CN112820264B - 一种装配式声学超构体及声障板 - Google Patents

Abstract

一种装配式声学超构体，包括膜型声学超材料及装配件，所述膜型声学超材料包括一个或多个膜型声学超材料单元，所述装配件设置在所述膜型声学超材料上，用于实现多个所述装配式声学超构体之间和/或所述装配式声学超构体与支撑结构之间的装配连接，以便通过所述装配连接形成一装配式声学超构层。一种声障板，包括声学超构层，所述声学超构层包括多个所述的装配式声学超构体，多个所述装配式声学超构体借助所述装配件装配连接在一起。基于该装配式声学超构体构筑的大尺寸隔音板的性能能够在设计频段内趋向于小尺寸装配式声学超构体的性能，提高设计目标频段尤其是低频段的隔声效果。

Description

一种装配式声学超构体及声障板

技术领域

本发明涉及声学超材料，特别是涉及一种装配式声学超构体及声障板。

背景技术

膜型声学超材料通常是将张紧或没有张紧的薄膜/薄板与多孔框架固连在一起组成。薄膜/薄板可以是均质膜/板，也可以是复合膜/板。框架为一个整体，由六边形或四边形等各种形状框架单元组成，框架单元为膜单元提供固定边界，其声学性能取决于有或没有质量块的薄膜的共振行为。如：将膜固连到蜂窝板中制备了小尺寸声学超材料膜(膜单元尺寸为3.65mm，样件的包络尺寸为10cm)。这种改进可针对特定频率声音通过人工设计实现噪声调控，是在没有太多重量(低材料密度)和空间(小厚度)损失的情况下实现的，可采用轻薄结构实现低频噪声控制，这对车辆和飞机座舱是有益的。然而，若以这种方式做成大尺寸膜型声学超材料(如包络尺寸大于10cm)，其性能会受到整体动态响应的影响而降低，特别是低频隔音效果将随着尺寸的增加而降低地更加明显。这种现象同样会出现在其他基于膜型声学超材料的大尺寸板结构中，即：大尺寸膜型声学超材料的隔声性能，尤其是低频隔声性能会相比小尺寸样品有较大幅度下降。

由于现有的大尺寸膜型声学超材料是靠固定连接方式使得多个声学超材料单元固连为一体，振动时，固连的多个声学超材料构成的大尺寸样品会在某些频率体现出整体振动情况，其一阶频率往往低于声学超材料单元独立振动的频率，从而降低该频率段的隔音效果。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术存在的问题，提供一种装配式声学超构体。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种装配式声学超构体，包括膜型声学超材料及装配件，所述膜型声学超材料包括一个或多个膜型声学超材料单元，所述装配件设置在所述膜型声学超材料上，用于实现多个所述装配式声学超构体之间和/或所述装配式声学超构体与支撑结构之间的装配连接，以便通过所述装配连接形成一装配式声学超构层。

进一步地：

所述装配件包括细针、细梁、弹簧、弦、绳索、橡胶件、吸盘、粘胶中的一种或多种。

所述膜型声学超材料单元包含薄膜以及一个或两个开口格栅框架，所述薄膜覆于所述开口格栅框架的端面或夹在所述两个开口格栅框架之间，优选地，还包括质量块，所述质量块固定在所述薄膜上。

所述开口格栅框架可以为六边形、四边形、三角形或负泊松比结构。

一种声障板，包括声学超构层，所述声学超构层包括多个所述装配式声学超构体，多个所述装配式声学超构体借助所述装配件装配连接在一起。

所述声学超构层还包括支撑结构，所述支撑结构与所述装配件相配合，将多个所述装配式声学超构体装配连接在一起。当多个声学超构体组装后自身支撑足够时，也可以不用支撑结构。

