CN112867860B - 使用超开口超材料的空气透射选择性消音器 - Google Patents

使用超开口超材料的空气透射选择性消音器 Download PDF

Info

Publication number
CN112867860B
CN112867860B CN201980051199.1A CN201980051199A CN112867860B CN 112867860 B CN112867860 B CN 112867860B CN 201980051199 A CN201980051199 A CN 201980051199A CN 112867860 B CN112867860 B CN 112867860B
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
target frequency
sectional area
cross
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980051199.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112867860A (zh
Inventor
张锌
R·加法里瓦达瓦
S·安德森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boston University Foundation
Original Assignee
Boston University Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boston University Foundation filed Critical Boston University Foundation
Publication of CN112867860A publication Critical patent/CN112867860A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112867860B publication Critical patent/CN112867860B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/06—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using interference effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/086—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling having means to impart whirling motion to the gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/086—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling having means to impart whirling motion to the gases
    • F01N1/087—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling having means to impart whirling motion to the gases using tangential inlets into a circular chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/086—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling having means to impart whirling motion to the gases
    • F01N1/088—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling having means to impart whirling motion to the gases using vanes arranged on gas flow path or gas flow tubes with tangentially directed apertures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/12—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using spirally or helically shaped channels
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/161—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general in systems with fluid flow
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/08—Gas passages being formed between the walls of an outer shell and an inner chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/14—Plurality of outlet tubes, e.g. in parallel or with different length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/20—Dimensional characteristics of tubes, e.g. length, diameter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/24—Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

一种双层超材料消音器，该双层超材料消音器允许大量的流体通过该设备，同时减轻声音通过该设备的传播，并且同时提供比先前已知装置明显更紧凑的形状因子。此外，例示性实施方式允许设计者指定设备减轻声音传播的频率或多个频率和/或该设备减轻声音传播的频率或多个频率附近的带宽中的一者或两者。

