CN110769348A - 一种谐振单元、声学结构和声学系统 - Google Patents

Abstract

一种谐振单元、声学结构和声学系统，所述谐振单元包括：弹性部，用于提供所述谐振单元的弹性储能；刚性部，用于提供所述谐振单元的惯性质量；所述谐振单元包括安装端和自由端，所述安装端用于与振声结构相连，所述自由端与所述安装端位于所述振声结构的同侧，所述自由端背离所述振声结构；所述弹性部与所述刚性部相互配合将所述自由端密闭。通过上述结构，实现同时有效且宽频地抑制结构噪声和降低空气噪声传播的效果。

Description

一种谐振单元、声学结构和声学系统

技术领域

本发明实施例涉及声学领域，特别涉及一种谐振单元、声学结构和声学系统。

背景技术

家用电器、工业管道、建筑墙体和交通运载工具等结构在振源或声源激励下产生振动并辐射噪声，称为结构振声问题。按照实施抑振降噪对象的不同，可将抑振降噪手段分为三类：一是直接对振源或声源进行处理，常见的振源或声源为动力装置、压力脉动和冲击激励等。因此，一方面很难直接降低振源或声源的激励量级，另一方面即便可以采用某些抑振降噪手段，却往往涉及到振源或声源(例如汽轮机、内燃机和电动机等动力装置)的生产和装配工艺成本的飙升或者高速、高温和高湿环境的施工和长期服役等问题；二是对接收者进行处理，例如佩戴被动式或主动式降噪耳罩。然而，这种手段给人的舒适程度和语音交流带来不便。三是在振声传递路径上进行抑振降噪处理，这种方式既不会涉及直接对振源或声源实施抑振降噪手段时所面对的复杂问题，也不会影响人的舒适程度和语音交流，是实际抑振降噪工程中最常采用的方式。

在振声传递路径上进行抑振降噪处理的传统技术手段无外乎两种：一是直接在振声结构上贴附阻尼材料或者动力吸振器，以抑制结构振动的传播。但是这种技术对已经从振声结构逃逸到空气中传播的空气噪声无能为力；二是在振源或声源以及接收者之间放置隔声或吸声屏障，以阻碍空气噪声的传播。不过这种技术却对沿振声结构传播的结构振动无能为力。因此，很难以一种声学结构或控制方法同时有效抑制结构振动的传播以及降低空气噪声的传播。

由于结构振声问题的核心在于固体-流体这两种机械波载体在交界面产生的复杂波型转化和能量传输关系，如何有效控制振声结构在固体-流体交界面处的波动特性成为解决结构振声问题的关键。

因此，需要一种贴附于振声结构的声学结构，能够同时有效且宽频地抑制结构振动的传播以及降低空气噪声的传播。

发明内容

本发明的实施例提供一种谐振单元，包括：弹性部，用于提供所述谐振单元的弹性储能；刚性部，用于提供所述谐振单元的惯性质量；所述谐振单元包括安装端和自由端，所述安装端用于与振声结构相连，所述自由端与所述安装端位于所述振声结构的同侧，所述自由端背离所述振声结构；所述弹性部与所述刚性部相互配合将所述自由端密闭。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部还包括中空区域。

在本发明的一些实施例中，所述的中空区域填充有具备吸声性能的轻质多孔材料。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部靠近所述自由端的一端包裹所述刚性部。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部靠近所述安装端的一端的侧壁具有开口。

在本发明的一些实施例中，所述刚性部靠近所述安装端的一端具有凹腔，多个所述弹性部于所述凹腔内支承所述刚性部。

在本发明的一些实施例中，还包括支承部，用于支承所述刚性部和所述弹性部，所述支承部用于与振声结构相连。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部为环形结构，所述刚性部覆盖所述环形结构的空心部分。

在本发明的一些实施例中，所述支承部的内侧还包括凸台，所述凸台用于支承所述弹性部。

在本发明的一些实施例中，还包括封盖部，所述封盖部的侧壁的内侧具有凸台；所述封盖部用于密闭所述自由端。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部为薄片，所述刚性部贴附于所述薄片的至少一端的表面。

在本发明的一些实施例中，所述支承部还包括散热结构。

在本发明的一些实施例中，所述支承部的散热结构为所述支承部的侧壁外侧的凸起或翅片。

在本发明的一些实施例中，所述谐振单元还包括至少一个级联的子谐振单元，所述级联的子谐振单元包括相连的弹性部和刚性部，所述至少一个级联的子谐振单元层叠于所述谐振单元。

在本发明的一些实施例中，所述至少一个级联的子谐振单元层叠于所述谐振单元的所述刚性部。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部的阻尼损耗因子为0.01至0.9。

在本发明的一些实施例中，所述谐振单元的长度为10mm至200mm，高度为1mm至50mm。

在本发明的一些实施例中，所述刚性部的密度为0.1kg/cm³至15kg/cm³。

在本发明的一些实施例中，所述刚性部的面积大于或等于自由端面积的30％。

本发明的实施例还提供一种声学结构，包括至少一个谐振单元，所述谐振单元包括：弹性部，用于提供所述谐振单元的弹性储能；刚性部，用于提供所述谐振单元的惯性质量；所述谐振单元包括安装端和自由端，所述安装端用于与振声结构相连，所述自由端与所述安装端位于所述振声结构的同侧，所述自由端背离所述振声结构；所述弹性部与所述刚性部相互配合将自由端密闭。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部还包括中空区域。

在本发明的一些实施例中，所述的中空区域填充有具备吸声性能的轻质多孔材料。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部靠近所述自由端的一端包裹所述刚性部。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部靠近所述安装端的一端的侧壁具有开口。

在本发明的一些实施例中，所述刚性部靠近所述安装端的一端具有凹腔，多个所述弹性部于所述凹腔内支承所述刚性部。

在本发明的一些实施例中，还包括支承部，用于支承所述刚性部和所述弹性部，所述支承部用于与振声结构相连。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部为环形结构，所述刚性部覆盖所述环形结构的空心部分。

在本发明的一些实施例中，所述支承部的内侧还包括凸台，所述凸台用于支承承所述弹性部。

在本发明的一些实施例中，还包括封盖部，所述封盖部的侧壁的内侧具有凸台；所述封盖部用于密闭所述自由端。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部为薄片，所述刚性部贴附于所述薄片的至少一端表面。

在本发明的一些实施例中，相邻谐振单元之间无间隙，相邻谐振单元的支承部的侧壁共用。

在本发明的一些实施例中，所有谐振单元之间相互贯通，所述支承体将所有谐振单元的安装端整体密封。

在本发明的一些实施例中，所述支承体将所有谐振单元中的每个安装端单独密封。

在本发明的一些实施例中，所述支承部还包括离散分布的块状结构或柱状结构。

在本发明的一些实施例中，所述支承部为十字块、五边形块、多边形块或短柱。

在本发明的一些实施例中，所述安装端还包括安装部，所述安装部通过粘合剂与所述振声结构相连。

在本发明的一些实施例中，相邻所述谐振单元间通过连接部相连。

在本发明的一些实施例中，所述连接部为点块状或长条状结构。

在本发明的一些实施例中，所述连接部为弹性结构，所述连接部的材料为橡胶、硅胶或乳胶。

在本发明的一些实施例中，所述支承部还包括散热结构。

在本发明的一些实施例中，所述支承部的散热结构为所述支承部的侧壁外侧的翅片或凸起。

在本发明的一些实施例中，所述谐振单元还包括至少一个级联的子谐振单元，所述级联的子谐振单元包括相连的弹性部和刚性部，所述至少一个级联的子谐振单元层叠于所述谐振单元。

