混合聲學阻擋器和吸收器的製造方法

2023-06-11 04:25:36

混合聲學阻擋器和吸收器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種混合聲學阻擋器和吸收器。混合聲學吸收和反射諧振器能夠包括限定單元的剛性結構、附接到剛性結構的具有至少一個孔口的膜以及附接到剛性結構並且覆蓋單元的背片。膜被構造為在預定頻率範圍內反射聲波。剛性結構、膜和背片限定亥姆霍茲腔；亥姆霍茲腔被構造為在預定頻率範圍內的頻率處吸收聲學能量。
【專利說明】混合聲學阻擋器和吸收器

【技術領域】
[0001] 本發明一般地涉及一種反諧振膜、用於保持這樣的膜的結構和由這樣的反諧振膜 和支撐結構限定的混合反射吸收殼體。

【背景技術】
[0002] 噪聲在很多環境中都是有害的。噪聲被廣泛地認識為有害的並且作為噪聲的汙染 源能夠是高穿透性和破壞性的。人們能夠由於噪聲而經受負面的影響，例如，聽力損失、惡 心、高血壓、壓力增大等等。由於諸如摩託車、飛行器、火車、發電機、磨床、攪拌機、微波爐、 排水泵的機器以及很多其它機器能夠頻繁地引起噪聲汙染源。很多這樣的機器能夠在長時 間段以相對恆定的級別發射噪聲。
[0003] 已經進行了各種嘗試以提供降噪。很多噪聲遮蔽方案都與隔音器的質量直接相 關。一般來說，噪聲傳輸由質量密度定律決定，其描述了通過隔音器的聲學傳輸T與壁厚 度、質量密度和聲音頻率的乘積成反比。增加這樣的隔音器的聲音減少特性能夠要求增大 隔音器的厚度或質量密度，這增加了隔音器的重量和大小（特別是在低頻範圍內）。
[0004] 還進行了其它嘗試以改進降噪。例如，美國公開的專利申請2013/0087407描述了 重物布置在膜的中心部分的可調節的高帶寬反諧振膜。美國公開專利申請2010/0212999 與具有用於諧振殼體的至少一個膜壁的傳統的亥姆霍茲諧振器相關。然而，膜壁的諧振不 包括噪聲反射能力。美國專利No. 7510052公開了一種基於修改的亥姆霍茲諧振效應的聲 音消除蜂巢。然而，美國專利No. 7510052中的基於蜂巢的方案沒有包括噪聲反射能力。美 國公開的專利申請2008/0099609公開了一種用於飛行器艙的可調節聲學吸收系統，通過 選擇不同的材料並且改變尺寸來進行調節以對於各位置和特定飛行器實現隔音。雖然描 述了傳統的隔音器和吸收器的構造細節，但是美國專利2008/0099609中描述的結構是笨 重的。美國專利No. 7263028公開了將具有各種特徵聲學阻抗的多個顆粒以利用其它輕量 面板夾持的方式嵌入來增強聲音隔離。雖然能夠比傳統的實心隔音面板更輕或更薄，但是 其仍然是笨重的並且其隔音操作頻率較高，這使其對於低頻操作來說是低效的。美國專利 No. 7249653公開了聲學衰減材料，其包括堅硬的材料的外層，其與位於軟面板上的集成質 量體夾持其它彈性軟面板。通過使用機械諧振，面板被動地吸收入射的聲波以衰減噪聲。該 面板具有以175Hz為中心的100Hz的帶寬並且不容易調整以適應各種環境條件。美國專利 No. 4149612和4325461公開了消音器。消音器是具有金屬片的凸帽的疏散透鏡（雙凸透 鏡形狀）。這些消音器包括具有封閉體積的柔性板，在封閉體積中，壓力低於大氣壓以構造 用於降噪的振動系統。為了控制操作頻率，封閉在與結構構造耦接的體積中的壓力確定的 阻擋噪聲頻率。操作頻率對於封閉體積中的壓力的依賴性使得操作頻率依賴於諸如溫度的 環境變化。美國專利No. 5851626公開了一種車輛聲學衰減和去耦系統。該系統包括氣泡 袋，其可以填充有各種衰減液體和空氣以允許聲學衰減。其是依賴於環境的被動衰減系統。 美國專利No. 7395898公開了一種基於在剛性框架上拉伸的柔性彈性膜的反諧振蜂窩板陣 列。然而，美國專利No. 7395898中公開的結構沒有考慮在頻率和有效性方面顯著地影響每 個單元的反諧振的支撐框架的振動影響。此外，整個面板結構特別地在諧振頻率變為有效 的聲音傳輸路徑。由於單元和幀導致的整體效果能夠顯著地影響面板的聲學表現並且相應 地影響其噪聲隔離性能。這在大規模輕重量且緊湊的聲學隔音器設計中是特別重要的。


【發明內容】

[0005] 本發明的不例性實施方式包括（但不限於）方法、結構和系統。在一方面，一種混 合聲學吸收和反射諧振器包括剛性結構，其限定單元；膜，其具有至少一個孔口和附接到剛 性結構的至少一個重物；以及背片，其附接到剛性結構並且覆蓋單元。膜被構造為在預定頻 率範圍內反射聲學波。剛性結構、膜和背板限定亥姆霍茲腔；亥姆霍茲腔被構造為在預定頻 率範圍內的頻率處吸收聲學能量。
[0006] 在一個實施方式中，膜被構造為在反諧振頻率反射聲學波。在另一實施方式中，膜 包括多個孔口。在一個實施方式中，膜具有多個孔口。孔口中的任一個能夠覆蓋有多個孔 目艮，其中，每個孔眼的尺寸小於孔口的尺寸。在另一實施方式中，背片能夠是第二膜。第二 膜能夠被構造為在有或沒有添加的重物的情況下在預定頻率範圍內反射聲波。在另一實施 方式中，背片能夠是結構片或板。
[0007] 在另一實施方式中，膜包括重物。重物能夠圍繞孔口並且限定孔口的頸長度。在 一個示例中，重物能夠是穿過孔口的具有至少一個環的環狀物。在其它示例中，孔口能夠是 三角形、矩形、正方形或任何其它形狀的形狀。重物能夠具有貫穿其厚度的錐形形狀。在另 一實施方式中，重物沒有限定孔口和頸長度並且膜上的孔口的面積由不會影響膜的調節反 射頻率的輕量管限定。對於兩個實施方式，具有至少一個孔口的膜上的添加的重物能夠用 於調節亥姆霍茲諧振器的吸收頻率。
[0008] 在另一實施方式中，混合諧振器能夠包括位於膜與背板之間的至少一個吸收劑材 料。吸收劑材料能夠包括多孔纖維材料。吸收劑材料還能夠包括至少一個隔膜層。吸收劑 材料能夠被放置為在膜與吸收劑材料之間存在小的空氣間隙。
[0009] 在另一方面，混合諧振器的陣列能夠包括剛性結構，其限定多個混合諧振器和單 元的陣列。多個混合諧振器中的每一個能夠位於一個單元中。多個混合諧振器中的每一個 能夠包括附接到剛性結構的膜和附接到剛性結構並且覆蓋單元的背片。膜能夠包括至少一 個孔口。附接有重物的膜能夠被構造為在預定頻率範圍內反射聲波。剛性結構、膜和背板 能夠限定亥姆霍茲腔。在一個實施方式中，多個混合諧振器中的混合諧振器能夠被構造為 在同一預定頻率範圍內反射聲波。多個混合諧振器中的混合諧振器能夠被構造為在預定頻 率範圍內的不同頻率吸收聲學能量。能夠基於位於多個混合諧振器的亥姆霍茲腔內的不同 位置處的吸收劑材料發生不同頻率的吸收。
[0010] 本公開的示例性示例包括（但不限於）用於阻擋聲學波能量的方法、結構和系統。 在一個方面，結構包括限定多個單元的支撐結構和覆蓋多個單元中的一個的至少一個諧振 膜。所述至少一個諧振膜包括至少一個重物。所述至少一個諧振膜具有反諧振頻率並且支 撐結構具有超過所述至少一個諧振膜的反諧振頻率的諧振頻率。
[0011] 在一個示例中，支撐結構具有多個水平結構部件和多個堅直結構部件。多個水平 結構部件能夠包括兩個外部水平結構部件和至少一個內部水平結構部件，並且多個堅直結 構部件能夠包括兩個外部堅直結構部件和至少一個內部堅直結構部件。外部結構部件的厚 度能夠是內部結構部件的厚度的兩倍。該內部結構部件能夠包括一個或多個縫隙，並且縫 隙能夠位於內部結構部件的中心附近。
[0012] 在一個示例中，支撐結構能夠包括特定尺寸內的多個水平或堅直結構加強件。在 另一示例中，結構加強件中的各個加強件能夠是板梁、中空梁、"I"梁或"T"梁的形狀。在 一個示例中，支撐結構包括聚合物組成材料。在另一示例中，支撐結構能夠使用高硬度聚合 物粘合劑來組裝。在另一示例中，支撐結構能夠包括金屬合金。
[0013] 在另一方面，結構能夠包括限定多個單元的支撐結構、在支撐結構的模形狀布置 峰附近附接到支撐結構的至少一個重物以及覆蓋多個單元中的一個的至少一個諧振膜。至 少一個諧振膜能夠包括至少一個重物。至少一個諧振膜能夠具有反諧振頻率並且具有重物 的支撐結構能夠具有下述諧振頻率，其在用於至少一個諧振膜的反諧振頻率的主奇諧振模 之間創建足夠的頻帶隙。
