CN112119452A - 隔音元件 - Google Patents

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帕维尔·奥布拉克
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Abstract

本发明涉及一种隔音元件（10），其利用强力网络作为主要的能量耗散机制，其中强力网络是通过颗粒系统中的固体颗粒（14）的复杂相互作用而产生的，根据牛顿第三定律，可以形成最大数量的互连力对，其中所述强力网络是通过使用由至少一种具有特定的偏斜多模态粒径分布的固体材料制成的粒状材料（12）来实现的，包括由颗粒（14）组成的粒状材料（12）和具有至少一个空腔（42）的支撑结构（40），其中该至少一个空腔（42）填充有粒状材料（12）的颗粒（14）。选择以颗粒（14）的等效外径（D）分配的颗粒（14）的数量（N）的分布，使得颗粒（14）在至少一个空腔（42）内形成耗散能量的强力网络。其中以颗粒（14）的等效外径（D）分配颗粒（14）的数量（N）的分布是不对称分布，其中颗粒（14）的等效外径（D）的分布是多模态的，具有几种模态，并且其中所述多模态分布是偏斜的，使得所述多模态分布具有一个最大模态（i），该最大模态（i）具有以颗粒（14）的基本等效外径（D）分配的颗粒（14）的最大数量（N），并且其中所述多模态分布具有至少一个先前模态（i‑1）和至少一个后续模态（i+1）。

Description

隔音元件
说明
本发明涉及一种利用强力网络作为主要能量耗散机制的隔音元件，其中强力网络是通过颗粒系统中的固体颗粒的复杂相互作用而产生的，根据牛顿第三定律，可以形成最大数量的互连力对，其中所述强力网络是通过使用由至少一种具有特定的偏斜多模态粒径分布的固体材料制成的粒状材料来实现的。隔音元件包括由颗粒组成的粒状材料和具有至少一个空腔的支撑结构，其中至少一个空腔填充有粒状材料的颗粒。
现有技术水平
隔音元件在广泛的应用中用于吸音和隔音。隔音元件用于例如住宅、办公室或录音棚等固定场所。一方面，隔音元件防止声音和噪音进入由其隔绝的场所，另一方面，隔音元件防止声音和噪音从此类隔绝场所传出。隔音元件还用于移动应用中，特别是在车辆中，例如乘用车、可移式住宅、大篷车、露营车、铁路、船只、游艇、船舶、飞机和其他运输解决方案。
声音是一种通过气体、液体或固体以行波形式传播的压力振荡，行波是由介质中的局部压力变化产生的。声音可以被吸收、传播或反射，图1a。当边界被声波冲击时，一些声能会被反射，一些会被材料吸收，还有一些会通过其传播。反射、吸收或传播的比例取决于声波冲击的边界的材料特性和形状以及声音的频率。例如，如果边界是绝对刚性的，即材料的模量和边界的刚度是无限的，则所有声音都会被反射，图1b。
实际材料的模量始终是有限的。因此，一些声能总是以波的形式进入材料。如果边界的刚度很高(通过边界的厚度获得)，则波是声音通过边界传播的唯一机制。然而，当边界的刚度较小时，声能的很大一部分是通过边界的宏观振动传播的，图1c。
当隔绝体固定在弹性边界上时，确保了边界与隔绝体之间直接接触，压力波通过两个固体之间的接触直接从边界传递到隔绝体中。另外，振动边界还增强了隔绝体的宏观振动。在这种情况下，隔绝体实质上起的作用更多的是隔振而不是隔音，图1d。
文献EP2700838A1公开了一种带有阻尼元件的铁路轨枕，该阻尼元件用于吸收机械激励，该机械激励是由机车的车轮在轨道上产生的，因此是固-固相互作用。所述铁路轨枕还用于降低这种铁路结构内的噪音。在那里，通过减小轨道、车轮和其他结构元件的振动来实现降噪，因此产生所谓的结构固有噪音。因此，文献EP2700838A1描述了用于减少固体的机械振动的阻尼元件，所述机械振动是结构固有噪音的来源。
文献EP2700839A1公开了一种阻尼元件，用于吸收固体在给定频率下的机械振动。用于隔振的阻尼元件包括填充有粘弹性材料的容器，该粘弹性材料可以是粒状或块状的粘弹性材料。然后对所述阻尼元件加压以增加该元件的刚度，并将其固有材料阻尼的最大值移向外部负载的激励频率。所述阻尼元件尤其用于抑制固体在不同频率下的机械振动。
文献GB2064988A公开了一种消音垫，该消音垫包括具有开孔或小室的材料的柔性层，该开孔或小室至少部分填充有比重和密度分别比该层制造所用材料更高的颗粒。颗粒通过粘合剂彼此粘结并且粘结到所述孔或小室之间的壁上。通过为柔性层、添加的颗粒和粘合剂选择不同的材料，能够控制这种隔音体的刚度。通过增加刚度，可以控制随着层状复合材料的宏观振动而通过隔绝体传播的噪音量。分别具有更高比重和更高密度的添加的颗粒还将通过声波的反射、折射和干涉来增加穿过消音垫的波的耗散。该隔绝体是当前市场上存在的多层隔音体的典型的现有技术水平。该文献还解释了生产这种复合隔音体的工艺规程。
文献WO2008/021455A2公开了通过将相对较薄的纳米复合材料层放置在诸如计算机壳体的壁上的声音衰减。隔音纳米复合材料是通过将纳米颗粒分散到聚合物基体中获得的。在那里，纳米填料增加了聚合物基体的弹性模量，因此有助于减小隔绝壁的宏观振动。同时，向聚合物中添加纳米填料将减少隔绝纳米复合材料层内部的波传播，因为纳米填料将充当传播声压波的障碍，从而导致声波的反射和折射。
文献US2003/0098389A1公开了使用具有小于90m/s的整体声速(bulk soundspeed)的不同粒状材料来抑制飞机和特别是直升机结构中产生的振动和结构固有噪音。发明思路是通过用这种粒状材料填充结构元件的空腔来减少振动水平，从而通过摩擦来减少振动。该文献显示了将摩擦描述为能量吸收机制的模型。摩擦在颗粒之间发生，特别是通过颗粒与结构壁之间的摩擦发生。为了增加所述壁的内表面与骨料(aggregate)之间的摩擦交换面积，引入了内部间壁。
文献US2006/0037815A1利用密度至少为1g/cm3的多个颗粒，并且包括粘弹性、弹性和/或聚合的材料，以减少噪音和振动。通过向粘弹性粒状材料中添加由多种其他材料制成的不同添加物，并通过改变颗粒隔绝材料的尺寸、形状和密度，可以实现各种性能应用，例如降低振动能、声能、热能、电磁能和/或无线电波。这些粒状材料可以自由流动的干燥颗粒的形式散布在平坦表面上或填充所述壁的空腔。这些颗粒彼此接触并形成隔绝体，其中绝大部分闭塞气室基本上分布在颗粒之间。这些闭塞气室与聚合物的特定密度和粘弹性质一起提供了热量和声音的隔绝和阻尼。可以在可粘结到表面的涂层或糊状物中提供微粒隔绝。通过使用密度为至少约1g/cm3的多个自由漂浮颗粒且包括粘弹性、弹性或聚合的材料中的至少一种的材料来实现阻尼。该文献强调了使用粘弹性材料的重要性，以利用这种材料的内部阻尼和自由漂浮颗粒的能量吸收作用。
文献US2005/0194210A1公开了用于减少飞机机舱中的噪音的“非阻塞性颗粒阻尼技术”，其中各种材料的颗粒彼此碰撞并且与颗粒所在的结构碰撞。在此过程中，它们交换动量，并通过颗粒之间以及颗粒与结构内表面之间的摩擦将能量转换为热量。因此，由于摩擦损失(即当颗粒彼此摩擦或与结构摩擦时)，以及由于非弹性的颗粒之间的碰撞而发生能量耗散。
文献US5,304,415A公开了填充有在“可振动状态”下具有吸音特性的粉末颗粒的泡沫聚氨酯、玻璃棉等的多孔构件的应用。当声波在泡沫或孔中传播时，由于泡沫或孔的壁产生的粘滞摩擦，以及由于振动颗粒的入射，声压波减小。
文献US2005/0109557A1公开了由多个层组成的隔音板，层是由具有多孔微孔壁的中空球形珠形成的，该多孔微孔壁使得大量声能能够通过空气的粘热效应来耗散。因此，声能因此主要通过穿过耗散层的空气的粘热效应而耗散，并在较小范围内通过多孔壁。