Description

使用超开口超材料的空气透射选择性消音器
相关申请
本申请要求于2018年8月3日提交的题为“Air-Transparent Selective SoundSilencer Using Ultra-Open Metamaterial”并且发明人为Xin Zhang、RezaGhaffarivardavagh和Stephan Anderson的美国临时申请No.62/714,246以及于2019年6月18日提交的题为“Air-Transparent Selective Sound Silencer Using Ultra-OpenMetamaterial”并且发明人为Xin Zhang、Reza Ghaffarivardavagh和Stephan Anderson的美国临时申请No.62/863,046的优先权。前述申请中的各个申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及用于声音抑制的装置，并且更具体地涉及在抑制通过装置的声音透射的同时还允许空气流过该装置的装置。
背景技术
已知通过多种手段来抑制声音的传播，诸如，吸声隔离物和声音偏转表面。例如，诸如降噪耳机之类的某些设备通过将不期望的声音与该声音的副本进行组合来抑制不期望的声音的传播，所述副本是不想要的声音的反相(inverse)。
如果不期望的声音具有已知的频率，则某些设备通过将不期望的声音与该声音的反相副本(例如，与不期望的声音异相180度的副本)进行组合来抑制该特定频率的不期望的声音。
一些这样的现有技术装置的种类被称为“Herschel-Quincke管”(或“HQ管”)。HQ管具有可以传播声音的第一管道以及可以传播声音的第二管道。传播的声音信号进入第一管道和第二管道二者，并通过两个管道传播，直到管道汇合为止，并且通过第二管道传播的信号与通过第一管道传播的信号合并。
在具有相应波长λ的给定频率下，HQ管减少在介质中传播的声音信号的能力不是由第一管道的长度L1引起的，也不由第二管道的长度L2引起的，而是由第一管道的长度与第二管道的长度之差(即L2-L1)引起的。在HQ管中，第一管道与第二管道之间的长度差(即L2-L1)是声音信号的频率的波长的一半(0.5λ)(或Nλ+0.5λ，其中，N为整数)，以使得在管道汇合以及它们各自的信号合并的点处，在第二管道中传播的信号与在第一管道中的信号异相180度。例如，第一管道的长度可以为1.25λ，而第二管道的长度可以为1.75λ，使得这些长度之间的差为1.75λ-1.25λ＝0.5λ。
除此之外，这意味着HQ管的制造要求两个管道的制造精度都很高，以确保它们各自长度之间的所要求的差。而且，这样的装置需要在流体可以流过的敞开空间的量与它们抑制声音透射的能力(即，它们的透射损耗)之间进行权衡。换句话说，牺牲开口面积的量以获得期望的声学性能。
下面描述现有技术HQ管的一些示例。
图1A示意性地例示了根据Venter的美国专利4,683,978的第一附图的现有技术排气消音器。
在Venter的装置(图1A)中，附图标记10通常指的是内燃发动机的排气消音器。排气消音器10具有入口开口12以及与入口开口12轴向间隔开的出口开口14。消音器包括圆柱形壳体(或外壳)16以及在壳体16内部的芯18。芯包括限定至少一个轴向流动通道20的中心轴向管19。芯具有至少一个螺旋挡板21，该螺旋挡板21在壳体16内限定围绕轴向通道20的螺旋通道22。轴向流动通道20具有上游轴向入口20.1，并且具有横向出口24，该横向出口24在螺旋通道的下游半部中横向向外指向螺旋通道22。横向出口24由成簇地布置在在轴向通道20的下游端处且在螺旋形挡板21的最后两个叶片21.1与21.2之间的多个开口提供。
Venter的消音器10具有入口室26，该入口室26包括由漏斗形入口连接部28限定的截头圆锥形部分26.1，该入口连接部28的轴向长度约为圆柱形壳体16的直径的一半。入口室还具有圆柱形部分26.2，该圆柱形部分的轴向长度约为圆柱形壳体16的直径的一半。同样地，消音器具有从螺旋形通道的下游延伸的出口室30，该出口室30也为由漏斗形出口连接部32限定的截头圆锥形，该出口连接部32的轴向长度也约为圆柱形壳体16的直径的一半。挡板21以蜗杆的方式围绕中心轴向管19缠绕，以便限定螺旋形通道20。轴向流动通道的上游开口端20.1被设置在入口室26的圆柱形部分26.2的下游端处。限定轴向流动通道20的中心轴向管19被横向屏障20.2所封闭(blank off)，横向屏障20.2与其上游轴向入口20.1对齐并位于其横向出口24下游。
如图所示，Venter的轴向流动通道20被其横向屏障20.2覆盖，并且通过Venter的轴向流动通道20传播的波只能通过其横向出口24的孔在径向方向上离开轴向流动通道20，该出口在其圆柱形壳体(或外壳)16的范围内。因此，仅在消音器10内会发生通过轴向流动通20传播的波与通过其螺旋通道22传播的波的结合。这样，Venter的轴向流动通道20和其螺旋通道22的结合部可以被描述成是“管道连接的”。
图1B示意性地例示了根据Graefenstein的美国专利7,117,973的第二附图的用于气体管道4的现有技术的噪声抑制器。
Graefenstein的管道4包括中心管道44，并具有与管道44的外侧表面接触的三个螺旋形通道51、53、55。
如图1B所示，螺旋形通道51、53、55在轴向方向上接合中心管道44(出口开口16)。因此，仅在中心管道44内会发生通过Graefenstein的中心管道44传播的波与通过其三个螺旋形通道51、53、55传播的波的结合。这样，Graefenstein的中心管道44及其螺旋形通道51、53、55的接合部可以被描述成是“管道连接的”。
图1C示意性地例示了根据Brown的美国专利U.S.9,500,108的第一附图的现有技术的分路消音器10。Brown的消音器10包括外部壳体12，该外部壳体12具有入口开口64(带有倾斜区段20)和出口开口66。Brown的消音器12在外部壳体12内包括围绕内部管62缠绕的挡板63。声音可以在方向28中通过内部管62传播，并且声音可以在方向68中通过由挡板63限定的通道传播。内部管62具有离开开口67，该离开开口67被定位成靠近外部壳体12的出口开口66，但距外部壳体12的出口开口66一定距离。
如图1C所示，由Brown的挡板63形成的通道进入壳体(或外壳)12内的空间。因此，仅在壳体(或外壳)12内发生通过Brown的内部管62传播的波与通过由其挡板63形成的通道传播的波的结合。这样，Brown的内部管62和由其挡板63形成的通道的接合部可以被描述成是“管道连接的”。
发明内容
根据例示性实施方式，消音器设备具有第一透射区域和第二透射区域，各个透射区域开口以接收撞击波(例如，具有包括目标频率的频谱的声信号，在诸如空气或液体的流体介质中传播)。
第一透射区域具有入口(第一入口)和出口(第一出口)，并且被打开以使所述波通过所述第一透射区域从第一入口到第一出口传播，并且流体从第一入口到第一出口流过所述第一透射区域。为此，第一透射区域具有横截面面积A1。第一透射区域被配置成使得通过第一区域传播的波保持连续状态。在一些实施方式中，第一透射区域被配置成使得它在目标频率下不发生谐振。
第二透射区域具有入口(第二入口)和出口(第二出口)，并且被打开以使所述波通过所述第二透射区域从第二入口到第二出口传播。在例示性实施方式中，第二透射区域被配置成在目标频率下发生谐振。第二透射区域具有横截面面积A2。
第二透射区域被相对于所述第一透射区域设置，使得离开第二出口的所述波能够在目标频率下与离开所述第一透射区域的所述波进行相消干涉。在例示性实施方式中，离开第二出口的波在目标频率下与离开第一透射区域的波进行相消干涉，以将撞击波抑制94％(或24dB)。
在例示性实施方式中，所述第一横截面面积A1大于所述第二横截面面积A2，使得所述设备的开口率至少是0.6[即，A1/(A1+A2)等于或大于0.6]。一些实施方式被配置成具有0.8或更大的开口率，包括高达0.99的开口率，同时保持上述抑制撞击信号的能力。
在一些实施方式中，第二出口中的各个第二出口被设置成使得信号在轴向方向离开第二出口。在这样的实施方式中，来自离开信号的能量不径向进入第一透射区域。
而且，在一些实施方式中，第二出口中的各个第二出口被设置成使得信号离开第二出口进入无界空间中。一些实施方式是无管道的，因为该设备在其下游侧不具有集成管道，以使得信号离开消音器进入无管道的空间。
一种设备的第一例示性实施方式包括：第一通道，所述第一通道具有第一入口和第一出口，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播并且具有第一横截面面积；以及一个或更多个第二通道，各个第二通道打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述第二通道传播，并且各个第二通道具有第二入口和第二出口，所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积；其中，所述一个或更多个第二通道中的各个第二通道被相对于所述第一通道设置，使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波进行相消干涉，并且其中，所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述设备的开口率至少是0.6。
在一些实施方式中，所述第一通道被打开以使流体流过所述第一通道。
在一些实施方式中，所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述设备的开口率至少是0.8。在一些这样的实施方式中，所述设备具有0.99的开口率。
在一些实施方式中，所述第一通道限定穿过该第一通道的流体流过的轴线，并且各个第二出口是无管道的出口。
在一些实施方式中，其中，所述第一通道限定穿过该第一通道的流体流过的轴线，并且各个第二出口是轴向定向的出口，并且在一些这样的实施方式中，各个第二出口是无管道的出口。
在一些实施方式中，所述第一波和所述第二波均是声波，并且所述相消干涉将处于所述目标频率的所述第一波抑制至少94％。在一些实施方式中，离开各个第二出口的处于目标频率的声能与离开所述第一通道的声能相消干涉，以将处于目标频率的声音抑制至少24dB。
一种设备的另一实施方式包括：第一通道，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播，并且具有第一入口和第一出口；以及一个或更多个第二通道，各个第二通道具有第二入口和第二出口，所述一个或更多个第二通道沿着限定轴向方向的轴线延伸，并打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述第二通道传播；其中，所述一个或更多个第二出口在所述轴向方向上开口，并且其中，所述一个或更多个第二通道中被相对于所述第一通道设置，使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波进行相消干涉。
