交通工具隔音方法和设备技术

本发明专利技术提供一种隔音方法，该方法包括（ａ）提供至少一种包含至少一个声屏障的隔音设备，所述声屏障包括至少一个设置在具有第一密度的第一介质中的大致周期性的结构阵列，所述结构由具有不同于所述第一密度的第二密度的第二介质制得，其中所述第一和第二介质中的一个是具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，所述纵向声波传播速度是所述横向声波传播速度的至少约３０倍，并且其中所述第一和第二介质中的另一个是粘弹性或弹性介质；和（ｂ）将所述隔音设备设置在交通工具的声源区域和声接收区域之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可用于交通工具(例如，飞机、机动车、火车和船)的隔音方法，在另一方面，涉及在其中用于提供消音或隔音的设备。
技术介绍
隔音材料和结构在运输业中具有重要应用。例如，通常认为交通工具乘客室内的噪音水平需要降低。噪音(例如公路噪音、风噪音、发动机噪音、振动等，以及发自乘客室的噪音)可以通过使用各种声学吸收或反射材料来减弱。此类材料可以包括在(例如)顶篷、 机动车行李箱衬垫、机罩衬垫、仪表盘护罩、内侧板或地毯料和其他装饰性或功能性车辆覆面材料，从而在车辆内部得到增强的降噪效果。在隔音行业中使用的传统材料，诸如吸收器和反射器，通常在一个宽的频率范围内有效而不能提供频率选择性声控。有源噪音消除设备容许进行频率选择性声衰减，但其通常在密闭空间最有效并且要求对电子设备进行投资和操作以便提供电源和控制。传统吸声材料(例如，泡沫或纤维材料)一般重量相对较轻并且多孔，用于消散在其相对较大表面积上的声波振动能。Helmholtz共振器(具有例如置于两个弹性基板之间的一层空气)也可用作吸声器。然而，对于两种类型的吸收器，一般需要相对较厚的结构以便在相对较低可听频率获得相对良好的吸收特性(例如，对小于约500赫兹(Hz)的频率而言，大约需要50毫米(mm)厚度)，而此类厚结构可能会对在有限车辆空间内的使用造成问题。与吸收器相比，传统声音屏障往往相对较重并且不透气，这是因为材料的声音传输损耗通常为其质量和硬度的函数。所谓的“质量法则”(适用于某些频率范围的很多传统声屏障材料)指出当材料单位面积的重量加倍，穿过材料的传输损耗增加6分贝(dB)。可以通过使用更致密的材料或增加屏障的厚度来增加单位面积的重量。然而，增加重量在许多运输应用中可能是不可取的。
技术实现思路
因此，我们认识到需要隔音方法，该隔音方法可以通过使用外部尺寸相对较小和/ 或重量相对较轻的隔音设备在交通工具中提供相对较高水平的消音或隔音(降低或优选地消除声音传输)。优选地，该设备可在相对较宽范围的可听音频上至少部分地有效和/或可以较简单并且有成本效率地制备。简而言之，在一个方面，本专利技术提供这样的隔音方法，其包括(a)提供至少一种包含至少一个声屏障的隔音设备，所述声屏障包括至少一个设置在具有第一密度的第一介质中的大致周期性的结构阵列，所述结构由具有不同于第一密度的第二密度的第二介质制得，其中第一和第二介质中的一个是具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，该纵向声波传播速度是横向声波传播速度的至少约30倍，并且其中第一和第二介质中的另一个是粘弹性或弹性介质；和(b)将隔音设备置于交通工具(例如，飞机、机动车、火车或船)的声源区域(优选地，可听音频的源)和声接收区域之间。优选地，该大致周期性的结构阵列是呈多层结构的形式的一维阵列，该多层结构包括第一和第二介质的交替层。 隔音设备优选还包含至少一种耐高温材料(如下所述)。已经发现，通过选择具有某些特征的粘弹性材料并将其与粘弹性或弹性材料组合来形成空间上周期性阵列，可以在可听范围(即20赫兹(Hz)到20千赫(kHz)的范围)的至少一些部分中得到声子晶体结构带隙或至少明显的传输损耗(例如大于20分贝(dB))。 此类声屏障或声子晶体结构在重量上可以相对较轻，并且相对较小(例如，外部尺寸约几厘米或更小)。通过控制诸如材料的选择、晶格结构的类型、不同材料的间距等等之类的设计参数，带隙的频率、间隙的数量以及它们的宽度可以进行微调，或者至少可根据频率调整传输损耗水平。声子晶体结构可以以无源但频率选择性的方式产生声学带隙。不同于声学工业中使用的大多数普通吸音器，声子晶体以传输模式控制声音。在带隙的频率范围之内，入射声波可能基本上没有传输穿过结构。