软声学边界平板制造技术

一种软边界结构，其包括：谐振器结构，其能够接收声音或振动，建立与所接收的声音或振动耦合的谐振，并且创建具有π相位因子的反射；以及软边界，所述软边界位于所述谐振器结构上或紧邻所述谐振器结构。所述软边界与所述谐振器结构协作以衰减所述声音或振动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软声学边界平板相关申请本专利申请要求于2018年12月21日提交的美国临时专利申请No.62/917,643和于2019年11月19日提交的美国临时专利申请No.62/937,512的优先权，这些专利申请被转让给本专利技术的受让人并由本专利技术的专利技术人提交，并且通过引用并入本文。
本公开涉及使用软边界来增加衰减的声音衰减。更具体地说，本公开涉及如下方式建立软边界(softboundary)：通过侧壁谐振器以及通过从入射方向向90°方向的散射，结合声音吸收或减小的反射来“消减”声音。
技术介绍
在垂直入射时，来自平坦样品的反射系数R由下式给出其中Z＝ρv表示样本阻抗(sampleimpedance)，ρ表示质量密度(massdensity)，v是声速(soundspeed)，Z0＝ρ0v0是空气的阻抗(impedanceofair)，v0＝340m/sec是空气中的声速，以及ρ0＝1.225kg/m3是空气密度(airdensity)。如果样品位于反射硬表面上，则没有透射，并且吸收率由下式描述：A＝1-|R|2特别地，如果样品与空气阻抗匹配；即Z＝Z0，则可以实现全吸收率(totalabsorption)。大多数固体边界具有比空气大得多的阻抗；即，Z＞＞Z0。因此，如等式(1)中所见，反射系数为正，并且在量值上几乎为1；即，声速场在壁上形成节点。这表示为硬边界条件。从等式(1)可以容易地看出，如果Z＜Z0，则反射系数变为负；即当该情况发生时存在相移。在这种情况下，速度振幅在这种阻抗边界条件下将保持有限，而不是具有节点。这个边界条件可以被描述为“软”壁边界条件。软边界条件和硬边界条件都意味着全反射，零吸收。
技术实现思路
一种软边界结构，包括谐振器结构，该谐振器结构能够接收声音或振动，建立与接收的声音或振动耦合的谐振，并且产生具有π相位因子(phasefactor)的反射。在谐振器结构上或紧邻谐振器结构建立软边界，并且软边界与谐振器结构协作以衰减声音或振动。在一种配置中，谐振器结构包括侧壁谐振器。侧壁谐振器通过吸收和/或散射效应，通过向与入射方向不同的方向散射，实现声音消减(soundextinction)。侧壁谐振器可以被配置成使得它们通过吸收和/或散射效应通过与入射方向基本上成90°的散射来实现声音消减。在另一种配置中，谐振器结构具有受限的顶板、多个开口侧壁和受限的后壁，它们被配置成通过使用开口侧壁来产生面积变化。开口侧壁使得与该结构相作用(engage)的入射声波转向并通过多个侧壁的至少一个子集。入射声波遇到横截面积的增加，这导致软边界条件。开口侧壁使得与该结构相作用的入射声波转向并通过多个侧壁的至少一个子集。入射声波遇到横截面积的增加，这导致软边界条件。该结构使得入射声波转向，从而导致消减效应以减少反射的声音。附图说明图1A和图1B是示意图，示出了来自硬边界壁(图1A)和软边界壁(图1B)的入射波和反射波。图2A和图2B是示意图，示出了在硬壁边界(图2A)和软壁边界(图2B)上放置的一薄层声学海绵内的声音反射。图3A至图3E是与放置在软边界上的一薄层声学海绵相比，放置在硬边界上的一薄层声学海绵的声音吸收率的模拟结果的图示。在海绵的不同厚度下获得不同的图表。图4A至图4D是示出在300Hz下获取的来自偶极源和单极源的压力和速度的频谱图，示出了硬边界和软边界对单极源和偶极源的影响。图4A示出来自偶极源的压力。图4B示出来自偶极源的速度。图4C示出来自单极源的压力。图4D示出来自单极源的速度。图5A至图5C示出了从管的横截面变化的模拟。图5A是后管的变化的示意图。