在一些那些实施方式中，所述一个或更多个第二通道中的各个第二通道被配置成在目标频率下发生谐振，并且所述第一通道被配置成在所述第一波通过所述第一通道传播期间保持连续状态。在一些这样的实施方式中，所述一个或更多个第二通道中的各个第二通道被配置成在目标频率下发生谐振，并且所述第一通道被配置成在所述目标频率下不发生谐振。
在一些实施方式中，所述一个或更多个第二通道中的各个第二通道被相对于所述第一通道设置，使得离开所述第二出口的所述第二波的传播能够在所述目标频率下与离开所述第一通道的所述第一波相消干涉，以将所述第一波的透射减少至少94％。
在一些实施方式中，所述第二通道中的各个第二通道被相对于所述第一通道设置，使得离开所述第二出口的所述第二波的传播能够在所述目标频率下与离开所述第一通道的所述第一波相消干涉，以将所述第一波抑制至少24dB。
在一些实施方式中，所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积A2，并且所述第一面积A1与所述第一面积A1和所述第二面积A2之和的比率[A1/(A1+A2)]大于0.6。
一种设备的另一实施方式包括：第一通道，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播，并且具有第一入口和通向无管道的容积的第一出口；一个或更多个第二通道，各个第二通道沿着轴线延伸并打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述第二通道传播，并且各个第二通道具有第二入口和通向所述无管道的容积的第二出口；其中，所述一个或更多个第二通道中被相对于所述第一通道设置，使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波进行相消干涉。
在一些实施方式中，所述第二通道中的各个第二通道被配置成在目标频率下发生谐振，并且所述第一通道被配置成在所述波通过所述第一通道传播期间保持连续状态。
在一些实施方式中，所述第二通道中的各个第二通道被配置成在目标频率下发生谐振，并且所述第一通道被配置成在所述目标频率下不发生谐振。
在一些实施方式中，其中，所述第一通道被开口以使流体流过所述第一通道。
在一些实施方式中，其中，所述第一波是声波，所述相消干涉抑制所述目标频率的所述声波。
在一些实施方式中，所述第一通道具有第一横截面面积，并且所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积，并且所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述设备的开口率至少是0.8。
在一些实施方式中，所述第一通道具有第一横截面面积，并且所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积，并且所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述设备的开口率至少是0.99。
一种设备的又一实施方式包括：第一通道，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播，并且具有第一入口和第一出口，其中，所述第一通道被配置成在存在处于目标频率的波的情况下保持连续状态；一个或更多个第二通道，各个第二通道打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述第二通道传播，并且被配置成在目标频率下发生谐振，并且各个第二通道具有第二入口和第二出口；其中，所述一个或更多个第二通道中的各个第二通道被相对于所述第一通道设置，使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波相消干涉。
在一些实施方式中，所述第一通道被打开以使流体流过所述第一通道。
在一些实施方式中，所述第一通道被配置成在所述目标频率下不发生谐振。
在一些实施方式中，其中，所述第一波是声波，所述相消干涉抑制所述目标频率的所述声波，以将离开所述第一通道的所述声波的透射减少至少94％。
在一些实施方式中，其中，所述第一波是声波，所述相消干涉抑制所述目标频率的所述声波，以将离开所述第一通道的所述声波抑制至少24dB。
在一些实施方式中，所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且所述第二通道限定第二横截面面积A2，并且所述第一面积A1与所述第一面积A1和所述第二面积A2之和的比率[A1/(A1+A2)]大于0.6。
在一些实施方式中，所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且所述第二通道限定第二横截面面积A2，并且所述第一面积A1与所述第一面积A1和所述第二面积A2之和的比率[A1/(A1+A2)]大于0.8。
在一些实施方式中，所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且所述第二通道限定第二横截面面积A2，并且所述第一面积A1与所述第一面积A1和所述第二面积A2之和的比率[A1/(A1+A2)]大于0.9。
附图说明
通过参考以下参考附图的具体实施方式，将更容易理解实施方式的前述特征，其中：
图1A示意性地例示了现有技术的排气消音器；
图1B示意性地例示了用于气体管道的现有技术的噪声抑制器；
图1C示意性地例示了现有技术的分路消音器；
图2A示意性地例示了超材料消音器的实施方式的剖视图；
图2B是例示了在各种阻抗比下通过超材料消音器100的声能透射的图；
图2C是例示了在各种折射率比下通过超材料消音器100的声能透射的图；
图3A示意性地例示了超材料消音器的实施方式的视图；
图3B示意性地例示了超材料消音器的实施方式的另一视图；
图3C示意性地例示了超材料消音器的实施方式的另一视图；
图3D示意性地例示了图3A的实施方式的剖视图；
图4A是例示了在非目标频率下通过超材料消音器100的声能透射的图；
图4B是例示了在目标频率下通过超材料消音器100的声能透射的图；
图4C是例示了通过超材料消音器100的声能的透射和反射的图；
图4D是例示通过具有不同结构开口度的双层超材料消音器100的声透射率的图；
图5A和图5B示意性地例示了超材料消音器的另选实施方式；
图6A和图6B示意性地例示了超材料消音器的另选实施方式；
图7示意性地例示了具有多个串联设置的超材料消音器的消音器系统的实施方式；
图8A和图8B示意性地例示了超材料消音器的另选实施方式；
图9A示意性地例示了设置在管内的超材料消音器的实施方式；
图9B是示出了设置在管内的超材料消音器的工作结果的图；
图10A示意性地例示了具有超材料消音器的设备；
图10B示意性地例示了具有多个超材料消音器的屏障；
图11A和图11B示意性地例示了超材料消音器的另选实施方式；
图11C是例示了密封的车轮750内的噪声压力的图；
图11D是例示了设置在密封的气动轮内的超材料消音器的实施方式的图；
图11E是例示了车轮内的压力的、被相对于当车轮不具有图10A的超材料消音器100时的压力归一化的图；
图11F示意性地例示了了设置在气动轮的轮毂上的超材料消音器的实施方式。
具体实施方式
各种实施方式包括一种设备，该设备允许大量的流体流(例如，气流)流过该设备，同时减轻了噪声通过该设备的传播，并且同时提供了比已知装置明显更紧凑的形状因子。
此外，实施方式允许设计者指定和调整设备减轻噪声传播的频率或多个频率和/或该设备减轻噪声传播的频率或多个频率附近的带宽中的一者或两者。
定义：
术语“无管道的”是指装置下游的空间不由管道界定，例如，该管道是装置的集成部分。
术语“声波”是借助绝热压缩和减压通过流体传播的波。
术语“声能”是指由声波承载或传播的能量。
术语“轴向”是指平行于轴线的方向。
术语“轴向定向”是指相对于轴线在平行于该轴线的方向上定向。
术语“流体流动的轴线”是指流体可以流动的方向。
关于具有频率频谱的信号，术语“连续状态”是指该信号在该频谱上的多个频率中保持能量。
术语“相消干涉(destructive interference)”或“相消地干涉(destructivelyinterfering)”是指入射在共用点的两个单独波重叠以形成振幅等于各个波的相应各个振幅之差的合成波的现象。
术语“流体”是指能够流动并且可以传播波的任何介质，包括但不限于气体、液体或其组合。
关于超材料消音器的术语“自由空间”(或“无界”空间)是指在超材料消音器外部、在超材料消音器处接收声能的管道或超材料消音器的下游侧管道外部的空间。
相对于具有第一面积A1的第一透射区域并且具有第二面积A2的第二透射区域的设备而言，术语“开口率”是指第一面积A1与第一面积和第二面积之和A1+A2的比率[即，开口率＝A1/(A1+A2)]。
出于本公开和所附权利要求的目的，相对于具有第一区域横截面积A1和第二横截面积A2的第二区域的设备，“开口率”是指，第一横截面积A1与第一横截面积和第二横截面积之和A1+A2的比率[即，开口率＝A1/(A1+A2)]。
术语“径向”是指垂直于轴线的方向。
对于信号传播通过的通道，“保持在连续状态”是指将通道配置成通过信号，同时保持信号的连续状态。相反，在信号频谱内的某个频率下发生谐振的通道不会将信号保持在信号的连续状态。
“集合”包括至少一个成员。例如，通道的集合包括至少一个通道。
“目标频率”是声能的频率，对于该频率，双侧(bilateral)超材料消音器被调谐或配置成产生相消干涉。
关于入射到设备上的信号的能量，术语“透射率”是指穿过设备的能量与入射到设备上的能量的比率。
下面的一些实施被使用气体作为传播信号的流体介质和作为流过超材料消音器的流体介质来例示。然而，实施方式不限于气体作为流体介质，因为该流体介质也可以是液体。因此，根据这种气体描述的例示性实施方式不限制这种实施方式。
图2A、图2B、图2C：横向双层超材料消音器
图2A示意性地例示了超材料消音器200的实施方式的剖视图。
超材料消音器200具有第一透射区域210，该第一透射区域210限定孔，该孔开口以准许气体流过超材料消音器200。