所述支撑结构为支撑板，多个所述装配式声学超构体通过所述装配件装配在所述支撑板上，优选地，所述装配件设置在所述装配式声学超构体的底部。

所述支撑结构为支撑框架，多个所述装配式声学超构体通过所述装配件装配在所述支撑框架中优选地，所述装配件设置在所述装配式声学超构体的侧部。

还包括护面层、常规吸隔声结构层、阻尼层中的一者或多者。

具有多层所述声学超构层。

一种声障结构，包括多个所述的装配式声学超构体，每个所述装配式声学超构体各自构成一装配式声学超构层，各装配式声学超构层通过装配件装配在一起。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种装配式声学超构体和基于该超构体的声障板，该装配式声学超构体包括膜型声学超材料与装配件构成，通过引入装配件可实现多个所述装配式声学超构体之间和/或所述装配式声学超构体与支撑结构之间的装配连接，构筑成装配式声学超构层，即，采用装配/连接方式构筑出大尺寸的声学调控和噪声控制产品。装配件或支撑结构能够起到加固膜型声学超材料(可以是薄膜或薄板的形式)的边界的作用，产生使膜型声学超材料的边界在设计频段内趋向于固定不动边界的效果。基于该装配式声学超构体构筑的大尺寸隔音板的性能能够在设计频段内趋向于小尺寸装配式声学超构体的性能，可以提升设计频段尤其是低频段的隔音性能。本发明的装配式声学超构体和基于该超构体的声障板可以应用于各种噪声控制领域，包括住宅、酒店、工厂、会议厅、户外声障结构、车辆隔声等场所。与传统声障板相比，本发明可针对特定频率声音通过人工设计实现噪声调控，可采用轻薄结构实现低频噪声控制，可模块化安装，施工快速方便；可根据实际使用环境简单调整即可满足不同场所的应用需求。与已有膜型声学超材料相比，本发明通过装配形式的设计，突破现有膜型声学超材料在制备为尺寸较大的隔音板后隔音效果降低的瓶颈，实现设计目标频段尤其是低频段隔声量的提高。

附图说明

图1为本发明实施例1的声学超构层的装配结构示意图。

图2为本发明实施例2的声学超构层的装配结构示意图。

图3为本发明实施例3的声学超构层的装配结构示意图。

图4为本发明实施例4的装配式声学超构体示意图。

图5为本发明实施例5的装配式声学超构体示意图。

图6为本发明实施例6的装配式声学超构体示意图。

图7A为本发明实施例7的声学超构层的装配结构示意图。

图7B为本发明实施例7的声学超构层的背面示意图。

图8为本发明实施例8的声障板结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1至图7B，在一些实施例中，一种装配式声学超构体101，包括膜型声学超材料及装配件(102、102＇、106、114)，所述膜型声学超材料包括一个或多个膜型声学超材料单元，所述装配件设置在所述膜型声学超材料上，用于实现多个所述装配式声学超构体之间和/或所述装配式声学超构体与支撑结构之间的装配连接，以便通过所述装配连接形成一装配式声学超构层。从而，利用本发明实施例的装配式声学超构体能够组装成大尺寸装配式声学超构层，并且本发明的声学超构体装配方式可以使装配式声学超构体之间相对独立地振动，当通过装配件和/或支撑结构将其组成一个大尺寸样品时，其整体振动频率可以高于声学超材料独立振动的频率，实现较低频段的高隔音效果，使得大尺寸的声学超构层的性能趋向于小尺寸的装配式声学超构体的性能。

在一些实施例中，优选的装配件为软弹簧、细梁、弦、绳索、橡胶层或橡胶垫、吸盘、粘胶等。

在一些实施例中，一种声障板，包括声学超构层2，所述声学超构层2包括多个所述装配式声学超构体101，多个所述装配式声学超构体借助所述装配件装配连接在一起。

在一些实施例中，基于装配式声学超构体的声障板还包括护面层1、常规吸隔声结构层3、阻尼层中的一者或多者。

在一些实施例中，一种声障结构，包括多个所述的装配式声学超构体，每个所述装配式声学超构体各自构成一装配式声学超构层，各装配式声学超构层通过装配件装配在一起。

参见图8，一种基于装配式声学超构体的声障板，包括护面层1、装配式声学超构层2、常规吸隔声结构层3。

在不同的实施例中，基于装配式声学超构体的声障板还可以根据实际工程需要增加或减少相关的常规吸隔声结构层、装配式声学超构层、护面层的层数，甚至可以不包含常规吸隔声结构层或护面层，比如：多层声学超构层；声学超构层+护面层；常规隔音层+声学超构层；常规隔音层+声学超构层+阻尼层；常规吸音层+声学超构层+常规吸音层等。