带隙不总是绝对的(即，没有声音传输)，但声音传输损耗通常可为大约20分贝(dB)或更高。在声学工业中，3dB左右的衰减被认为是明显的，所以20+dB是非常明显的传输损耗，接近声功率百分之百的减少。声子晶体结构可放置在声源和接收器之间以只允许选定的频率通过结构。这样接收器听到滤过的声音，而不需要的频率被阻止。通过适当配置声子晶体结构，传输的频率可以集中在接收器，或者不希望的频率可以反射回声源(很像频率选择镜)。与现在的声学材料不同，声子晶体结构可以用来实际管理声波而不是简单地衰减或反射它们。出人意料地，包含此类声屏障或声子晶体结构的隔音设备，尽管相对较薄且重量相对较轻，但被包括在交通工具内时可以在高于约300Hz的频率下提供大于约20dB的声音传输损耗。与常规的交通工具隔音器(其一般遵守上述质量法则)相比，本专利技术的方法中所用的隔音设备在约150Hz及以上的频率下所提供的传输损耗可超出质量法则所预测的传输损耗达约3-4dB。该设备可在环境温度下有效，在显著低于或高于环境的温度下也可有效(例如，约-80°C到约+150°C范围的温度，相对于约23°C室温，性能损耗仅几分贝)。另外，还包含至少一种耐高温(优选阻燃；更优选抗火焰传播和抗火焰穿透；最优选抗烧穿； 如下所述)材料的隔音设备可以用于非常关心阻燃性的运输应用(例如，空中运输和轨道运输)并且仍提供有效隔音。因此，在至少一些实施例中，本专利技术的方法可以满足上述对隔音方法的需要，所述隔音方法在交通工具中在可听音频下(出人意料地，甚至在低于约1000赫兹的可听频率下)可以至少部分地有效，同时使用外部尺寸相对较小和/或重量相对较轻的隔音设备。本专利技术的隔音方法可用于在各种不同运载工具环境中提供隔音，在这些环境中，重量减轻、厚度降低和/或耐高温性可能十分重要。例如，此类用途可以包括将该隔音设备放置于飞机 (例如，用于机身周围的隔音和用于乘客室面板中)、机动车(例如，用于地板、仪表盘、轮舱和顶篷中)等等中的内部或外部运载工具部件(或两者)中。在另一方面，本专利技术还提供一种隔音设备，该设备包括(a)至少一个包含至少一个大致周期性的结构阵列的声屏障，所述大致周期性的结构阵列设置在具有第一密度的第一介质中，所述结构由具有不同于所述第一密度的第二密度的第二介质制得，其中所述第一和第二介质中的一个是具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，所述纵向声波传播速度是所述横向声波传播速度的至少约30倍，并且其中所述第一和第二介质中的另一个是粘弹性或弹性介质；和(b)至少一种耐高温(优选阻燃；更优选抗火焰传播和抗火焰穿透；最优选抗烧穿；如下文所述)材料。优选地，该大致周期性的结构阵列是呈多层结构的形式的一维阵列，该多层结构包括第一和第二介质的交替层。附图说明参照以下描述、所附权利要求书和附图，将会更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面以及优点，其中图1是实例2和3中所述的本专利技术方法的实施例的传输损耗(单位dB)与频率 (单位Hz)关系的曲线图。图2是实例4和5中所述的本专利技术方法的实施例的传输损耗(单位dB ；测量值和理论(质量法则)值)与频率(单位Hz)关系的曲线图。图3是实例4中所述的本专利技术方法的实施例的传输损耗(单位dB ；在两个不同温度下)与频率(单位Hz)关系的曲线图。图4是实例5中所述的本专利技术方法的实施例的传输损耗(单位dB ；在两个不同温度下)与频率(单位Hz)关系的曲线图。具体实施例方式^X本专利申请中使用的“耐高温材料”意指在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种方法，该方法包括（ａ）提供至少一种包含至少一个声屏障的隔音设备，所述声屏障包括至少一个设置在具有第一密度的第一介质中的大致周期性的结构阵列，所述结构由具有不同于所述第一密度的第二密度的第二介质制得，其中所述第一和第二介质中的一个是具有纵向声波传播速度和横向声波传播速度的粘弹性介质，所述纵向声波传播速度是所述横向声波传播速度的至少３０倍，并且其中所述第一和第二介质中的另一个是粘弹性或弹性介质；和（ｂ）将所述隔音设备设置在交通工具的声源区域和声接收区域之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里·贝克，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US