为此，第一透射区域210是开口的，使得诸如直的、刚性杆之类的固体物体例如可以穿过第一透射区域210而不会弯曲，也不会撞击超材料消音器200。例如，第一透射区域210可以具有空心圆柱体的形状，由具有内部径向面325和厚度227(“t”)的内部环302限定(在该实施方式中，该厚度可以被认为是圆柱体的高度)。在例示性实施方式中，厚度227也是圆柱体的高度，因此是第一通道210的长度。在例示性实施方式中，设备200的厚度227小于目标频率的波长的四分之一，并且在一些实施方式中，厚度227小于目标频率的波长的八分之一，并且在一些实施方式中，厚度227小于目标频率的波长的十六分之一。在优选实施方式中，通道210、220比目标频率的波长的一半短。
在图2A的实施方式中，第一透射区域210限定流体流动轴线211，流体(例如，气体和/或液体)可以沿着该流体流动轴线211流过第一透射区域210，并因此流过超材料消音器200。
当处于气体环境中时，第一透射区域210具有第一声阻抗Z1和第一声折射率n1。与第二透射区域220相反，第一透射区域210被配置成(例如，由于其尺寸)不在目标频率下发生谐振。
超材料消音器200具有第二透射区域220。通常，第二透射区域220包括一个或更多个管道的集合，该集合中的各个管道被配置成在目标频率下发生谐振。第二透射区域220具有入口和出口，使得波可以通过第二透射区域220从其入口传播到其出口。在例示性实施方式中，流体可通过第二透射区域220从其入口流向其出口。
下面描述超材料消音器200的几个值得注意的特性。
开口度
第一透射区域210具有面向撞击声信号的第一区域面积(“A1”)，并且第二透射区域220具有面向撞击声信号的第二区域面积(“A2”)。
第一透射区域210的面积A1与第一透射区域210的面积A1和第二透射区域220的面积A2之和的比率(A1/A1+A2)可以被认为是超材料消音器200的用于流体流动的开口度的度量。该比率可以被称为“开口度”比率，并且例如可以被表示成设备被开口用于流体流动的分数或百分比。本文描述的例示性实施方式使得超材料消音器200能够具有至少0.6(或60％)或更大的开口率。例如，一些实施方式具有0.7(70％)、0.8(80％)、0.9(90％)或更大，例如高达0.99(99％)的开口率，所有这些保持其抑制信号的能力。这样的超材料消音器可以被称为“超开口超材料”(“UOM”)，并且与现有技术的装置形成鲜明对比，现有技术的装置可以具有例如不超过40％的开口率。
阻抗和折射率
另外，如下面更详细地解释的，当超材料消音器200被设置在流体(例如，气态)环境中时，第一透射区域210具有第一声阻抗(其可以被称为“Z1”)和第一声折射率(其可以被称为“n1”)，并且第二透射区域220具有第二声阻抗(其可以被称为“Z2”)和第二声折射率(其可以被称为“n2”)。第一声阻抗Z1、第一声折射率n1、第二声阻抗Z2和第二声折射率n2至少部分地由超材料消音器200的物理尺寸确定。
透射率
透射率是撞击信号的波能(例如，声能)通过超材料消音器200从上游侧221到下游侧222的透射的定量度量。例如，透射率可以被指定为从超材料消音器200透射的能量(例如，从超材料消音器200的下游侧222输出的能量)与由超材料消音器200接收的能量(例如，输入到第一透射区域210的能量)的比率。换句话说，声透射率是透射能量与入射能量的比率。例如，如果信号以给定量的能量撞击超材料消音器200，并且从超材料消音器200透射的能量仅为接收到第一透射区域210中的能量的百分之六(6％)，则比率为6/100或0.06。换句话说，超材料消音器200已经将信号抑制了94％或24.4dB，其中dB被计算成20log(输入能量/输出能量)。在此示例中，输入能量与输出能量的比率为100/6＝16.66，而20log(16.66)＝24.4dB。
图2B和图2C中的示例基于入射在具有不同声学特性的超材料消音器200的上游侧221上的声平面波。
对于这些示例，假定超材料消音器200相对于X轴具有轴对称配置，厚度为t，其中，第一透射区域210(r<223)的声阻抗为Z1并且折射率为n1，并且第二透射区域220(223<r<224)的声阻抗为Z2，折射率为n2。注意，仅出于简化的目的选择轴对称配置，并且可以考虑诸如蜂窝状的矩形棱柱形之类的其它配置，而不失一般性。如上所述，第一透射区域210和第二透射区域220之间的界面(r＝223)被认为是硬边界，并且假定整个结构被限制在刚性的、圆柱形的(即，横截面为圆形)的波导中，波导中填充有声速为Co且密度为p0的介质，以得出声透射率。
作为得出透射率的第一步骤，采用以下界面(x＝0和x＝t)处的声压场和声速度场定义来减轻声场的横向变化。
Figure GDA0003897641950000121
Figure GDA0003897641950000122
Figure GDA0003897641950000123
Figure GDA0003897641950000124
Figure GDA0003897641950000131
Figure GDA0003897641950000132
Figure GDA0003897641950000133
Figure GDA0003897641950000134
其中，p和u分别是声压场和声速度场。P1,2和U1,2是在第一透射区域210和第二透射区域220界面处的平均压力和体积速度。接下来，考虑到区域被硬边界分开，对于第一透射区域210和第二透射区域220，使输出压力和速度与输入条件相关联的传递矩阵可以以解耦的方式书写。
Figure GDA0003897641950000135
Figure GDA0003897641950000136
其中，k0是与管道内介质相关联的波数，定义为ω/C0，n1和n2分别是透射区域210和220的折射率，t是厚度，并且Z1和Z2分别是透射区域210和220的特征阻抗值。应用格林函数方法，可以得出以下关系。
Figure GDA0003897641950000137
Figure GDA0003897641950000138
Figure GDA0003897641950000139
Figure GDA00038976419500001310
其中，格林函数被定义成：
Figure GDA0003897641950000141
Figure GDA0003897641950000142
其中，本征模被定义成
Figure GDA0003897641950000149
其中，波数kn为J’(knr2)＝0的解。
通过求解上述方程式，可以很容易地计算出上面定义的平均压力和体积速度，从平均压力和体积速度可以容易地得出声透射率如下：
Figure GDA0003897641950000143
此时：
Figure GDA0003897641950000144
/>
Figure GDA0003897641950000145
Figure GDA0003897641950000146
Figure GDA0003897641950000147
Figure GDA0003897641950000148
在图2B和图2C的图中例示了来自双层超材料消音器200的、针对不同的折射率和声阻抗值的透射率。在图2B中，示出了特征阻抗比的影响，可以针对其调整滤波的Q因子(即“品质因子”)。在图2C中，示出了折射率比的影响，可以针对其调节滤波频率范围。
在图2B中，考虑了n2/n1＝10，并且针对四个不同的阻抗比的值示出了透射率与无量纲量n2t/λ(λ表示波长)的关系。在图2C中，阻抗比保持恒定(Z2/Z1＝10)，并且针对三个不同的折射率比的值示出了透射率。值得注意的是，对于这些示例，波导内的背景介质被认为是空气，并且假定第一透射区域210中的透射介质与背景介质相同。因此，可以得出透射第一透射区域210的特征声阻抗为Zi＝ρ0c0/Πr1 2，并且折射率n1等于1。
从图2B和图2C中可以观察到，对于Z2和n2的不同值，给定透射区域210、透射区域220的不同声学特性，可以获得不对称的透射分布，其中，相消干涉可能由于类Fano干涉而导致零透射率。在第二透射区域220的谐振状态n2t≈λ/2的情况下出现相消干涉。给定两个区域的折射率(n1和n2)的对比，第一透射区域210将保持连续状态，因此，发生类Fano的干涉。在该状态期间，通过第二透射区域220传播的声波的一部分与该区域中的谐振诱发的局部模式相互作用，从而导致在通过该区域传播之后的异相状态。通过区域210传播的入射声波的一部分将以可忽略不计的相移通过超材料200，因此，在超材料的透射侧发生合成的相消干涉。值得注意的是，相消干涉最初发生在作为区域220的第一谐振模式的n2t≈λ/2处，但是也发生在n2t≈Nλ/2(N为整数)时的更高谐振模式处。
从图2B中，通过比较针对阻抗比的不同值的透射率，可以理解，通过增加两个区域的特征声阻抗之间的对比度，可以提高衰减性能的品质因子(Q因子)。该属性提供了自由度，并且通过调节阻抗对比度，可以实现期望的滤波带宽。关注的是，当特征阻抗比产生非常大的数值(Z2/Z1＝∞)时，考虑到其明显的窄带特性，滤波性能受到抑制，并且实现了孔状行为(orifice-like behavior)。然而，具有类似开口区域几何形状的孔结构导致相对较差的声音滤波性能，从而导致所透射的声波的衰减仅略微减小。
图2C示出了两种介质之间的折射率对比对透射率的影响，并例示了当n2t≈λ/2时获得高滤波度。因此，发明人发现，通过调节所提出的结构中的折射率，可以在任何期望的频率处实现高性能的声音衰减。
如图2B和图2C所示，在目标频率处的声信号的透射率为零或接近零。因此，可以说相消干涉抑制目标频率的声波，从而将声波消音器200的透射率降低至少94％。
应该注意的是，超材料消音器200是无源装置，因为它不需要能量的供应，而是仅使用撞击信号中的能量进行工作。
根据前述公开内容，并鉴于下面提供的示例，可以理解的是，超材料消音器200的特性可以通过选择其参数诸如物理尺寸(半径、厚度、螺旋角)和其它特性(Z1、Z2、n1、n2)来指定。例如，通过明智地选择这些参数，设计者可以指定超材料消音器200的目标频率(其抑制效果最明显的频率)、在该目标频率下的带宽以及其开口率。此外，通过物理尺寸的指定，超材料消音器200的第一透射区域210可以被配置成使得通过该第一透射区域210传播的波保持连续状态(例如，第一透射区域不会在目标频率下发生谐振)(这样的第一透射区域可以被描述成保持或维持在连续状态)，并且第二透射区域220可以配置成使其在目标频率下发生谐振。
图3A至图3D：超材料消音器的圆柱形实施方式
图3A示意性地例示了圆柱形双层超材料消音器200的实施方式(300)的主视图。图3B示意性地例示了圆柱形双层超材料消音器300的侧视剖视图，并且图3C示意性地例示了圆柱形双层超材料消音器300的后视图。
图3A中的超材料消音器300具有圆柱形状，并且包括具有外部表面326的外部环301。外部环301限定包括两个透射区域(或“层”)210和220的内部空间。
在该实施方式中，第一透射区域210包括内部环302，并且由内部半径223限定。
