具有不同的尺寸。此外，集群中的一个或更多个集群内的孔可以基本为圆形并且直径范围在大约8mm与80mm之间。集群内的孔的尺寸和数目可以是基于对应的共振吸收器所需的共振频率而预先确定的。集群内的孔中的至少两个孔可以具有相同的尺寸。此外，多个集群可包括大约两个与七个之间的孔。集群内的相邻的孔可以间隔开大约2mm至6mm。
在一种实施方式中，所有孔都可以以集群的方式布置。在替选实施方式中，集群外的相邻的孔之间的距离大于或等于(i)集群内的任何孔与(ii)在所述集群外的最接近的孔之间的距离。集群外的孔可以给有孔层的其余部分提供大约40％或更少的开放区域。所述集群外的多个孔可以小于所述集群中的一个或更多个集群内的孔。此外，集群外的多个孔可以基本为圆形并且直径范围在大约10mm至20mm之间。集群外的相邻的孔可以间隔开大约8mm至20mm。在特别优选的实施方式中，集群外的多个孔具有基本相同的尺寸。尽管孔优选是圆形的，但是也可以是具有其他形状的孔。
有孔层和薄膜层的成分在某种程度上取决于所意在的面板的应用。对于面板的一些应用，有孔层由接合的纤维材料制成且厚度为大约4mm至15mm，优选的厚度为大约10mm。对于面板的其他应用，有孔层可以由合适的泡沫材料形成，泡沫材料例如基本上不可压缩的闭孔泡沫材料、酚醛泡沫材料、纤维增强泡沫材料或者纸板复合材料。
薄膜层可以由表面密度为大约45g/m2至70g/m2的纸例如牛皮纸或白土涂布纸制成。在薄膜层是用两层涂料喷涂的情况下，薄膜层的表面密度优选地为小于200g/m2，更优选地为在大约150g/m2和170g/m2之间。然而，对于许多应用而言，薄膜层优选地由聚合物膜、箔、被涂覆的箔或者具有箔衬的纸制成。薄膜层优选地接合至有孔层，其中薄膜层的覆盖孔的各个部分限定了振动膜。
在本发明的一种应用中，面板可以用作墙结构的墙面板，例如建筑物的内墙结构。墙结构包括面板可以固定在其上的框架。此外，多个墙面板可以安装至框架以由此提供连续的墙表面，由此每个面板的薄膜层都与墙表面平齐。以集群的方式布置孔给面板提供了一系列的共振吸收器，这些共振吸收器能够在被给予具有与这些共振吸收器的共振频率对应的频率的声波时以最大幅度振动，由此降低了声波能量。
因为共振吸收器具有与共振吸收器内的振动膜的共振频率不同的共振频率，所以面板能够吸收在更宽频率范围上的声波能量。共振吸收器的共振频率取决于共振吸收器内的振动膜的数目和尺寸以及集群中的各个孔之间的间隔。共振吸收器有利地避免了面板具有相对大的振动膜的需要，这是因为每个共振吸收器都能够给这样的振动膜提供相当的共振吸收。据此，面板可以在薄膜层中设置有相对较小的孔以及关联的振动膜。这在面板用作为建筑物的内墙面板的情况下特别有利，这是因为这使得能够保持薄膜层的表面光洁度以使得薄膜层能够与传统石膏板面板的外表面的平坦表面外观相仿。此外，较小振动膜的增加的百分比整体上提高了在对应频率处的吸收效率。
附图说明
根据以下对本发明的优选实施方式的描述，本发明的另外的益处和优点将变得明显。该描述不应该被认为是对之前章节中的任何陈述的限制。将参照以下附图来描述优选的实施方式，在附图中：
图1是示出了现有技术Bellmax面板样本在一定范围的频率处的吸收系数的曲线图；
图2是根据本发明的实施方式的一段面板的透视图，该图示出了薄膜层部分地覆盖有孔层；
图3是根据本发明的实施方式的下述有孔层的一个侧部的图示，至少一些孔以集群的方式布置，集群内的孔的直径为30mm和20mm而集群外的孔的直径为13mm；
图4是图3所示的有孔层的一部分的近视图，四个共振吸收器的边界示出为围绕集群的外周；