文献EP1557819A1公开了吸音结构及其制造方法。该结构由部分填充有颗粒的中空球组成，而这些颗粒可以在中空结构内部自由移动。然后可以将中空结构组装以形成隔音结构。
文献US5,744,763A公开了应用到面向发动机室的一侧上的车辆发动机罩面板的隔音材料。隔音材料具有片状形式，包括粉碎橡胶层和覆盖该粉碎橡胶层的覆盖层，所述粉碎橡胶层包含各种材料、各种尺寸和各种形状的橡胶颗粒。在该实施例中，噪音被粉碎橡胶层中所包含的橡胶颗粒本身以及颗粒之间存在的气隙吸收。该文献声称，声音的能量被存在于橡胶颗粒之间的空气的抗粘性和热传递以及彼此接触的橡胶颗粒之间的摩擦所吸收，从而将噪音内的能量转化为振动的能量和热能。通过混合具有不同吸声率的各种橡胶颗粒，隔绝体可以有效地吸收多种声音频率。
文献CN204010668U公开了使用颗粒来形成多孔板结构，而声孔可以被认为是多个空气共振吸音结构(亥姆霍兹共振器)。空腔中的空气发生共振，并从摩擦变为热量损失，从而引起声音吸收。
文献US2005/194210A1公开了用于通过粘弹性材料的挠曲(即弯曲)来抑制结构振动和噪音能量的部分填充的蜂窝结构，该粘弹性材料的挠曲通过将其转化为热量来耗散机械(振动)能量。该文献声称所谓的非阻塞性颗粒阻尼(NOPD)机制，其中各种材料的颗粒彼此碰撞，并且与颗粒所处的结构碰撞，交换动量，并通过颗粒之间的摩擦将振动能转化为热量。因此，由于摩擦损失和非弹性颗粒间碰撞而发生能量耗散。NOPD专注于通过碰撞、摩擦和剪切阻尼相结合的能量消散。
总结根据现有技术用于抑制声音和振动的物理原理，可以得出结论，没有现有解决方案将强力网络用作主要能量耗散机制，并发现该机制与材料无关，并且优于任何一种其他目前已知的耗散机制。应该指出的是，任何填充颗粒的空腔都可能随着接触颗粒而形成一些力链，因此形成“弱力网络”。但是，只有通过应用特定的粒度分布使力链的数量最大化时才会形成“强力网络”。
发明内容
本发明的目的是提供一种颗粒状隔音元件，该颗粒状隔音元件利用强力网络作为耗散机制，与现有技术中已知的颗粒状隔音元件相比，提供了增强的吸音和降噪。
力网络是通过固体颗粒在颗粒系统中的复杂相互作用而生成的，根据牛顿第三定律，形成了多个互连力对，形成了力链。大量的力链形成力网络，该力网络分散了传入的声压波的力传播方向。
力链和力网络是本领域技术人员已知的。例如，文献N.S.Nguyen和B.Brogliato，“Multiple Impacts in Dissipative Granular Chains”，Lecture Notes in Appliedand Computational Mechanics,第72卷,Springer(2014)；K.E.Daniels，“The role offorce networks in granular materials”，EPJ Web of Conferences 140,Powders&Grains(2017)；QICHENG SUN等，“Understanding Force Chains in Dense GranularMaterilas”，Int.J.Mod.Phys.B 24，5743(2010)；P.Richard，M.Nicodemi，R.Delannay，P.Ribiere和D.Bideau，“Slow relaxation and compaction of granular systems”，Nature Materials,第4卷，2005年2月；E.Somfai，J.-N.Roux，J.H.Snoeijer，M.van Hecke和W.van Saarloos，“Elastic wave propagation in confined granular system”，Physical Review E 72,021301(2005)；L.Zhang，N.G.H.Nguyen，S.Lambert，F.Nicot，F.Prunier和I.Djeran-Maigre，“The role of force chains in granular materials:from statics to dynamics”，European Journal of Environmental and CivilEngineering，DOI:10.1080/19648189.2016.1194332(2016)；描述了力网络的特征。
此外，文献诸如M.Kramar,A.Goullet，L.Kondie和K.Mischaikow，“Quantifyingforce networks in particulate systems”，Physica D，283，32-55，(2014)；R.Arevalo，I.Zuriguel和D.Maza，“Topology of the force network in the jamming transitionof an isotopically compressed granular packing”，Physical Review E，81，041302，(2010)；F.Radjai，D.E.Wolf，M.Jean，J.-J.Moreau，“Bimodal Character of StressTransmission in Granular Packings”，Physical Review Letters，第80卷，第1期，(1998)；区分了“弱”和“强”力网络，取决于它们的拓扑结构和大小，即承受载荷的已形成力对的数量。目前尚不了解如何获得“弱”和“强”力网络的形成机制。
偶然发现本专利中要求保护的特定颗粒尺寸分布导致形成“强”力网络，该“强”力网络消耗大量能量，从而使它们成为相对于现有技术水平中所述的耗散机制：摩擦、粘弹性阻尼、颗粒碰撞和粘热(viscothermal)效应的主导耗散机制。
所有粒状材料隔音元件都可以形成共同的耗能力网络，从而导致一定的声压级降低(SPLR)，图2a。
本发明的目的是利用特定的颗粒粒径分布和空腔的特定尺寸，以允许形成强力网络，从而导致比现有技术中已知的更高的声压级降低，图2b。
提供了一种利用强力网络作为主要耗能机制的隔音元件，其中强力网络是通过颗粒系统中固体颗粒的复杂相互作用而产生的，根据牛顿第三定律，可以形成最大数量的互连力对，其中所述强力网络是通过使用由至少一种具有特定的偏斜多模态粒径分布的固体材料制成的粒状材料来实现的。隔音元件包括由具有特定粒径分布的颗粒组成的粒状材料和具有至少一个空腔的支撑结构，其中至少一个空腔填充有粒状材料的颗粒。支撑结构仅用于将粒状材料保持在空间中的选定位置，特别是垂直位置。
颗粒的大小可以由围绕颗粒并在至少两个点接触其边界的圆的直径来定义。描述粒径的任何其他方式，例如内圆的直径，或具有相等体积或质量的球形颗粒的直径，都将很好地描述所要求保护的粒径分布。
根据本发明，选择以颗粒的等效外径分配颗粒数量的分布，使得颗粒在至少一个空腔内形成耗散能量的强力网络。其中，以颗粒的等效外径分配颗粒数量的分布是不对称分布，即偏离对称分布。其中，颗粒的等效外径的分布是多模态的，具有几种模态。在那里，所述多模态分布是偏斜的，使得所述多模态分布具有一个最大模态，该最大模态具有以颗粒的基本等效外径分配颗粒的最大数量，并且其中所述多模态分布具有至少一个先前模态和至少一个后续模态。
这意味着，所述多模态分布与任何模态都不对称。选择颗粒的等效外径的分布，以确保空腔被颗粒紧密填充，这是形成强力网络所需的。在这样的分布中，属于多模态分布的给定模态的颗粒直径及其相应的颗粒数量应符合一定的比例，如下文所述。