在优选实施方式中，通过基本上防止气体和声能从第一透射区域210内的气体透射到第二透射区域220并且通过基本上防止气体和声能从第二透射区域220内的气体透射到第一透射区域210，内部环302将第一透射区域210与第二透射区域220声学隔离。内部环302可以被称为“声学刚性间隔件”。在例示性实施方式中，内部环302由丙烯腈丁二烯苯乙烯塑料制成。
在该实施方式中，第二透射区域220由外部半径224和内部半径223限定。如图3A和图3C所示，第二透射区域220具有在第一侧的上游面221以及在与第一侧相反侧的下游面222。
第二透射区域220包括螺旋通道341、342、343、344、346的集合。该螺旋形通道的集合中的各个螺旋形通道341至346具有向上游面221开口的对应通道入口孔(分别为331至336)以及向下游面222开口的对应通道出口孔(分别为351至356)。
第一透射区域210的上游面221具有面积A1，该面积A1被定义成内部半径223的平方乘以圆周率pi。如图所示，第二透射区域220包括螺旋通道341至346的集合。这些螺旋通道341至346中的各个螺旋通道具有径向高度，该径向高度被定义成内部环302至外部环301(或内部半径223至外部半径224)之间的距离。因此，当从横截面(图3D，沿图3A的X轴)观察时，该通道的集合的横截面的面积A2为二pi乘以内部半径223与外部半径224的平方差。换句话说，图3A的超材料消音器300的第二透射区域220是环形的，并且面积是二pi乘以外部半径224的平方减去二pi乘以内部半径223的平方[即2Π(R2 2–R1 2)，其中，R1是内部半径223，R2是外部半径224]。实际上，即使图3A的超材料消音器300仅具有单个螺旋通道(例如341)，第二透射区域220也将具有相同的面积A2，因为从横截面观察时，即使是单个螺旋通道也将呈现面积A2为二pi乘以内部半径223与外部半径224的平方差的横截面。
螺旋通道341至346可以被称为“谐振器通道”，因为在操作中，撞击在上游面221上的声波的一个或更多个频率分量(各个“目标频率”)将在一个或更多个螺旋通道341至346中发生谐振。
螺旋通道的集合中的各个螺旋通道341至346具有螺旋轴，并且在例示性实施方式中，螺旋通道341至346具有相同的螺旋轴。
螺旋通道的集合中的各个螺旋通道341至346具有螺旋角347。在图3A的实施方式中，各个螺旋通道341至346的各个螺旋角347是相同的，但是在一些实施方式中，螺旋通道341至346中的任何一个或更多个螺旋通道可以具有与该集合中一个或更多个其它螺旋通道的螺旋角347不同的螺旋角347。
螺旋通道的集合中的各个螺旋通道341至346也具有通道长度，给定螺旋通道的长度是沿着螺旋轴在其对应通道入口孔至对应通道出口孔之间的距离。在例示性实施方式中，该螺旋形通道的集合中的各个螺旋形通道341至346是亚波长结构，因为其通道长度小于该通道用作消音器的频率的波长。此外，在一些例示性实施方式中，各个通道331至336的通道长度是该通道用作消音器的频率的波长的一半(1/2)，并且在优选实施方式中，小于这种波长的一半(1/2)(但大于1/4)。
下面描述被配置成具有460Hz的目标频率的双侧超材料消音器300的操作和某些特性，同时应理解，超材料消音器200的操作和特性通常不限于该特定实施方式。用于产生这些特性的超材料消音器300的实施方式的厚度(t)327为5.2cm；内部半径223为5.1cm，并且外部半径224为7cm，并且螺旋角347为8.2度。阻抗比Z2/Z1为7.5，折射率比n2/n1为7。
图4A至图4D：超材料消音器性能
在操作的例示性实施方式中，超材料消音器300被设置在在气体中传播的声信号的路径中。具体地，超材料消音器300被设置成使得声信号撞击并进入第一透射区域210和第二透射区域220(在该示例中，螺旋通道341至346的通道入口孔331至336)。在第一透射区域210中传播的波的一部分可以被称为第一波，并且在第二透射区域220中传播的信号的一部分可以被称为第二波。应当注意，来自声信号的声能可以在不首先进入第一透射区域210的圆柱体的情况下进入通道入口孔331至336。
气体自身可以在沿着气体流动轴线211的方向上移动。这样的方向可以被称为“下游”方向。声信号可以具有包括多个频率分量的频谱。在例示性实施方式中，超材料消音器300被配置成允许气体通过第一透射区域210，同时对声信号频谱的至少一个频率(“目标频率”)进行抑制或消音。
如前所述，螺旋通道341至346可以被称为“谐振通道”，因为在操作中，撞击在上游面221上的声波的一个或更多个频率分量在一个或更多个螺旋通道341至346中发生谐振。同时，声信号传播通过第一透射区域210而没有发生谐振(即，处于“连续状态”)。此外，如果气体在移动，则其可以基本上不受阻碍地通过第一透射区域210。
来自螺旋通道341至346的声能在通道出口孔351至356处离开超材料消音器300。具体地，声能从超材料消音器300的下游面222离开并进入在超材料消音器300的下游方向上设置的无界空间205中。此外，在例示性实施方式中，声能在切线方向上从超材料消音器300的第二通道220离开。切线方向被定义成与从超材料装置300的中心延伸的半径(223、224)相切的方向，并且基本上平行于下游面222。能量从超材料消音器300的第二通道220离开的方向仍可以被描述成轴向的(或轴向定向的)，然而，至少是它不在径向方向上。
来自各个螺旋通道341至346的声能的频率等于声能离开的通道的谐振频率，并且通过FANO干涉消除来自第一透射区域210的气体在该频率下的声能。
为了使超材料消音器300的实施方式的消音性能可视化，图4A和图4B示意性地例示了通过超材料消音器300的声音透射。图4A和图4B示出了超材料消音器300的剖视图。换句话说，在这些图中，使用剖面来示出二维(2D)上的合成压力场和速度场。
图4A是例示了入射在双侧超材料消音器上的平面波的第一频率的透射的图。图4B是例示了入射在双侧超材料消音器上的平面波的第二频率(“目标”频率)的透射的图。在图4A和图4B中，背景色表示通过入射波的振幅归一化的压力场的绝对值，并且白线反映了局部速度场的流和取向。
图4A所示的是从左侧(如黑色箭头所示)入射到超材料消音器300上的频率为400Hz的平面波。根据超材料消音器300结构的分析和实验预期行为，在400Hz的频率范围内，产生高压透射。
在这种状态下，考虑到超材料消音器300结构的螺旋部分220与在中心的开口部分210的声阻抗Z1相比具有明显大的声阻抗Z2的事实，入射波将主要通过超材料消音器300的中心开口部分210传播。该行为可以用图4A中所示的局部速度场流在视觉上确认，其中，在超材料消音器300结构之前和之外，除了横截面积的改变之外，速度场表现出最小的扰动。
在图4B中，示出了从左侧入射的平面波的类似情况，但是具有460Hz的频率。基于以上获得的理论和试验结果，预期在该频率下，通过超材料消音器300的螺旋部分220透射的波将与通过超材料消音器300的中心开口部分210传播的透射波变得异相。本文获得的结果证明，超材料消音器300的透射侧(这些图中的右侧)的相消干涉导致了无界空间205中的抑制波透射。
值得注意的是，通过参考图4B中利用白线示出的速度分布，可以进一步理解通过超材料消音器300的两个区域210、220的异相透射。可以容易地观察到，来自超材料消音器300的两个区域210、220的透射波的局部声速在相反的方向上，导致速度流的明显弯曲并减小了远场辐射。应当指出的是，在存在由于类Fano干涉引起的相消干涉的情况下，超材料结构300模仿开口式声学终端的情况，其中，接近零的有效声阻抗导致入射波的主要反射。
换句话说，在图4A中，使用有色彩的图示出了绝对压力值，该绝对压力值通过由频率为400Hz的平面波产生并从左侧入射在超材料消音器300上的入射波振幅归一化。局部速度流利用白线示出。在该频率下，透射系数(其是透射压力与入射压力的比率)约为0.85，因此，约有72％的声波能量被透射。
在图4B中，利用与图4A中描述的入射波具有相同振幅但频率为460Hz的入射平面波来示出压力和速度分布。在此频率下，由于类Fano干涉，透射波的振幅明显降低，并且该波已被有效地消音。在该实施方式中，来自超材料消音器300的两个区域210、220的透射波之间的相位差导致波速场的弯曲，并且减小了远场辐射。
图4C是例示了归一化的由双层超材料消音器300透射的声能的量和反射的声能的量的图。如图所示，在460Hz的目标频率下，超材料消音器300透射很少的声能(约小于5％)，而超材料消音器300反射大部分声能(约94％或以上)。
图4D是例示通过具有不同结构开口度的双层超材料消音器300的声透射率的图。透射率是使用格林函数方法解析得出的。值得注意的是，本文考虑的双层超材料消音器结构在其横向双层超材料模型中具有相同的折射率比，但是具有不同的阻抗比。
根据例示性实施方式，开口度百分比与声阻抗比相关，并且即使在非常高的开口度百分比的情况下，也可以在所呈现的实施方式的范围内实现消音。例如，如图4D所示，即使对于具有非常高的开口面积百分比(接近几乎完全的开口面积，其中，开口度接近0.99或99％)的双层超材料消音器300，消音功能仍然存在，尽管其结果是减少了消音频率带宽。下表示出了开口度(开口面积/总面积；在标题为“开口度：”的列中)与各种频率下的声透射(透射率)之间的关系，如图4D所示。
Figure GDA0003897641950000201
尽管前述附图例示了具有460Hz的目标频率的消音器200的实施方式，但是实施方式不限于具有该目标频率的消音器。如上所述，可以通过指定消音器的参数来确定消音器200的目标频率。
图5A至图5B：具有不均匀通道的圆柱形超材料消音器的实施方式
图5A和图5B示意性地例示了超材料消音器200的另一实施方式500。在该实施方式中，第二透射区域220中的螺旋通道341至346不具有相同的物理尺寸。例如，一些螺旋通道比其它螺旋通道长。为了适应不同的通道长度，用于螺旋通道341至346的通道入口331至336并未围绕上游面221均匀地分布。另选地或者附加地，通道出口351至356围绕下游面222不均匀地分布。此外，六个通道341至346具有不同的螺旋角347。在这种设计中，给定通道的不同前角，则有效长度(因此折射率n)和横截面(因此阻抗Z)二者不同。因此，该消音器模型可以被设计成同时针对具有不同消音带宽的多个频率。
图6A至图6B：具有径向设置的管道的圆柱形超材料消音器的实施方式