在本发明的一些实施例中，所述至少一个辅助谐振单元层叠于所述谐振单元的所述刚性部。

在本发明的一些实施例中，所述弹性部的阻尼损耗因子为0.01至0.9。

在本发明的一些实施例中，所述谐振单元的长度为10mm至200mm，高度为1mm至50mm。

在本发明的一些实施例中，所述刚性部的密度为0.1kg/cm³至15kg/cm³。

在本发明的一些实施例中，所述刚性部的面积大于或等于自由端面积的30％。

本发明的实施例还提供一种声学系统，包括：振声结构；还包括如上任一所述的谐振单元，所述谐振单元贴附于所述振声结构的至少一个表面。

在本发明的一些实施例中，多个所述谐振单元之间具有间隙，所述间隙、所述谐振单元的侧壁和所述振声结构的表面形成亥姆霍兹共振腔。

在本发明的一些实施例中，所述振声结构的形状为管道状。

本发明的实施例还提供一种声学系统，包括：振声结构；还包括如上任一所述的声学结构，所述声学结构贴附于所述振声结构的至少一个表面。

在本发明的一些实施例中，所述振声结构的形状为管道状。

在本发明的一些实施例中，所述振声结构的表面上叠加有多个所述声学结构。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

本发明在振声结构表面铺设内含谐振单元的声学结构，将振声结构表面离散化为活塞式振动单元，一方面利用多个谐振单元产生的局域共振带隙效应和布拉格散射带隙效应抑制振声结构的振动及结构噪声传播，另一方面利用各个谐振单元产生的极小辐射声阻减小空气噪声辐射及传播。

进一步，通过设计声学结构包含的谐振单元中弹性部和刚性部的结构形式、尺寸大小、连接关系等尽量拉宽谐振单元最低频率的相邻共振态之间的频率间距，从而拓展谐振单元的工作频率带宽。

进一步，所述谐振单元在阵列形成声学结构时，可以有离散形式、连续形式以及层叠形式等多种方式，可满足不同噪声频率的结构振声应用场景和不同振声结构表面的安装条件。

进一步，所述谐振单元在贴附于振声结构表面时，还可在安装端增设安装部，除了可保证施工过程中的安装精度，还可简化施工工艺。

进一步，本发明实施例中的声学结构还包含一种具有散热结构的谐振单元，用以增加散热面积，不但不会影响贴附声学结构后振声结构表面的散热效果，反而还可一定程度地提高散热效率。

附图说明

图1是一个典型的结构振声应用场景示意图；

图2是声学结构在固体-流体交界面发生的能量传输关系；

图3是本发明实施例中谐振单元的一种结构示意图；

图4是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图5是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图6是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图7是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图8是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图9是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图10是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图11是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图12是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图13是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图；

图14是本发明实施例中一种声学结构的结构示意图；

图15是图14中的谐振单元间的连接结构示意图；

图16是本发明实施例中另一种声学结构的结构示意图；

图17是本发明实施例中另一种声学结构的结构示意图；

图18是本发明实施例中另一种声学结构的结构示意图；

图19是本发明实施例中一种声学系统的结构示意图；

图20是图19中声学系统的法向入射传声损失测试系统示意图；

图21是图19中声学系统的法向入射传声损失测试结果；

图22是图19中声学系统的振声试验测试系统的示意图；

图23是图19中声学系统的近场声压响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果；

图24是图19中的声学系统的远场声压响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果；

图25是图19中声学系统的一号加速度传感器位置的加速度响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果；

图26是图19中声学系统的二号加速度传感器位置的加速度响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果；

图27是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图；

图28是是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图；

图29是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图；

图30是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图；

图31是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图；

图32是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图；

图33是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图；

图34是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例所提供的声学结构具备宽频段内同时有效抑制结构噪声传播以及降低空气噪声传播的能力。核心思想是在振声结构表面构建至少一层内含谐振单元的声学结构将振声结构表面离散化为活塞式振动单元，并通过设计谐振单元中弹性部和刚性部的结构形式、尺寸大小、连接关系等尽量拉宽谐振单元最低频率的相邻共振态之间的频率间距。一方面利用多个谐振单元产生的局域共振带隙效应和布拉格散射带隙效应抑制振声结构的振动及结构噪声传播，另一方面利用各个谐振单元产生的极小辐射声阻减小空气噪声辐射及传播。最终同时实现有效且宽频地抑制结构振动和降低空气噪声传播的效果

需要说明的是，前文所提到的振声结构是指，存在振动并引起声辐射的结构，例如发动机壳体、建筑外层、家电外壳等。之后所提到的振声结构的含义与此相同，将不再赘述。

为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明实施例的具体实施例做详细的说明。

图1是一个典型的结构振声应用场景示意图。如图1a所示，图中A01为振源或声源，安装于隔振装置A02的一端，隔振装置A02的另一端连接于封闭壳体A03，封闭壳体A03包含内部空气域A04，并隔离外部空气域A05。一方面，振源或声源A01产生的振动经隔振装置A02后仍有一部分传递到封闭壳体A03，以B01表示这部分结构噪声传播。需说明的是，在结构中传播的振动均可认为是传播的机械波或结构噪声，因此后续提到结构传播的振动均以结构噪声指代。另一方面，振源或声源A01产生的噪声直接经由内部空气域A04传播至封闭壳体A03，以B02表示这部分空气噪声传播。结构噪声B01和空气噪声B02均可以激发封闭壳体A03的振动并导致其向外部空气域A05的声波辐射B03。一种合理的抑振降噪技术便是在封闭壳体A03的外端表面(图1b所示)或内端表面(图1c所示)贴附声学结构A06，以减小封闭壳体A03向外部空气域A05的声波辐射B03。声学结构A06贴附的位置不同所起的作用和效果也不同，下面结合图2进行详细分析。

图2是声学结构在固体-流体交界面发生的能量传输关系；图2表示声学结构分别贴附于振声结构的外端表面和内端表面时，在固体-流体交界面发生的能量传输关系。其中，图2a对应声学结构贴附于振声结构外端表面情况；图2b对应声学结构贴附于振声结构内端表面情况。C01表示振声结构，C02表示声学结构，C03表示内部空气域，C04表示外部空气域。如图2a所示，当声学结构C02贴附于振声结构C01外端表面时，输入能量D01由振声结构C01传递至声学结构C02，其中一部分能量因声学结构C02的自身阻尼损耗而转化为热能D02；一部分能量以空气噪声D03的形式经过声学结构C02辐射到外部空气域C04中；其余能量则被声学结构C02折回振声结构C01中，其中一部分能量以结构噪声D04的形式在振声结构C01中传播，另一部分能量则以空气噪声D05的形式由振声结构C01向内部空气域C03进行辐射传播。如图2b所示，当声学结构C02贴附于振声结构C01内端表面时，输入能量E01直接通过内部空气域C03传递至声学结构C02，同样地，其中一部分能量因声学结构C02的自身阻尼损耗而转化为热能E02；一部分能量则以空气声能E05的形式被声学结构C02折回内部空气域C03中；其余能量则经由声学结构C02传递至振声结构C01中，其中一部分能量以结构噪声E04的形式在振声结构C01中传播，另一部分能量则以空气噪声E03的形式经由振声结构C01向外部空气域C03进行辐射传播。

由图2的分析可知，贴附于振声结构的外端表面和内端表面的声学结构，相当于在原振声结构的外端表面和内端表面重新构建了一层新的表面，使得原振声结构外端表面和内端表面的运动情况产生差异。而贴附在不同位置处的声学结构具备截然不同的改变能量传播的能力，因此在声学结构的实际应用时应充分考虑具体的施工场合需求，合理选择声学结构的贴附位置，以期充分发挥声学结构对结构噪声和空气噪声传播的控制能力。

下面将结合具体的实施例构型来详细描述本发明所述声学结构的具体构成形式和工作机理。

本发明的实施例提供一种谐振单元，包括：弹性部，用于提供谐振单元的弹性储能；刚性部，用于提供谐振单元的惯性质量。该谐振单元包括安装端和自由端，安装端用于与振声结构相连，自由端与安装端位于振声结构的同侧，自由端背离振声结构；弹性部与刚性部相互配合将自由端密闭。