已经发现，所述多模态分布应当是偏斜的，例如如图4a所示为负，或者如图4c所示为正。负偏斜多模态具有适当选择的颗粒尺寸的几种模态，Di-1、Di-2、...，直到最大模态Di的左侧，而正偏斜多模态具有适当选择的颗粒尺寸的几种模态，Di+1、Di+2、...，直到最大模态Di的右侧。在这两种情况中，通过适当选择以模态的相应等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk而获得多模态的偏斜，其中k＝...i-3、i-2、i-1、i、i+1、i+2、i+3、...。
已经发现，所述多模态的正偏斜和负偏斜导致不同种类的强力网络拓扑形式，这允许调节隔音的频率特性。
为了清楚起见，应该指出，偏离对称性并不意味着分布是多模态的，反之亦然，多模态并不意味着分布是偏斜的。
本发明基于直观的认识，隔音本质上是分别耗散振动空气的动能和激发隔音的声压波的过程，涉及振动空气和迫使形成力网络的固体物质之间的复杂相互作用。如今天所理解并在现有解决方案中考虑的，根据本发明的隔音不是基于材料特性，而是基于与材料无关的形成耗散力网络的过程。如图3a至3d所示，其中隔绝体是由不同的粒状材料制成的，即3a-废轮胎，3b-LDPE，3c-锯木屑和3d-PMMA，并且所有四种隔绝体都表现出相同的隔绝体频率依赖性。
因此，本发明涉及基于在隔绝元件的支撑结构内的颗粒之间形成强力网络的隔音体。已经发现，形成强力网络是散射入射声压波的非常有效的方法。压力波被传播到由位于支撑结构的空腔中的粒状颗粒形成的力网络。结果发现，适当选择的多模态粒径分布将导致非常高的力网络的能量吸收。同时，这种适当选择的粒径分布也将使网络形成颗粒之间的剩余空间最小化，迫使主要通过力网络进行声压传播，例如如图4b和图4d所示。
意外地还发现，颗粒的共同分布不会导致效率高于现有技术中提到的耗散机制的力网络。在文献中，这种力网络被称为弱力网络。例如，图2示出了由具有共同粒径分布(参见图2a)(导致弱力网络)的锯屑制成的隔绝体与由相同锯屑在根据本文要求保护的粒径分布(参见图2b)(导致强力网络)调整锯屑颗粒的分布后制成的隔绝体的测得的声压级降低的比较。
令人惊讶地发现，力网络的周期性产生需要连续的能量输入并且可以被用作耗散机制。已经发现，耗散的能量的量取决于接触力的数量，这可以通过使用具有要求保护的粒径分布的粒状材料来最大化。这种具有最大数量的接触力的粒状材料系统代表了相互作用体的耗散网络，称为强力网络。还发现，分别由振动的空气、声音和具有定义的粒径分布的粒状材料的周期性相互作用下，周期性地形成强力网络，这是新发明的隔音体的主要耗散机制。
在声压波与具有定义的粒径分布的粒状材料相互作用的情况下，这种强力网络会周期性地出现和消失，并耗散大量能量。
还发现，通过以给定尺寸调节颗粒的尺寸和颗粒的数量来改变相互作用颗粒的组成，力网络的尺寸和能量耗散过程是可控制的。适当选择的颗粒的直径分布优化了力网络的尺寸。
根据本发明的隔音元件包括分布在诸如开孔泡沫的支撑结构的空腔中的粒状颗粒，以允许形成强力网络。因此，本发明的隔音元件不依赖于材料而是依赖于耗散过程。
令人惊讶地发现，通过分别适当地选择粒状颗粒的尺寸和数量比例、尺寸和结构，可以优化所形成的强力网络的拓扑结构，从而使力网络耗散最大量的能量。为了增加相邻颗粒的接触点数量并由此也减小颗粒之间的间隔，使用具有非常宽的粒径范围的颗粒是有利的。
优选地，粒状材料的颗粒具有在0.0001mm至10mm之间的等效外径。极其优选地，粒状材料的颗粒具有在0.001mm至4mm之间的等效外径。特别是具有在所述范围内的等效外径的颗粒允许形成强力网络。
优选地，至少一个先前模态具有以颗粒的先前等效外径分配的先前颗粒数，该先前等效外径小于最大模态的颗粒的基本等效外径。此外，至少一个后续模态具有以颗粒的后续等效外径分配的后续颗粒数，该后续等效外径大于最大模态的颗粒的基本等效外径。
最大颗粒数大于先前的颗粒数。最大颗粒数也大于后续的颗粒数。
根据本发明的可能的实施方式，多模态分布在最大模态的左侧具有至少一个部分，该部分包括多个模态并且包括最大模态，其中当颗粒的等效外径减小时，以颗粒的等效外径分配的颗粒数量减少，从而使模态峰值上的包络曲线出现负偏斜。当模态峰值上的包络曲线为负偏斜时，则所述包络曲线的斜率为正。优选地，负偏斜多模态在最大模态的左侧具有至少两个模态，如图4a所示。
特别地，选择颗粒使得多模态分布具有至少一个包括多个模态并且包括最大模态的部分，其中如果选择的模态k的等效外径Dk大于相邻模态的等效外径，以所述部分内的任何选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态的等效外径分配的颗粒数量，从而使模态上的包络曲线在所述部分内为负偏斜。
优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，比率RDk＝{Dk/Dk-1}k＝i,，i-1，i-2，…＝{Di/Di-1，Di-1/Di-2，Di-2/Di-3，...}大于或等于1.2且小于或等于2.1，这样1.2≤RDk≤2.1，其中k≤i。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k-1的等效外径Dk-1分配的颗粒的数量Nk-1。
进一步优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，所述比率RDk大于或等于1.4并且小于或等于1.9。甚至更优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，所述比率RDk大于或等于1.5并且小于或等于1.8。
特别优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，比率RDk＝{Dk/Dk-1}k＝i,，i-1，i-2，…＝{Di/Di-1，Di-1/Di-2，Di-2/Di-3，...}等于(1+√5)/2或等于该值的任何整数倍，使得
Figure BDA0002780068970000111
或RDk＝n*(1+√5)/2，其中k≤i，且n＝整数。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k-1的等效外径Dk-1分配的颗粒的数量Nk-1。
所述比率(1+√5)/2约为1.618，也称为黄金比率。因此，在所述负偏斜的部分内，选择的模态k的等效外径Dk与相邻模态k-1的等效外径Dk-1之间的比率RDk优选地对应于黄金比率，或偏离黄金比率小于30％，或小于20％，或小于10％。
根据本发明的另一可能的实施方式，多模态分布在最大模态的右侧具有至少一部分，该部分包括多个模态并且包括最大模态，其中当颗粒的等效外径增加时，以颗粒的等效外径分配的颗粒数量减少，从而使模态峰值上的包络曲线为正偏斜。当模态峰值上的包络曲线为正偏斜时，则所述包络曲线的斜率为负。优选地，正偏斜多模态在最大模态的右侧具有至少两个模态，如图4c所示。
特别地，选择颗粒使得多模态分布具有至少一个包括多个模态并且包括最大模态的部分，其中如果选择的模态k的等效外径Dk小于相邻模态的等效外径，则以所述部分内的任何选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态的等效外径分配的颗粒的数量，从而使模态上的包络曲线在所述部分内为正偏斜。