[0014] 在一個示例中，附接到支撐結構的重物和所述至少一個諧振膜的至少一個重物被 選擇為使得支撐結構的主奇諧振模和至少一個諧振膜的次模處於預定頻率範圍內。在另一 示例中，支撐結構能夠包括複合材料層壓件，並且複合材料能夠包括碳纖維複合物。
[0015] 在另一示例中，重物能夠在使得重物沒有從支撐結構的平面表面突出的位置處附 接到支撐結構。在另一示例中，支撐結構包括多個彎曲金屬合金條，並且其中，彎曲金屬合 金條彼此接合。在另一示例中，膜能夠包括聚合物材料並且膜能夠具有處於大約0. 001英 寸至大約0.005英寸的範圍內的厚度。在另一示例中，支撐結構能夠限定支撐結構的表面， 並且表面能夠是非平面的。在另一示例中，多個堅直和水平加強件能夠從平面表面突出並 且將該結構劃分為子網格。在另一示例中，所述至少一個諧振膜能夠在非平面位置附接到 支撐結構。
[0016] 下面描述本發明的系統和方法的其它特徵。能夠在各種實施方式中獨立地實現所 述特徵、功能和優點或者所述特徵、功能和優點可以在其它實施方式中組合，能夠參考下面 的描述和附圖而看出其進一步的細節。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 在附圖中，附圖標記可以被重新使用以指示所標記的元件之間的對應關係。所述 附圖被提供為示出這裡描述的示例並且不意在限制本公開的範圍。
[0018] 圖1描述了附接到框架的諧振膜的陣列的示例。
[0019] 圖2描述了單個加重的聲學膜的阻帶濾波器效果。
[0020] 圖3描述了與單個膜相比的膜的各種陣列尺寸的性能，其示出了清楚的諧振行為 並且減少了傳輸損失同時增加了陣列尺寸。
[0021] 圖4描述了包括網格結構和多個集成膜的陣列的示例。
[0022] 圖5和圖6描述了具有網格並且在中心添加了結構重物的分層設計的示例。
[0023] 圖7描述了具有不同添加的結構中心質量體的支撐結構的中心處的速度譜的曲 線圖。
[0024] 圖8描述了針對各種中心加重的支撐結構的作為頻率的函數的具有 240mmX 240mm尺寸的6X6大規模聲學隔音器的插入損失的曲線圖。
[0025] 圖9A-圖9C描述了從支撐結構的某些部分移除了材料的支撐結構的示例。
[0026] 圖10A-圖10B描述了從網格支撐結構移除了材料以創建非平面膜支撐結構的支 撐結構的示例。
[0027] 圖11描述了能夠反射和吸收噪聲能量的膜型混合亥姆霍茲諧振器的一個示例。
[0028] 圖12A和圖12B是在單個反諧振膜和膜型混合亥姆霍茲諧振器之間比較傳輸損耗 和消散係數測量的曲線圖。
[0029] 圖13A描繪了測試各種混合諧振器構造的測試設備。圖13B從不同角度描繪了膜 的示例。圖13C描繪了來自各種兩膜混合諧振器設計的測試數據的曲線圖。
[0030] 圖14A-圖14H描繪了膜型混合亥姆霍茲諧振器的可能構造的各種示例。
[0031] 圖15描繪了利用增加網格諧振頻率的子網格結構將支撐結構劃分為網格的示 例。
[0032] 圖16A和圖16B描繪了由熱塑形成的複合網格形成的支撐結構的示例。圖16C和 圖16D描繪了膜和熱塑形成的複合網格夾持選項的兩個示例。

【具體實施方式】
[0033] 現有的用於噪聲減少和控制的方法依賴於用於減少聲音通過動量交換的傳輸的 質量體或者使用能量和換能器來創建與入射能量異相的抵消波的主動方案。聲學泡沫和纖 維以及毛氈在傳統上用作聲學吸收器，並且聲學毛氈在傳統上用作聲學隔音器。對於低頻 範圍，這些材料會需要極厚以便於使聲音減弱，這導致了非常笨重的結構。
[0034] 能夠通過在結構中添加質量體（mass)來改進結構的聲音減少量。然而，很多噪聲 環境不允許重的結構。輕重量的、緊湊的且可縮放的結構噪聲隔音器將在很寬範圍的環境 中是有益的。例如，商業和軍事飛行器和旋翼飛行器能夠受益於減少或阻擋來自引擎、電子 裝置或具有音調噪聲的其它噪聲源（特別是在有人駕駛飛機上）的聲學能量。輕量隔音器 形式的聲學隔離能夠用在飛行器、旋翼飛行器和車輛內部（底板、天花板、壁、廁所、貨艙班 輪）和很多其他環境中。
[0035] 由於對於燃料經濟的更高要求，碳纖維複合材料由於其重量輕和高硬度而越來越 多地用作車輛中的結構材料。這些材料是有效的聲音傳輸器並且劣化車輛的噪聲底板性 能。在過去，每平方碼20至70盎司的範圍內的超輕結構和剛性結構近來由於它們是高效 的輻射器而導致在用於減少聲學傳輸而被認為在減少聲學傳輸方面非常差。
[0036] 此外，傳統的噪聲控制依賴於聲音吸收或反射來降低噪聲水平。在吸收器（例如， 多孔材料）中，在互連孔的網絡中發生聲音傳播，從而粘性和熱效應使得聲學能量消散；因 此，通常需要波長後的吸收材料具有有效的吸收。關於聲音反射隔音器，噪聲阻擋通常遵循 著質量定律預測，其規定，隨著質量的增加和頻率的增加，噪聲的減少也增加。然而，具有長 波長的低頻噪聲（其通常難以用傳統方法來處理）因此變為針對噪聲控制工程（尤其是對 於現代能量高效車輛的輕量設計）的挑戰。不存在傳統的用於輕量的緊湊的並且具有針對 低頻噪聲控制的組合的吸收和反射能力的方法的解決方案。
[0037] 圖1中描繪了附接到框架120的諧振膜110的陣列100的示例。每個諧振膜110 能夠具有第一膜111和第二膜112。重物113能夠附接到第二膜112。重物能夠附接在第 二膜112的中心處或其附近。圖1中描繪的膜通常為正方形形狀，但是其它形狀也是可能 的，例如為圓形、矩形、三角形、六邊形等等。在一個示例中，第一膜111和第二膜112包括 相同的材料和/或厚度。在另一示例中，第一膜111和第二膜112包括相同的材料。在另 一示例中，第一膜111和第二膜112可以經由鉸鏈114附接。鉸鏈114可以允許設計者對 於由於膜111和112中的系統張力的框架120的響應去耦，並且允許使用剛性的耐蠕變材 料用於膜111和112。
[0038] 在一個示例中，鉸鏈114是被放置在膜111和112的表面中的彎曲控制彈性組件， 其產生了一種調節剛性並且因此在沒有使用張力的情況下調節膜結構的諧振頻率的方法。 鉸鏈114的剛性由鉸鏈114的長度和厚度參數來控制，其能夠被視為例如彎曲板。因此，剛 性基於形成鉸鏈114的材料的彈性模量、泊松比和厚度。膜的厚度能夠處於大約0. 001英 寸與大約0.005英寸之間。在典型的膜中，張力分量提供了所有彎曲耐性並且因此與所選 擇的材料無關地限定性質。通過調節鉸鏈114的厚度和高度/寬度比，可以調節諧振膜110 的剛性。利用調整諧振膜110的剛性的能力，諧振膜110可以通過使用諸如加工熱塑和/ 或熱固的剛性材料用於膜111和112來具有非常低頻的響應。這些熱塑和熱固材料展現出 非常低的蠕變，這將改變行為和性能並且具有用於很多加工應用的良好的溫度穩定優點。 在某些示例中，膜111和112可以包括的丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS)、聚碳酸酯（PC)、聚醯 胺（PA)、聚對苯二甲酸丁二酯（PBT)、]聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚苯醚（PP0)、聚碸 (PSU)、聚醚酮（PEK)、聚醚醚酮（PEEK)、聚苯硫醚（PPS)、聚甲醛塑料（POM)、HDPE、LDPE或 尼龍。將理解的是，也可以使用其它材料用於膜111和112。在沒有暗示限制的情況下，膜 111和112也可以包括諸如鋁、黃銅和鋼的金屬。