图5B是侧壁的横截面积的变化的示意图。图5C是示出在不同面积变化的情况下反射系数的实部的模拟结果的图形结果。图6A和图6B为示出软边界平板的俯视图(图6A)和侧剖视图(图6B)的示意图。图7A至图7C是不同类型谐振器的图示。图7A示出了混合薄膜谐振器。图7B示出了弹簧质量谐振器。图7C示出了弯曲谐振器。图8A至图8D是COMSOL模拟结果的图示。图8A示出具有单个大侧壁空腔的单元的结果。图8B示出具有两个大侧壁空腔的单元的结果。图8C示出具有单个较小侧壁空腔的单元的结果。图8D示出具有两个较小侧壁空腔的单元的结果。图9A和图9B是示出COMSOL模拟结果的图示。图9A是在模拟中使用的4×4边界平板的示意图。图9B是示出吸收率与频率的关系的图示。图10A至图10C示出安装在侧壁上的谐振器的效果。图10A是谐振器的图像。图10B是当一个谐振器安装在侧壁上时在不同频率下的反射系数的图形表示。图10C是当三个谐振器安装在侧壁上时在不同频率下的反射系数的图示。图11A和图11B是4×4样品和单个单元的示意图。图12A至图12E示出不同的2.5cm海绵和5cm海绵的模拟结果。图12A至图12C是单个单元的照片图像(图12A)以及4×4平板的仰视图和俯视图(分别为图12B和图12C)。图12D和12E是软平板样品的图示。具体实施方式概述一种声学屏障使用软声学边界平板来进行声音吸收。这提供了期望的声音吸收，并且还在房间声学中创建了新的音频体验，以及放大了偶极声源。对于空气传播的声音，软边界平板可以通过两种方式实现：(1)通过侧壁谐振器，其在特定频率或在某些离散频率下有效，以及(2)通过与入射方向成90°方向散射而“消减”声音，连接到开口区域。在第一配置中，软边界条件由处于或接近其谐振频率的谐振器实现。取决于波长，第二配置的软边界条件优选位于远离连接到开放空间的结点(junction)的四分之一波长内或其附近。这里，术语“消减”用来表示通过吸收和散射效应的减少的反射。结果是声音或振动的衰减。如本文所用，消减是通过减少的反射而发生的声音或振动的衰减。由减少的反射引起的消减是吸声材料(例如声学海绵)放置在软边界平板顶部的结果。声学海绵可以是任何方便的吸声材料或声音衰减材料。典型地，声学海绵包括多孔网状吸声材料，其可以是弹性的或者可以依赖于夹带的空气或气体的弹性。在没有声学海绵的情况下，将存在比使用声学海绵时观察到的高得多的反射。消减效应(即，减少的反射)可以表征为在将吸收体(如，海绵)与软边界平板结合时的协同效应。侧壁谐振器在特定频率或一些离散频率下、通过向90°方向散射而消减声音是有效的。虽然描述了90°方向，但是应当理解，这是近似的，因为消减效应在90°以外的角度处实现。如果该方向与入射角基本上成90°，则反射(散射)或谐振的声音将不会具有沿与入射方向相反的方向传播回来的趋势。该功能是在一个方向上反射或谐振声音，在该方向上，减小反射或谐振声音在入射方向上被重新传输回来的趋势。软边界条件图1A和图1B是示意图，示出了来自硬边界壁(图1A)和软边界壁(图1B)的入射波和反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软边界结构，包括：/n谐振器结构，其能够接收声音或振动，建立与所接收的声音或振动耦合的谐振，并且创建具有π相位因子的反射；以及/n软边界，所述软边界位于所述谐振器结构上或紧邻所述谐振器结构，所述软边界与所述谐振器结构协作以衰减所述声音或振动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181221 US 62/917,643;20191119 US 62/937,5121.一种软边界结构，包括：
谐振器结构，其能够接收声音或振动，建立与所接收的声音或振动耦合的谐振，并且创建具有π相位因子的反射；以及
软边界，所述软边界位于所述谐振器结构上或紧邻所述谐振器结构，所述软边界与所述谐振器结构协作以衰减所述声音或振动。