优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，比率RDk＝{Dk/Dk+1}k＝i,，i+1,，i+2，…＝{Di/Di+1，Di+1/Di+2，Di+2/Di+3，...}大于或等于0.45且小于或等于0.8，这样0.45≤RDk≤0.8，其中k≥i。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k+1的等效外径Dk+1分配的颗粒的数量Nk+1。
进一步优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，所述比率RDk大于或等于0.5并且小于或等于0.75。甚至更优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，所述比率RDk大于或等于0.55并且小于或等于0.7。
特别优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，比率RDk＝{Dk/Dk+1}k＝i,，i+1,，i+2,，…＝{Di/Di+1，Di+1/Di+2，Di+2/Di+3，...}等于2/(1+√5)或等于该值的任何整数分割(divider)，使得RDk＝2/(1+√5)或RDk＝2/(n*(1+√5))，其中k≥i，且n＝整数。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k+1的等效外径Dk+1分配的颗粒的数量Nk+1。
所述比率2/(1+√5)是黄金比率的倒数，约为0.618。因此，在所述正偏斜的部分内，选择的模态k的等效外径Dk与相邻模态k+1的等效外径Dk+1之间的比率RDk优选地对应于黄金比率的倒数，或偏离黄金比率的倒数小于30％，或小于20％，或小于10％。
根据本发明的有利的进一步发展，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，比率RNk＝{Nk/Nk-1}k＝i,，i-1，i-2，…＝{Ni/Ni-1，Ni-1/Ni-2，...}大于或等于1.2且小于或等于2.1，这样1.2≤RNk≤2.1，其中k≤i。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k-1的等效外径Dk-1分配的颗粒的数量Nk-1。
优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，所述比率RNk大于或等于1.4并且小于或等于1.9。更优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，所述比率RNk大于或等于1.5并且小于或等于1.8。
根据本发明的另一有利的进一步发展，在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的所述部分内，比率RNk＝{Nk/Nk-1}k＝i,，i-1,，i-2，…＝{Ni/Ni-1，Ni-1/Ni-2，...}等于(1+√5)/2或等于该值的任何整数倍，使得RNk＝(1+√5)/2或RNk＝n*(1+√5)/2，其中k≤i，且n＝整数。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k-1的等效外径Dk-1分配的颗粒的数量Nk-1。
所述比率(1+√5)/2也称为黄金比率，约为1.618。因此，在所述负偏斜的部分内，选择的模态k的颗粒的数量Nk与相邻模态k-1的颗粒的数量Nk-1之间的比率RNk优选地对应于黄金比率，或偏离黄金比率小于30％，或小于20％，或小于10％。
替代地或另外地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，比率RNk＝{Nk/Nk+1}k＝i,，i+1,，i+2,，…＝{Ni/Ni+1，Ni+1/Ni+2，...}大于或等于1.2且小于或等于2.1，这样1.2≤RNk≤2.1，其中k≥i。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k+1的等效外径Dk+1分配的颗粒的数量Nk+1。
优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，所述比率RNk大于或等于1.4并且小于或等于1.9。更优选地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，所述比率RNk大于或等于1.5并且小于或等于1.8。
可选择地或另外地，在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的所述部分内，比率RNk＝{Nk/Nk+1}k＝i,，i+1,，i+2,，…＝{Ni/Ni+1，Ni+1/Ni+2，...}等于(1+√5)/2或等于该值的任何整数倍，使得RNk＝(1+√5)/2或RNk＝n*(1+√5)/2，其中k≥i，且n＝整数。在此，以选择的模态k的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk大于以相邻模态k+1的等效外径Dk+1分配的颗粒的数量Nk+1。
所述比率(1+√5)/2也称为黄金比率，约为1.618。因此，在所述正偏斜的部分内，选择的模态k的颗粒的数量Nk与相邻模态k+1的颗粒的数量Nk+1之间的比率RNk优选地对应于黄金比率，或偏离黄金比率小于30％，或小于20％，或小于10％。
还发现这种偏斜可以优选地通过将几组具有不同对称粒径分布的粒状颗粒混合而获得。令人惊讶地发现，当混合几组平均粒径不同的粒状颗粒时，颗粒的数量与从各个组中指定的颗粒数量有关，而不是其重量或体积。
已经发现，根据本发明的这种布置可以建立一种隔音元件，该隔音元件具有比现有技术中已知的那些元件明显更好的吸音和降噪性能。例如，具有与刚性泡沫板相同厚度的根据本发明的隔音元件，在声压水平下测得的降噪性能至少可比所述刚性泡沫板或软泡沫板或石棉高三倍。该强力网络可以例如由以磨碎的废轮胎橡胶或任何其他固体材料或其混合物制成的颗粒形成。
降噪也取决于声频。与具有相同厚度的刚性泡沫板的降噪相比，根据本发明的隔音元件的降噪关系随变化的声频而变化。如上所述，可以通过调节多模态粒状颗粒粒径分布偏斜度来调节本发明的隔音体的频率特性。然而，在人类可听见的例如10Hz至20kHz的给定频率范围内，在声压水平下测得的根据本发明的隔音元件的降噪至少比具有相同厚度的刚性或软泡沫板或石棉的降噪效果高三倍。
令人惊讶地发现，强力网络的能量耗散过程与材料无关。优选地，粒状材料的颗粒是固体。颗粒可由有机或非有机固体材料制成。只要颗粒的刚度足以形成耗散的强力网络，粒状材料的来源和化学组成就不重要。因此，粒状材料的颗粒可以源自各种固体材料。例如，颗粒可以由具有金属键的金属制成。颗粒也可以由具有离子键的盐制成。而且，颗粒可以由具有共价键的塑料材料制成。颗粒可以由有机原料以及非有机原料制成。特别的，颗粒可以由沙子、聚合物，橡胶或木材制成。因此，颗粒可由几乎任何有机或无机废料制成，例如废轮胎、旧瓶子、木锯屑、废金属、石屑等。实际上，可以通过研磨任何不含任何有毒物质的固体产品来生产粒状颗粒。
粒状材料的所有颗粒，或几乎所有颗粒，都可以源自同一原料。因此，粒状材料仅包含具有一种原料的颗粒，因此具有均匀的颗粒组成。
粒状材料的颗粒也可以源自不同的原料。因此，粒状材料包含几种原料的颗粒混合物，因此具有不均匀的颗粒组成。