[0039] 在某些示例中，重物113可以包括鐵合金、黃銅合金、鋁、鉛、陶瓷、玻璃、石頭或其 它材料。在其它示例中，重物113可以成形為柱形、管形或矩形實體。為了增加質量體的尺 寸而沒有影響膜的長度（這不意味著限制），重物113可以為T形狀、環形狀或根據想要的 要求採用不規則形狀。質量體能夠利用連接材料（例如，形狀記憶合金或粘彈性材料）來 耦接到支撐結構，以利用諸如張力、衰減和局部剛性的膜性質來調整諧振動力學，抑制不想 要的諧振模並且增加噪聲控制性能。
[0040] 在圖1中所描繪的示例中，諧振膜110被保持在單個膜陣列100內。圖1中描繪的 特定單個膜陣列1〇〇包括四個諧振膜110,每個均具有膜111和112、重物113和鉸鏈114。 很多其它陣列的變型也是可能的，包括改變陣列100的整體形狀，改變單個諧振膜110的形 狀，改變諧振膜110的數目等等。
[0041] 圖2描繪了用於單個加重聲學膜（例如，圖1中所示的陣列100)的帶阻濾波器效 果，其示出了與傳統的泡沫或橡膠墊聲學隔音器材料相比，較大地減少了特定主動頻帶上 的傳輸。當通過選擇張力、剛性和添加的重物來適當地調節時，膜能夠通過負質量的原理對 於聲學能量產生有效的阻隔。在諸如加重膜的諧振系統中，存在峰移位處的用於質量體的 和峰移位處用於所添加的重物與附接邊緣之間的膜的中間的兩個基礎諧振峰201和202。 在這兩個基礎諧振峰201和202之間，存在負質量架構203,其中膜模式形狀位移是這兩種 模式的組合。在負質量架構203中的反節點204處，膜加速變為與橫跨膜的壓力梯度不同 相，並且此外，這兩種模式的組合導致膜中的幾乎零的位移。該相位差和有效的穩定性與剛 性壁類似並且在特定頻帶上在橫跨膜的傳輸中產生了顯著的損失。如圖2中所示，在反節 點204,與諸如可比較的表面密度的開放單元的材料相比，傳輸損失能夠超過30dB。該效果 在傳統隔音器和吸收器表現很差的低頻情況能夠是特別有用的。
[0042] 單個膜能夠被組裝為膜的陣列，以提供與單個膜類似的性能。這允許對膜進行縮 放以覆蓋想要保護諸如車輛、卡車、飛行器和旋轉翼飛行器的交通工具中的用戶車廂的大 的面積。圖3描繪了與單個膜相比的膜的各種陣列的性能，其示出了清楚的結構諧振並且 隨著尺寸的增加，傳輸損失減少。由於能夠通過設計來控制的若干膜的組合模而獲得一個 傳輸峰。圖3中描繪的性能示出了在1445Hz的頻率附近的想要的阻通聲學濾波器特性。雖 然諸如IX 1陣列、2X2陣列和3X3陣列的一些陣列示出了在1445Hz附近的峰聲學傳輸損 失，但是諸如4X4陣列、6X6陣列和8X8陣列的其它陣列在1445Hz附近具有低得多的傳 輸損失。特別地，4X4陣列將傳輸損失峰分為兩個子峰。在陣列中保持膜的結構的諧振以 增加的尺寸劣化了傳輸損失性能。
[0043] 圖4描繪了包括網格410和多個集成的膜420的結構的陣列400的示例。在圖 4中所描繪的示例中，網格410能夠包括多個水平結構部件411和多個堅直結構部件412。 詞語"堅直"結構部件和"水平"結構部件是為了方便和清楚，但是這樣的結構可以在任一 取向上對齊。網格410為待放置的每個膜420限定多個單元。在另一示例中，網格410能 夠由碳纖維複合物製成。網格410中的每個單元能夠具有位於單元上的至少一個集成的膜 420。膜還能夠包括中央質量體421，其允許調節和減少諧振頻率範圍。為了控制集成的膜 420的動力學表現和振動，網格410中的各單元中的邊的寬度和高度可以小於100mm。為了 使用較小的單元在大面積上產生阻擋，能夠使用單元的陣列。在一個示例中，陣列400的外 部水平和堅直結構部件具有至少為內部水平和堅直結構構件的厚度的兩倍的厚度。
[0044] 在前述方案（例如，美國專利No. 7395898)中，支撐結構被描述為是聲學透明的， 這意味著支撐結構對於膜的聲學行為沒有貢獻。然而，當查看圖3中描繪的陣列的表現結 果時，看到的是，支撐結構確實對於膜的聲學表現有貢獻。這裡公開了支撐結構的各種示 例，其用作具有集成的可調節的膜的支撐結構，從而能夠以最小的重量產生高性能的聲學 阻擋。
[0045] 在一個示例中，支撐結構能夠被創建為具有目標隔離頻率範圍以上至少10 %的基 礎諧振頻率。在另一示例中，分層支撐結構能夠被利用下述調整方案創建為具有高基礎頻 率，該調整方案例如是中央開槽的非平面的加強的結構網格，其接下來被使用中央質量體 來進行調節以在奇諧振模之間建立帶隙並且在規定頻率範圍上控制其振動行為。支撐結構 的中央質量和膜質量能夠被選擇為使得支撐結構的奇諧振節點和膜的奇諧振模都處於預 定頻率範圍內。這些示例允許支撐結構的聲學傳輸性質與各單元膜的聲學傳輸性質類似。 當結構和單元膜都以類似的聲學傳輸性質操作時，結果是整體輕量結構具有非常高的聲學 隔離性能。這些方案在系統的質量和可實現的總插入損失方面顯著地擴展了膜的性能。通 過在多個長度尺度優化系統的設計，能夠實現具有大於50dB的聲音減少的輕量聲學阻擋。 另外，與膜陣列組合的優化後的支撐結構允許大量構造，從而能夠覆蓋寬帶頻率。
[0046] 支撐結構能夠由各種材料製成。例如，支撐結構能夠由碳或玻璃纖維聚合物複合 材料製成。可以根據環境熱或化學狀況而使用其它複合物。這些複合物能夠包括陶瓷或金 屬基體複合物。在一個示例中，支撐結構複合物能夠包括3-ply 0-90-0積層（layup)單向 纖維。這樣的材料能夠在最小質量的情況下提供想要的硬度和質量性質。在一個示例中， 支撐結構的壁的厚度的想要的範圍為大約〇. 01英寸至大約〇. 035英寸。為了改進膜的結 合以及拼貼的橫向和扭轉穩定性，陣列的邊緣可以使用0-90-0複合物的額外的板層。在一 些示例中，這樣的額外的層能夠導致8至12個板層（ply)。結構的高度能夠被指定為使得 所施加的邊界條件（通常是固定條件）中的基礎頻率為想要的使用條件以上至少10%。能 夠使用有限元建模、修改梁/板理論或任何其它方法來進行該尺寸的確定。
[0047] 支撐結構能夠使用各種方法來製造。在一個示例中，能夠使用互鎖網格方法，其 中，各部件被利用匹配槽切割為條，這允許酒箱型構造形成成形的單元。成形的單元能夠採 取三角形、正方形、矩形、六邊形和任何其它形狀的形式。一旦放置好了，高硬度粘合（例 如，陶瓷或玻璃填充環氧樹脂粘合）能夠在部件之間保持硬度而與框架部件中的縫隙無 關。在另一示例中，支撐結構能夠由已經被在模具中固化以產生波圖案的材料的條構成。這 些圖案化板然後能夠利用二次加工進行修正和結合以產生成形後的單元。這樣的成形後的 單元能夠採取三角形、正方形、矩形、六邊形和任何其它形狀的形式。這些方法可以由於能 夠同時產生大的組件並且然後使用鋸來切割為想要的厚度從而減少了固化和結合的步驟 而在製造中提供了更大的可擴展性。
[0048] 雖然複合材料在重量方面提供了最高的性能，但是所公開的用於分層聲學阻擋的 方法不限於複合材料支撐結構。還能夠利用彎曲和結合操作來組裝金屬合金。結合操作能 夠是基於粘合劑或焊接和釺焊的。另外，雖然支撐結構可以容易地形成為方形或矩形單元， 但是其它形式和形狀也是可能的。例如，支撐結構可以形成為蜂巢形狀以允許使用六邊形 膜。
[0049] 在一個特定示例中，由於其高的纖維模量以及從而獲得的高的複合硬度使得能夠 使用T〇ray35M4W碳纖維預浸材料。根據規格在熱壓中對對積層進行固化和壓實。能夠利 用同樣的預浸材料的13個層板來製造網格外圍。這能夠增加外圍厚度以防止不均勻的膜 張力並且通過有效地增加支撐結構的整體硬度來增加整體網格諧振頻率。能夠利用縫隙來 加工網格，進行互鎖並且利用高強度環氧樹脂粘合在一起。能夠利用結構的諧振頻率來確 定支撐結構的高度，從而在遠離目標頻率的頻率發生諧振。獲得的支撐結構的成本相對較 低並且重量極輕並且具有高硬度，這是不能夠通過傳統的單種材料來實現的。