图6A和图6B示意性地例示了超材料消音器200的另一实施方式600。在该实施方式中，第二透射区域220中的螺旋通道341至346包括围绕内部环302环绕的单独通道。各个单独通道341、342具有顶板610和两个侧板611、612。两个侧板中的各个侧板从内部环302径向向外延伸，并且顶板610在两个侧板611、612的径向向外的端部之间延伸，以形成具有矩形横截面的螺旋形通道。螺旋通道341、342可以是相同的，或者可以具有不同的螺旋角和/或螺旋长度和/或不同的横截面积。当以使中心通道210中的压力损失最小化为目标时，该实施方式可能是期望的。在这种情况下，通道入口孔331、332和通道出口孔351、352被径向地布置，并且消音器具有长度不同的两个通道341、342(通道342具有0.75转)(通道341具有1.1转)。通过调节通道的长度和通道的横截面，可以实现具有适当带宽的期望的消音(多频带或单频带)。
图7：具有串联设置的超材料消音器的实施方式
图7示意性地例示了多个超材料消音器200(诸如图3A中所示的那些消音器)的堆700。各个超材料消音器200可以被配置成抑制与其它两个超材料消音器200不同的频率。堆700中的多个超材料消音器200表现出协同作用，使得堆700被配置成抑制多个目标频率的透射。
图8A至图8B：具有在中心设置的第二透射区域的圆柱形超材料消音器的实施方式
图8A和图8B示意性地例示了超材料消音器200的另一实施方式800。该实施方式包括第二透射区域220以及在被设置在第二透射区域220的径向外侧的第一透射区域210。第一透射区域210由外部环301界定，并围绕第二透射区域220限定非谐振通道。在该实施方式中，第二透射区域220是通过一个或更多个翼梁(spar)810从外部环301悬挂的轮毂。
图9A至图9B：设置在管内的圆柱形超材料消音器的实施方式
尽管上述实施方式(200；300；500；600；800)是无管道的，并且需要外壳来产生所描述的性能并获得所描述的结果，但是示例性实施方式可以被布置在外壳内和在外壳内使用，如结合图9A和图9B所示。
图9A示意性地例示了设置在管910内的超材料消音器200的实施方式。超材料消音器200可以是本文公开的任何圆柱形消音器。图9B是示出管910内的超材料消音器200的消音效果的图。
管910是在其端部具有两个开口911和912的圆柱体。为了该实施方式的例示目的，声源(例如，扬声器)920被设置在管910的第一端911处，使得由声源920产生的声音信号通过第一开口被引导到管910中，然后沿着管910朝着管910的另一端处的第二开口912传播。该实施方式中的声音信号具有覆盖频率范围的频谱，包括超材料消音器200的目标频率。声学负载910(例如，可以是盖)被设置在孔912中或孔912之上。
超材料消音器200以其上游面221面向声源920的方式被设置在管910内。该实施方式中的超材料消音器200具有460Hz的目标频率。
在图9A中，管910安装有多个麦克风931至935，这些麦克风被设置成测量管910内各个点的声音信号的强度。麦克风931、932和935被设置在超材料消音器200的上游，而麦克风933和934被设置在超材料消音器200的下游。如图9B所示，超材料消音器200在超材料消音器的下游大体上抑制目标频率(460Hz)的声音信号。具体地，超材料消音器200在低于目标频率的频率下透射声音信号的声能的大约90％，并且在高于目标频率的频率下透射声音信号的声能的大约50％，但是几乎不透射目标频率的声音信号的声能(透射百分之零或大约百分之零)，以及在目标频率附近的频带中透射声音信号的声能的小于50％。因此，图9A和图9B例示了超材料消音器200即使在其下游面122处于有界空间而不是自由空间或无界空间中时也能良好地工作。例如，如上所述，超材料消音器300在无界空间205中的工作对于在诸如管910内部的有界空间中的工作也是有效的。
图10A和图10B：超材料消音器的实际应用的实施方式
图10A和图10B示意性地例示了超材料消音器200(例如300；500；600；800)的各种实施方式的实际应用。图10A示意性地例示了被设置在管1010的出口1012处的超材料消音器200。管1010可以是或包括声源。例如，管1010可以是机动车辆的排气管或喷气发动机，仅举几个示例。超材料消音器200如上所述地工作以抑制离开管1010的噪声，但是允许气体(例如，废气；喷射气流)流出管1010。
图10B示意性地例示了具有一组超材料消音器200(例如300；500；600；800)的声屏障1020。各个这样的超材料消音器200如上所述地工作以抑制撞击在屏障1020上的噪声，但是允许气体流过屏障1020。在一些实施方式中，一组超材料消音器200被放置在地面附近，以使得动物可以穿过超材料消音器200。
图11A至图11E：在车轮中的超材料消音器的实施方式
图11A和图11B示意性地例示了超材料消音器1100的另一实施方式。该实施方式包括具有内部径向面325的外部环301，该内部径向面325限定内部区域1101。弧形谐振器1120被设置在内部径向面325上，并包括一个或更多个蛇形谐振通道1141。在该例示性实施方式中，单个通道1141被包裹在弧形谐振器1120中。弧形谐振器1120对向在外部环301的中心处的角度1147，该角度在本实施方式中约为45度。在其它实施方式中，角度1147可以大于或小于45度，例如30度、60度、90度或120度。
在操作中，声能进入通道1141并在那些通道内发生谐振。然后，声能离开弧形谐振器1120，并抑制内部区域1101内的声能。
这种实施方式的一种应用是在机动车辆的车轮内。为此，图11C例示了密封的车轮1150内的噪声压力。在该实施方式中，具有三个弧形谐振器1120的超材料消音器被设置在轮1150内。
图11E是示出了车轮内的压力的、被相对于当车轮不具有图11A的超材料消音器1100时的压力归一化的图。迹线1161示出了在车轮1150内没有包括图11A的超材料消音器1100的归一化的压力。相反，迹线1162示出了当图11A的超材料消音器1100被包括在车轮1150内时车轮1150内的归一化的压力，如图11D示意性例示的。如图所示，在车轮1150内包括超材料消音器1100使声压降低了大约90％。
图11F示意性地例示了具有被设置在轮毂1171上并且在安装至轮毂的轮胎1152内的弧形谐振器1120的车轮1150的实施方式。
下面呈现了某些附图标记的列表。
200：超材料消音器；
205：无界空间；
210：第一透射区域(或“通过通道”)；
211：气体流动的方向；
220：第二透射区域；
221：超材料消音器的上游面；
222：超材料消音器的下游面；
223：内部半径；
224：外部半径；
301：外部环；
302：内部环；
325：超材料消音器的内部径向面；
326：超材料消音器的外部径向面；
327：厚度；
328：声学刚性构件(或“声学刚性间隔件”)
331至336：通道入口；
341至346：通道；
347：螺旋角；
351至356：通道出口；
810：翼梁；
910：声学负载；
920：声源；
931至935：麦克风；
1010：管(例如，空心圆柱体)；
1011：圆柱体的第一端；
1012：圆柱体的第二端；
1020：屏障；
1101：内部区域；
1120：弧形谐振器；
1147：弧形角；
1150：车轮；
1151：轮毂；
1152：轮胎。
各种实施方式的特征可以在于在该段之后(在本申请的结尾处提供的实际权利要求之前)的多个段中列出的潜在权利要求。这些潜在的权利要求形成了本申请的书面描述的一部分。因此，在涉及本申请或要求基于本申请的优先权的任何申请的后续程序中，以下潜在权利要求的主题可以作为实际权利要求提出。包括这样的潜在权利要求不应被解释为是指实际权利要求不覆盖潜在权利要求的主题。因此，在以后的程序中不提出这些潜在要求的决定不应被解释为向公众的主题捐赠。
不受限制地，可能要求保护的潜在主题(以字母“P”开头，以避免与以下提出的实际权利要求混淆)包括：
P1.一种用于减少声波在气态介质中的透射的横向双层设备，所述声波具有频率和相关联的波长，所述设备包括：第一透射区域，所述第一透射区域限定非谐振通道，所述非谐振通道：限定气体流动轴线，并且被基本上向沿着气体流动轴线的气流开口；并且具有第一声阻抗(Z1)和第一声折射率(n1)；第二透射区域，所述第二透射区域具有：上游轴向面；下游轴向面，所述下游轴向面与上游面相反；以及厚度(t)，所述厚度(t)小于所述波长的50％；在所述第二透射区域中的螺旋谐振器通道的集合，所述螺旋谐振器通道的集合中的各个螺旋谐振器通道具有：通道入口孔，所述通道入口孔通向所述上游轴向面；以及通道出口孔，所述通道出口孔通向所述下游轴向面；螺旋轴线，所述螺旋轴线平行于所述气体流动轴线；以及第二声阻抗(Z2)和第二声折射率(n2)；其中，所述第二声折射率(n2)与所述厚度(t)的乘积等于所述波长的一半；并且其中，对比度(Z2/Z1)至少是一且小于100。
P2.根据P1所述的横向双层设备，所述横向双层设备还包括被设置成将所述第一透射区域与所述第二透射区域在声学上分离的声学刚性间隔件。
P3.根据P2所述的横向双层设备，其中，所述声学刚性间隔件包括丙烯腈丁二烯苯乙烯塑料的圆柱体。
P4.跟据P1至P3中任一项所述的横向双层设备，其中：所述上游轴向面垂直于所述螺旋轴线，并且所述下游轴向面垂直于所述螺旋轴线。
P5.跟据P4所述的横向双层设备，其中：所述第二透射区域包括环形主体，所述环形主体具有：内部半径，所述内部半径限定非谐振通道；和外部半径，所述外部半径限定环，所述环具有所述上游轴向面和所述下游轴向面。
P6.根据P5所述的横向双层设备，其中，所述非谐振通道限定第一二维面积(A1)，并且所述上游轴向面限定第二二维面积(A2)，并且所述第一二维面积与所述第一二维面积(A1)和所述二维面积(A2)之和的比率至少是0.6(即，A1/(A1+A2)×100≥60％)。
P7.根据P1至P6中任一项所述的横向双层设备，其中：所述第一透射区域被在设置所述第二透射区域的径向外侧；并且所述非谐振通道被围绕所述第二透射区域设置。
P8.根据P7所述的横向双层设备，其中，所述非谐振通道具有围绕所述第二透射区域的环形形状。
P9.根据P7所述的横向双层设备，所述横向双层设备还包括：外部环，所述外部环被与所述第二透射区域同轴地设置并且被设置在所述第二透射区域的径向外侧，所述外部环限定所述非谐振通道的径向外侧边界；以及一组翼梁，所述翼梁从所述外部环延伸到所述第二透射区域，并且将所述第二透射区域从所述外部环悬挂。
P10.根据P1至P9中任一项所述的横向双层设备，所述横向双层设备还包括：外部环，所述外部环具有内表面并限定内部区域(1101)；并且其中，所述第二透射区域包括弧形谐振器，所述弧形谐振器对向小于365度的角度。
P11.根据P10所述的横向双层设备，其中，所述弧形谐振器对向小于45度的角度。
上述本发明的实施方式仅旨在是示例性的；对于本领域技术人员而言，许多变化和修改将是显而易见的。所有这些变型和修改都旨在落入任何所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (28)