图5是根据现有技术的下述有孔层的一个侧部的图示，该有孔层的孔的尺寸和数目与图3所示的有孔层相同，但孔不以集群的方式布置；
图6是示出了对两种面板在一定范围的频率处的吸收系数的比较的曲线图，其中，所述面板之一具有如图3所示的根据本发明的实施方式的有孔层，而另一种面板具有如图5所示的有孔层；
图7是根据本发明的实施方式的具有一些以四个成集群的孔以及一些以六个成集群的孔的有孔层的一个侧部的图示；
图8是图7所示的有孔层的局部图，该图示出了孔的尺寸以及孔之间的间隔；
图9是根据本发明的实施方式的特别适用于要用作为内墙衬的面板的有孔层的一个侧部的图示；
图10和图11是根据本发明的另外的实施方式的有孔层的一个侧部的图示，该图示出了分别被设置成以六个孔成集群和以三个孔成集群的孔；
图12是根据本发明的另一种实施方式的有孔层的一个侧部的图示，该图示出了含有三个孔的集群以及在集群与集群外的以栅格图案布置的孔之间的间隔；
图13是根据本发明的另一种实施方式的所有孔都以集群的方式布置的有孔层的一个侧部的图示；
图14a是根据本发明的实施方式的结合了具有增强层的面板的墙型结构的一部分的横截面的图示；
图14b是根据本发明的实施方式的面板的一部分的透视图，该图示出了薄膜层部分地从面板移除并且增强层覆盖有孔层；
图14c是根据本发明的实施方式的面板的一部分的立体图，该图示出了薄膜层部分地从面板移除并且陶瓷纸中间层覆盖有孔层，其中，中间层的一小段被移除以暴露有孔层的角落部分；
图15是根据本发明的实施方式的结合了图14c所示的面板的、其中中间层稍微被压在有孔层中的孔中以提供气隙的墙型结构的横截面的图示；
图16是根据本发明的实施方式的结合了具有浮凸的中间层的面板的墙型结构的一部分的横截面的图示；以及
图17是根据本发明的另一种实施方式的结合了具有浮凸的中间层以及薄膜层二者的面板的墙型结构的一部分的横截面的图示。
具体实施方式
参照附图中的图2，示出了根据本发明的实施方式的面板1。面板1包括基本气密的薄膜层3以及其中具有孔6的层5。层5中的孔6优选地限定了贯穿层5(以下在本部分中称为有孔层5)的多个通道。在图2中薄膜层3的一部分已经从面板1移除，以使得能够更清楚地看到孔6。薄膜层3的覆盖通道的每个部分限定了振动膜9，该振动膜9能够响应于入射到薄膜层3上的声波而振动且由此吸收至少一部分声波能量。在该方面，每个振动膜9都具有下述共振频率：在振动膜9被给予具有与该振动膜的共振频率对应的频率的声波时，该振动膜9以最大幅度在所述共振频率处振动，由此降低了声波能量。一般而言，增加振动膜9的尺寸将使得振动膜的共振频率降低。
除了作为共振元件的每个单独的振动膜9之外，还通过将孔6中的至少一些孔布置成集群11来在面板1中设置另外的共振元件，由此与集群11外的那些孔6相比集群11内的孔6彼此间隔更紧密。更具体地，孔6中的至少一些孔以集群11的方式布置，由此集群11内的相邻的孔6之间的最大距离小于一方面集群11内的孔6中的任何一个孔与另一方面集群11外的任何孔之间的距离。面板1的由集群11的外周限定的每个区域都形成了能够响应于声波而振动且由此吸收至少一部分声波能量的共振吸收器13。与振动膜9类似，每个共振吸收器13都具有下述共振频率：在共振吸收器13被给予具有与该共振吸收器的共振频率对应的频率的声波时，该共振吸收器13以最大幅度在所述共振频率处振动，由此降低了声波能量。如图2所示，每个共振吸收器13都包括薄膜层3的由集群11的外周限定的一部分以及下面的有孔层5的由集群11的外周限定的一部分。