[0050] 當網格結構自己沒有提供比目標頻率高10% (0. 1)的模諧振頻率以獲得聲學傳 輸損失性能時，能夠通過將集中的質量添加到輕量支撐結構來產生分層結構。圖5和圖6 示出了具有網格和添加的結構中央重量以在結構奇模之間產生頻帶隙並且抑制結構膜耦 合模式的示例。在圖5中所示的示例中，支撐結構500被示出為具有網格510和所添加的 重量520。網格510包括多個水平部件511和多個堅直部件512。所添加的重量520能夠 由任何材料構造。諸如包括鋼、不鏽鋼和鎢中的一種或更多中的合金的緻密合金可以提供 足夠的重量而沒有顯著增加支撐結構500的尺寸，從而所添加的重量的最高性能處於模形 峰幅值附近。
[0051] 能夠通過將所添加的重物520放置在支撐結構中來獲得分層設計以及後續改進 的聲學響應。以該方式，所添加的重物520執行與添加到各單元中的膜的重物類似的功能。 為了實現協同效應，需要支撐結構500具有遠離各單元的想要的聲學隔離頻率範圍的奇模 諧振頻率。偶模通常形成聲偶極子，其自補償聲輻射並且對於噪聲隔離具有有限的影響。 能夠通過選擇所添加的重物520的適合的尺寸、所添加的重物520的質量和/或所添加的 重物520在支撐結構500上的位置來調節支撐結構500的固有模頻率。所添加的重物520 能夠被布置在奇諧振模的峰位移附近。例如，圖5中的所添加的重物520能夠用於通過將 (〇，1)模移動到低頻並且保持（〇, 3)模頻相對穩定來在（0，1)與（0,3)之間建立帶隙。另 夕卜，質量慣性抑制了結構膜耦合模，同時減少了模形狀的振動量級，這進一步改進了聲學面 板的傳輸損失。
[0052] 所添加的重物520本身能夠以各種方法併入到網格510中。在一個示例中，能夠選 擇所添加的重物520的大小和形狀以對於支撐結構500保持最小輪廓。所添加的重物520 能夠作為具有十字形狀的縫隙結合到網格支撐結構500,該十字形狀的縫隙與網格支撐結 構500對應。
[0053] 在圖6中所示的示例中，支撐結構600被示出為具有網格610和所添加的重物 620。網格610包括多個水平部件611和多個堅直部件612。如所示的，多個重物620能夠 被添加到奇模的移位峰附近以產生分層結構，其在奇模之間具有足夠的頻率帶隙並且抑制 了目標噪聲隔離頻率範圍附近的振動。每個添加的重物能夠沿著水平部件611中的一個或 多個以及堅直部件612中的一個或多個結合到網格610。
[0054] 在圖7中示出了與抑制面板的振動結合的中央添加的重物的支撐網格對於移動 基礎面板諧振的影響。更具體地，圖7示出了具有均勻的白噪聲聲學激勵的支撐結構的中 心的速度譜的曲線圖。在沒有添加重物的情況下支撐結構在大約1750Hz處進行主諧振。在 該特定示例中，用於阻擋噪聲傳輸的想要的頻率是中心處於1500Hz的頻帶。通過添加更大 的質量，基模被在1200Hz以下驅動並且同時幅值減小。這是由於基模的慣性力矩的顯著增 加導致的。反諧振峰出現在基模上方，進一步減小了速度並且增加了傳輸損失。通過產生非 常輕的非常硬的支撐結構（其然後能夠使用特定位置處的重量的少量添加來動態地調節） 來實現該方法。對於圖7中所示的結果，添加到支撐結構的最大質量大約為支撐結構的質 量的33%。根據特定的想要的聲學性質，所添加的質量可以在支撐結構的質量的大約10% 至大約50%的範圍內變化。
[0055] 圖8示出了與用於各種加重聲學阻擋支撐結構的頻率相關的具有中央添加的重 量的支撐網格的插入損失的曲線圖。如所示的，在30dB級別以上，能夠以大約1200Hz帶寬 802實現大約50dB的最大插入損失801。由於在1500Hz的指定目標頻率周圍的調整後的 支撐結構，以大約50dB的最大插入損失實現了輕量的聲學拼塊（64oz/yd 2)。在諧振處，在 膜或網格支撐結構中，振動是最高的。振動的增加導致了橫跨隔音器的傳輸的增加。通過 將支撐結構的諧振頻率減少到膜諧振附近，在大約同一頻率處發生兩個諧振並且因此對於 噪聲傳輸的諧振影響最小。該支撐結構性質和膜性質的收斂對於每單位重量產生了非常高 的聲學傳輸損失。
[0056] 與傳統想法相反地，如果進行適當的設計和調節並且對調節後的膜進行補充，則 容納調節後的膜的輕量結構材料還能夠展示出良好的聲學減少特性。在調節時，結構能夠 在指定的頻帶提供高效的傳輸損耗。在某些示例中，能夠使用添加到結構的一個或更多個 中央質量體來調節輕量的硬的結構支撐的諧振性能和振動特性。膜和支撐結構的調節能夠 被優化以產生用於噪聲減輕的輕量的聲學阻擋支撐結構。
[0057] 在製造諧振膜結構的一個示例中，諧振膜能夠被設計為通過調節和選擇適合的材 料來在特定頻率提供高效的聲音阻擋。用於諧振膜的支撐結構能被設計為具有輕量網格和 中央重物以模擬特定頻率處的諧振模的聲音阻擋。一旦設計了，則支撐結構能夠由輕量材 料形成，該輕量材料例如為提供輕量的高硬度方案的薄互鎖碳纖維複合網格。諧振膜能夠 形成並放置在支撐結構的各單元中。包括支撐結構和諧振膜的完整的諧振膜結構展示出在 特定頻率附近阻擋噪聲的協同反諧振特性。這樣的諧振膜結構能夠以傳統的聲學阻擋方案 的每單位面積的四分之一至十分之一的質量在所制定的頻率範圍上阻擋聲學能量。
[0058] 能夠通過從支撐結構的某些部分減少材料來改進支撐結構。如圖9A中所示，能夠 通過在網格的某些部分中包括縫隙910來從網格結構900的中央部分移除材料。在圖9A 中所示的特定示例中，縫隙910被限制到網格結構900的中央2X2單元區域。在網格結構 900中包括縫隙910能夠增加網格結構900的諧振頻率同時減少網格結構900的整體質量。 在網格結構900的其它部分（S卩，中央區域之外）布置縫隙能夠不利地影響網格結構900的 聲學性能和結構完整性。即使當縫隙910被包括在網格結構900中時，網格結構900的聲 學性質的適當調節也能夠包括將中央質量體附於網格結構。將中央質量體添加到網格結構 900同時還在網格結構中包括縫隙910以從網格結構移除質量可以視為是事與願違的；然 而，縫隙910和添加的中央質量體能夠導致用於每單位質量的聲學損失的非常高的性能。
[0059] 在網格結構的各邊切割的縫隙能夠採取各種形式。在圖9A中，網格結構900中的 縫隙910形成為矩形。圖9B示出了也能夠在網格結構中使用的三角形縫隙920。圖9C示 出了也能夠使用的圓形縫隙930。能夠使用任何其它形狀的縫隙來減少網格結構的質量。 在圖9A中，由於展示出大約20%的基礎諧振頻率的增加，因此選擇矩形切口部分。
[0060] 在其它示例中，能夠從網格支撐結構移除質量以產生非平面膜支撐結構。圖10A 示出了在網格結構1000的底部具有平坦面並且在網格結構1000的頂部具有彎曲（即，非 平面）面1010的網格結構1000。諧振膜能夠附於網格結構1000的平坦底部而網格結構 1000的頂部的非平面面1010從整個網格結構1000移除質量。非平面面1010能夠從網格 結構1000的中心移除比從網格結構1000的邊緣移除的質量更多的質量，如圖10A中所示。 圖10B示出了網格結構1030的從其可以有利地移除質量的區域1020。可以有利的是，完整 地留下網格結構1030的區域1020的外部的部分以確保網格結構1030的結構完整性。
[0061] 在又一示例中，可以有利的是，產生具有一個或多個曲面的聲學阻擋面板。這樣的 阻擋器可以用於在一個或多個方向上具有曲率的某些環境，例如飛行器引擎、飛行器機身 等等。在非平面位置（例如，支撐結構的曲面）將諧振膜附接到支撐結構可以是有挑戰性 的。然而，能夠利用真空輔助製造技術來在彎曲度被限制到單個軸的非平面位置處附接膜。 其它的製造技術可以有助於將膜附接到彎曲度包括一個或多個軸的曲面。
[0062] 基於膜構造的聲學阻擋方案還能夠組合噪聲反射和吸收。這樣的噪聲控制實現了 用於噪聲控制頻率目標的半主動或主動可保持性的方案。