粒状材料可以包含具有球形几何形状的颗粒。因此，颗粒的形状像规则的球或珍珠。在这种情况下，所述颗粒的尺寸可以由它们的外径表示。粒状材料还可包含具有与规则的球或珍珠之类的形状有所不同的复杂几何形状的颗粒。所述颗粒的尺寸可以由等效外径表示。
这种颗粒的等效外径对应于具有球形几何形状并且具有相同体积或质量的颗粒的外径。可替代地，颗粒的外径可以由可放置颗粒的球体的直径限定，以使得其在至少两个点上接触球体的表面。粒状材料尤其可以包含具有球形几何形状的颗粒和具有复杂几何形状的颗粒的混合物。
粒状材料的颗粒可以具有各种结构。粒状材料可包含固体的颗粒，也可包含中空的颗粒。粒状材料还可包含多孔的颗粒。粒状材料尤其可以包含具有不同结构和形状的颗粒的混合物。
支撑结构的作用仅仅是将粒状材料保持在适当的位置。因此，它的作用只是结构性的。因此，支撑结构可以由能够完成该作用的任何东西制成。优选地，支撑结构由多孔材料制成，特别是由有机或非有机固体材料制成，或由有机或非有机纤维编织而成，或是由静电纺丝或3D打印制成的结构。
支撑结构可以简单地是建筑物的墙壁或地板的框架或主体中或者是汽车、火车车厢、小船、游艇、轮船、飞机，振动设备的壳体的主体结构中的任何中空空间，并且可以简单地填充有具有偏斜多模态粒径分布的粒状材料。
在本发明的另一个实施方式中，支撑结构可以具有多孔组合物，并可以具有各种结构，并且可以由各种材料制成。例如，支撑结构可以由柔性材料制成。支撑结构也可以由刚性材料制成。具有多孔组合物的支撑结构可以例如由单层材料制成。支撑结构也可以由多层材料制成。
支撑结构可以由多孔泡沫制成。作为另一示例，支撑结构可以设计为三维网。特别的，支撑结构可以由机织织物制成。可替代地，支撑结构可以由无纺布制成。
支撑结构的空腔可以具有复杂的几何形状，该几何形状不同于诸如规则中空球体的形状。这种空腔的尺寸可以用等效内径表示。这样的空腔的等效内径对应于具有中空球形几何形状并且具有相同体积的空腔的内径。因此，在下文中，支撑结构的空腔的尺寸由它们的等效内径表示。
空腔的内径大于最大颗粒的等效外径，此外，应容纳足够数量的较小颗粒以填充空腔并防止颗粒运动，以形成强力网络。优选地，内径应选择得足够大，以从完整的粒径分布中容纳足够数量的颗粒，以使形成强力网络的颗粒之间的接触点数量最大化。
优选地，颗粒紧密地布置在空腔中，使得颗粒在空腔内形成强力网络。特别地，粒状材料的颗粒布置在支撑结构的空腔中，使得在空腔内形成强力网络的颗粒至少填充其体积的70％。
根据本发明的进一步发展，当支撑结构由机织织物或无纺布制成时，所述机织织物或所述无纺布优选由生物纤维和/或合成纤维和/或所述纤维的组合制成。同样，原则上，它可以由任何材料制成，只要其将粒状颗粒适当地保持在所需位置即可。
根据本发明的另外进一步发展，当支撑结构由机织织物或无纺布制成时，所述机织织物或所述无纺布由金属纤维和/或玻璃纤维和/或碳纤维和/或玄武岩纤维和/或所述纤维的组合制成。因此，支撑结构是耐高温的。
优选地，特别是如果支撑结构是耐高温的，则支撑结构的空腔填充有非有机的并且也是耐高温的颗粒。特别地，所述颗粒由抵抗高达3400℃高温的材料制成。
根据本发明的有利实施方式，支撑结构被盖子所覆盖。所述盖子的功能尤其是将粒状颗粒保持在支撑结构的空腔内。所述盖子的另一功能是防止灰尘或湿气进入支撑结构的空腔并与粒状材料接触。在本发明的一个实施方式中，所述盖子可以是无孔的。
在本发明的另一个实施方式中，所述盖子具有的孔的等效孔径小于最小颗粒的等效外径。这种布置允许声波进入隔绝结构，并且隔绝体呈现出极好的吸音和隔音性能。
根据本发明的隔音元件可以用于多种应用中。这样的应用特别是汽车应用、机械工程应用、电气工程应用、航空工程应用、运输工程应用、海军工程应用和土木工程应用。
随后，描述了一种用于隔音元件的粒状材料的制造方法，其中所述粒状材料的颗粒具有其等效外径的偏斜多模态分布，具有数量和粒径的适当比例，从而使耗散强力网络的尺寸最大化。所述粒状材料的生产方法包括以下步骤：
在第一步骤中，可以由任何固体物质制备粒状材料，而与其来源和化学组成无关。可以使用目前用于研磨的任何现有技术来制备粒状材料。
在第二步骤中，将颗粒状原料过滤以根据其等效外径分离颗粒。由此获得具有不同平均等效外径且具有单模态大致对称粒径分布的颗粒。
在第三步骤中，根据所需比率RDk和偏斜的多模态粒径分布的相邻模态的RNk，混合具有与方便模态相对应的不同等效外径的那些颗粒。因此，所述混合物具有外径的偏斜多模态分布，并且可以形成用于在隔音元件内形成所需的强力网络的粒状材料。
附图说明
参考附图，本发明的进一步细节、实施方式和优点将从以下详细描述中变得显而易见，该详细描述仅作为示例提供，其中：
图1a是根据现有技术的第一声音传输系统的示例性图示，
图1b是具有理想隔绝特性的假想第二声音传输系统的示例性说明，
图1c是根据现有技术的第三声音传输系统的示例性图示，
图1d是根据现有技术的第四声音传输系统的示例性图示，
图2a是示出由具有共同粒径分布的锯屑制成的隔绝体的声压级降低的图表，
图2b是示出由具有根据本发明的粒径分布的相同锯屑制成的隔绝体的声压级降低的图表，
图3a是示出由具有根据本发明的粒径分布的橡胶制成的隔绝体的声压级降低的图表，
图3b是示出由具有根据本发明的粒径分布的LDPE制成的隔绝体的声压级降低的图表，
图3c是示出由具有根据本发明的粒径分布的锯木屑制成的隔绝体的声压级降低的图表，
图3d是示出由具有根据本发明的粒径分布的PMMA制成的隔绝体的声压级降低的图表，
图4a是具有负偏斜多模态部分的等效外径分布的示意图，
图4b是根据图4a的具有放大区域的具有外径分布的颗粒的可能布置的示意图，
图4c是具有正偏斜多模态部分的等效外径分布的示意图，
图4d是根据图4c的具有放大区域的具有外径分布的颗粒的可能布置的示意图，
图5是示出与由具有根据本发明的粒径分布的材料制成的隔绝体相比，由不同的普通隔绝材料制成的隔绝体的声压级降低的频率依赖性的曲线图。
图6是具有放大细节的支撑结构的示意图，
图7是具有放大细节的隔音元件的示意性截面图，
图8a和8b是分别由织造织物和无纺布制成的支撑结构的示意图，
图9是具有放大细节的乘用车，
图10是具有放大细节的移动家用车，
图11是具有放大细节的小船，
图12是具有放大细节的火车，
图13是具有放大细节的飞机，
图14是具有放大细节的住宅，以及
图15是具有放大细节的建筑物中的电梯处的示意性截面图。
在下文中，将参考附图描述本发明的优选实施方式。附图仅提供本发明的示意图。除非另外指出，否则在整个附图中相似的附图标记指代相应的部件、元件或组件。
具体实施方式
图1a是根据现有技术的第一声音传输系统201的示例性图示。系统201包括扬声器形式的声音发射器210，由人耳表示的声音接收器212以及将声音发射器210与声音接收器212分开的分离元件214。图中的数字是发出的声波如何被分离元件214反射、被分离元件214吸收并通过波传播而传输的示例。
在当前情况下，分离元件214是不能执行任何宏观振动的刚性金属壁。在此，大约88％的发射声波被分离元件214反射，只有大约12％的声波进入分离元件214。这些声波中的大部分耗散在分离元件214内，而只有大约1.4％声波被传输到声音接收器212。这意味着声音传输损失约为：
STL＝20log(100/1.4)≈37dB
图1b是具有理想隔绝特性的假想第二声音传输系统202的示例性图示。系统202包括扬声器形式的声音发射器210，由人耳表示的声音接收器212以及将声音发射器210与声音接收器212分开的分离元件214。
在当前情况下，分离元件214是绝对刚性的壁。这意味着分离元件214的弹性模量和刚度是无限的。在这种情况下，所有发射的声波都被分离元件214反射。