参照图2至图4、图7、图10和图11，限定了面板1的形成共振吸收器的区域的、集群11的外周包括：集群11内的每个孔6的边缘部分连同使集群11内的相邻的孔6邻接的假想线15。为了清楚起见，图3、图4、图5、图7至图13示出了其上没有薄膜层3的有孔层5。在图4中，与集群11内的相邻的孔6互连的假想线15包括四条切线。每条切线都与集群11内的两个相邻的孔6的边缘部分相交。由四条切线所围的区域是共振吸收器的区域。相比之下，图11所示的集群11内的邻接孔6之间的假想线15位于集群11内的邻接孔6之间的最短距离处。因此，邻接孔6之间的假想线15可以是集群11内的邻接孔6之间的切线或者在集群11内的邻接孔6之间的最短距离处的线或者其间任何位置处的线。
无论假想线15的确切位置如何，面板1的限定了共振吸收器的区域与面板1的其余区域相比具有每单位面积较低的刚度和较小的质量。在该方面，参照图4，可以看到集群11内的孔6间隔紧密，由此给有孔层5在每个共振吸收器内的部分8提供大约60％至80％的开放区域。据此，面板1的由共振吸收器限定的区域与面板1的其余区域相比具有每单位面积低的质量，这是因为集群11外的孔6更加间隔开而由此给有孔层5的其余部分10提供大约15％至35％的开放区域。孔6在集群11内的定位由此给面板1提供了相对于面板1的其余部分来说每单位面积的质量为低的区域。换言之，面板1的刚度随着作为与面板1的其余部分相比刚度较小的区域的共振吸收器而变化。正是共振吸收器每单位面积的相对较低的刚度或较低的质量，才使得共振吸收器能够具有与面板1作为整体所不同的谐振频率。
集群11优选地均匀分布在有孔层5中，其中，集群11外的孔6相对较小并且间隔了相对更大的距离，以给有孔层5的其余部分提供栅格状外观。在集群11内的相邻的孔6之间设置大约相等的距离。如图3和图7所示，集群11可以基本上以列和行均匀地布置。如图3、图7、图9至图13所示，每个集群11内含有的孔6的数目是可变的，最小数目是三，而优选的数目在四和七之间。此外，在图13所示的实施方式中，所有孔6都可以以集群11的方式设置。
在图7所示的有孔层5的实施方式中，集群11中的一些集群含有四个孔6，而其余的集群11含有六个孔6。据此，那些具有六个孔6的共振吸收器的共振频率与那些仅具有四个孔6的共振吸收器的共振频率不同。
尽管不是按比例的，但是图8提供了对图7所示的有孔层5中的孔6之间的间隔以及孔6的大约尺寸的指示。含有四个孔6的集群11的尺寸大约为54mm乘55mm，且包括直径为21mm的两个孔以及直径为30mm的两个更大的孔。含有六个孔6的集群11的尺寸大约为54mm乘84mm，且具有直径为21mm的两个孔、直径为25mm的两个孔以及直径为30mm的两个孔。有孔层5的其余或栅格部分中的孔6的直径为12mm和15mm。集群11内的相邻的孔6以大约为2mm和6mm之间的间距间隔开。有孔层5的其余或栅格部分中的孔6隔开大约8mm至20mm。集群内的孔6可以具有范围为从5mm至80mm的直径。集群内的相邻的孔之间的最大距离小于i)集群内的孔中的任何一个孔与ii)集群外的任何孔之间的距离。换言之，如图8所示，集群内的相邻的孔之间的距离X小于距离Y。此外，集群外的相邻的孔之间的距离Z大于或等于距离Y。
参照图12，集群11外的孔6可以以栅格图案布置并且与切线12对准。集群11外的孔6可以与从集群11中的孔6画出的切线14间隔大约10mm至15mm。集群11外的孔6可以用于为集群11确定不同频率。在本发明的另外的实施方式中，有孔层5中的所有孔6都可以以集群11的方式布置，如图13所示。