1.一种消音器设备，所述消音器设备包括：
第一通道，所述第一通道具有第一入口和第一出口，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播并且所述第一通道具有第一横截面面积，以及
一个或更多个第二通道，每个第二通道打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述第二通道传播，并且每个第二通道具有第二入口和第二出口，所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积，
其中，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道相对于所述第一通道而言设置成使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波进行相消干涉，并且
其中，所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述消音器设备的开口率至少是0.8。
2.根据权利要求1所述的消音器设备，其中，所述第一通道被打开以使流体流过所述第一通道。
3.根据权利要求1所述的消音器设备，其中，所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述消音器设备的开口率是0.99。
4.根据权利要求1所述的消音器设备，其中，所述第一通道限定穿过该第一通道的流体流动的轴线，并且每个第二出口是无管道的出口。
5.根据权利要求1所述的消音器设备，其中，所述第一通道限定穿过该第一通道的流体流动的轴线，并且每个第二出口是轴向定向的出口。
6.根据权利要求5所述的消音器设备，其中，每个第二出口是无管道的出口。
7.根据权利要求1所述的消音器设备，其中，所述第一波和所述第二波中的每一者是声波，并且所述相消干涉将处于所述目标频率的所述第一波抑制至少94％。
8.根据权利要求1所述的消音器设备，其中，所述第一波和所述第二波中的每一者是声波，并且其中，离开每个第二出口的处于所述目标频率的声能与离开所述第一通道的声能进行相消干涉，以将处于所述目标频率的声音抑制至少24dB。
9.一种消音器设备，所述消音器设备包括：
第一通道，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播并且所述第一通道具有第一入口和第一出口，所述第一通道被配置成在所述第一波通过所述第一通道传播期间保持连续状态，以及
一个或更多个第二通道，每个第二通道具有第二入口和第二出口，所述一个或更多个第二通道沿着限定了轴向方向的轴线延伸，并且所述一个或更多个第二通道打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述一个或更多个第二通道传播，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道被配置成在所述目标频率下发生谐振，
其中，所述一个或更多个第二出口在所述轴向方向上开口，并且
其中，所述一个或更多个第二通道相对于所述第一通道而言设置成使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波进行相消干涉。
10.根据权利要求9所述的消音器设备，其中，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道被配置成在所述目标频率下发生谐振，并且所述第一通道被配置成在所述目标频率下不发生谐振。
11.根据权利要求9所述的消音器设备，其中，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道相对于所述第一通道而言设置成使得离开所述第二出口的所述第二波的传播能够在所述目标频率下与离开所述第一通道的所述第一波进行相消干涉，以将所述第一波的透射降低至少94％。
12.根据权利要求9所述的消音器设备，其中，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道相对于所述第一通道而言设置成使得离开所述第二出口的所述第二波的传播能够在所述目标频率下与离开所述第一通道的所述第一波进行相消干涉，以将所述第一波抑制至少24dB。
13.根据权利要求9所述的消音器设备，其中：
所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且
所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积A2，
并且所述第一横截面面积A1与所述第一横截面面积A1和所述第二横截面面积A2之和的比率A1/(A1+A2)大于0.6。
14.一种消音器设备，所述消音器设备包括：
第一通道，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播，并且所述第一通道具有第一入口和通向无管道的容积的第一出口，
一个或更多个第二通道，每个第二通道沿着轴线延伸并打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述第二通道传播，并且每个第二通道具有第二入口和通向所述无管道的容积的第二出口；
其中，所述一个或更多个第二通道相对于所述第一通道而言设置成使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波进行相消干涉。
15.根据权利要求14所述的消音器设备，其中，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道被配置成在所述目标频率下发生谐振，并且所述第一通道被配置成在所述波通过所述第一通道传播期间保持连续状态。
16.根据权利要求14所述的消音器设备，其中，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道被配置成在所述目标频率下发生谐振，并且所述第一通道被配置成在所述目标频率下不发生谐振。
17.根据权利要求14所述的消音器设备，其中，所述第一通道被打开以使流体流过所述第一通道。
18.根据权利要求14所述的消音器设备，其中，所述第一波是声波，并且所述相消干涉抑制处于所述目标频率的所述声波。
19.根据权利要求14所述的消音器设备，其中，所述第一通道具有第一横截面面积，并且所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积，并且所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述消音器设备的开口率至少是0.8。
20.根据权利要求14所述的消音器设备，其中，所述第一通道具有第一横截面面积，并且所述一个或更多个第二通道限定第二横截面面积，并且所述第一横截面面积大于所述第二横截面面积，使得所述消音器设备的开口率至少是0.99。
21.一种消音器设备，所述消音器设备包括：
第一通道，所述第一通道打开以使处于目标频率的第一波通过所述第一通道传播并且所述第一通道具有第一入口和第一出口，其中，所述第一通道被配置成在存在处于所述目标频率的波的情况下保持连续状态；
一个或更多个第二通道，每个第二通道打开以使处于所述目标频率的第二波通过所述第二通道传播并且被配置成在所述目标频率下发生谐振，并且每个第二通道具有第二入口和第二出口；
其中，所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道相对于所述第一通道而言设置成使得离开一个或更多个第二出口的处于所述目标频率的所述第二波能够与离开所述第一通道的处于所述目标频率的所述第一波进行相消干涉。
22.根据权利要求21所述的消音器设备，其中，所述第一通道被打开以使流体流过所述第一通道。
23.根据权利要求21所述的消音器设备，其中，所述第一通道被配置成在所述目标频率下不发生谐振。
24.根据权利要求21所述的消音器设备，其中，所述第一波是声波，并且所述相消干涉抑制处于所述目标频率的所述声波，以将离开所述第一通道的所述声波的透射降低至少94％。
25.根据权利要求21所述的消音器设备，其中，所述第一波是声波，并且所述相消干涉抑制处于所述目标频率的所述声波，以将离开所述第一通道的所述声波抑制至少24dB。
26.根据权利要求21所述的消音器设备，其中：
所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且
所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道限定第二横截面面积A2，并且
所述第一横截面面积A1与所述第一横截面面积A1和所述第二横截面面积A2之和的比率A1/(A1+A2)大于0.6。
27.根据权利要求21所述的消音器设备，其中：
所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且
所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道限定第二横截面面积A2，并且
所述第一横截面面积A1与所述第一横截面面积A1和所述第二横截面面积A2之和的比率A1/(A1+A2)大于0.8。
28.根据权利要求21所述的消音器设备，其中：
所述第一通道具有第一横截面面积A1，并且
所述一个或更多个第二通道中的每个第二通道限定第二横截面面积A2，并且
所述第一横截面面积A1与所述第一横截面面积A1和所述第二横截面面积A2之和的比率A1/(A1+A2)大于0.9。
CN201980051199.1A 2018-08-03 2019-08-02 使用超开口超材料的空气透射选择性消音器 Active CN112867860B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862714246P 2018-08-03 2018-08-03
US62/714,246 2018-08-03
US201962863046P 2019-06-18 2019-06-18
US62/863,046 2019-06-18
PCT/US2019/044957 WO2020028838A1 (en) 2018-08-03 2019-08-02 Air-transparent selective sound silencer using ultra-open metamaterial