在本发明的一些实施例中，弹性部还包括中空区域，中空区域还可以填充具备吸声性能的轻质多孔材料，例如纤维棉、海绵和开孔泡沫等。

在本发明的一些实施例中，刚性部的面积占自由端面积的30％及以上。

在具体实施中，刚性部的面积可以占自由端面积的90％至100％。

在本发明的一些实施例中，弹性部在刚性部的正投影面积小于或等于刚性部的外轮廓所围面积。

图3是本发明实施例中谐振单元的一种结构示意图。其中，图3a为谐振单元10的装配视图，图3b为谐振单元10的分解视图。谐振单元10包含弹性部11和刚性部12，其中弹性部11位于谐振单元10的安装端，刚性部12位于谐振单元10的自由端。谐振单元的安装端和自由端依据其所贴附的振声结构表面来划分，以振声结构表面的法向方向为参考，谐振单元贴附于振声结构表面的一端为其安装端，而谐振单元背离于振声结构表面的一端则为其自由端。需要说明的是，谐振单元的安装端和自由端的划分是为了方便说明谐振单元各部分的相对位置关系和工作原理，在之后的实施例中，安装端与自由端的含义与此相同或相似，将不再赘述。图3中谐振单元10包含的弹性部11为中空方柱结构，13代表其内部的中空区域。弹性部11的一个端面与刚性部12相连形成谐振单元10的自由端，弹性部11的另一个端面与振声结构表面(图3中未示出)相连形成谐振单元10的安装端。此外，刚性部12的外轮廓与弹性部11的外轮廓在形状和大小方面一致。在谐振单元10中，弹性部11提供自身轴向变形的劲度系数k_a，刚性部12则提供质量m，共同构造“弹簧-质量”谐振系统。

需要说明的是，图3中所示的弹性部11和刚性部12的外轮廓形状并不仅局限于方形，还可为圆形、长方形、三角形、五边形和六边形等规则形状或异形形状。另外，弹性部11内部的中空区域13的作用有两个：一是确保由振声结构表面辐射出的空气噪声可以传播至谐振单元10的自由端并经刚性部12的振动进行阻隔；二是减小弹性部11的轴截面积，从而减小弹性部11提供的自身轴向变形的劲度系数k_a，进而将谐振单元10的工作频率做到更低频。

在本发明的一些实施例中，弹性部11内部的中空区域13可以填充具备吸声性能的轻质多孔材料，例如纤维棉、海绵和开孔泡沫等。这种处理方式一方面不会对中空区域13的两个作用带来影响，另一方面在一定程度上有利于吸收经刚性部12阻隔的空气噪声。本发明其它实施例中所述的谐振单元中的空腔或凹腔结构在工作效果上与本实施例的中空区域13的作用相同或类似，将不再赘述。

弹性部11的作用在于与刚性部12相连，以向刚性部12提供合适大小的弹性，使得刚性部12可以振动。刚性部12的作用除了提供质量m，还提供一定的面积以密封谐振单元10的自由端，防止噪声能量的泄露影响声学性能。故刚性部12还可以为含内部空心区域的结构或在内部空心区域填充轻质材料形成的复合结构。这样处理的目的主要是为了降低整个谐振单元10的重量，从而减轻由谐振单元10组成的声学结构对所贴附振声结构的附加重量。在本发明所述的其它实施例中提到的谐振单元的刚性部与本实施例的刚性部12相同或相似，可以为实心结构，亦可以为含内部空心区域的结构或在内部空心区域填充轻质材料形成的复合结构，将不再赘述。

当包含一系列谐振单元的声学结构贴附于振声结构表面时，可将振声结构表面视为经声学结构各个谐振单元离散化后的活塞式振动单元。一方面，多个谐振单元在共振态会产生基于局域共振原理的带隙效应以及多个谐振单元的空间周期性带来的布拉格散射原理的带隙效应，从而有效抑制带隙频段内振声结构的振动及结构噪声的传播。另一方面，活塞式振动单元与安放于其上的声学结构谐振单元构成“基础-弹簧-振子”的声学系统，即活塞式振动单元为基础，声学结构谐振单元的弹性部为弹簧(含一定阻尼)，声学结构谐振单元的刚性部为振子。在越过该声学系统的共振频率后，振子的振动幅度开始小于基础的振动幅度，同时振子具有相当大比例的面积，足以大面积覆盖基础表面，从而使得基础的声辐射经质子所在的表面后变小。尤其是当声学结构的谐振单元处于反共振态时，其刚性部的振动幅度达到极小值，此时刚性部所在的表面具有极小的辐射声阻，从而显著减小该表面的声波辐射能力。此外，本发明实施例中所述的谐振单元的工作频率定义为谐振单元能够降低原振声结构(即未贴附谐振单元时)中空气噪声传播或抑制结构噪声传播的频率。由于谐振单元工作频率的带宽受其最低的两阶相邻共振频率之间频率间距的直接影响，而且谐振单元在其第一阶共振态之后出现的大部分共振态都发生在其弹性部，故可将弹性部的最低的两阶相邻共振态的出现频率拉开，以尽可能拓宽谐振单元的工作频率带宽。通过设计弹性部和刚性部的结构形式、尺寸大小、连接关系等可拉开弹性部的最低的两阶相邻共振态的出现频率间距，例如当依靠弹性部提供自身轴向变形的劲度系数k_a时，可采用轴向高度小的弹性部；当依靠弹性部提供自身弯曲变形的劲度系数k_b时，可采用横向宽度小的弹性部，或大面积占比的刚性部。此外，弹性部一般采用阻尼含量较高的材料制成，高阻尼的存在还可将弹性部中产生的高阶共振态的振动幅度进行显著降低，从而减小其对谐振单元工作频率带宽的不利影响。综合上述工作机理，本发明提出的包含一系列谐振单元的声学结构能够同时有效且宽频地抑制结构噪声的传播以及降低空气噪声的传播。

图4是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图4a为谐振单元20的装配视图，图4b为谐振单元20的分解视图。谐振单元20与图3所示的谐振单元10的不同之处在于谐振单元20的弹性部21在刚性部22法向的投影面积小于刚性部22的外轮廓所围面积。这种构型的谐振单元20在面内方向形成阵列排布的声学结构时，相邻的多个谐振单元与所贴附的振声结构之间形成亥姆霍兹共振腔，从而能够对从自由端入射到声学结构的空气噪声进行有效吸收。由谐振单元20在面内方向阵列形成的声学结构的具体结构形式可以参见图29及其相关的描述。

在本发明的一些实施例中，弹性部靠近自由端的一端包裹刚性部。

在具体实施中，弹性部靠近安装端的一端还具有空腔。

图5是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图5a为谐振单元30的装配透视图，图5b为谐振单元30沿A-A截线的剖面视图。谐振单元30在其包含的弹性部31靠近安装端的一端具有空腔33，弹性部31靠近自由端的一端则包裹刚性部32，并形成对谐振单元30自由端的密封。该实施例所述的谐振单元30可以采用铸模方法制作弹性部31，并嵌入刚性部32完成制备。

在本发明的一些实施例中，弹性部靠近安装端的一端的侧壁具有开口。

图6是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图6a为谐振单元40的装配视图，图6b为谐振单元40的分解视图。谐振单元40与图3所示的谐振单元10的不同之处在于谐振单元40包含的弹性部41在靠近安装端的一端具有开口44。开口44的作用有两个：一是减小谐振单元40的安装端与振声结构表面的接触面积，方便贴附于大曲率的振声结构表面；二是泄载弹性部41内部中空区域43的声压，从而减小其对刚性部42的空气弹簧作用，进而减小空气弹簧对谐振单元40的低频谐振频率的影响。

在本发明的一些实施例中，刚性部靠近安装端的一端具有凹腔，多个弹性部于凹腔内支承刚性部。

图7本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图7a为谐振单元50的装配透视图，图7b为谐振单元50的分解视图。谐振单元50包含的弹性部51为四个实心方柱结构，刚性部52在靠近安装端的一端具有凹腔53。弹性部51在靠近自由端的一端支承于凹腔53内部的四个拐角。由于本实施例中的弹性部51是多个离散结构，其提供的自身轴向变形的劲度系数k_a更易于做到小于类似图3所示的连续结构弹性部11，从而将谐振单元50的最低谐振频率做到更低频。

在本发明的一些实施中，若采用类似于图7所示结构形式的谐振单元50，其弹性部51的数量可以为多个，并不仅限于图7所示的四个。而且弹性部51的具体形状也不受限制，可以为实心或空心的方柱、圆柱、梯形台等。

在本发明的一些实施例中，谐振单元还包括支承部，用于支承刚性部和弹性部，支承部用于与振声结构相连。

在具体实施中，支承部可以包括封闭围起的侧壁结构。在本发明的一些实施例中，弹性部为环形结构，刚性部覆盖弹性部的空心部分。弹性部的环形结构可以为方环形、圆环形等，并不限于本发明的实施例中所提到的形状，可以根据实际需要选择合适的环形形状。