参照图8所示的尺寸，当图7所示的有孔层5覆盖有薄膜层3以提供面板1时，有效地设置有八个共振元件。第一共振元件是12mm的振动膜、第二共振元件是15mm的振动膜、第三共振元件是21mm的振动膜、第四共振元件是25mm的振动膜、第五共振元件是30mm的振动膜、第六共振元件是含有四个孔6的共振吸收器、第七共振元件是含有六个孔6的共振吸收器、而第八共振元件是整体作为面板吸收器的面板1。12mm振动膜的共振频率为大约2000Hz、15mm振动膜的共振频率为大约1600Hz、21mm振动膜的共振频率为大约1250Hz、25mm振动膜的共振频率为大约1000Hz而30mm振动膜的共振频率为大约800Hz。含有四个孔的共振吸收器的共振频率为大约500Hz至630Hz，而含有六个孔的共振吸收器的共振频率为大约400Hz至500Hz。
除了通过单独的振动膜9和共振吸收器的共振吸收之外，面板1作为整体与面板1后面的封闭气体容积区结合起来作为面板吸收器。在该方面，面板1作为整体能够响应于入射到面板1上的声波而共振，由封闭气体容积区提供隔音。在面板1安装在具有包括多个墙立柱的框架的墙结构中时，邻接的墙立柱之间的腔提供了封闭气体容积区。面板1可以通过使用钉子、螺钉、粘合剂等以与传统石膏板面板相同的方式紧固至墙立柱。还可以将吸音材料置于腔中，而在面板1后面的腔的深度可以改变以使面板吸收器提供峰值吸收的频率变化。对于面板的其他应用例如作为路旁吸音障碍，面板1以与框架结构类似的形式安装，由此在面板1后面提供封闭气体容积区。
薄膜层3对气流是基本不透的。薄膜层3可以由纸制成，例如通常被称为白土涂布纸的类型的纸。还可以使用其他类型的纸，例如墙纸、高湿强度牛皮纸。然而，优选的是薄膜层3由聚合物膜制成，例如聚酯、聚乙烯、聚丙烯、BOPP、含氟聚合物、PVC、EVA或者金属箔。薄膜层3还可以是多层的并且包括上述材料的组合。在未喷涂的情况下，优选地，薄膜层3的厚度不大于大约0.05mm而表面密度为大约45g/m2至70g/m2。对于将面板作为内墙衬的应用，白土涂布纸可以用于薄膜层3。纸的白土成分提供了在施用涂料时防止涂料渗入到纸中的密封。此外，白土成分消除了首先要用内涂层对纸喷涂的需要。在用头两层涂料喷涂时，薄膜层3的表面密度优选地为小于200g/m2，更优选地在大约150g/m2和170g/m2之间。据此，在喷涂薄膜层3时，干燥的涂料提供了大约60％至70％的振动膜9表面密度。在施用涂料期间，随着涂料干燥涂料趋于收缩并且变平坦，这给振动膜9提供了张力。
对薄膜层3的喷涂还对振动膜9的吸音能力有影响。在该方面，每层涂料都稍微地使振动膜9共振频率处的峰值声音吸收降低。此外，每层涂料提供的振动膜9的表面密度的增加趋于使振动膜9共振频率稍微地降低。此外，每层涂料都使得振动膜9的声音吸收峰变窄。因为这些原因，优选的是向薄膜层3施用不多于两层的涂料。
薄膜层3可以用粘合剂接合至有孔层5。例如，聚乙烯、低密度聚乙烯(LPDE)、EVA或其组合的薄层可以设置在有孔层5和/或薄膜层3上，加热以将薄膜层3层压至有孔层5。还可以在施用薄膜层3之前将金属箔例如铝箔施用至有孔层5。在该方面，可以使用聚乙烯纤维或者被加热以将箔层压至有孔层5的粉末来将箔层压至有孔层5。类似地，箔可以以这种方式接合至薄膜层3或者可替换地可以使用聚乙烯接合层。优选地，在孔6形成在有孔层5中之前来施用箔，以使得孔6可以通过单个穿孔动作同时形成在箔和有孔层5中。优选地，箔的厚度为大约50μm。