常规吸隔声结构层可以是匀质隔声薄板、含或不含阻尼层的复合叠合板、多孔吸声材料板、共振吸声结构等传统吸隔声结构层。护面层可以为格栅板、多孔板、平板或软包装材料，由木材、塑料、铝合金、树脂、玻璃钢、软包材料制成。护面层优选厚度为0.1～1mm。

在一些实施例中，装配式声学超构层除包括多个装配式声学超构体101，还可以包括支撑结构(103、104、107)。所述装配式声学超构体包括膜型声学超材料与装配件(102、102＇、106、114)，所述装配件用于装配式声学超构体之间和/或装配式声学超构体与支撑结构之间的装配连接。所述膜型声学超材料包括一个或多个膜型声学超材料单元，每个膜型声学超材料单元包含薄膜112、开口格栅框架113以及质量块111(参阅图4)，薄膜112覆于格栅框架113的端面或夹在两格栅之间。

薄膜112的材料可以是单一材料薄膜或复合薄膜结构。开口格栅框架113的形状与尺寸可根据工作频率要求进行调整，代表性的形状为六边形、四边形或三角形等。质量块111的质量和个数可以根据工作频率需要进行增减，甚至可以不包含质量块。

装配式声学超构体的膜型声学超材料可以包含一个或多个膜型声学超材料单元。装配式声学超构体的装配件的个数和位置可依据连接需求进行调整，其作用是实现装配式声学超构体之间、装配式声学超构体与支撑结构之间的装配连接，使大尺寸的声学超构层的隔音性能在目标频段趋向于小尺寸装配式声学超构体的性能，提高设计目标频段尤其是低频段的隔声量。

装配件优选连接点少的连接形式，其具体的实现方式可以是软弹簧、细梁、细针、绳索、橡胶层或橡胶垫、吸盘、点胶粘接等。当装配式声学超构体的最高刚体频率小于最低的弹性频率时(比如频率相差5～10倍)，可以适当增加连接点或连接面积，甚至采用刚性固定连接方式。

可使用支撑结构连接多个装配式声学超构体而形成声学超构层。当多个装配式声学超构体互相连接后可以满足工程需求时，也可以没有支撑结构。

支撑结构可根据实际应用情况设计，使其安装方便且满足隔音需求。具体形式可以是板材、挖空板材或框架等。由于装配式声学超构体的质量可以做到比较轻，因此，支撑结构除了可以采用硬质材料(如钢、铝合金、塑料、水泥、树脂、玻璃、复合材料或玻纤等)外，还可以采用软质材料(如橡胶、软帘等)作为支撑。

以下进一步描述本发明的具体实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例的支撑结构为支撑板103，声学超构层由多个装配式声学超构体101与支撑板103组合构筑。装配式声学超构体的装配件为底面的细针102。每个装配式声学超构体为1个四边形膜型声学超材料单元，声学超构层由4个装配式声学超构体与支撑板组合构筑。

实施例2

如图2所示，与实施例1不同在于，本实施例的每个装配式声学超构体101包括直接固定为一体的4个四边形膜型声学超材料单元。

实施例3

如图3所示，本实施例的支撑结构为支撑框架104，声学超构层由多个装配式声学超构体101与支撑框架104组合构筑。装配式声学超构体的装配件为侧面的细针102＇。每个装配式声学超构体101可含4个四边形膜型声学超材料单元，声学超构层可以由4个装配式声学超构体与支撑框架组合构筑。

实施例4

支撑框架可以有预设孔也可以没有预设孔，比如：支撑框架是金属的，需要有预设孔，若支撑框架是木质的，则细针可以直接钉进支撑框架。

实施例5

如图4所示，本实施例的一个装配式声学超构体只含一个膜型声学超材料单元，该膜型声学超材料单元包括质量块111、薄膜112、开口格栅框架113，其装配件为软弹簧114。图4示出了装配件采用软弹簧的几种膜型声学超材料单元，各自具有不同个数、不同位置的软弹簧。

实施例5

图5示出了采用不同个数、不同位置的细针作为装配式声学超构体的装配件，这些装配式声学超构体均只包含1个膜型声学超材料单元。

实施例6

如图6所示，本实施例的一个装配式声学超构体含16个六边形膜型声学超材料单元，其装配件为细针。16个膜型声学超材料单元可以固定连接在一起。该装配式声学超构体可借助其装配件与其他装配式声学超构体及支撑结构装配在一起。