图8本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图8a为谐振单元60的装配视图，图8b为谐振单元60的分解视图。谐振单元60包含弹性部61、刚性部62和支承部64，其中支承部64位于谐振单元60的安装端，刚性部62位于谐振单元60的自由端。图8中支承部64为中空方柱结构，63代表其内部中空区域。弹性部61为中空方环结构，其内轮廓侧面与刚性部62相连，其外轮廓侧面与支承部64相连。刚性部62的外轮廓与弹性部61的内轮廓在形状和大小方面一致，而弹性部61的外轮廓与支承部64的内轮廓在形状和大小方面亦一致，从而确保谐振单元60的自由端密封。在谐振单元60中，弹性部61提供自身弯曲变形的劲度系数k_b，刚性部62则提供质量m。刚性部62在谐振单元60自由端表面的占比超过30％，从而使得弹性部61的横向宽度小，目的是为了拉开弹性部61的最低频率的两阶相邻共振态的频率间距，进而拓宽谐振单元60的工作频率。谐振单元60采用支承部64的主要作用是保证形成足够高的轴向高度的中空区域63。此外，支承部64在谐振单元60的工作频段内应呈刚性，即自身无振动模态，否则将会影响谐振单元60工作频率的起始和带宽。在本发明其它实施例中所描述的包含支承部的谐振单元，其支承部的作用同本实施例的支承部64，且通常要求支承部在谐振单元的工作频段内呈刚性，将不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中弹性部、刚性部和支承部的结构形式可以有多种，可以依据各自部件的内、外轮廓形状和连接方式来设计合适结构形式的弹性部、刚性部和支承部。

在本发明的一些实施例中，谐振单元所包含的弹性部可以是空心或实心的杆、梁、环、片、板、膜、弹簧等，所用的材料可以为橡胶、硅胶、乳胶、高分子聚合物、金属、复合材料等，但不限于此。阻尼损耗因子一般要求在0.01至0.9。

在本发明的一些实施例中，支承部的内侧还包括凸台，凸台用于支承弹性部。

在本发明的一些实施例中，谐振单元还包括封盖部，封盖部的侧壁的内侧具有凸台；封盖部用于密闭自由端。

图9本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图9a为谐振单元70的装配视图，图9b为谐振单元70的分解视图，图9c为谐振单元70沿A-A截线的剖面视图。谐振单元70包含弹性部71、刚性部72、支承部74和封盖部75。支承部74的内轮廓包围中空区域73，并且内轮廓侧面包含凸台741，用以支承弹性部72的下端。封盖部75的内轮廓侧面亦包含凸台751，用以固定弹性部72的上端。弹性部71为中空方环结构，其内轮廓侧面与刚性部72相连，其外轮廓侧面与支承部74相连。由于有封盖部75密封谐振单元70的自由端，刚性部72的外轮廓与弹性部71的内轮廓在形状和大小方面不要求一致，而弹性部71的外轮廓与支承部74的内轮廓在形状和大小方面亦不要求一致。在谐振单元70中，弹性部71提供自身弯曲变形的劲度系数k_b，刚性部72则提供质量m。本实施例中谐振单元70采用支承部74和封盖部75内轮廓侧面的各四个离散凸台741和凸台751来固定弹性部71，相较于图8所示的谐振单元60采用的连续安装边界的支承部61，容易使得弹性部71具备更小的自身弯曲变形的劲度系数k_b，从而将谐振单元70的工作频率做到更低频。此外，封盖部75的使用提升了谐振单元70的结构牢固程度，并且当封盖部75和支承部74由导热性能良好的金属制作时，两者的使用增大了原振声结构表面的散热面积，适用于高温应用场合。

在本发明的一些实施中，若采用类似于图9所示结构形式的谐振单元70，其支承部74和封盖部75内轮廓侧面的离散凸台741和凸台751的数量可以为多个且具体形状也不受限制，并不仅限于图9所示的各四个实心方形结构。

在本发明的一些实施例中，弹性部可以为薄片，刚性部贴附于薄片的至少一端的表面。

下面，将对谐振单元中弹性部为薄片时的几种结构进行具体说明。

图10本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图10a为谐振单元80的装配视图，图10b为谐振单元80的分解视图，图10c为谐振单元80沿A-A截线的剖面视图。谐振单元80包含弹性部81、刚性部82和支承部84。与图8所示谐振单元60的不同之处在于谐振单元80的弹性部81为薄片结构，其贴附于支承部84靠近自由端的一端表面以确保谐振单元80的自由端封闭；而谐振单元80的刚性部82则贴附于弹性部81靠近支承部84的一端表面，从而置于支承部84所围的内部中空区域83中。在谐振单元80中，弹性部81提供自身弯曲变形的劲度系数k_b，刚性部82则提供质量m。而且，由于弹性部81为薄片结构，一方面非常容易提供较小的自身弯曲变形的劲度系数k_b，从而将谐振单元80的工作频率做到更低频；另一方面薄片结构的自重小，从而减轻由谐振单元80组成的声学结构对所贴附振声结构的附加重量。刚性部82在谐振单元80自由端表面的占比超过30％，从而使得弹性部81能够产生弯曲变形的区域变小，目的是为了拉开弹性部81最低频率的相邻两阶共振态的出现频率间距，进而拓宽谐振单元80的工作频率。

在本发明的一些实施例中，谐振单元还包括至少一个级联的子谐振单元，级联的子谐振单元包括相连的弹性部和刚性部，至少一个级联的子谐振单元层叠于谐振单元。子谐振单元可以用于拓展谐振单元的工作带宽。

需要说明的是，子谐振单元的结构与谐振单元相同或相似。

在本发明的一些实施例中，还包括至少两个子谐振单元层叠的级联的谐振单元，级联的谐振单元可以用于拓展谐振单元的工作带宽。

下面将对级联的谐振单元的结构进行具体说明。

图11本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。图11中所示出的为级联的谐振单元的一种层叠示意图。其中，图11a为级联的谐振单元90的装配视图，图11b为谐振单元90的分解视图，图11c为谐振单元90沿A-A截线的剖面视图。谐振单元90为级联的是指，谐振单元90包含两个子谐振单元，其中第一子谐振单元包含第一弹性部91、第一刚性部92和第一支承部94。第一支承部94位于谐振单元90的安装端，第一刚性部92位于谐振单元90的自由端，第一支承部94包围形成内部的第一中空区域93；第二子谐振单元包含第二弹性部95、第二刚性部96和第二支承部98。第二支承部98的一端固定在第一子谐振单元的第一刚性部92之上，使得整个第二子谐振单元置于第一中空区域93内部，并且第二支承部98包围形成内部的第二中空区域97。尽管图11示出的本实施例中第二支承部98同第一刚性部92的外轮廓在形状和大小方面一致，但是本发明一些实施例中并不对此进行限制。换言之，只要保证第二支承部98同第一刚性部92相连，两者的外轮廓在形状和大小方面可不一致。由于谐振单元90包含了两个子谐振单元，谐振单元90的工作带宽被显著扩宽。而且，谐振单元90包含的第二子谐振单元完全置于第一子谐振单元的内部，不会增加谐振单元90的高度和宽度尺寸。

在本发明的一些实施中，若采用类似于图11所示的层叠结构形式的谐振单元90，其包含的子谐振单元的数量可以为多个且具体结构形式也不受限制，即可以采用同类型的子谐振单元进行层叠，也可以采用不同类型的子谐振单元进行层叠。这种对层叠的子谐振单元在数量和结构形式方面的不限制性适用于本发明中所述的其它层叠结构方式的谐振单元，将不再赘述。