[0063] 圖11示出了具有聲音吸收和反射能力的膜型混合諧振器1100的一個示例。混 合諧振器1100包括兩個反射反諧振膜1110和1120並且在膜1110中具有小的孔口 1111。 膜1110和1120也能夠在這裡被稱為"層"。例如，諸如膜1110的第一膜能夠被視為"第一 層"，並且諸如膜1120的第二膜能夠被視為"背層"。膜1110和1120能夠連接到支撐結構 (例如，限定網格的單元的剛性網格支撐結構）的邊1101和1102。膜1110能夠具有附接 的重物1112,並且膜1120能夠具有附接的重物1121。膜1110上的重物1112能夠採取環 (例如，墊圈）的形式，以便於允許通過孔口 1111的至少一個空氣通路。膜1120上的重物 1121能夠採取盤、環或任何其它形式。能夠基於膜1110和1120的想要的反諧振效果、基於 混合諧振器1100的想要的亥姆霍茲諧振器效果或其組合來確定重物1112和1121的大小 和質量。
[0064] 可選地，一個或多個吸收器1130能夠與孔口結合地使用以優化流阻和聲學吸收 性質。圖11示出了吸收器1130能夠是多孔材料並且以小的空氣間隙放置在兩個膜1110 和1120之間，以允許膜1110和1120的振動。替選的吸收器包括至少一個隔膜層，其包括 具有半孔性質的薄層。布置在空氣腔室內的特定位置的多個隔膜層能夠產生多個吸收峰。 封閉在膜之間的空氣在聲波激勵封閉的空氣時表現為彈簧。與開口附近的空氣團一起，空 氣彈簧體系統諧振並且耗散入射的聲學能量。
[0065] 雖然在傳統的亥姆霍茲吸收器中，前面和背面被假設為是聲學剛性壁並且沒有用 於聲學目的，但是在圖11中所示的示例中，膜1110和1120中的每一個分別在其反諧振頻 率處具有其自己的反諧振效果，其反射並耗散入射的聲波1140 (也稱為"聲學波"）。因此， 該膜型諧振器設計同時具有可調節的吸收和反射功能並且以輕重量和緊湊構造提供良好 的降噪。然而，兩層亥姆霍茲諧振器的其它構造也是可能的。亥姆霍茲諧振器的前層能夠 被構造為提供噪聲吸收，但是不必具有圖11中所示的膜1110的形式。前層能夠被構造為 在沒有使用重物的情況下提供噪聲吸收。例如，第一層能夠被構造為調節到目標頻率並且 基於第一層的厚度、第一層中的孔口的直徑、第一層中的多個孔口之間的間隔和/或能夠 選擇的第一層和第二層之間的距離中的一個或多個來優化吸收量級。另外，在第一層中可 以不需要任何孔口以提供第一層的噪聲吸收功能。
[0066] 圖12A和圖12B是比較單反諧振膜和包括兩個堆疊的調節膜的膜型混合亥姆霍茲 諧振器之間的傳輸損失和耗散測量的曲線圖。圖12A描繪了作為噪聲頻率的函數的傳輸損 失並且圖12B示出了作為噪聲頻率的函數的耗散係數。對於單個反諧振膜，發現傳輸損失 下降的第一和第二諧振處於470Hz和3500Hz附近，並且發現反諧振峰處於700Hz附近，如 圖12A中所示。對於膜型混合亥姆霍茲諧振器，在對應於諧振頻率（470Hz和3500Hz)的頻 率附近發現兩個耗散峰，如圖12B中所示。對於混合膜亥姆霍茲諧振器，傳輸損失曲線示出 了由於兩個膜之間的略微差異導致的兩組雙第一和第二諧振，如圖12A中所示。同時，在第 一諧振組與第二諧振組之間觀察到兩個反諧振，如圖12B中所示。使用膜型混合亥姆霍茲 諧振器獲得整體更高的寬帶傳輸損失。此外，幾乎最高為1的額外的耗散係數峰指示膜型 混合亥姆霍茲諧振器的組合的反射和吸收能力的因數。
[0067] 圖13A示出了用於測試各種混合諧振器構造的測試設備1300。測試設備1300包 括第一膜1310和第二膜1320。第一膜能夠包括一個或多個孔口 1311和一個或多個重物 1312。第二膜1320也能夠具有一個或多個重物1321。在測試設備1300的一端，布置有噪 聲源1330以朝向第一膜1310發射入射噪聲1331。在測試設備1300的另一端，布置有消聲 阻擋器以吸收任何噪聲並且防止噪聲朝向第二膜1320返回。圖13B從另一角度示出了膜 1310和1320的示例。如所示的，第一膜1310能夠具有圍繞孔口 1311的環重物1312。膜 1320還能夠具有盤重物形式的不具有任何孔口的一個或多個重物1321。
[0068] 能夠使用多個變量來利用兩個膜1310和1320的混合膜亥姆霍茲諧振器功能的性 能。例如，膜1310和1320的材料、膜1310和1320的厚度、膜1310和1320的張力、膜1310 與1320之間的距離、重物1312和1321的大小和形狀、限定亥姆霍茲諧振器的頸長度的重 物1312的厚度、布置在膜1310與1320之間的任何材料以及任何其它數目的因素（單獨地 和/或組合地）能夠都對於兩個膜1310和1320的混合膜型亥姆霍茲諧振器功能的性能具 有影響。
[0069] 圖13C示出了來自各種兩膜混合諧振器設計的測試數據的曲線圖。通過改變每個 膜上的加重質量體，每個膜的反諧振被調節為實施寬帶傳輸損失同時在目標頻率具有高吸 收。長劃線指示具有兩個盤重物和一個環重物的設計。在該情況下，傳輸損失曲線示出了 兩個峰並且強耗散係數被示出為處於1500Hz。然而，在同一頻率，傳輸損失曲線示出了由 於亥姆霍茲諧振導致的相對較低的傳輸損失。細劃線指示具有1. 5盤重物和一個環重物的 設計。在該情況下，第一傳輸損失峰移動到更高頻率而沒有改變1500Hz附近的吸收峰。劃 線-點-點-劃線指示具有1. 5盤重物和兩個環重物的設計。兩個環重物具有增加孔口進 入亥姆霍茲諧振器的頸尺寸的效果。在該情況下，在更低的頻率存在強的吸收峰。在該頻 率，傳輸損失曲線示出了更高級別的傳輸損失（30dB以上）。通過調整測試設備1300中的 參數，混合諧振器能夠被調節為在大的頻帶上產生想要的傳輸損失並且在中等的目標頻帶 上產生想要的吸收。能夠例如通過調整重物的質量、重量的大小、使用具有不同密度的材 料等等來進一步調整參數，能夠產生很多不同的行為以匹配特定應用的傳輸損失和吸收要 求。此外，在腔室中添加諸如聲學泡沫/纖維的吸收劑材料能夠有效地改進混合膜亥姆霍 茲諧振器的傳輸損失和吸收。
[0070] 存在用於建造膜型諧振器的若干材料選項。如果使用透明膜，則諧振器能夠是透 明的。在具有熱生成組件的殼體中，膜的熱傳導可以是想要的，以增加熱耗散。例如，在諸 如商業飛行器機艙或直升機機身的應用中要求熱隔離，膜能夠被塗敷有熱反射層以反射回 熱能量。還能夠在膜之間集成熱隔離纖維以同時提供聲學和熱隔離。
[0071] 圖14A-圖14F示出了用於膜型混合亥姆霍茲諧振器的可能的構造的各種示例。 圖14A示出了具有保持在支撐結構的第一壁1403與支撐結構的第二壁1404之間的第一膜 1401和第二膜1402的混合諧振器設計。第一膜1401包括孔口 1405和第一重物1406。第 一重物1406能夠採取環的形狀以限定用於亥姆霍茲腔的頸。第二膜1402能夠包括第二重 物1407。能夠通過修改形成在兩個膜1401和1402與壁1403和1404之間的空氣腔、由第 一重物1406的厚度限定的孔口 1405的頸長度和孔口 1405的大小中的在一個或多個來改 變混合諧振器的吸收頻率。能夠通過修改兩個膜1401和1402的張力、兩個膜1401和1402 的材料性質、兩個膜1401和1402的大小、兩個膜1401和1402上的加強圖案、添加的兩個 膜上的粘彈性材料或記憶合金的形狀、兩個膜1401和1402的厚度、兩個膜1401和1402的 材料、重物1406和1407的質量、重物1406和1407的大小以及重物1406和1407的位置來 改變混合諧振器的吸收性能。孔口 1405的形狀不必為圓形，並且能夠為任何其它形狀，例 如三角形、方形、矩形等等。還可以的是，貫穿其深度來對孔口 1405進行成形能夠提供對於 吸收性質的額外的控制。