有孔层5提供了面板1的大部分并且可以由具有吸音性质的材料制成。例如，有孔层5可以由可压缩纤维材料制成，比如接合的无纺聚酯、聚酯混合物、石棉、玻璃纤维或者其他的纤维聚合物。取决于面板1的应用，还可以使用其他材料，比如开或闭孔泡沫材料、酚醛泡沫材料、纤维增强泡沫材料、纸板。对于面板1作为建筑物的内墙的衬的应用，有孔层5的厚度为大约9mm至10.5mm，优选地为10mm以匹配10mm厚的石膏板，而表面密度(在没有孔的情况下)在大约1000g/m2和2000g/m2之间。其他厚度将会匹配其他石膏板厚度，比如7mm、13mm和16mm。优选地，有孔层5的表面密度(在没有孔的情况下)为大约1700g/m2。有孔层5还可以包括大约5％至20％的阻燃纤维、40％的熔化纤维以及45％至55％的再生PET。有孔层5给面板1提供有结构刚度，并且可以取决于用于层5的材料来构造有孔层5以使得有孔层5的相对的侧部比侧部之间的中间区域的密度显著更大。在该方面，在层5由无纺聚酯制成时，可以高度地变薄(lap)、针刺(needle)以及加热在层5的侧部处的无纺聚酯纤维，以压缩纤维并给侧部提供有相对平滑且平坦的表面光洁度。相比之下，中间区域中的无纺聚酯纤维以较低的程度被压缩。有孔层5的中间区域中的相对较低的密度可以有助于使声音吸收峰加宽，特别是在声音吸收主要是由于面板1作为整体用作面板吸收器而引起的较低的频率处。总体密度小于200kg/m3的其他合适的材料如泡沫材料或纸板复合材料也可以是合适的。
对于面板1作为建筑物的内墙的衬的应用，优选地，面板1的长度为大约2400mm、宽度为大约1200mm，且面板1具有与传统的石膏板面板的边缘部分匹配的斜边缘。这可以改变以适于客户偏好以及制造效率。面板1的总体厚度优选地与传统石膏板相同。然而，面板1的临近边缘的厚度减小。因此，面板1的厚度朝着与具有传统的石膏板面板的边缘类似的边缘的边缘部分逐渐减小。据此，通过使用传统的湿石膏接合技术，可以将石膏填充物设置在边缘部分上，以使得面板1可以无缝结合到墙结构中，其中薄膜层3通过石膏填充物以及石膏板面板的外面提供连续的墙表面。一旦喷涂，连续的墙表面就具有与仅由石膏板面板制成的墙结构的外观相同的外观。图9中示出了有孔层5，该有孔层5特别适用于要被用作为内墙衬的面板。该有孔层5被分成四个有孔部分。各有孔部分被间隔开以使得在有孔部分之间的区域16能够与墙结构的墙立柱对准。
下表提供了对下述各种共振机构的指示：根据本发明的面板可以利用这些共振机构以将特定的声波频率作为目标并且提供在宽频率范围上的吸收。
上表表明，为了提供在大约315Hz处的峰值吸收，理想地，应该给面板1在面板的后面安装深度为大约25mm的封闭气体容积区。为了在频率为250Hz处的吸收，面板应该具有深度为大约35mm的腔，在200Hz处，深度应该为大约50mm，在160Hz处，深度应该为大约95mm。
图6是示出了对两种面板在一定频率范围处的吸收系数的比较，所述面板之一具有如图3所示的根据本发明的实施方式的集群有孔层5，另一种面板具有如图5所示的根据现有技术的层，所述层具有均匀间隔开的孔的配置。图3和图5中的各个受测层5都是由纤维材料制成的。此外，两个层5都具有相同数目的13mm的孔、20mm的孔和30mm的孔并且两个层都设置有大约40％的开放区域。图3中的层具有以集群11的方式布置的20mm的孔和30mm的孔，而图5中的孔均匀地间隔开。受测面板还被安装成在面板的后面提供深度为25mm的腔。此外，腔中具有表面密度为800g/m2吸音材料。两个面板的薄膜层都还喷涂有两层涂料。图6中的曲线图示出，与具有均匀间隔开的孔的面板相比，具有集群的面板在400Hz至大约800Hz之间的频率处提供了显著更好的声音吸收。曲线图表明根据本发明的面板通过利用共振元件的组合能够在宽频率范围上提供极好的吸收。