图12是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。其中，图12a为谐振单元100的装配视图，图12b为谐振单元100沿A-A截线的剖面视图。谐振单元100包含两个子谐振单元，其中第一子谐振单元包含第一弹性部101、第一刚性部102和第一支承部104；第二子谐振单元包含第二弹性部105、第二刚性部106和第二支承部108。两个子谐振单元包含的各自支承部分别包围形成第一中空区域103和第二中空区域107。谐振单元100包含的两个子谐振单元并不像图11所示的谐振单元11那样，一个子谐振单元放置在另一个子谐振单元内部，而是在第一子谐振单元的基础上，在其自由端外部构建第二子谐振单元，即第二子谐振单元包含的第二支承部108放置在第一子谐振单元包含的第一弹性部101之上。尽管图12示出的两个子谐振单元在形状和大小方面一致，第二支承部108层叠于第一支承部104和第一弹性部101之上，但是本发明一些实施例中并不对此进行限制。虽然本实施例中谐振单元100包含的两个子谐振单元的层叠方式增加了谐振单元的高度尺寸，但是相较于图11所示的谐振单元90，谐振单元100具有更为简单的工艺制备优势。

图13是本发明实施例中谐振单元的另一种结构示意图。图13中所示出的为谐振单元的另一种层叠结构的示意图。其中，图13a为谐振单元110的装配视图，图13b为谐振单元110的分解视图，图13c为谐振单元110沿A-A截线的剖面视图。谐振单元110包含两个子谐振单元，其中第一子谐振单元包含第一弹性部111、第一刚性部112和第一支承部114；第二子谐振单元包含第二弹性部115、第二刚性部116和第二支承部118。两个子谐振单元包含的各自支承部分别包围形成第一中空区域113和第二中空区域117。两个子谐振单元以类似于俄罗斯套娃的形式进行嵌套层叠，即两个子谐振单元的支承部在安装端都与振声结构表面接触，第一子谐振单元置于第二子谐振单元的中空区域117内部，第二子谐振单元的弹性部115为谐振单元110自由端的最外端表面。本实施例中谐振单元110包含的两个子谐振单元的层叠方式仅增加了谐振单元很小的高度尺寸，并具有相对简单的工艺制备优势。

在本发明的一些实施例中，支承部的安装端为密闭或者为具有开口。

在本发明的一些实施例中，谐振单元的长度为10mm至200mm，高度为1mm至50mm。

在本发明一些实施例中，刚性部的密度为0.1kg/cm³至15kg/cm³。

在本发明的一些实施例中，弹性部的阻尼损耗因子为0.01至0.9。

在具体实施中，弹性部的阻尼损耗因子为0.05至0.9。

在本发明的一些实施例中，还提供一种由至少一个上述谐振单元阵列排布而成的声学结构。

在本发明的一些实施例中，相邻的谐振单元之间存在间隙。

在本发明的一些实施例中，还包括连接部，位于相邻的谐振单元之间的间隙，连接相邻的谐振单元。

在具体实施中，连接部通过弹性部将相邻的谐振单元连接在一起，或者通过支承部将相邻的谐振单元连接在一起。

图14是本发明实施例中一种声学结构120的结构示意图。该声学结构120是由5×5个谐振单元80在面内方向阵列排布形成的离散结构，其中每个谐振单元80包含从其安装端到自由端依次放置的支承部84、刚性部82和弹性部81。声学结构120中包含的相邻谐振单元80之间存在一定距离的间隙121，从而使得每个谐振单元不会受到相邻谐振单元的直接干涉，并且还会对振声结构表面的散热带来一定益处。然而，间隙121的存在一方面使得声学结构120成为离散的结构，为其实际应用时的运输和施工带来一定的困难；另一方面，间隙121的大小会在一定程度上影响贴附声学结构120所带来的声学效果，这是因为间隙121越大，则由振声结构表面辐射出来且未被声学结构120的谐振单元80有效控制的空气噪声能量也越大。可以根据实际需要选择间隙121的大小，通常控制在1mm至10mm之间。

为了避免声学结构120成为离散结构，同时保证间隙121的存在，本发明的一些实施例中在相邻谐振单元之间插入连接部122，如图15所示。图15是图14中的谐振单元70间的连接结构示意图。图15为声学结构120在其包含的谐振单元80的间隙放置连接部122的结构示意图。如图15a、图15b和图15c所示，连接部122的放置位置有三处，分别为放置于自由端附近的连接部122a，放置于自由端与安装端中间位置的连接部122b以及放置于安装端附近的连接部122c。可以根据实际应用声学结构的具体情况选择不同放置位置的连接部。连接部122的具体结构形式并不受限制，可以为点块状或长条状结构。连接部122的具体构成材料亦不受限制，一般而言宜选用具有一定弹性的材料，例如橡胶、硅胶、乳胶等。

除了图14所示的由多个谐振单元构成的离散结构形式的声学结构以外，还可以将多个谐振单元之间直接连接成为连续结构形式的声学结构，例如将所有谐振单元的支承部连为一个整体，或将所有谐振单元的弹性部连为一个整体。这种连续结构形式的声学结构虽然无法避免相邻谐振单元之间的直接干涉，但是在生产运输和大面积施工方面具有巨大的便利优势。

在具体实施中，作为一个整体的支承部可以将声学结构整体的自由端密封。

在本发明的一些实施例中，声学结构相邻的谐振单元之间无间隙，相邻谐振单元的支承部的侧壁共用。

图16是本发明实施例中另一种声学结构130的结构示意图。图16中所示出的声学结构130为一种连续结构。其中，图16a为声学结构130的装配视图，图16b为声学结构130的分解视图，图16c为声学结构130沿A-A截线的剖面视图。该声学结构130包含从其安装端到自由端依次放置的支承部134、刚性部132和弹性部131。其中，支承部134为一个整体框架，内部包含一系列中空区域133以及中间隔断135；弹性部131贴附在支承部134靠近自由端的一端，同样为连续结构；多个刚性部132贴附于弹性部并置于经中间隔断135分离的各个中空区域133内部。

在本发明的一些实施例中，所有谐振单元之间相互贯通，支承体将所有谐振单元的安装端整体封住。谐振单元之间相互贯通是指，流体(例如空气、水)可以在谐振单元之间流通，即谐振单元之间是相互连通的。实现谐振单元之间相互贯通的结构可以是侧壁具有开口的支承体，也可以是离散分布的支承体，也可以是靠近安装端的一端整体连通的支承体。

图17是本发明实施例中另一种声学结构140的结构示意图。其中，图17a为声学结构140的装配视图，图17b为声学结构140的分解视图，图17c为声学结构140沿A-A截线的剖面视图。该声学结构140包含从其安装端到自由端依次放置的支承部144、刚性部142和弹性部141。声学结构140与图16所示的声学结构130的区别于在声学结构140的支承部144内部包含的中间隔断145从自由端起始的高度小于支承部144的外轮廓高度，从而使得中间隔断145在安装端并不与振声结构表面接触。这种结构形式的一个优点在于仅有支承部144的外围结构与振声结构表面接触，减小了接触面积，更有利于声学结构140贴附到大曲率的振声结构表面。

在本发明的一些实施中，还包括至少两个子声学结构层叠而成的声学结构。

图18是本发明实施例中另一种声学结构150的结构示意图。图18中所示出的为一种层叠结构的声学结构150。声学结构150包含两个子声学结构，其是在位于安装端的第一层声学结构120的基础上依次叠加支承部154、刚性部152和弹性部151，形成第二层声学结构。其中，第二层声学结构包含的各个谐振单元的支承部154包围形成中空区域153，弹性部151贴附于支承部154靠近自由端的一端，刚性部152贴附于弹性部151一端并置于中空区域153中。

需要说明的是，尽管图18所示的层叠结构形式的声学结构150的各层声学结构为离散结构形式，但本发明的一些实施例中所述的层叠结构形式的声学结构还可以包含各层为连续结构形式的声学结构，或各层为离散结构形式与连续结构形式混合的声学结构。此外，尽管图18所示的层叠结构形式的声学结构150仅包含两层声学结构，并且第二层声学结构的每个谐振单元在其面内方向涵盖四个第一层声学结构的谐振单元，但本发明的一些实施例中所述的层叠结构形式的声学结构还可以包含更多层的声学结构，并且不限制相邻层之间声学结构谐振单元的涵盖关系。

为了演示本发明实施例中的声学结构在应用过程中与振声结构的安装关系，本发明的实施例还提供一种声学系统，该声学系统包括振声结构和上述任一实施中的声学结构，该声学结构贴附于振声结构的至少一个表面上。