图1c是根据现有技术的第三声音传输系统203的示例性图示。系统203包括扬声器形式的声音发射器210，由人耳表示的声音接收器212以及将声音发射器210与声音接收器212分开的分离元件214。图中的数字是发出的声波如何被分离元件214反射、被分离元件214吸收并通过分离元件214传输的示例。
在当前情况下，分离元件214的刚度相对较小。因此，所发射的声波能量的大约80％的很大一部分是通过分离元件214的宏观振动传输的，而仅大约20％的所发射声波被分离元件214反射。
图1d是根据现有技术的第四声音传输系统204的示例性图示。系统204包括扬声器形式的声音发射器210，由人耳表示的声音接收器212以及将声音发射器210与声音接收器212分开的分离元件214。图中的数字是发出的声波如何被分离元件214反射、被分离元件214吸收并通过分离元件214传输的示例。
在当前情况下，分离元件214是弹性壁，其上固定有隔绝材料，以确保弹性体和隔绝材料之间的直接接触。在这种情况下，压力波通过两个固体之间的接触直接从弹性壁传输到隔绝材料中。另外，振动的弹性壁还将增强隔绝材料的宏观振动。在这种情况下，分离元件214实质上更多地用作隔振而不是隔音。因此，发出的声波能量的大约70％通过分离元件214传输，10％的能量在分离元件214内耗散，只有大约20％的发出的声波被分离元件214反射。
图2是测得的由锯屑制成的隔绝体的声压级降低SPLR的示例性比较。因此，图2a是示出声压级降低SPLR相对于由具有共同粒径分布的锯屑制成的隔绝体的频率F的曲线图。图2b是示出声压级降低SPLR相对于由具有根据本发明调节的粒径分布的相同锯屑制成的隔绝体的频率F的曲线图。
图3是新的强力网络隔音体的性能与材料无关的示例性演示。图3显示了由不同粒状材料制成的四种隔绝体的比较。图3a是示出相对于由具有根据本发明调节的粒径分布的废轮胎橡胶制成的隔绝体的频率F的声压级降低SPLR的图。图3b是示出相对于由具有根据本发明调节的粒径分布的LDPE(低密度聚乙烯)制成的隔绝体的频率F的声压级降低SPLR的图。图3c是示出相对于由具有根据本发明调节的粒径分布的锯木屑制成的隔绝体的频率F的声压级降低SPLR的图。图3d是示出相对于由具有根据本发明调节的粒径分布的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制成的隔绝体的频率F的声压级降低SPLR的图。所有四种隔绝体均表现出几乎相同的性能。
图4a是具有负偏斜多模态部分的等效外径分布的示意图。多模态分布的负偏斜部分具有一个最大模态i，其具有以颗粒14的基本等效外径Di分配的颗粒14的最大数量Ni。
多模态分布的负偏斜多模态部分具有先前模态i-1、另一模态和又一模态，先前模态i-1具有以颗粒14的先前等效外径Di-1分配的先前颗粒的数量N i-1，另一模态具有以颗粒14的等效外径Di-2分配的颗粒14的数量Ni-2，又一模态具有以颗粒14的等效外径Di-3分配的颗粒14的数量Ni-3。因此，以模态的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk随着等效外径Dk的增加而增加：
Dk>Dk-1，并且Nk>Nk-1，对于k≤i。
当前，在负偏斜的所述多模态部分内，选择的模态k的等效外径Dk与相邻模态k-1的等效外径Dk-1之间的比率RDk等于(1+√5)/2或等于该值的任何整数倍：
RDk＝Dk/Dk-1＝n*(1+√5)/2，其中n＝整数。
当前，在负偏斜的所述多模态部分内，选择的模态k的数量Nk与相邻模态k-1的数量Nk-1之间的比率RNk等于(1+√5)/2或等于该值的任何整数倍：
RNk＝Nk/Nk-1＝n*(1+√5)/2，其中n＝整数。
多模态分布还具有后续模态i+1，其具有以颗粒14的后续等效外径Di+1分配的颗粒14的后续数量Ni+1。但是，所述后续模态i+1不是多模态分布的负偏斜多模态部分的一部分。
图4b是根据图4a的具有放大区域的具有外径分布的颗粒14的可能布置的示意图。为了更容易呈现的目的，将颗粒14显示为具有球形几何形状的规则球。
当前，具有最大模态的最大直径Di的三个颗粒14被布置为使得它们彼此接触并且在它们之间留下间隙。在所述间隙内布置两个具有先前模态i-1的先前直径Di-1的颗粒14，以及一个具有相邻模态的直径Di-2的颗粒。
图4c是具有正偏斜多模态部分的等效外径分布的示意图。多模态分布的正偏斜部分具有一个最大模态i，其具有以颗粒14的基本等效外径Di分配的颗粒14最大数量Ni。
多模态分布的正偏斜多模态部分具有后续模态i+1、另一模态和又一模态，后续模态i+1具有以颗粒14的后续等效外径Di+1分配的颗粒14的后续数量Ni+1，另一模态具有以颗粒14的等效外径Di+2分配的颗粒14的数量Ni+2，又一模态具有以颗粒14的等效外径Di+3分配的颗粒14的数量Ni+3。因此，以模态的等效外径Dk分配的颗粒的数量Nk随着等效外径Dk的增加而减小：
Dk<Dk+1，并且Nk>Nk+1，对于k≥i。
当前，在正偏斜的所述多模态部分内，选择的模态k的等效外径Dk与相邻模态k+1的等效外径Dk+1之间的比率RDk等于(1+√5)/2或等于该值的任何整数分割：
RDk＝Dk/Dk+1＝2/(n*(1+√5))，其中n＝整数。
当前，在正偏斜的所述多模态部分内，选择的模态k的数量Nk与相邻模态k+1的数量Nk+1之间的比率RNk等于(1+√5)/2或等于该值的任何整数倍：
RNk＝Nk/Nk+1＝n*(1+√5)/2，其中n＝整数。
多模态分布还具有先前模态i-1，其具有以颗粒14的先前等效外径Di-1分配的颗粒14的先前数量Ni-1。但是，所述先前模态i-1不是多模态分布的正偏斜多模态部分的一部分。
图4d是根据图4c的具有放大区域的具有外径分布的颗粒14的可能布置的示意图。为了更容易呈现的目的，将颗粒14显示为具有球形几何形状的规则球。
当前，布置具有和与最大模态i相邻的后续模态i+1相邻的模态的直径Di+2的四个颗粒14，使得它们彼此接触并在它们之间留下间隙。具有与最大模态i相邻的后续模态i+1的后续直径Di+1的若干颗粒14以及多个具有最大模态i的基本直径Di的颗粒被布置在所述间隙内。
图5是示出与由具有根据本发明的粒径分布的材料305制成的隔绝体相比，由具有共同粒径分布的不同材料制成的隔绝体的频率F的声压级降低SPLR的曲线图。此处，给出了Styropor 301、石棉(Stonewool)302、Styrodur 303和称为“FAI30M”304的高端商用隔音材料的曲线图。
图5是与典型商用隔绝体相比，形成隔绝的新型强力网络的测量值的示例性比较。在目前的情况下，新的基于强力网络的隔绝体比现有的隔绝体性能好几个数量级。尤其是在降低声波压力的低频段，隔音效果至少提高了3倍，而在3000Hz以上的高频段，则提高了10倍以上。声波压力p计算如下
p＝p0*10(SPLR/20)[Pa]。
其中，p0为参考声波压力，SPLR为测得的声压级降低。
图6是具有放大细节的可能的支撑结构40的示意图。支撑结构40包括包围空腔42的壁41。在给定的示意图中，壁41几乎是直的，具有轻微的曲线，其中壁41被规则地设置。特别地，在给定的呈现中，壁41被平行地布置，分别彼此正交，并且空腔42具有几乎矩形的形状并且每个空腔42被至少四个壁41包围。空腔42还可由本示意图中未示出的顶壁和底壁包围。
然而，支撑结构的壁41也可以不规则和不对称地布置。因此，支撑结构40的空腔42也可以具有不规则形状。此外，空腔42可具有例如球形。