[0072] 圖14B示出了具有保持在支撐結構的第一壁1413與支撐結構的第二壁1414之間 的第一膜1411和第二膜1412的混合諧振器設計。第一膜1411包括孔口 1415和第一重物 1416。第一重物1416能夠採取環的形狀以限定用於亥姆霍茲腔的頸。第二膜1412能夠 包括第二重物1417。與圖14A中描述的示例不同的是，圖14B中描述的示例還包括吸收器 1418。吸收器1418能夠是多孔或纖維的，例如開放單元泡沫或玻璃纖維材料。能夠使用特 定吸收劑材料來優化亥姆霍茲腔的帶寬的吸收量級。吸收器1418還能夠影響通過亥姆霍 茲腔的聲波的流動並且能夠通過選擇某些吸收劑材料來優化吸收器1418的流阻。為了防 止吸收器1418與膜1411和1412之間的接觸，能夠在吸收器1418與各膜1411和1412之間 保持空氣間隙。空氣間隙能夠被使得最小，例如，大約1mm至大約2mm範圍內的空氣間隙， 以允許使得膜1411與1412之間的吸收器1418的大小最大。
[0073] 圖14C示出了具有保持在支撐結構的第一壁1423與支撐結構的第二壁1424之間 的第一膜1421和實施為背壁1422的背層的混合諧振器設計。第一膜1421包括孔口 1425 和重物1426。重物1426能夠採取環的形狀以限定用於亥姆霍茲腔的頸。背壁1422能夠是 薄板。背壁1422可以提供其它功能，例如，結構或熱負載保護並且能夠是系統的一部分，例 如裝置的保護板和殼體。雖然這樣的背壁1422不能夠提供膜型聲學反射，但是通過膜1421 和背壁1422形成亥姆霍茲腔。可以要求最小硬度以保持亥姆霍茲腔的足夠的硬度。
[0074] 圖14D示出了具有保持在支撐結構的第一壁1433與支撐結構的第二壁1434之間 的第一膜1431和第二膜1432的混合諧振器設計。第一膜1431包括孔口 1435和第一重物 1436。第一重物1436能夠採取環的形狀以限定用於亥姆霍茲腔的頸。第二膜1432能夠 包括第二重物1437。與圖14A中描述的示例不同的是，圖14D中描述的示例還包括隔膜層 1438,其能夠增加能量吸收。隔膜層1438能夠根據應用的要求而具有規定的流阻或聲阻。 單元的深度方向上的隔膜層1438的位置能夠用於在單個封閉的亥姆霍茲腔內產生多腔效 應。這樣的多腔效應可以用於擴展諧振器的吸收。
[0075] 圖14E示出了具有保持在支撐結構的第一壁1443與支撐結構的第二壁1444之間 的第一膜1441和第二膜1442的混合諧振器設計。第一膜1441包括孔口 1445和第一重 物1446。第一重物1446能夠採取環的形狀以限定用於亥姆霍茲腔的頸。第二膜1442能 夠包括第二重物1447。與圖14A中描述的示例不同的是，在圖14E中描述的示例中，第一 膜1441能夠包括多個孔眼1448和1449。多孔眼設計能夠由於第一膜1441上的孔眼周圍 的空氣品質的變化而影響亥姆霍茲腔的吸收頻率和吸收性能。通過改變孔口 1445和孔眼 1448和1449的縱橫比同時控制第一重物1446的質量和面積比，能夠產生不同的吸收和反 射峰。孔眼的尺寸和頸長度能夠相同以增加針對單個頻率吸收的吸收或者不同以覆蓋不同 應用的更寬的頻率範圍。在所添加的頸長度和/或孔口尺寸的定義是想要的而沒有添加大 的重量的情況下，可以使用輕量管來限定孔口的尺寸和/或增加孔口的頸長度而沒有增加 大的重量。在其它示例中，重物能夠具有錐形形狀，例如，在錐形環的情況下。錐形環能夠 在環的遠離膜的一側具有較大的內徑並且在環的靠近膜的一側具有較小的內徑。錐形形狀 能夠對於利用亥姆霍茲腔的亥姆霍茲吸收具有影響。
[0076] 圖14F示出了具有保持在支撐結構的第一壁1453與支撐結構的第二壁1454之間 的第一膜1451和第二膜1452的混合諧振器設計。第一膜1451包括孔口 1455和第一重物 1456。第一重物1456能夠採取環的形狀以限定用於亥姆霍茲腔的頸。第二膜1452能夠 包括第二重物1457。與圖14A中描述的示例不同的是，在圖14F中所示的示例中，第一膜 1451能夠包括多個孔眼1458和1459。此外，與圖14E中所示的示例不同的是，在圖14F中 所示的示例中，孔口 1455和孔眼1458和1459中的每一個具有微穿孔蓋。孔口 1455和孔 眼1458和1459上的微穿孔蓋中的孔小於孔口 1455和孔眼1458和1459的尺寸。這些微 穿孔能夠在緊湊空間中提供額外的能量耗散。
[0077] 這裡描述的任何混合諧振器能夠用作單個單元或者用在單元的陣列中。例如，在 圖4中所示的示例中，陣列中的各集成的膜420能夠是混合諧振器。在平面陣列構造中，能 夠覆蓋大的面積同時保持由單個混合諧振器實現的性質。一般來說，陣列中集成的膜420 中的每一個將具有相同的反諧振膜設計。在較大的陣列中，如果甚至一個單元的反射特徵 以非幻想的方式不同，則陣列將具有"孔"（即，不同的單元），噪聲能夠傳輸通過該孔並且 導致隔離性能的顯著損失。相反地，由於所有單元不需要是均勻的，使得吸收性質具有更多 選項。如果所有單元被構造為在單個頻率範圍內吸收聲音，則將在該頻率範圍使得吸收最 大。如果陣列中的單元被構造為在不同頻率範圍內吸收聲音，則陣列將提供頻率吸收的帶 寬。可以想要的是保持單元體積均勻，通過修改單元體積防止調節。然而，還能夠通過改變 孔口的長度和面積來修改每個單元的吸收頻率。還能夠通過併入隔膜層以部分地將單元劃 分為子體積來修改單元的吸收頻率。通過在不同單元中的不同位置放置隔膜層，能夠改變 單元的諧振腔的體積，因此產生了單元的陣列當中的吸收的範圍。
[0078] 圖14G示出了一系列混合諧振器的設計。支撐結構包括限定單元壁的多個結構 部件1461。單元能夠具有背層1462。背層1462能夠包括質量體1463。單元還能夠具有 前層1464。前層1464能夠包括質量體；然而，如圖14G中所示，在前層1464上不需要質量 體。另外，前層1464能夠包括一個或多個孔口，但是孔口也不是必須的。可以有利的是，具 有不具有孔口的前層和背層，這是因為具有不具有孔口的前層和背層能夠包含從背層1462 變寬（loose)的任何質量體1463並且能夠減少或消除異物進入單元的風險。前層1464能 夠被構造為目標頻率，從而目標頻率處的吸收量級處於預定範圍內。前層1464的構造能夠 基於前層1464的厚度、前層1464中的孔口的直徑、在前層1646中的孔口之間隔開的孔和 前層1464和背層1462之間的距離中的一個或多個。
[0079] 圖14H示出了一系列混合諧振器的設計。支撐結構包括限定單元壁的多個外部結 構部件1471和內部結構部件1472。如圖14H中所示，內部結構部件1472可以沒有延伸得 與外部結構部件1471 -樣遠（即，延伸到圖14H中的左側）。單元能夠具有背層1473。背 層1473能夠包括質量體1474。單元還能夠具有連接到外部結構部件1471的前層1475。 雖然內部結構部件1472沒有向前足夠地延伸以接觸前層1475,但是前層1475仍然能夠對 於混合諧振器的性能提供足夠的噪聲吸收。前層1475能夠前層1475能夠被構造為目標頻 率，從而目標頻率處的吸收量級處於預定範圍內。前層1475的構造能夠基於前層1475的 厚度、前層1475中的孔口的直徑、在前層1675中的孔口之間隔開的孔和前層1475和背層 1473之間的距離中的一個或多個。
[0080] 圖15示出了劃分為具有子網格結構的網格的支撐結構1500的示例，這增加了網 格諧振頻率。支撐結構1500包括多個堅直結構部件1501和多個水平結構部件1502。水平 結構部件1502的子集已經被替換為加強件1503和1504。加強件1503和1504能夠具有比 水平結構部件1502更大的抗彎剛度以將支撐結構1500的模置於預定頻率範圍內。加強件 1503和1504能夠分別具有固定的支撐端1505和1506。雖然圖15中所示的描述示出了替 代水平結構部件1502的子集使用的加強件1503和1504,但是也能夠使用其它加強件來替 代堅直結構部件1501的子集。