实施例7

如图7A和图7B所示，本实施例的装配式声学超构体，采用弦或绳索106和弦或绳索装配孔105a的结构作为装配件。该装配式声学超构体包含1个矩形的膜型声学超材料单元，该膜型声学超材料单元的开口格栅框架上设置有8个弦或绳索装配孔105a，用于安装作为装配件的弦或绳索106。本例的支撑结构为弦或绳索支撑框架107，弦或绳索支撑框架107设置有用于安装弦或绳索106的弦或绳索装配孔105b。本例的装配式声学超构层包括通过弦或绳索106装配在弦或绳索支撑框架107中的4个装配式声学超构体。弦或绳索也可以用绳索代替。本实施例类似用一根弦/绳子将珠子(膜型声学超材料单元)穿在一起形成一个大尺寸珠帘，单个声学超材料单元就类似为每个珠子。

实施例8

如图8所示，本实施例的基于装配式声学超构体的声障板，包括护面层1、装配式声学超构层2和常规吸隔声结构层3。装配式声学超构层包括膜型声学超材料及装配件。

装配式声学超构体通过装配件、支撑结构的组合连接方式构成大尺寸声学超构层，可以实现大尺寸声学超构层整体的振动响应向小尺寸的装配式声学超构体的振动响应逼近，性能趋于小尺寸装配式声学超构体的性能，从而实现更好的隔音性能。

实施例9

1个声学超构层可以只有1个装配式声学超构体，可根据工作环境需要进行灵活设计。本实施例提供另一种声障结构，包括多个所述的装配式声学超构体，每个所述装配式声学超构体各自独立地构成一装配式声学超构层，各装配式声学超构层可以通过装配件装配在一起。例如，针对一个需要隔绝的小声源，如一个比耳机小的声源，可用6块只含有1个声学超构体的声学超构层板拼成一个盒子，将声源包裹在盒子内部实现隔声。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种装配式声学超构体，其特征在于，包括膜型声学超材料及装配件，所述膜型声学超材料包括一个或多个膜型声学超材料单元，所述膜型声学超材料单元包含薄膜以及一个或两个开口格栅框架，所述薄膜覆于所述开口格栅框架的端面，所述装配件包括细针、细梁、弹簧、弦、绳索、橡胶件中的一种或多种，所述装配件设置在所述开口格栅框架上，用于实现多个所述装配式声学超构体之间和/或所述装配式声学超构体与支撑结构之间的装配连接，以便通过所述装配连接形成一装配式声学超构层，通过所述装配件使多个所述装配式声学超构体装配连接形成的大尺寸的声学超构层的隔音性能在目标频段趋向于小尺寸装配式声学超构体的性能；其中所述支撑结构为设于所述装配式声学超构体底部的支撑板或设于所述装配式声学超构体外侧的支撑框架。

2.如权利要求1所述的装配式声学超构体，其特征在于，还包括质量块，所述质量块固定在所述薄膜上。

3.如权利要求2所述的装配式声学超构体，其特征在于，所述开口格栅框架为六边形、四边形、三角形或负泊松比结构。

4.一种声障板，包括声学超构层，其特征在于，所述声学超构层包括多个如权利要求1至3任一项所述的装配式声学超构体。

5.如权利要求4所述的声障板，其特征在于，所述声学超构层还包括支撑结构，所述支撑结构与所述装配件相配合，将多个所述装配式声学超构体装配连接在一起。

6.如权利要求5所述的声障板，其特征在于，所述支撑结构为支撑板，多个所述装配式声学超构体通过所述装配件装配在所述支撑板上，所述装配件设置在所述装配式声学超构体的底部。

7.如权利要求5所述的声障板，其特征在于，所述支撑结构为支撑框架，多个所述装配式声学超构体通过所述装配件装配在所述支撑框架中，所述装配件设置在所述装配式声学超构体的侧部。

8.如权利要求4至7任一项所述的声障板，其特征在于，还包括护面层、常规吸隔声结构层、阻尼层中的一者或多者。

9.如权利要求8所述的声障板，其特征在于，包括多层所述声学超构层。

10.一种声障结构，其特征在于，包括多个如权利要求1至3任一项所述的装配式声学超构体，每个所述装配式声学超构体各自构成一装配式声学超构层，各装配式声学超构层通过装配件装配在一起。