在附图中的图14a和图14b中，示出了根据本发明的另外的实施方式的面板1。贯穿附图使用了相同的附图标记来指代等效特征。在该特定的实施方式中，面板1包括有孔层5与薄膜层3之间的、增强层51形式的另外的层。在图14b中将一部分薄膜层3从面板1移除，以使得也可以更加清楚地看到增强层51。增强层51中可以具有一系列的洞53，该洞53的直径可以最高达大约25mm。如在图14b中最好地看到的，洞53部分地覆盖了有孔层5中的孔。洞53还可以稍微交叠以提供多种直径。与有孔层5中的孔的方式类似，洞53可以集群在一起或者以以栅格状形式布置。增强层51有利地使得面板1具有更好的表面光洁度。在该方面，由聚合物膜制成的薄膜层3具有稍微地沉降到有孔层5中的较大的孔中的趋势，而增强层51能够在孔上给薄膜层3提供附加的支撑。增强层51中的洞53可以给该层提供最高达50％的开放区域。优选地，增强层51以及各个覆盖层的组合重量不多于面板1的总重量的大约15％至30％。增强层51优选地足够厚以防止薄膜层3中的振动膜接触有孔层5。优选地，增强层51的厚度为至少大约0.15mm，(在没有孔的情况下)表面密度为100g/m2至500g/m2，并且增强层51可以由以下材料制成：纸板，聚合物片如聚碳酸酯片、纤维聚合物片，泡沫或泡沫橡胶片，陶瓷纸或玻璃/矿物纤维片。
在附图中的图14c和图15中，示出了根据本发明的另外的实施方式的面板1。在该特定的实施方式中，面板1包括位于薄膜层3与有孔层5之间的中间层10形式的另外的层。图14c所示的面板1特别适用于给建筑物的内墙加衬，并且该面板1在图15中以墙型结构示出，其中，在面板1的后面的封闭气体容积区填充有隔层(insulation)26。在图14c中，将一部分中间层10从面板1移除，以使得可以更加清楚地看到孔6。在图14c中，还将一部分薄膜层3从面板1移除，以使得也可以更加清楚地看到中间层10。在图14c中，中间层10直接接合至薄膜层3并且以类似的方式直接接合至有孔层5。然而，在薄膜层3覆盖孔6之处薄膜层3没有接合至中间层10，以使得薄膜层3的覆盖孔6的那些部分响应于入射到薄膜层3上的声波独立于中间层10而自由振动。
在图14c所示的面板1的实施方式中，薄膜层3对气流是基本不透的并且由聚合物膜来制成。可替换地，薄膜层3可以由金属箔或纸、优选地由白土涂布纸来制成。还可以使用其他类型的纸，例如墙纸、高湿强度牛皮纸。面板1的中间层10位于薄膜层3与有孔层5之间并且覆盖了有孔层5的侧面以使得所有的孔6都优选地被中间层10所覆盖。在图14c和图15所示的面板1的实施方式中，中间层10由具有陶瓷纤维的纸制成。优选地，陶瓷纸的厚度为大约1mm，并且陶瓷纸由于其阻燃以及耐高温的能力而可以有利地作为防火墙。在该方面，陶瓷纸的熔点为1300℃。
在包括中间层10的面板1的实施方式中，可以设置其他附加层，而不是如图14c和图15所示将薄膜层3直接接合至中间层10。例如，可以设置薄膜层3可以直接与其接合的金属箔和/或纤维层。类似地，可以设置有孔层5可以直接与其接合的附加层，而不是如图14c和图15所示将有孔层5直接接合至中间层10。因此，中间层10可以夹在可以是多孔的或者非多孔的附加层之间，而不是直接接合至薄膜层3和有孔层5。为了将中间层10接合至有孔层5，可以将粉末状的低密度聚乙烯(LDPE)放置到有孔层5上，然后加热以熔化LDPE粉末，从而将有孔层5接合至中间层10。这优选地通过使用带式层压机(belt laminator)在150℃以上的温度处实现。