[0081] 圖16A和圖16B示出了由熱塑形成的複合網格形成的支撐結構1600的示例。圖 16A示出了支撐結構1600的頂視圖，該支撐結構1600包括外部堅直支撐部件1601和1602 和內部堅直支撐部件1603、1604、1605和1606。支撐結構1600還包括外部和內部水平支撐 部件。內部水平支撐部件1607、1608、1609、1610和1611的一部分也被標記。水平和堅直 支撐部件能夠由熱塑形成的複合材料製成。圖16B示出了支撐結構1600的截面圖，其包括 外部堅直支撐部件1601和1602以及內部堅直支撐部件1603、1604、1605和1606的截面圖 以及一個內部水平支撐部件1607、1608、1609、1610和1611的一部分的前視圖。雖然已經 按照熱塑形成的組件描述了示例，但是可以使用其它材料，例如，熱固和複合樹脂材料。
[0082] 圖16C和圖16D示出了熱塑形成的複合網格的膜的夾持布置1620和1630的兩個 示例。在圖16C中所示的布置1620中，上網格1621位於下網格1622之上並且膜1623位 於上網格1621之上。還示出了上和下網格1621和1622的被切除的部分1624。切除的部 分1624能夠被切除，以形成支撐結構的單元。在圖16D中所示的布置1630中，上網格1631 位於下網格1632之上，並且膜1633位於上網格1631與下網格1632之間。還示出了上網 格1631與下網格1632的切除部分1634。切除部分1634能夠被切除以形成支撐結構的單 JLi〇
[0083] 除非另有所述或在使用的上下文具有其它理解，否則這裡使用的條件性語言（例 如，"能夠"、"可以"、"例如"等等）通常意在表示某些示例包括（但其它示例不包括）某些 特徵、元件和/或步驟。因此，這樣的條件性語言通常不意在表示這樣的特徵、元件和/或 步驟對於一個或多個示例來說在任何方面是必要的或者一個或多個示例需要包括用於決 定（具有或不具有作者輸入或提示）是否包括這些特徵、元件和/或步驟或者是否在任何 特定示例中執行這些特徵、元件和/或步驟的邏輯。表述"包括"、"具有"等等是同義詞並 且以包括並且開放式的方式使用，並且不排除額外的元件、特徵、動作、操作等等。而且，表 述"或者"以包括的含義來使用（並且沒有以排除的方式使用），從而在使用時（例如連接 元件的列表），表述"或者"表示該列表中的元素中的一個、一些或全部。
[0084] 一般來說，上述特徵和處理可以彼此獨立地使用，或者可以以不同方式組合。所有 可能的組合和子組合都意在落入本公開的範圍內。另外，在某些實施方案中可以省略某些 方法或處理塊。這裡描述的方法和處理也不限於任何特定的順序，並且與其相關的塊或狀 態能夠以適合的其它順序來執行。例如，所描述的塊或狀態可以以除了具體公開的順序之 外的順序來執行，或者多個塊或狀態可以組合在單個塊或狀態中。示例塊或狀態可以串行 地、並行地或以某種其它方式來執行。塊或狀態可以添加到所公開的示例或者從其移除。這 裡描述的示例系統和組件的構造可以不同於所描述的構造。例如，元件可以添加到所公開 的示例、從其移除，或者進行重新布置。
[0085] 雖然已經了某些示例或示出性示例，但是這些示例僅用於示例目的而示出，並且 不意在限制這裡公開的本發明的範圍。事實上，這裡描述的新穎的方法和系統可以以各種 其它形式來實施。所附權利要求及其等價物意在覆蓋這樣的形式或變形，其將落入這裡公 開的本發明的精神和範圍內。
[0086] 此外，本公開包括根據下述條款的實施方式：
[0087] 條款1. 一種具有聲學吸收和反射能力的混合諧振器，所述混合諧振器包括：
[0088] 剛性結構，所述剛性結構限定單元；
[0089] 前層，所述前層附接到所述剛性結構；以及
[0090] 背層，所述背層附接到所述剛性結構並且處於所述單元中；
[0091] 其中，所述前層被構造為在預定頻率範圍內反射聲波；
[0092] 其中，所述剛性結構、所述前層和所述背層限定亥姆霍茲腔，並且其中，所述亥姆 霍茲腔被構造為在所述預定頻率範圍內的頻率處吸收聲學能量。
[0093] 條款2.根據條款1所述的混合諧振器，其中，所述前層被構造為在反諧振頻率反 射聲波。
[0094] 條款3.根據條款1或2所述的混合諧振器，其中，所述前層包括多個孔口。
[0095] 條款4.根據條款1至3中的任一項所述的混合諧振器，其中，所述前層包括具有 多個孔眼的至少一個孔口，其中，所述多個孔眼中的每一個的尺寸小於所述至少一個孔口 的尺寸。
[0096] 條款5.根據條款1至4中的任一項所述的混合諧振器，其中，所述前層和所述背 層中的至少一個是膜。
[0097] 條款6.根據條款1至5中的任一項所述的混合諧振器，其中，所述背層包括重物， 並且被構造為在所述預定頻率範圍內反射聲波。
[0098] 條款7.根據條款1至6中的任一項所述的混合諧振器，其中，所述背層包括結構 片和板中的一個或多個。
[0099] 條款8.根據條款1至7中的任一項所述的混合諧振器，其中，所述前層包括重物。 [0100] 條款9.根據條款8所述的混合諧振器，其中，所述重物在所述前層上圍繞孔口，並 且限定所述孔口的頸長度。
[0101] 條款10.根據條款9所述的混合諧振器，其中，所述重物包括環，並且其中，所述孔 口具有圓的形狀。
[0102] 條款11.根據條款8至10中的任一項所述的混合諧振器，其中，孔口具有由三角 形、正方形和矩形組成的組中的一個的形狀。
[0103] 條款12.根據條款8至11中的任一項所述的混合諧振器，其中，所述重物的厚度 具有錐形形狀。
[0104] 條款13.根據條款1至12中的任一項所述的混合諧振器，所述混合諧振器進一步 包括位於所述膜與所述背片之間的吸收材料。
[0105] 條款14.根據條款13所述的混合諧振器，其中，所述吸收材料包括多孔材料。 [0106] 條款15.根據條款13或14所述的混合諧振器，其中，所述吸收材料被布置為使得 在所述膜與所述吸收材料之間存在空氣間隙。
[0107] 條款16.根據條款13或15所述的混合諧振器，其中，所述吸收材料包括至少一個 隔膜層。
[0108] 條款17.根據條款1至16中的任一項所述的混合諧振器，其中，所述前層包括至 少一個孔口以及至少一個管，所述至少一個管限定所述孔口的大小和頸長度。
[0109] 條款18. -種混合諧振器的陣列，所述陣列包括：
[0110] 剛性結構，所述剛性結構限定單元的陣列；
[0111] 多個混合諧振器，所述多個混合諧振器中的每一個位於所述單元的陣列中的一個 單元中，其中，所述多個混合諧振器中的每一個包括：
[0112] 膜，所述膜附接到所述剛性結構，所述膜包括至少一個孔口，其中，所述膜被構造 為在預定頻率範圍內反射聲波，以及
[0113] 背片，所述背片附接到所述剛性結構並且處於所述單元中；
[0114] 其中，所述剛性結構、所述膜和所述背片限定亥姆霍茲腔。
[0115] 條款19.根據條款18所述的混合諧振器的陣列，其中，所述多個混合諧振器中的 混合諧振器被構造為在預定頻率範圍內反射聲波。
[0116] 條款20.根據條款19所述的混合諧振器的陣列，其中，所述多個混合諧振器中的 混合諧振器被構造為在所述預定頻率範圍內的不同頻率處吸收聲學能量。
[0117] 條款21.根據條款20所述的混合諧振器的陣列，其中，所述多個混合諧振器中的 混合諧振器的所述亥姆霍茲腔具有基本上類似的大小，並且其中，所述多個混合諧振器中 的混合諧振器被構造為基於所述膜上的所述至少一個孔口的位置、所述膜上的所述至少一 個孔口中的孔口的不同尺寸、所述膜上的所述至少一個孔口的大小、所述膜上的所述至少 一個孔口的頸長度、所述膜上的添加的重物以及被布置在所述多個混合諧振器中的混合諧 振器的所述亥姆霍茲腔內的不同位置處的吸收材料在不同頻率處吸收聲學能量。
[0118] 條款22. -種用於阻擋聲波能量的結構，所述結構包括：
[0119] 支撐結構，所述支撐結構限定多個單元；以及
[0120] 至少一個諧振膜，所述至少一個諧振膜覆蓋所述多個單元中的一個，其中，所述至 少一個諧振膜包括至少一個重物，並且其中，所述至少一個諧振膜具有反諧振頻率；
[0121] 其中，所述支撐結構具有超過所述至少一個諧振膜的所述反諧振頻率的主奇諧振 頻率。