图7是具有放大细节的隔音元件10的示意性截面图。隔音元件10包括图6所示的支撑结构40，其中所述支撑结构40的空腔42填充有粒状材料12。隔音元件10的粒状材料12包含粒状颗粒14。可以看出，特别是在放大细节中，颗粒14具有不同的大小，因此具有不同的等效外径D。粒状颗粒14的等效外径D和相应数量N需要具有适当的比例，以确保耗散强力网络的理想尺寸。为了便于观察，所示的空腔没有完全填满颗粒。
原则上，支撑结构40可以假设任何结构形式，前提是它将粒状材料12的粒状颗粒14保持在空间中的期望位置，并且允许粒状颗粒14的复杂的相互作用从而形成强力网络。
支撑结构40被盖子50覆盖，盖子50在给定的视图中仅部分可见。盖子50防止粒状材料12的粒状颗粒14从支撑结构40的空腔42掉落。盖子50还防止灰尘或湿气进入支撑结构40的空腔42并因此防止与粒状材料12的颗粒14接触。
在当前情况下，盖子50是无孔的。在本发明的其他实施方式中，盖子50可以由多孔材料制成，该多孔材料的孔的等效孔径小于最小粒状颗粒14的等效外径D。在这种布置中，声波将穿透进入隔绝体结构，大大减少了声波的反射。这样的隔绝体将表现出极好的吸声和隔音特性。
图8a是由机织织物45制成的支撑结构40的示意图。所述支撑结构40设计为具有几乎规则形状的三维网。在支撑结构40内并且被机织织物45围绕，包括多个空腔42，用于容纳粒状颗粒14。
图8b是由无纺布46制成的支撑结构40的示意图。所述支撑结构40设计为具有不规则形状的三维网。在支撑结构40内并且被无纺布46围绕，包括多个空腔42，用于容纳粒状颗粒14。
图9示出了乘用车60，其具有可以装配有隔音元件10的几个部件的放大细节的截面图。所述部件尤其包括发动机罩61、车顶结构62、地坎板(sillboard)63、支柱64或车门65。
优选地，在发动机罩61上使用的用于降低内燃机噪音的隔音元件10具有耐温性。可选择地或附加地，隔音元件10可以直接放置在内燃机上。
乘用车60的中空结构元件，例如地坎板63、支柱64或车门65的一部分，可选择地直接用粒状材料12的颗粒14填充，而无需提供具有多孔成分的显式支撑结构40。
图10示出了可移动的家用汽车70，其具有可装配有隔音元件10的几个部件的放大细节的截面图。所述部件尤其包括发动机罩71、支柱74或围绕起居舱的侧壁72。
优选地，在发动机罩61上使用的用于降低内燃机噪音的隔音元件10具有耐温性。可选择地或附加地，隔音元件10可以直接放置在内燃机上。
可选择地，家用汽车70的中空结构元件，例如支柱64或侧壁72，可以直接用粒状材料12的颗粒14填充，而无需提供具有多孔成分的显式支撑结构40。
图11示出了小船80，其具有可装配有隔音元件10的几个部件的放大细节的截面图。所述部件尤其包括外壁81，围绕起居舱的内壁82，或将内燃机舱或变速箱与起居舱分隔的分隔壁83。
优选地，在分隔壁83上使用的隔音元件10具有耐温性。可选择地或附加地，隔音元件10可以直接放置在内燃机舱或变速箱上。
可选择地，小船80的中空结构元件，例如外壁81或内壁82的部分，可以直接用粒状材料12的颗粒14填充，而无需提供具有多孔成分的显式支撑结构40。也可以直接用粒状材料12的颗粒14填充结构元件(例如分隔壁83)的中空空间，并将隔音元件10另外放置在所述结构元件上。
图12示出了火车90，其具有可以装配有隔音元件10的几个部件的放大细节的截面图。所述部件尤其包括外壁91、内壁92或屋顶结构95。
可选择地，火车90的中空结构元件可以直接用粒状材料12的颗粒14填充，而无需提供具有多孔成分的显式支撑结构40。也可以直接用粒状材料12的颗粒14填充结构元件(例如外壁91)的中空空间，并将隔音元件10另外放置在所述结构元件上。
图13示出了飞机100，其具有可以装配有隔音元件10的几个部件的放大细节的截面图。所述部件尤其包括外壁101、将飞机100的机舱或涡轮发动机105分隔开的内壁102。
优选地，在涡轮发动机105上使用的隔音元件10具有耐高温的特性，能耐高达2000℃的高温。优选地，隔音元件10直接放置在涡轮发动机105上。在这里，隔音元件10像适合涡轮发动机105的几何形状的圆柱形壳体一样围绕涡轮发动机105，在其前端和后端保持打开。
图14示出了住宅110，其具有可以装配有隔音元件10的几个部件的放大细节的截面图。所述部件尤其包括窗框112或门114。其他未示出的部件例如是浴室壁、卫生管道和供暖安装。可选择地，住宅110的中空元件可以直接用粒状材料12的颗粒14填充，而无需提供具有多孔成分的显式支撑结构40。
图15示出了建筑物122中的电梯120处的截面图，并且示出了可以装配有隔音元件10的小屋墙壁(cabin wall)124的放大细节的截面图。另外，建筑物122中电梯竖井的侧壁可以装配有隔音元件10。可选择地，中空的小屋墙壁124可以直接用粒状材料12的颗粒14填充，而无需提供具有多孔成分的显式支撑结构40。
尽管本文已经关于一个或多个优选实施方式详细地描述了本发明，但是应当理解，本公开内容仅是本发明的说明性和示例性，并且仅出于提供完整和可行的本发明公开内容的目的而做出。前述公开内容不旨在被解释为限制本发明或以其他方式排除任何此类的其他实施方式、改编、变型、修改或等同布置；考虑到本发明的等同方案，本发明由所附的权利要求书限定。
附图标记
10 隔音元件
12 粒状材料
14 颗粒
40 支撑结构
41 壁
42 空腔
45 机织织物
46 无纺布
50 盖子
60 乘用车
61 发动机罩
62 屋顶结构
63 地坎板
64 支柱
65 门
70 移动家用汽车
71 发动机罩
72 侧壁
74 支柱
80 小船
81 外壁
82 内壁
83 分隔壁
90 火车
91 外壁
92 内壁
95 屋顶结构
100 飞机
101 外壁
102 内壁
105 涡轮发动机
110 住宅
112 窗框
114 门
120 电梯
122 建筑物
124 小屋墙壁
201 第一声音传输系统
202 第二声音传输系统
203 第三声音传输系统
204 第四声音传输系统
210 声音发射器
212 声音接收器
214 分离元件
301 Styropor
302 石棉(Stonewool)
303 Styrodur
304 FAI30M
305 具有根据本发明的粒径分布的材料
i 最大模态的序号
i-1 先前模态的序号
i+1 后续模态的序号
D 等效外径
Di 最大模态的基本等效外径
Di-1 先前模态的先前等效外径
Di+1 后续模态的后续等效外径
N 颗粒的数量
Ni 最大模态的颗粒的最大数量
Ni-1 先前模态的颗粒的先前数量
Ni+1 后续模态的颗粒的后续数量
p 声波压力
p0 参考声波压力
SPLR 声压级降低
STL 声音传输损失

Claims (17)

1. 隔音元件（10），
其利用强力网络作为主要的能量耗散机制，其中
强力网络是通过颗粒系统中的固体颗粒（14）的复杂相互作用而产生的，根据牛顿第三定律，可以形成最大数量的互连力对，其中所述强力网络是通过使用由至少一种具有特定的偏斜多模态粒径分布的固体材料制成的粒状材料（12）来实现的，
包括
由颗粒（14）组成的粒状材料（12）和
具有至少一个空腔（42）的支撑结构（40），其中
所述至少一个空腔（42）填充有粒状材料（12）的颗粒（14），
其特征在于
选择以颗粒（14）的等效外径（D）分配颗粒（14）的数量（N）的分布，使得颗粒（14）在所述至少一个空腔（42）内形成耗散能量的强力网络，其中
以颗粒（14）的等效外径（D）分配颗粒（14）的数量（N）的分布是不对称分布，其中
颗粒（14）的等效外径（D）的分布是多模态的，具有几种模态，并且其中
所述多模态分布是偏斜的，使得