中间层10优选地是多孔的且由纤维材料或泡沫材料制成，并且表面密度优选地为小于400g/m2。例如，中间层10可以由纤维聚合物片、开孔泡沫或泡沫橡胶片制成。还可以使用其他材料，如纤维陶瓷纸、无纺玻璃/矿物纤维以及聚合物。中间层10给在下面的有孔层5提供了一定程度的保护，优选地是阻燃的并且可以经受住极端温度而基本不受损。此外，中间层10通过防止面板1后面的反射声音被反射回来例如被反射到室中，来改进面板1的声学性能。此外，通过设置纤维材料的中间层10，孔6的边缘通过中间层10掩蔽且软化，这在面板1的薄膜层3被喷涂的情况下带来光滑地多的表面光洁度。
薄膜层3可以使用合适的接合剂来接合至中间层10。在该方面，薄膜层3例如聚合物膜可以是双层的，这是因为该薄膜层3可以具有下层例如LDPE层，该下层能够使用带式层压机熔化以将薄膜层3接合至中间层10。因为在薄膜层3覆盖孔6的地方薄膜层3不接合至中间层10，所以实际上小气穴或气隙17设置在中间层5与薄膜层3之间，如在图15中可最好地示出。为了增加气隙17的深度，可以在制造期间将中间层10稍微地压到孔6中、或者中间层10可以像这样预成型，以使得优选地设置深度为大约1mm至4mm的一系列凹陷或下陷。因为下陷处于稍微在中间层10的其余部分以下，所以可以例如通过使用滚轮以不向下陷给予接合剂的方式将接合剂施用至中间层10。据此，然后薄膜层3可以在不接合至下陷的情况下接合在中间层10的上面。
在附图的图16中，示出了面板1的另外的实施方式。在该特定的实施方式中，面板1具有下述中间层10：该中间层10是浮凸的以给该层提供有一系列锯齿状缺口。类似地，薄膜层3也可以是浮凸的以提供类似的一系列锯齿状缺口，如图17中示出的实施方式所示。使薄膜层3浮凸使得与平坦的薄膜层3相比在振动膜上的张力减小。在图16和图17所示的实施方式中，薄膜层3优选地由金属箔形成。下面的中间层10也可以由非多孔的材料如铝形成。因为在本实施方式中中间层10是非多孔的，所以优选地，中间层10的表面密度小于大约400g/m2，而厚度不大于大约2.5mm，优选地为1mm。本实施方式中的有孔层5还可以由金属片比如铝构造成，(在无孔的情况下)表面密度在大约1000g/m2和3000g/m2之间。还可以在面板1的后面的腔中设置隔层26。
本发明有利地提供了一种可以代替传统的石膏板面板用在建筑物内部的面板。根据本发明的面板能够在宽频率范围上提供声音吸收并且可以为特定的频率定制。同时，可以对面板进行喷涂从而保持平滑、平坦且具有与传统的石膏面板相同的外观的外表面。通过将面板结合到内墙中，可以获得更低的回响时间，由此降低回响的噪音从而改进语音的可理解性。本发明的面板有利地能够用在墙结构中，以产生与用传统石膏板面板加衬的墙的审美外观相同的审美外观的墙。此外，根据本发明的面板有利地能够以在审美上令人满意的方式集成到墙结构中。此外，可以利用与传统石膏板面板相同的方式和技巧来喷涂以及安装面板。
面板还适用于：汽车应用，其中面板会经受来自引擎或排气系统的热；以及其他户外应用，如路旁吸音屏障。
由于在不背离本发明的基本特性的情况下本发明可以以几种形式实施，因此应该理解的是，不应该将以上描述的实施方式认为是对本发明的限制而是应该被更宽泛地理解。各种修改和等效设置意在被包括在本发明的实质和范围内。

Claims (25)

1.一种面板，包括基本气密的薄膜层以及其中具有孔的层，其中，所述薄膜层的覆盖孔的每个部分限定了能够响应于入射到所述薄膜层上的声波而振动且由此吸收至少一部分所述声波的能量的振动膜，所述孔中的至少一些孔以集群的方式布置，由此集群内的相邻的孔之间的最大距离小于(i)所述集群内的孔中的任何一个孔与(ii)所述集群外的任何孔之间的距离，所述面板的由集群的外周限定的每个区域都形成能够响应于声波而振动且由此吸收至少一部分所述声波能量的共振吸收器，其中，至少一个共振吸收器能够提供在与单独的所述振动膜中的至少一个振动膜的共振频率不同的频率处的声音吸收。
2.根据权利要求1所述的面板，其中，所述共振吸收器中的至少一个共振吸收器的共振频率低于一个或更多个单独的振动膜的共振频率。
3.根据权利要求1或2所述的面板，其中，所述共振吸收器的共振频率与所述面板作为整体的共振频率不同。
4.根据权利要求2所述的面板，其中，所述共振吸收器中的至少一个共振吸收器的共振频率在所述振动膜中的任何振动膜的共振频率与所述面板作为整体的共振频率之间。
5.根据权利要求3所述的面板，其中，所述共振吸收器中的至少一个共振吸收器的共振频率在所述振动膜中的任何振动膜的共振频率与所述面板作为整体的共振频率之间。
6.根据权利要求1所述的面板，其中，所述面板的限定所述共振吸收器的各个区域与所述面板的其余区域相比具有每单位面积更小的质量。
7.根据权利要求6所述的面板，其中，所述集群内的孔给所述有孔层在所述共振吸收器内的部分提供60％或更大的开放区域。
8.根据权利要求1所述的面板，其中，所述集群基本均匀地分布在所述有孔层中。
9.根据权利要求8所述的面板，其中，所述集群基本以行和列布置，以使得所述有孔层的其余部分具有栅格状外观。
10.根据权利要求1所述的面板，其中，所述集群内的孔中的至少一些孔具有不同的尺寸。
11.根据权利要求1所述的面板，其中，所述集群中的一个或更多个集群内的孔基本为圆形并且直径范围在8mm与80mm之间。
12.根据权利要求1所述的面板，其中，所述集群内的孔的尺寸和数目是基于对应的共振吸收器所需的共振频率而预先确定的。
13.根据权利要求11或12所述的面板，其中，所述集群内的孔中的至少两个孔具有相同的尺寸。
14.根据权利要求1所述的面板，其中，集群内的相邻的孔间隔开2mm至6mm。
15.根据权利要求1所述的面板，其中，所述有孔层由吸音材料制成。
16.根据权利要求1所述的面板，其中，所有所述孔都以集群的方式布置。
17.根据权利要求1所述的面板，其中，在所述集群外的相邻的孔之间的距离等于或大于(i)所述集群内的任何孔与(ii)所述集群外的最接近的孔之间的距离。
18.根据权利要求17所述的面板，其中，所述集群外的孔给所述有孔层的所述其余部分提供了40％或更少的开放区域。
19.根据权利要求17或18所述的面板，其中，所述集群外的多个孔小于所述集群中的一个或更多个集群内的孔。
20.根据权利要求19所述的面板，其中，所述集群外的多个所述孔基本为圆形并且直径范围在10mm和20mm之间。
21.根据权利要求17所述的面板，其中，所述集群外的相邻的孔间隔开8mm至20mm。
22.一种墙结构，包括框架以及安装至所述框架的墙面板，其中，所述墙面板是根据权利要求1所述的面板。
23.根据权利要求22所述的墙结构，其中，多个墙面板安装至所述框架，以由此提供连续的墙表面。
24.根据权利要求23所述的墙结构，其中，每个面板的所述薄膜层都与所述墙表面平齐。
25.一种路旁屏障，包括根据权利要求1所述的面板。
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