2.根据权利要求1所述的吸声结构，其中，所述软边界包括声学海绵，所述声学海绵包括多孔网状吸声材料。


3.根据权利要求1所述的吸声结构，其中，所述软边界包括放置在所述谐振器结构的硬壁边界上的吸声材料。


4.根据权利要求1所述的吸声结构，其中，所述谐振器结构包括侧壁谐振器，其中，所述侧壁谐振器通过吸收和/或散射效应、通过向与入射方向不同的方向的散射来实现声音消减。


5.根据权利要求1所述的吸声结构，其中，所述谐振器结构包括侧壁谐振器，其中，所述侧壁谐振器通过吸收和/或散射效应、通过与入射方向实质上成90°的散射来实现声音消减。


6.根据权利要求1所述的吸声结构，还包括：
所述软边界包括吸声材料，所述吸声材料在接收到的声音的入射方向上位于所述谐振器结构的前面，
其中，所述谐振器结构包括侧壁谐振器，其中，所述侧壁谐振器通过吸收和/或散射效应引起声音或振动散射到与入射方向不同的方向，从而所述软边界和所述侧壁谐振器的组合提供声音消减效应。


7.根据权利要求1所述的吸声结构，还包括：
具有受限的顶板、多个开口侧壁和受限的后壁的结构，所述结构被配置成通过使用所述开口侧壁来产生面积变化，
其中，所述开口侧壁使得与所述结构相作用的入射声波转向并通过所述多个侧壁的至少一个子集，
其中，入射声波遇到横截面积的增加，这导致软边界条件，
并且其中，所述结构使得所述入射声波转向，从而导致消减效应以减少反射的声音。


8.根据权利要求1所述的吸声结构，其中，所述吸声结构从偶极源接收声音或振动，通过经由所述谐振器和所述软边界实现声音反射，为房间或其它环境提供改进的声音光学，同时增强来自外部生成的声源的声音。


9.根据权利要求1所述的吸声结构，其中，所述吸声结构从偶极源接收声音或振动，通过经由所述谐振器和所述软边界实现吸声，为房间或其它环境提供改进的声音光学，同时增强来自偶极声源的声音。


10.一种吸声方法，包括：
用谐振器结构接收声音或振动；
使用所述谐振器结构来产生具有π相位因子的反射；
建立所接收的声音或振动的谐振，并通过吸收或散射效应来提供减小的反射；以及
使用位于所述谐振器结构上或紧邻所述谐振器结构的软边界，其中，所述软边界与所述谐振器结构配合以衰减所述声音或振动。


11.根据权利要求10所述的吸声方法，还包括：
提供包括多孔网状吸声材料的声学海绵作为所述软边界的一部分。


12.根据权利要求10所述的吸声方法，还包括：
提供吸声材料作为所述软边界的一部分；以及
将所述吸声材料放置在所述谐振器结构的硬壁边界上。


13.根据权利要求10所述的吸声方法，还包括：
提供侧壁谐振器作为所述谐振器结构的至少一部分，其中，所述侧壁谐振器通过吸收和/或散射效应、通过向与入射方向不同的方向散射来实现声音消减。


14.根据权利要求10所述的吸声方法，还包括：
提供侧壁谐振器作为所述谐振器结构的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈平，麦浩尧，张晓男，董镇，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81