所述多模态分布具有一个最大模态（i），
具有颗粒（14）的最大数量（Ni），
其以颗粒（14）的基本等效外径（Di）分配，并且其中
所述多模态分布具有至少一个先前模态（i-1）和至少一个后续模态（i+1）。
2.根据权利要求1所述的隔音元件（10），其特征在于，
颗粒（14）具有0.0001mm和10mm之间的等效外径（D）。
3. 根据前述权利要求中的一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
至少一个先前模态（i-1）
具有颗粒（14）的先前数量（Ni-1）
其以颗粒（14）的先前等效外径（Di-1）分配，所述先前等效外径（Di-1）小于颗粒（14）的基本等效外径（Di），并且特征在于
至少一个后续模态（i+1）
具有颗粒（14）的后续数量（Ni+1）
其以颗粒（14）的后续等效外径（Di+1）分配，所述后续等效外径（Di+1）大于颗粒（14）的基本等效外径（Di）。
4.根据前述权利要求中的一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
多模态分布在最大模态（i）的左侧具有至少一个部分，所述部分包括多个模态并且包括最大模态（i），
其中当颗粒（14）的等效外径（D）减小时，以颗粒（14）的等效外径（D）分配的颗粒（14）的数量（N）减少，
使模态峰值上的包络曲线是负偏斜的。
5.根据权利要求4所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的部分内，
比率RDk={Dk/Dk-1}k=i,，i-1,，i-2,，…={Di/Di-1，Di-1/Di-2，Di-2/Di-3，...}大于或等于1.2且小于或等于2.1，这样
1.2≤RDk≤2.1，
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k-1）的等效外径（Dk-1）分配的数量（Nk-1）。
6.根据权利要求4至5中的一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的部分内，
比率RDk={Dk/Dk-1}k=i,，i-1,，i-2,，…={Di/Di-1，Di-1/Di- 2，Di-2/Di-3，...}等于（1+√5）/2或等于所述值的任何整数倍，使得
RDk=（1+√5）/2或RDk=n*（1+√5）/2
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k-1）的等效外径（Dk-1）分配的数量（Nk-1）。
7.根据前述权利要求中的一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
多模态分布在最大模态（i）的右侧具有至少一部分，所述部分包括多个模态并且包括最大模态（i），
其中当颗粒（14）的等效外径（D）增加时，以颗粒（14）的等效外径（D）分配的颗粒（14）的数量（N）减少，
使模态峰值上的包络曲线是正偏斜的。
8.根据权利要求7所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的部分内，
比率RDk={Dk/Dk+1}k=i,，i+1,，i+2,，…={Di/Di+1，Di+1/Di+2，Di+2/Di+3，...}大于或等于0.45且小于或等于0.8，这样
0.45≤RDk≤0.8，
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k+1）的等效外径（Dk+1）分配的数量（Nk+1）。
9.根据权利要求7至8中的一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的部分内，
比率RDk={Dk/Dk+1}k=i,，i+1,，i+2,，…={Di/Di+1，Di+1/Di+2，Di+2/Di+3，...}等于2/（1+√5）或等于所述值的任何整数分隔，使得
RDk=2/（1+√5）或RDk=2/（n*（1+√5））
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k+1）的等效外径（Dk+1）分配的数量（Nk+1）。
10.根据权利要求4所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的部分内，
比率RNk={Nk/Nk-1}k=i,，i-1,，i-2,，…={Ni/Ni-1，Ni-1/Ni-2，...}大于或等于1.2且小于或等于2.1，这样
1.2≤RNk≤2.1，
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k-1）的等效外径（Dk-1）分配的数量（Nk-1）。
11.根据权利要求4所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为负偏斜的部分内，
比率RNk={Nk/Nk-1}k=i,，i-1,，i-2,，…={Ni/Ni-1，Ni-1/Ni- 2，...}
等于（1+√5）/2或等于所述值的任何整数倍，使得
RNk=（1+√5）/2或RNk=n*（1+√5）/2
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k-1）的等效外径（Dk-1）分配的数量（Nk-1）。
12.根据权利要求7所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的部分内，
比率RNk={Nk/Nk+1}k=i,，i+1,，i+2,，…={Ni/Ni+1，Ni+1/Ni+2，...}大于或等于1.2且小于或等于2.1，这样
1.2≤RNk≤2.1，
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k+1）的等效外径（Dk+1）分配的数量（Nk+1）。
13.根据权利要求7所述的隔音元件（10），其特征在于，
在所述模态峰值上的包络曲线为正偏斜的部分内，
比率RNk={Nk/Nk+1}k=i,，i+1,，i+2,，…={Ni/Ni+1，Ni+1/Ni+2，...}
等于（1+√5）/2或等于所述值的任何整数倍，使得
RNk=（1+√5）/2或RNk=n*（1+√5）/2
其中
以选择的模态（k）的等效外径（Dk）分配的数量（Nk）大于以相邻模态（k+1）的等效外径（Dk+1）分配的数量（Nk+1）。
14.根据前述权利要求中的一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
至少一个空腔（42）具有等效内径，所述等效内径被选择得足够大以使得足够数量的颗粒（14）可以形成强力网络。
15.根据前述权利要求中一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
颗粒（14）紧密地布置在至少一个空腔（42）中，使得颗粒（14）在至少一个空腔（42）内形成强力网络。
16.根据前述权利要求中的一项所述的隔音元件（10），其特征在于，
支撑结构（40）被盖子（50）覆盖。
17.根据前述权利要求中任一项所述的隔音元件（10）的用途，
用于汽车应用、机械工程应用、电气工程应用、航空工程应用、运输应用、海军工程应用或土木工程应用。
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