在本发明的一些实施例中，振声结构可以为平面或曲面的板以及管道内外壁面等。

图19是本发明实施例中一种声学系统160的结构示意图。图19所示为声学结构130贴附于振声结构161的一端表面构成的声学系统示意图。其中，图19a为声学系统160的装配视图，图19b为声学系统160沿A-A截线的剖面视图。声学系统160是由声学结构130的安装端贴附于振声结构161的一端表面而形成。振声结构161可以为机壳、管道、门、窗、墙壁以及汽车、轮船和飞机等的舱壁、门、窗、地板等结构，可以为平面，亦可以为曲面。需要说明的是，当输入能量以声波形式激励振声结构161，使其产生结构振动和噪声辐射传递到声学结构130时，声学结构130可以有效抑制结构振动以及降低噪声辐射，可用声学系统160的法向入射传声损失指标来衡量声学结构130贴附前后的声学效果；而当输入能量以振动形式激励振声结构161，使其产生结构振动和噪声辐射传递到声学结构130时，声学结构130同样可以有效抑制结构振动以及降低噪声辐射，可用声学系统160的辐射声压响应/激励力以及加速度响应/激励力这两个指标来衡量声学结构130贴附前后的声学效果。需要说明的是，此处“/”表示“比值”的含义，即“声压响应/激励力”表示声压响应与激励力的比值，“加速度响应/激励力”表示加速度响应与激励力的比值。

对于图19所示的包含振声结构161和声学结构130的声学系统160，按照ASTM(美国材料实验协会，American Society for Testing Materials)标准E2611-17：‘StandardTest Method for Normal Incidence Determination of Porous Material AcousticalProperties Based on the Transfer Matrix Method’，在声学阻抗管中采用四传声器法测试其法向入射传声损失。测试系统示意图如图20所示，图20是图19中声学系统160的法向入射传声损失测试系统示意图。主要由入射声管F01、透射声管F02、扬声器F03、吸音尖劈F04以及四个传声器F05组成。具体而言，入射声管F01的下游端和透射声管F02的上游端夹紧待测试的声学系统160，入射声管F01的上游端安放扬声器F03产生白噪声激励，透射声管F02的下游端放置吸音尖劈F04防止回波影响，入射声管F01和透射声管F02中各放置一对传声器F05用于对其内传播的入射波、反射波和透射波进行分解，从而计算法向入射传声损失。

在本发明的一些实施例中，声学结构130包含的支承部134、刚性部132和弹性部131采用丁腈橡胶(Nitrile Butadiene Rubber，NBR)材料一体成型。丁腈橡胶材料的杨氏模量为7.5MPa至8.5MPa，密度为900kg/m³至1200kg/m³，泊松比为0.46至0.49，阻尼损耗因子为0.1至0.2。具体几何尺寸：支承部134的高度为11mm，其所围中空区域133的边长为30mm，中间隔断135的侧壁厚度为4mm；刚性部132的高度为5mm，边长为23mm；弹性部131的厚度为1mm。振声结构161为6000系列铝合金，其杨氏模量为69GPa至70GPa，密度为2650kg/m³至2750kg/m³，泊松比为0.31至0.33，阻尼损耗因子为0.001至0.002。振声结构161的形状为圆形，直径为225mm，厚度为1mm。

图21是图19中声学系统160的法向入射传声损失测试结果。图21是包含振声结构161和声学结构130的声学系统160的法向入射传声损失试验测试结果。其中，图21a为声学系统160与振声结构161的法向入射传声损失试验测试结果的比较；图21b为声学系统160的法向入射传声损失试验测试结果与“双板系统”理论计算结果的比较。这里采用的“双板系统”理论计算结果基于两层无限大均匀板的隔声理论，其中第一层均匀板的面密度为2.7kg/m²等同于振声结构161的面密度，第二层均匀板的面密度为5.7kg/m²等同于声学结构130的面密度，两层均匀板的间距为12mm等同于声学系统160中间的空腔厚度。如此，“双板系统”与声学系统160在重量和厚度方面近乎一致。

图21a中G01表示振声结构161的结果，G02表示声学系统160的结果，可以看到在100Hz至1000Hz频段内，贴附声学结构130所组成的声学系统160的法向入射传声损失值均高于未贴附声学结构130的振声结构161的法向入射传声损失值。这表明贴附声学结构130明显提升了振声结构161的隔声性能。注意到G01在650Hz频率出现了尖峰，该尖峰的出现是由于振声结构161本身处于反共振态，此时振声结构161的振动幅度已经达到极小值，所以贴附声学结构130无法再进一步提高该频率处振声结构161的隔声能力；而G01在110Hz和720Hz频率均出现低谷，这两个低谷对应振声结构161的共振态，此时振声结构161的振动幅度极大，因此贴附声学结构130可以明显提升振声结构161的隔声能力。

图21b中G02同样表示声学系统160的结果，G03表示“双板系统”的结果。可以看到在100Hz至750Hz频段内，贴附声学结构130所组成的声学系统160的法向入射传声损失值均高于同重量和同厚度的“双板系统”的法向入射传声损失值。这表明贴附声学结构130比采用双层板系统具有更为优秀的隔声性能。注意到G03在400Hz频率出现了低谷，该低谷的出现对应“双板系统”自身的“质量-弹簧-质量”系统共振态，此时“双板系统”几乎没有任何隔声能力。然而贴附声学结构130形成的声学系统160则没有明显的隔声塌陷频段，具有优异的宽频隔声性能。

图22是图19中声学系统160的振声试验测试系统的示意图。图22所示为包含振声结构161和声学结构130的声学系统160的振声试验测试系统示意图。该试验在两个房间中进行，其中激励室H01中放置激振器H04作为振动输入源，以力传感器H05进行输入力的采集；接受室H02中放置H08和H09两个传声器进行声压采集，其中H08表示近场传声器，H09表示远场传声器。振声结构161为一扇厚度为10mm的钢化玻璃门，其嵌于两个房间之间的隔墙H03之上，两个加速度传感器安装于振声结构161上，进行振动响应采集。H06表示一号加速度传感器，H07表示二号加速度传感器。声学结构130贴附于振声结构161面向接受室的一侧。该试验可以获得四个传递函数，即近场、远场两个声压响应/激励力传递函数以及两个加速度响应/激励力传递函数，可用以评价声学结构130的降噪及抑振效果。

图23是图19中声学系统160的近场声压响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果(即激励力作用下的近场声压响应的传递函数幅值的试验测试结果)。图23所示为包含振声结构161和声学结构130的声学系统160的近场声压响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果。其中，图23a为贴附声学结构130前后的结果比较。I01表示未贴附声学结构130的结果，I02表示贴附声学结构130的结果。可以明显看到，在整个所关心的2000Hz频段范围内，贴附声学结构130后可将振声结构161的近场声压显著降低，尤其是在400Hz至2000Hz频段内，降低幅度达10dB以上，表明声学结构130具备优异的宽频降噪效果。图23b为振声结构161贴附声学结构130与贴附与之等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果比较。I02同样表示贴附声学结构130的结果，I03表示贴附与声学结构130等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果。从图中可以看出，在整个所关心的2000Hz频段范围内，贴附声学结构130仍然要优于贴附等面密度的均匀丁腈橡胶板。尤其在400Hz至2000Hz频段内，贴附声学结构130相较于贴附等面密度的均匀丁腈橡胶板的近场声压降低幅度在5dB至8dB。

图24是图19中的声学系统160的远场声压响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果(即激励力作用下的远场声压响应的传递函数幅值的试验测试结果)。图24所示为包含振声结构161和声学结构130的声学系统160的远场声压响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果。其中，图24a为贴附声学结构130前后的结果比较。J01表示未贴附声学结构130的结果，J02表示贴附声学结构130的结果。可以明显看到，在2000Hz频段范围内，贴附声学结构130后可将振声结构161的远场声压显著降低，尤其是在600Hz至2000Hz频段内，降低幅度在10dB左右，表明声学结构130具备优异的宽频降噪效果。图23b为振声结构161贴附声学结构130与贴附与之等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果比较。J02同样表示贴附声学结构130的结果，J03表示贴附与声学结构130等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果。从图中可以看出，在900Hz至2000Hz频段内，贴附声学结构130仍然要优于贴附等面密度的均匀丁腈橡胶板。

图25是图19中声学系统160的一号加速度传感器位置的加速度响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果(即激励力作用下的加速度响应的传递函数幅值的试验测试结果)。其中，图25a为贴附声学结构130前后的结果比较。K01表示未贴附声学结构130的结果，K02表示贴附声学结构130的结果。可以明显看到，在1000Hz频段范围内，贴附声学结构130后可将振声结构161位于一号加速度传感器位置处的振动显著降低，尤其是在150Hz至1000Hz频段内，降低幅度达10dB以上，表明声学结构130具备优异的宽频抑振效果。图25b为振声结构161贴附声学结构130与贴附与之等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果比较。K02同样表示贴附声学结构130的结果，K03表示贴附与声学结构130等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果。从图中可以看出，在150Hz至600Hz频段内，贴附声学结构130仍然要优于贴附等面密度的均匀丁腈橡胶板。

图26是图19中声学系统160的二号加速度传感器位置的加速度响应/激励力传递函数幅值的试验测试结果(即激励力作用下的加速度响应的传递函数幅值的试验测试结果)。其中，图26a为贴附声学结构130前后的结果比较。L01表示未贴附声学结构130的结果，L02表示贴附声学结构130的结果。可以明显看到，在1000Hz频段范围内，贴附声学结构130后可将振声结构161位于二号加速度传感器位置处的振动显著降低，尤其是在150Hz至1000Hz频段内，降低幅度同样达10dB以上，表明声学结构130具备优异的宽频抑振效果。图26b为振声结构161贴附声学结构130与贴附与之等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果比较。L02同样表示贴附声学结构130的结果，L03表示贴附与声学结构130等面密度的均匀丁腈橡胶板的结果。从图中可以看出，在150Hz至600Hz频段范围内，贴附声学结构130仍然要优于贴附等面密度的均匀丁腈橡胶板。

一般而言，振声结构存在两个表面，声学结构除了可贴附在振声结构的一端表面外，还可以在振声结构的两端表面均进行贴附。图27本发明实施例中另一种声学系统170的结构示意图。图27所示为振声结构171的两端表面均贴附声学结构130后构成的声学系统170的示意图。需要说明的是，尽管图27示出的是在振声结构171的两端表面贴附相同类型的声学结构130，但本发明的一些实施例中还可在振声结构的两端表面贴附不同类型的声学结构。

图28是是本发明实施例中另一种声学系统180的结构示意图。图28所示为一种具有安装部182的声学结构130贴附于振声结构181的一端表面所形成的声学系统180的示意图。如图28所示，安装部182位于声学结构130的安装端，声学结构130在施工时通过安装部182贴附在振声结构181的表面。采用安装部182的一个好处是可以在安装部涂刷粘合剂，或者实施钻孔螺钉连接等机械连接方式，甚至可以直接采用粘性材料制作安装层，在工艺层面比在声学结构的支承部或弹性部操作其与振声结构表面的连接方式更为方便。尽管图28所示的安装部182为连续的板状结构，且其与声学结构130的支承部完全贴合，但并不限于此，还可以为离散的点块状或长条状结构，其与声学结构还可部分贴合，只需确保安装牢固即可。

图29是本发明实施例中另一种声学系统190的结构示意图。图29所示为一种具有亥姆霍兹共振腔的声学结构贴附于振声结构的一端表面所形成的声学系统示意图。该声学系统190是由5×5个谐振单元20在其面内方向阵列形成的离散结构形式的声学结构贴附于振声结构191的一端表面所构成。由于谐振单元20包含的弹性部21在刚性部22法向的投影面积小于刚性部22的外轮廓所围面积，从而在相邻的两个谐振单元20与所贴附的振声结构191之间形成了亥姆霍兹共振腔192。当亥姆霍兹共振腔192工作在其共振频率附近时，能够有效吸收从自由端入射到声学结构的空气噪声(以图中箭头表示)。

本发明的一些实施例中所述的声学结构及其包含的谐振单元还可以贴附在曲率较大的振声结构表面，并且针对管道这类特殊的振声结构，将声学结构及其包含的谐振单元在结构形式上进行一定程度的拓展，使之更加适用于管道结构的抑振降噪应用场景。

图30是本发明实施例中另一种声学系统200的结构示意图。图30所示为一种声学结构贴附于管道201外壁所形成的声学系统示意图。其中，图30a为声学系统200的装配视图，图30b为声学系统200的分解视图，图30c为声学系统200沿A-A截线的剖面视图。该声学系统200是由离散的环状谐振单元202在管道轴向阵列形成的声学结构嵌套于管道201的外壁所构成。环状谐振单元202包含从其安装端到自由端依次放置的支承部2024、刚性部2022和弹性部2021。支承部2024为两个间隔一定距离的圆环，从而形成中空区域2023。这种环状谐振单元202对沿管道轴向和周向传播的弯曲波具有很好的抑制效果，并且还能有效降低管道的辐射噪声。

为了便于声学结构在管道上的施工，本发明的一些实施例还提出了一种分体形式的声学结构结构，如图31所示。

图31是本发明实施例中另一种声学系统210的结构示意图。图31所示为另一种声学结构贴附于管道211外壁所形成的声学系统210的示意图。该声学系统210是由离散的环状谐振单元212在管道轴向阵列形成的声学结构嵌套于管道211的外壁所构成。不同于图30所示的连体形式的谐振单元202，图30所示的谐振单元212包含两个分体，通过扣合形成整体的谐振单元212。谐振单元212包含的每个分体均包含从其安装端到自由端依次放置的支承部2124、刚性部2122和弹性部2121以及中空区域2123。需要说明的是，尽管图31所示的谐振单元212包含的两个分体在扣合后形成了连续的支承部、刚性部和弹性部，还可以将刚性部不连续扣合，从而将刚性部分散到两个分体中。此外，分体的数量也不仅局限于两个，可以为三个或三个以上数量。分体之间的扣合形成可以为胶粘、焊接、线扎、螺钉连接或其它方式。本实施例所述的这种分体形式的声学结构更加方便于在已经铺就好的管道上进行施工，并且方便定期检修和更换声学结构。

图32是本发明实施例中另一种声学系统220的结构示意图。图32所示为一种具有安装部2225的声学结构贴附于管道221外壁所形成的声学系统220示意图。其中，图32a为声学系统220的装配视图，图32b为声学系统220的分解视图，图32c为声学系统220沿A-A截线的剖面视图。该声学系统220中采用的声学结构包含的谐振单元222与图30所示的谐振单元202的不同之处在于谐振单元222采用了安装部2225作为其贴合于管道221的结构。如图32所示，安装部2225位于每个谐振单元222的安装端，与支承部2224相连。谐振单元222还包含支承部2224所包围的中空区域2223以及弹性部2221和贴附于弹性部并位于中空区域2223的刚性部2222。相较于图30所示的未使用安装部的谐振单元202，谐振单元222中安装部2225的使用一方面可以确保其支承部2224中两个圆环的安装间距保持一致，并且方便谐振单元222与管道221的配合安装。

在本发明的一些实施中，声学结构除了可以贴附在管道的外壁还可以根据实际情况贴附在管道内壁。

图32是本发明实施例中另一种声学系统230的结构示意图。图33所示为一种声学结构贴附于管道231内壁所形成的声学系统230的示意图。其中，图33a为声学系统230的装配视图，图33b为声学系统230的分解视图，图33c为声学系统230沿A-A截线的剖面视图。该声学系统230是由离散的环状谐振单元232在管道轴向阵列形成的声学结构嵌套于管道231的内壁所构成。环状谐振单元232包含从其安装端到自由端依次放置的支承部2324、刚性部2322和弹性部2321。支承部2324为两个间隔一定距离的圆环，从而形成中空区域2323。这种安装在管道内壁的环状谐振单元232除了可以抑制沿管道传播的结构噪声和降低从管道辐射出的空气噪声以外，还可以视为一种抗性消声器单元，对传播在管道内部的空气噪声进行阻隔。

在实际应用中，振声结构的表面通常还有一定的散热要求。例如动力设备的外壳、电容器及电抗器的支座等结构，在其上贴附声学结构会一定程度影响散热效果，甚至带来安全隐患。本发明的一些实施例中在声学结构谐振单元的支承部增设散热翅片或凸起结构，用以增加散热面积，提高散热效率。

图34是本发明实施例中另一种声学系统的结构示意图。图34所示为本发明中声学结构包含的具有散热结构的谐振单元的结构形式示意图。如图34所示，图中示出了两种具有散热结构的谐振单元240和250。其中，图34a为谐振单元240的装配视图，图34b为谐振单元240沿A-A截线的剖面视图；图34c为谐振单元250的装配视图，图34d为谐振单元250沿B-B截线的剖面视图。具体而言，谐振单元240包含弹性部241、刚性部242、支承部244及其包围的中空区域243以及支承部外侧面的散热翅片245；谐振单元250同样包含弹性部251、刚性部252、支承部254及其包围的中空区域253以及支承部外侧面的散热凸起255。散热翅片245和散热凸起255并不局限于图34所示的结构形式、尺寸大小、构成数量和安装方式，可以根据具体应用场景的要求进行灵活设计。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (53)

1.一种谐振单元，包括：

弹性部，用于提供所述谐振单元的弹性储能；

刚性部，用于提供所述谐振单元的惯性质量；

其特征在于，

所述谐振单元包括安装端和自由端，所述安装端用于与振声结构相连，所述自由端与所述安装端位于所述振声结构的同侧，所述自由端背离所述振声结构；

所述弹性部与所述刚性部相互配合将所述自由端密闭。

2.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，所述弹性部还包括中空区域。

3.如权利要求2所述的谐振单元，其特征在于，所述的中空区域填充有具备吸声性能的轻质多孔材料。

4.如权利要求2所述的谐振单元，其特征在于，所述弹性部靠近所述自由端的一端包裹所述刚性部。

5.如权利要求2所述的谐振单元，其特征在于，所述弹性部靠近所述安装端的一端的侧壁具有开口。

6.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，所述刚性部靠近所述安装端的一端具有凹腔，多个所述弹性部于所述凹腔内支承所述刚性部。

7.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，还包括支承部，用于支承所述刚性部和所述弹性部，所述支承部用于与振声结构相连。

8.如权利要求7所述的谐振单元，其特征在于，所述弹性部为环形结构，所述刚性部覆盖所述环形结构的空心部分。

9.如权利要求8所述的谐振单元，其特征在于，所述支承部的内侧还包括凸台，所述凸台用于支承所述弹性部。

10.如权利要求9所述的谐振单元，其特征在于，还包括封盖部，所述封盖部的侧壁的内侧具有凸台；所述封盖部用于密闭所述自由端。

11.如权利要求7所述的谐振单元，其特征在于，所述弹性部为薄片，所述刚性部贴附于所述薄片的至少一端的表面。

12.如权利要求7所述的谐振单元，其特征在于，所述支承部还包括散热结构。

13.如权利要求12所述的谐振单元，其特征在于，所述支承部的散热结构为所述支承部的侧壁外侧的凸起或翅片。

14.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，所述谐振单元还包括至少一个级联的子谐振单元，所述级联的子谐振单元包括相连的弹性部和刚性部，所述至少一个级联的子谐振单元层叠于所述谐振单元。

15.如权利要求14所述的谐振单元，其特征在于，所述至少一个级联的子谐振单元层叠于所述谐振单元的所述刚性部。

16.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，所述弹性部的阻尼损耗因子为0.01至0.9。

17.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，所述谐振单元的长度为10mm至200mm，高度为1mm至50mm。

18.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，所述刚性部的密度为0.1kg/cm³至15kg/cm³。

19.如权利要求1所述的谐振单元，其特征在于，所述刚性部的面积大于或等于自由端面积的30％。

20.一种声学结构，包括至少一个谐振单元，所述谐振单元包括：

弹性部，用于提供所述谐振单元的弹性储能；

刚性部，用于提供所述谐振单元的惯性质量；

其特征在于，

所述谐振单元包括安装端和自由端，所述安装端用于与振声结构相连，所述自由端与所述安装端位于所述振声结构的同侧，所述自由端背离所述振声结构；

所述弹性部与所述刚性部相互配合将自由端密闭。

21.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，所述弹性部还包括中空区域。

22.如权利要求21所述的声学结构，其特征在于，所述的中空区域填充有具备吸声性能的轻质多孔材料。

23.如权利要求21所述的声学结构，其特征在于，所述弹性部靠近所述自由端的一端包裹所述刚性部。

24.如权利要求21所述的声学结构，其特征在于，所述弹性部靠近所述安装端的一端的侧壁具有开口。

25.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，所述刚性部靠近所述安装端的一端具有凹腔，多个所述弹性部于所述凹腔内支承所述刚性部。

26.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，还包括支承部，用于支承所述刚性部和所述弹性部，所述支承部用于与振声结构相连。

27.如权利要求26所述的声学结构，其特征在于，所述弹性部为环形结构，所述刚性部覆盖所述环形结构的空心部分。

28.如权利要求27所述的声学结构，其特征在于，所述支承部的内侧还包括凸台，所述凸台用于支承承所述弹性部。

29.如权利要求28所述的声学结构，其特征在于，还包括封盖部，所述封盖部的侧壁的内侧具有凸台；所述封盖部用于密闭所述自由端。

30.如权利要求26所述的声学结构，其特征在于，所述弹性部为薄片，所述刚性部贴附于所述薄片的至少一端表面。

31.如权利要求26所述的声学结构，其特征在于，相邻谐振单元之间无间隙，相邻谐振单元的支承部的侧壁共用。

32.如权利要求31所述的声学结构，其特征在于，所有谐振单元之间相互贯通，所述支承体将所有谐振单元的安装端整体密封。

33.如权利要求31所述的声学结构，其特征在于，所述支承体将所有谐振单元中的每个安装端单独密封。

34.如权利要求26所述的声学结构，其特征在于，所述支承部还包括离散分布的块状结构或柱状结构。

35.如权利要求34所述的声学结构，其特征在于，所述支承部为十字块、五边形块、多边形块或短柱。

36.如权利要求26所述的声学结构，其特征在于，所述安装端还包括安装部，所述安装部通过粘合剂与所述振声结构相连。

37.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，相邻所述谐振单元间通过连接部相连。

38.如权利要求37所述的声学结构，其特征在于，所述连接部为点块状或长条状结构。

39.如权利要求38所述的声学结构，其特征在于，所述连接部为弹性结构，所述连接部的材料为橡胶、硅胶或乳胶。

40.如权利要求26所述的声学结构，其特征在于，所述支承部还包括散热结构。

41.如权利要求40所述的声学结构，其特征在于，所述支承部的散热结构为所述支承部的侧壁外侧的翅片或凸起。

42.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，所述谐振单元还包括至少一个级联的子谐振单元，所述级联的子谐振单元包括相连的弹性部和刚性部，所述至少一个级联的子谐振单元层叠于所述谐振单元。

43.如权利要求41所述的声学结构，其特征在于，所述至少一个级联的子谐振单元层叠于所述谐振单元的所述刚性部。

44.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，所述弹性部的阻尼损耗因子为0.01至0.9。

45.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，所述谐振单元的长度为10mm至200mm，高度为1mm至50mm。

46.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，所述刚性部的密度为0.1kg/cm³至15kg/cm³。

47.如权利要求20所述的声学结构，其特征在于，所述刚性部的面积大于或等于自由端面积的30％。

48.一种声学系统，包括：

振声结构；

其特征在于，还包括：

如权利要求1至19任一所述的谐振单元，所述谐振单元贴附于所述振声结构的至少一个表面。

49.如权利要求48所述的声学系统，其特征在于，多个所述谐振单元之间具有间隙，所述间隙、所述谐振单元的侧壁和所述振声结构的表面形成亥姆霍兹共振腔。

50.如权利要求48所述的声学系统，其特征在于，所述振声结构的形状为管道状。

51.一种声学系统，包括：

振声结构；

其特征在于，还包括：

如权利要求20至47任一所述的声学结构，所述声学结构贴附于所述振声结构的至少一个表面。

52.如权利要求51所述的声学系统，其特征在于，所述振声结构的形状为管道状。

53.如权利要求51所述的声学系统，其特征在于，所述振声结构的表面上叠加有多个所述声学结构。

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