[0122] 條款23.根據條款22所述的結構，其中，所述支撐結構包括纖維複合材料。
[0123] 條款24.根據條款22或23所述的結構，其中，所述支撐結構具有多個水平結構部 件和多個堅直結構部件。
[0124] 條款25.根據條款24所述的結構，其中，所述多個水平結構部件包括兩個外部水 平結構部件和至少一個內部水平結構部件，並且其中，所述多個堅直結構部件包括兩個外 部堅直結構部件和至少一個內部堅直結構部件。
[0125] 條款26.根據條款25所述的結構，其中，所述兩個外部水平結構部件的厚度是所 述至少一個內部水平結構部件的厚度的至少兩倍，並且其中，所述兩個外部堅直結構部件 的厚度是所述至少一個內部堅直結構部件的厚度的至少兩倍。
[0126] 條款27.根據條款25或26所述的結構，其中，所述至少一個內部堅直結構部件中 的第一個的高度大於所述至少一個內部堅直結構部件中的第二個的高度，並且其中，所述 至少一個內部水平結構部件中的第一個的高度大於所述至少一個內部水平結構部件中的 第二個的高度。
[0127] 條款28.根據條款25至27中的任一項所述的結構，其中，所述至少一個內部水平 結構部件包括至少一個縫隙，並且其中，所述至少一個縫隙位於所述至少一個內部水平結 構部件的中心部分附近。
[0128] 條款29.根據條款25至28中的任一項所述的結構，其中，所述至少一個內部堅直 結構部件包括至少一個縫隙，並且其中，所述至少一個縫隙位於所述至少一個內部堅直結 構部件的中心部分的附近。
[0129] 條款30.根據條款22至29中的任一項所述的結構，其中，使用高硬度聚合物粘合 劑來組裝所述支撐結構。
[0130] 條款31.根據條款22至29中的任一項所述的結構，其中，所述支撐結構包括金屬 合金。
[0131] 條款32.根據條款22至31中的任一項所述的結構，其中，所述主奇頻率超過所述 至少一個諧振膜的所述反諧振頻率。
[0132] 條款33.根據條款22至32中的任一項所述的結構，其中，所述支撐結構包括在所 述支撐結構的奇諧振模的移位峰附近附接到所述支撐結構的重物。
[0133] 條款34.根據條款22至33中的任一項所述的結構，其中，所述支撐結構的一個結 構部件的至少一部分被移除。
[0134] 條款35. -種用於阻擋聲波能量的結構，所述結構包括：
[0135] 支撐結構，所述支撐結構限定多個單元；
[0136] 重物，所述重物在所述支撐結構的奇諧振模的移位峰附近附接到所述支撐結構； 以及
[0137] 至少一個諧振膜，所述至少一個諧振膜覆蓋所述多個單元中的一個，其中，所述至 少一個諧振膜包括至少一個重物，並且其中，所述至少一個諧振膜具有反諧振頻率；
[0138] 其中，具有重物的所述支撐結構具有諧振頻率，該諧振頻率具有包括所述至少一 個諧振膜的所述反諧振頻率的頻帶間隙。
[0139] 條款36.根據條款35所述的結構，其中，對附接到所述支撐結構的所述重物以及 所述至少一個諧振膜的所述至少一個重物進行選擇，使得所述支撐結構的奇諧振模和所述 至少一個諧振膜的奇諧振模處於預定頻率範圍內。
[0140] 條款37.根據條款35或36所述的結構，其中，所述支撐結構包括複合材料層疊。
[0141] 條款38.根據權利要求37所述的結構，其中，所述複合材料疊層包括碳纖維複合 物。
[0142] 條款39.根據條款35至38中的任一項所述的結構，其中，所述重物在所述重物沒 有從所述支撐結構的邊緣突出的位置附接到所述支撐結構。
[0143] 條款40.根據條款35至39中的任一項所述的結構，其中，所述支撐結構包括多個 熱塑形成的複合網格，並且其中，所述熱塑形成的複合網格被附接在一起並且具有至少一 個膜。
[0144] 條款41.根據條款35至39中的任一項所述的結構，其中，所述支撐結構包括多個 彎曲金屬合金條，並且其中，所述多個彎曲金屬合金條中的彎曲金屬合金條彼此結合。
[0145] 條款42.根據條款35至41中的任一項所述的結構，其中，所述至少一個諧振膜包 括聚合物材料，並且其中，所述至少一個諧振膜具有大約〇. 001英寸至〇. 005英寸的範圍內 的厚度。
[0146] 條款43.根據條款35至42中的任一項所述的結構，其中，所述支撐結構限定所述 支撐結構的面，並且其中，所述支撐結構的面是非平面的。
[0147] 條款44.根據條款35至43中的任一項所述的結構，其中，所述至少一個諧振膜在 非平面位置附接到所述支撐結構。
【權利要求】
1. 一種具有聲學吸收和反射能力的混合諧振器（1100)，所述混合諧振器包括： 剛性支撐結構，所述剛性結構限定單元； 前層（1110)，所述前層附接到所述剛性支撐結構；W及 背層（1120)，所述背層附接到所述剛性支撐結構並且處於所述單元中； 其中，所述前層被構造為在預定頻率範圍內反射聲波（1140); 其中，所述剛性支撐結構、所述前層和所述背層限定亥姆霍茲腔，並且其中，所述亥姆 霍茲腔被構造為在所述預定頻率範圍內的頻率處吸收聲學能量。
2. 根據權利要求1所述的混合諧振器（1100)，其中，所述前層（1110)被構造為在反諧 振頻率反射聲學波。
3. 根據權利要求1或2所述的混合諧振器（1100)，其中，所述前層（1110)包括多個孔 n。
4. 根據前述權利要求中的任一項所述的混合諧振器（1100)，其中，所述前層（1441， 1451)包括至少一個孔口（1445,1455)和多個孔眼（1448,1449,1458,1459)，其中，所述多 個孔眼中的每一個的尺寸小於所述至少一個孔口的尺寸。
5. 根據前述權利要求中的任一項所述的混合諧振器（1100)，其中，所述前層（1110)和 所述背層（1120)中的至少一個是膜。
6. 根據前述權利要求中的任一項所述的混合諧振器（1100)，其中，所述背層（1120， 1402)包括重物（1121,1407)，並且被構造為在所述預定頻率範圍內反射聲波。
7. 根據前述權利要求中的任一項所述的混合諧振器（1100)，其中，所述背層（1422)包 括結構片和板中的一個或多個。
8. 根據前述權利要求中的任一項所述的混合諧振器（1100)，其中，所述前層（1110， 1401)包括重物（1112,1406)。
9. 根據權利要求8所述的混合諧振器（1100)，其中，所述重物（1406)在所述前層 (1401)上圍繞孔口（1405)，並且限定所述孔口的頸長度。
10. 根據權利要求8或9所述的混合諧振器（1100)，其中，所述重物（1446)的厚度具 有錐形形狀。
11. 根據前述權利要求中的任一項所述的混合諧振器（1100)，所述混合諧振器進一步 包括位於所述前層（1110)與所述背層（1120)之間的吸收件（1130,1418)。
12. 根據權利要求11所述的混合諧振器（1100)，其中，所述吸收件（1130)包括多孔材 料。
13. 根據權利要求11或12所述的混合諧振器（1100)，其中，所述吸收件（1130,1418) 被布置為使得在所述前層（1110,1411)和所述背層（1120,1412)中的每一個與所述吸收件 之間存在空氣間隙。
14. 根據權利要求11或13所述的混合諧振器（1100)，其中，所述吸收件（1130)包括 至少一個隔膜層（1438)。
15. 根據前述權利要求中的任一項所述的混合諧振器（1100)，其中，所述前層（1441) 包括至少一個孔口（1445) W及至少一個管，所述至少一個管限定所述孔口的大小和頸長 度。
【文檔編號】G10K11/172GK104347064SQ201410367468
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2013年7月29日
【發明者】G·P·麥克奈特, 張嘉明, T·A·斯圖爾特, J·M·蒙哥馬利, J·M·霍根, T·A·齊恩特克, D·R·盧丁 申請人:波音公司