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112867860A CN112867860A (zh) 2021-05-28
CN112867860B true CN112867860B (zh) 2023-03-31

Family

ID=69229870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980051199.1A Active CN112867860B (zh) 2018-08-03 2019-08-02 使用超开口超材料的空气透射选择性消音器

Country Status (9)

Country Link
US (3) US10947876B2 (zh)
EP (1) EP3830404A4 (zh)
JP (1) JP2021533409A (zh)
KR (1) KR20210032527A (zh)
CN (1) CN112867860B (zh)
AU (1) AU2019314515A1 (zh)
CA (1) CA3108530A1 (zh)
MX (1) MX2021001366A (zh)
WO (1) WO2020028838A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2970412T3 (es) 2017-02-09 2024-05-28 Univ Sussex Manipulación de ondas acústicas mediante una matriz de retardo temporal
EP3830404A4 (en) * 2018-08-03 2022-04-27 Trustees of Boston University SELECTIVE AIR TRANSPARENT ACOUSTIC SILENCER USING AN ULTRA-OPEN METAMATERIAL
US11282490B2 (en) * 2018-09-15 2022-03-22 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Dark acoustic metamaterial cell for hyperabsorption
GB201905258D0 (en) * 2019-04-12 2019-05-29 Univ Of Sussex acoustic metamaterial systems
US11415055B2 (en) * 2020-03-09 2022-08-16 Honeywell International Inc. Alternating helicoid cell structure and methods of producing the same
CN112318876B (zh) * 2020-10-12 2022-07-22 李冉 一种3d打印消音装置
EP3985263B1 (en) 2020-10-19 2024-06-26 Volvo Truck Corporation Acoustic resonator for fan
KR102549977B1 (ko) * 2021-02-26 2023-06-29 고려대학교 산학협력단 메타서피스를 이용한 고주파 소음 필터링 귀마개
KR102626733B1 (ko) * 2021-04-29 2024-01-18 동국대학교 산학협력단 가변 주파수 필터링을 위한 신축성 음향 메타 물질
US11613374B2 (en) * 2021-06-11 2023-03-28 Stephen David Detar Encased exhaust
CN113628601B (zh) * 2021-08-25 2024-04-02 宁波吉士汽配有限公司 一种消音器
DE102021123653A1 (de) * 2021-09-13 2023-03-16 Remus Innovation Gmbh Abgasschalldämpfer
WO2023062939A1 (ja) * 2021-10-11 2023-04-20 ソニーグループ株式会社 音圧制御装置、電子機器、及び部品
WO2023080864A1 (en) * 2021-11-08 2023-05-11 Metapax Akustik Muhendislik Danismanlik Egiti̇m Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi Broadband acoustic meta-material flow silencer
CN114541289A (zh) * 2022-03-02 2022-05-27 西南交通大学 一种可实现宽频隔声的全向通风铁路声屏障
GB202209568D0 (en) * 2022-06-29 2022-08-10 Univ Of Sussex Acoustic Metamaterials
WO2024038683A1 (ja) * 2022-08-17 2024-02-22 ソニーグループ株式会社 構造物、及び触覚提示デバイス

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1612584A (en) * 1922-09-30 1926-12-28 Hunter William Silencer for internal-combustion engines
FR602160A (fr) 1925-08-18 1926-03-13 Dispositif d'échappement silencieux
US1740805A (en) * 1928-04-10 1929-12-24 Brice Cecil Henry Exhaust silencer for internal-combustion engines
GB460148A (en) * 1934-07-19 1937-01-18 Zygmunt Wilman Improvements relating to exhaust gas mufflers
US2317246A (en) * 1941-06-10 1943-04-20 Adolph G Bergmann Muffler
US2359365A (en) * 1943-05-20 1944-10-03 Katcher Morris Muffler
US2911055A (en) * 1957-12-13 1959-11-03 Mcdonald William Engine exhaust silencer
US3113635A (en) * 1959-03-31 1963-12-10 Bolt Beranek & Newman Apparatus for silencing vibrational energy
US3700069A (en) * 1971-05-20 1972-10-24 Gen Motors Corp Wave interference silencer
US3805495A (en) * 1971-06-28 1974-04-23 J Steel Apparatus for removing particles from a gaseous stream
US3913703A (en) * 1974-05-03 1975-10-21 Gen Motors Corp Single inner assembly wave interference silencer
US3888331A (en) * 1974-05-03 1975-06-10 Gen Motors Corp Power tuned wave interference silencer
JPS5194538U (zh) * 1975-01-29 1976-07-29
US3963092A (en) * 1975-03-05 1976-06-15 Soares John M Exhaust muffler for competition car engines
JPS5236219A (en) * 1975-09-13 1977-03-19 Teruo Kashiwara Exhaust equipment for internal combustion engine
JPS57191409A (en) * 1981-05-21 1982-11-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Silencer
DE3401210A1 (de) * 1984-01-14 1985-07-25 ASEA AB, Västerås Schalldaempfer zum anschluss an einen stroemungskanal
EP0184060A1 (en) * 1984-11-22 1986-06-11 Tula Silencers (Proprietary) Limited Exhaust silencer
JPH02309095A (ja) * 1989-05-22 1990-12-25 Tokai Rubber Ind Ltd 脈動吸収管
US5152366A (en) * 1991-03-28 1992-10-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Sound absorbing muffler
US5245140A (en) * 1992-04-20 1993-09-14 Wu Kan Chiao Muffler
JPH06147624A (ja) * 1992-10-30 1994-05-27 Sanbetsuku Kk 送風ダクトの消音ボックス
DE19543967B4 (de) 1995-11-25 2006-10-12 Mahle Filtersysteme Gmbh Vorrichtung zur Dämpfung von Ansauggeräuschen sowie Verfahren zur Bemessung der Vorrichtung
JPH09144986A (ja) * 1995-11-27 1997-06-03 Nissan Motor Co Ltd 吸音ダクト構造体
US5831223A (en) * 1997-09-24 1998-11-03 Kesselring; Stephen H. Self-tuning exhaust muffler
FR2796748B1 (fr) 1999-07-22 2001-09-07 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif d'attenuation du bruit dans un tube destine a transporter un gaz
US6364055B1 (en) * 2000-09-26 2002-04-02 Alan H. Purdy Acoustically non-resonant pipe
US7726444B1 (en) * 2001-08-31 2010-06-01 Laughlin James C Exhaust system baffle apparatus
DE10328144A1 (de) * 2001-12-22 2005-01-05 Mann + Hummel Gmbh Vorrichtung zur Schalldämpfung in einem Rohrkanal
DE10163812A1 (de) * 2001-12-22 2003-07-03 Mann & Hummel Filter Vorrichtung zur Schalldämpfung in einem Rohrkanal
US7661509B2 (en) * 2003-07-14 2010-02-16 Dadd Paul M Devices for regulating pressure and flow pulses
JP2008050989A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Denso Corp 消音器
CN203594488U (zh) * 2013-12-16 2014-05-14 中石化上海工程有限公司 一种通用型抗性消音器
US9500108B2 (en) 2015-01-09 2016-11-22 Flexible Metal, Inc. Split path silencer
BE1022700A9 (nl) 2015-02-03 2017-03-17 Advanced Spring Tech Naamloze Vennootschap Cilindrisch schuimlichaam, gebruik daarvan en werkwijze om dit te vervaardigen
JP6480741B2 (ja) 2015-02-04 2019-03-13 株式会社神戸製鋼所 消音器
CN106481385B (zh) * 2016-11-03 2019-06-07 清华大学苏州汽车研究院（相城） 一种基于声学超材料的宽频小容积消声结构
EP3830404A4 (en) * 2018-08-03 2022-04-27 Trustees of Boston University SELECTIVE AIR TRANSPARENT ACOUSTIC SILENCER USING AN ULTRA-OPEN METAMATERIAL

Also Published As

Publication number Publication date
US20240077008A1 (en) 2024-03-07
US20210087957A1 (en) 2021-03-25
EP3830404A4 (en) 2022-04-27
CA3108530A1 (en) 2020-02-06
CN112867860A (zh) 2021-05-28
KR20210032527A (ko) 2021-03-24
WO2020028838A1 (en) 2020-02-06
JP2021533409A (ja) 2021-12-02
US20200043456A1 (en) 2020-02-06
US10947876B2 (en) 2021-03-16
MX2021001366A (es) 2021-06-23
US11846217B2 (en) 2023-12-19
EP3830404A1 (en) 2021-06-09
AU2019314515A1 (en) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112867860B (zh) 使用超开口超材料的空气透射选择性消音器
US7942239B2 (en) Exhaust muffler
US20090014238A1 (en) Muffler
US8312962B2 (en) Sound absorber having helical fixtures
US9500108B2 (en) Split path silencer
CA2498409C (en) Compact silencer
WO2015182443A1 (ja) 消音器
US6595319B1 (en) Muffler
EP3098413B1 (en) An acoustic attenuator for damping pressure vibrations in an exhaust system of an engine
US3993160A (en) Silencer for a heat engine
KR101732067B1 (ko) 달팽이관형 공명기 및 이를 이용한 소음기
US9874125B2 (en) Quadruple-tuned silencer apparatus and method for attenuating sound from an engine exhaust
US9423149B2 (en) Methods and apparatuses to attenuate acoustic waves
CN212724716U (zh) 消声装置和具有其的静音管道
Nguyen et al. Perfect absorption in duct by coupling Helmholtz resonators
CN113446456A (zh) 一种可调频消声器
Lavrentjev et al. Design and performance of acoustic metamaterial structure for inlet duct noise attenuation
Peng et al. Helmholtz Resonator With Sonic Black Hole Neck.
CN217506885U (zh) 消声结构
CN114321553B (zh) 基于渐变阻抗边界的宽带管道消声器
KR20240062392A (ko) 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러
CN114639369A (zh) 阻性消声器及船
CN117392968A (zh) 一种用于高流速管道的声学超材料消声器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant