高帶寬抗共振膜的製作方法

2023-08-10 06:50:36 2

高帶寬抗共振膜的製作方法
【專利摘要】公開了膜。該膜包括布置在該膜中心部分的第一重量，和布置遠離該膜中心部分的第一鉸鏈結構。
【專利說明】高帶寬抗共振膜
相關申請的交叉引用
[0001]本申請請求於2011年10月6日提交的美國臨時申請號61/544，195的權益，其在此通過引用全文併入。本申請請求於2012年10月4日提交的美國非臨時申請號13/645，250的權益，其在此通過引用全文併入。
【技術領域】
[0002]本發明涉及結構性聲音屏障，和更具體地涉及抗共振膜。
【背景技術】
[0003]噪音已經被長期認為是環境汙染的有害形式，主要由於它的高穿透力。目前的噪音屏蔽解決方法直接受困於屏障質量。通常，噪音傳播由質量密度定律控制，其規定通過牆壁的聲音傳播T與壁厚1、質量密度P和聲頻f的乘積成反比例。因此使壁厚加倍將僅增加(201og2 = )6dB的額外傳聲損失(STL)，和將STL在IOOHz下從20增加至40dB將需要是正常厚度8倍的牆壁。
[0004]儘管很多結構已經用於改善STL，但它們具有有限的有效帶寬，和它們的性能取決於溫度和外部變形而變化。很多實例需要在高環境變化的大帶寬和公差(tolerance)上的具有高STL的材料。
[0005]現有技術公開了不同的方法以獲得至少部分的傳聲損失。例如，美國專利7，510, 052公開了基於改進的亥姆霍茲共振效應的消聲蜂窩。美國申請20080099609公開了用於飛行器座艙的可調諧的聲音吸收系統，其通過選擇不同材料和改變尺寸進行調諧，以獲得對每個位置和具體飛行器的隔音。遺憾地，美國申請20080099609公開的結構是沉重和龐大的。美國專利7，263，028公開了在與其他輕量面板的夾心物中嵌入具有多種特有聲音阻抗的多個顆粒，以提高聲隔離。儘管它可比傳統實心隔音面板更輕或更薄，但它仍然是龐大的，和它的隔音工作頻率高，其使低頻工作不太有效。美國專利7249653公開了包括夾住其他彈性軟面板的堅硬材料外層的聲音衰減材料，整體質量位於軟面板上。通過使用機械共振，面板被動吸收入射聲波以衰減噪音。該發明具有集中於175Hz周圍的IOOHz帶寬，並且不容易針對多種環境條件進行調整。美國專利4，149，612和4，325，461公開了消音器(silator)。消音器是抽空的透鏡狀(雙凸透鏡形)，具有片金屬的凸蓋。這些消音器包括具有封閉體積的柔順板，其中壓力低於大氣壓，以構成振動系統，用於減少噪音。為了控制工作頻率，與結構性構造連接的封閉在體積中的壓力決定阻止的噪音頻率。在封閉體積中工作頻率對壓力的依賴使工作頻率依賴於環境變化諸如溫度。美國專利5，851，626公開了交通工具聲音阻尼和減震系統。該發明包括氣泡袋，其可填充有多種阻尼液體和空氣以實現聲音阻尼。它是依賴於環境的被動阻尼系統。最終，美國專利7，395，898公開了基於伸展穿過剛硬框架的柔性橡膠狀膜的抗共振蜂窩狀面板陣列。然而，美國專利7，395，898公開的材料限制帶寬至大約200Hz和單一衰減頻率。
[0006]本公開公開的實施方式克服了現有技術的限制並提供改善的STL。【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1描述了現有技術抗共振膜的平面示圖。
[0008]圖2描述了圖1中抗共振膜的傳播特性。
[0009]圖3描述了根據本發明原理的抗共振膜的透視圖。
[0010]圖4a_c描述了用於圖3的實施方式的可能的鉸鏈結構機構的橫截面視圖。
[0011]圖5描述了組裝入更大結構的多個抗共振膜。
[0012]圖6描述了根據本發明原理的作為溫度函數的抗共振膜的傳播變化。
[0013]圖7a描述了具有附加的膜加強件的圖3的實施方式。
[0014]圖7b_d描述了用於圖7a實施方式的可能的膜加強件機構的橫截面視圖。
[0015]圖8描述了具有附加質量塊以提供第二共振的圖3的實施方式。
[0016]圖9描述了本發明原理的可選實施方式。
[0017]圖10描述了圖9中實施方式的傳播特性。
[0018]圖11描述了本發明原理的可選實施方式。
[0019]圖12描述了圖11中實施方式的傳播特性。
[0020]圖13描述了根據本發明原理的可選實施方式。
[0021]圖14a為根據圖13的兩種或多種實施方式的橫截面。
[0022]圖14b為根據圖13的具有框架的兩種或多種實施方式的橫截面。
[0023]圖15描述了本發明原理的可選實施方式。
[0024]圖16描述了本發明原理的可選實施方式。
[0025]圖17描述了本發明原理的可選實施方式的橫截面。
[0026]圖18描述了圖16中實施方式的傳播特性。
[0027]圖19描述了包括表現本發明原理的多個器件的桁架的橫截面。
[0028]在以下描述中，相同的參考數字用於識別相同的元件。此外，附圖意欲以圖示方式圖解示例性實施方式的主要特徵。附圖不意欲描述每個實施(implementation)的每個特徵，也不意欲描述所描述元件的相對尺寸，並且不是按比例繪圖。
發明詳述
[0029]通常來說，依照多種實施方式，根據一方面，目前公開了膜。該膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；以及布置在遠離膜中心部分的第一鉸鏈結構。根據第二方面，公開了結構。該結構包括:第一多個膜，其中每個膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；布置在遠離膜中心部分的第一鉸鏈結構；以及連接第一多個膜的第一框架。根據第三方面，公開了方法。該方法包括:提供膜；形成布置在遠離膜中心部分的第一鉸鏈結構，其中膜的共振頻率取決於第一鉸鏈結構的長度、厚度、彈性模量或泊松比。根據第四方面，公開了膜。該膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；以及一個或多個以輻條圖案延伸遠離膜中心部分的加強肋。根據第五方面，公開了膜。該膜包括:布置在膜中心部分的第一重量；以及布置在第一重量和膜外部部分之間的第二重量，其中第二重量限定開口，且第一重量布置在開口內。
[0030]在以下描述中，詳述很多具體細節，以描述本文公開的多個【具體實施方式】。本領域技術人員將理解到可實踐目前請求的發明，而不需要以下討論的具體細節。在其他實例中，沒有描述廣泛已知的特徵，以便不模糊本發明。[0031]針對圖1，如現有技術已知的，由橡膠狀膜15組成的共振膜結構10附加至框架20，附在橡膠狀膜15中心的重量25已經用於改善STL。橡膠狀膜顯示了隨溫度、溼度、暴露於陽光、溶劑和其他環境因素的變化，傳播譜的顯著變化。進一步地，膜硬度僅由膜張力決定，其僅提供有限的工具集(toolset)以改變孔度、有效頻率範圍和對溫度變化的敏感性。需要的是更柔性的設計，其允許使用優選工程材料諸如硬塑料和金屬，但仍然允許廣泛變化的頻率範圍和孔度。
[0032]膜結構10的抗共振行為顯示在圖2中。曲線30描述了在阻抗管結構中經歷傳播損失測試的共振膜結構10。壓力信號(通常是隨機的白噪音)施加在共振膜結構10的一偵牝和利用穿過共振膜結構10的可計算壓力能量的相位、振幅和頻率和因此能量損失的一系列4個麥克風記錄通過的傳播。曲線35描述了在阻抗管結構中經歷相同傳播損失測試的具有相同表面密度的泡沫材料。傳播損失隨頻率增加的趨勢符合質量定律預測，其代表依賴材料質量的常規噪音控制方法。儘管共振膜結構10顯示了與傳統多孔泡沫材料相比，傳播在特定有源帶上降低，膜結構10限於大約200Hz的帶寬和單一衰減頻率。
[0033]通過以下目前公開的實施方式可至少部分解決需要增加的STL帶寬，同時在傳播譜上更好控制，並減少對環境因素依賴。
[0034]在根據本公開一個實施方式中，針對圖3，膜結構40可包括第一膜45，其可附加至框架(未示出)，和具有附在或接近膜46的中心的質量/重量50的第二膜46。膜結構40進一步包括布置在第一膜45和第二膜46之間的至少一個鉸鏈結構55。儘管圖3顯示通常圓形的膜和結構，但這不是暗示限制。根據本發明原理的可選幾何圖形為正方形、長方形(如圖5所不)，六邊形和三角形膜。在一個實施方式中，膜45和膜46包括相同的材料(一種或多種)和/或厚度。在另一實施方式中，膜45、膜46和鉸鏈結構55包括相同的材料(一種或多種)。在另一實施方式中，由於鉸鏈結構55的形狀(即結構)，與膜45、46相比，鉸鏈結構可具有不同硬度和/或可提供對外力的不同響應，即使膜45、膜46和鉸鏈結構55包括相同的材料(一種或多種)。
[0035]鉸鏈結構55允許設計者在膜45、46中將結構40的響應從系統張力中脫離，並允許為膜45、46使用堅硬、抗蠕變材料。這改善了當大面積需要被聲音隔離時的可擴展性，因為大面積可覆蓋有儘可能多的較小結構。可擴展性也通過使用多個結構40以與較少但較大孔的陣列相比減少跨過組裝入陣列的大量孔的屈曲和變形而改善。另外，減少鄰近孔之間的連接，以允許孔更好地作為獨立孔而工作。
[0036]在一個實施方式中，鉸鏈結構55是建立在膜45、46的表面的彎曲受控的彈性部件，其產生調諧膜結構40的硬度和因此共振頻率的方法，而不使用張力。鉸鏈結構55的硬度由鉸鏈結構55的長度和厚度參數控制，其可被認為是例如彎曲板。因此硬度基於形成鉸鏈結構55的材料(一種或多種)的彈性模量、泊松比和厚度。在典型膜中，張力部件提供了所有的抗彎強度並因此限定性質，獨立於所選擇的材料。通過調諧鉸鏈結構55的厚度和高度/寬度比，可調諧膜結構40的硬度。利用調節膜結構40的硬度的能力，膜結構40可通過為膜45、46使用堅硬材料諸如工程熱塑性塑料和/或熱固性塑料而具有非常低的頻率響應。這些熱塑性塑料和熱固性塑料顯示了非常低的蠕變，其將改變行為和性能並具有有利於很多工程應用的很大的溫度穩定性。在一個實施方式中，膜45、46可包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸脂類(PC)、聚醯胺類(PA)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯醚(PPO)、聚碸(PSU)、聚乙烯(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲醛(POM)、HDPE、LDPE或尼龍。理解到其他材料也可用於膜45、46。不暗示限制，膜45、46可包括金屬諸如鋁、黃銅和鋼。
[0037]儘管簡單的單一鉸鏈結構55顯示在圖3中，但理解到目前公開的膜結構可包括如圖4a、4b和4c的橫截面視圖所不的兩種或多種鉸鏈結構55。圖3描述了具有半圓輪廓的鉸鏈結構55，但沒有暗示限制，鉸鏈結構55的形狀可為正弦波(圖4a)、三角形(圖4b)、正方形(圖4c)或任何其他形狀，取決於硬度和可製造性的設計要求。
[0038]在另一實施方式中，多個結構40可結合成如圖5所示的陣列。針對圖5，陣列60包括具有膜45、質量塊50和鉸鏈結構55的四個膜結構40。注意到圖5中的膜40和鉸鏈結構55不必是圓形的。陣列60已經被測試並顯示良好的低頻率性能，共振頻率從1〃直徑膜尺寸低至120Hz。沒有暗示限制，較低的頻率可通過變細和延伸鉸鏈結構55而產生。
[0039]圖6顯示了膜結構40的傳播譜隨40°C溫度變化的變化。如可在圖6中所見，膜結構40性能的改變在30°C溫度變化上小於5%。
[0040]在一個實施方式中，圖3中的質量塊50可包括鐵合金、黃銅合金、鋁、鉛、陶瓷、玻璃、石頭或具有高密度的其他材料。在另一實施方式中，質量塊50可被製成圓筒、立方體或長方形固體的形狀。為了增加質量塊的大小，而不影響膜的長度，並且沒有暗示限制，質量塊50可為T形、環形或不規則形的形式，取決於期望的要求。質量塊可利用聯結材料諸如形狀記憶合金或粘彈性材料連接至支持結構，以實現多種共振方式。
[0041]在另一實施方式中，針對圖7a，膜結構80可包括附加至膜(未示出)外圍周圍的框架的膜45、具有附在膜46中心的質量塊50的膜46、布置得遠離質量塊50中心的至少一個鉸鏈結構55和一個或多個加強肋100。加強肋100可用於控制膜46中的偽振動模式，同時增加第二共振(膜模式)以提供更寬的噪音減少帶寬。抗共振效應通過兩中心-對稱模式(質量塊和膜模式)的混合產生。該頻率範圍內的附加模式可減弱傳播損失。提供堅硬的零件100可減弱膜46中的較高模式，同時最低程度的改變原始模式。儘管圖7a描述了鉸鏈結構55，但理解到可實施膜結構80，而不利用鉸鏈結構55。
[0042]在一個實施方式中，一個或多個堅硬零件100形成在膜46中。針對圖7b_d,但沒有暗示限制，堅硬零件100的形狀可為正弦波(圖7b)、三角形(圖7c)、正方形(圖7d)或任何其他形狀，取決於硬度和可製造性的設計要求。
[0043]在根據本公開的另一實施方式中，針對圖8，膜結構110可包括附加至膜(未示出)外圍周圍的框架的膜45、具有附在或接近膜46中心的第一質量塊50的膜46、至少一個布置得遠離第一質量塊50中心的鉸鏈結構55和至少一個布置得遠離第一質量塊115的第二質量塊130。在一個實施方式中，第二質量塊130被製成如圖8所示的像環的形狀。
[0044]針對圖9，在另一實施方式中，膜結構140可包括附加至框架150的膜45，第一質量塊50附在膜45的中心,和至少一個布置得遠離第一質量塊50的第二質量塊160。在一個示例性實施方式中，第二質量塊160被製成像如圖9所示的環的形狀。不像膜結構110，膜結構140不具有圖8所示的鉸鏈結構55。
[0045]儘管圖8和9顯示了膜45單側的環形質量塊130和160，理解到環形的質量塊130和160可位於膜45的每側。在一個實施方式中，環形質量塊130或160可通過粘合、熔化結合和/或磁力的製造過程整合入膜結構110和140。在另一實施方式中，當形成膜45時，環形質量塊可用與膜45相同的材料製造並模塑為膜結構110或140的一部分。理解到中心質量塊可類似地利用膜結構110或140整合。
[0046]環形質量塊130 (圖8示出)和/或環形質量塊160 (圖9示出)可被仔細調諧直徑和質量，以提供第二抗共振峰。通過調諧環質量塊130和/或160的參數，多種不同行為是可能的。針對三種不同直徑的不同環形質量塊160，這些行為中的三種在圖10中示出。圖10的圖顯示當使用兩個質量塊而不是一個質量塊時，有效帶寬以及強抗共振峰增加。單一環質量塊的設計也抑制提供最大水平的傳播損失的更高級的振動。它可為通過利用更大的環質量塊增加膜硬度針對相同目標噪音頻率的輕量解決方法。環質量塊也可用於以更大尺寸提供更寬的帶寬，其縮短膜長度並因此增加第二共振頻率(膜模式)。
[0047]環形質量塊的尺寸可根據需要的行為優化。在一個示例性實施方式中，環形質量塊可具有中心質量塊0.25和10倍的質量比。在另一示例性實施方式中，環形質量塊的直徑可處於膜直徑的0.85和0.2之間。在膜為長方形形狀的情況下，環形質量塊的直徑可處於膜的最長尺寸的0.85和0.2之間。
[0048]儘管圓形膜45分別針對圖3、7和8中的圖解目的顯示，理解到可使用其他幾何圖形。例如，膜45可為正方形、三角形、六邊形或任何其他形狀，取決於期望的性能。在一個實施方式中，第二質量塊130和/或160的形狀可與膜45的形狀相同。在另一實施方式中，第二質量塊130和/或160的形狀可不同於膜45的總體形狀，以協助確立具體的頻率響應或聲音能量吸收譜。環形質量塊可類似地形成多種區域-包圍設計，而不是嚴格的圓形環。可使用正方形、橢圓形、星形或其他類似的形狀。另外，儘管環顯示在它的外圍周圍是連續的，但一系列離散的質量塊也可用於形成環。
[0049]在另一實施方式中，膜結構110(圖8示出)和/或140(圖9示出)可包括一個或多個額外的質量塊(未示出)，以便可獲得額外的抗共振峰。
[0050]在另一實施方式中，粘彈性材料225可包括在目前公開的膜結構(一種或多種)中，以控制傳播並同時改變傳播損失譜。針對顯示橫截面視圖的圖11，膜結構200可包括附加至任選框架(未示出)的膜45，第一質量塊220附在膜45的中心上，至少一個布置得遠離第一質量塊220的中心鉸鏈結構55，夾在膜220和覆蓋層230之間的粘彈性材料225。在一個實施方式中，粘彈性材料225可處於膜45的0.1x和4x厚度之間。覆蓋層230可具有與膜45相同或更高的硬度，覆蓋層230與膜45硬度的比在0.5和100之間變化。取決於硬度，覆蓋層230的厚度可在Ix和0.0lx膜45厚度之間變化。在另一實施方式中，膜結構200也可包括布置在覆蓋層230上的第二質量塊240。
[0051]針對圖12，與對照樣本(無阻尼的基線)相比，圖11中的質量塊和膜結構200的聲音能量傳播譜(基線加約束層)已經減少8dB。這是峰能量傳播的顯著減少，而抗共振(峰傳播損失)頻率沒有顯著降低。儘管阻尼材料的添加減少傳播損失量級(更低的質量因子)，但它可使噪音減少帶寬的帶寬變寬。
[0052]該概念的第二變化是使用粘彈性材料225 (圖11示出)作為頻率敏感材料。作為例子，剪切增稠流體和凝膠具有以下行為:取決於應變率的從低粘度至幾乎固體的改變。在具有如圖11所示的覆蓋層的約束層構造中的使用該材料將允許膜的硬度基於頻率進行調整。最終，這允許獲得更大的帶寬，因為在低頻下，約束層225不助於保持其相對低的原始模式。在較高頻率下，速率敏感材料有助於膜的硬度並因此延伸膜共振至更高的頻率，最終增加頻率範圍，具有顯著的傳播損失。
[0053]在另一實施方式中，不同的阻尼材料可與目前描述的實施方式一起使用，以對膜結構40提供阻尼，用於改善的聲音能量的吸收。針對圖13，阻尼材料201可與膜結構40連接，以提供在原始共振點上的阻尼。在一個實施方式中，阻尼材料201 (圖13示出)可與位於或接近結構40中心的質量塊50連接(圖13中不可見)。在另一實施方式中，阻尼材料201可直接與結構40而不是如上所述的質量塊50連接。材料201可為例如泡沫、開孔泡沫、纖維墊或類似的吸收材料。
[0054]在根據本公開另一實施方式中，阻尼材料201可位於鄰近膜結構40的位置，用於改善的聲音能量的吸收。針對圖14a，阻尼材料201可位於一個或多個結構40上方。針對圖14b，一個或多個阻尼材料201可位於一個或多個結構40上方，其中每個結構40處於框架結構315內。
[0055]針對圖15和16，在根據本公開一個實施方式中，多個抗共振膜結構可與輕量核連同輕量框架結構315結合，以形成吸聲瓦300 (圖15示出)，其可排列以形成聲音屏障面板320 (圖16示出)以覆蓋大面積並排斥噪音。提供大於大約1.5英寸跨度的抗共振膜的一個擔憂是因質量塊和大小的性能改變。對於一些重量敏感應用如在運輸中，例如，利用大量抗共振膜覆蓋大面積可由框架315產生不可接受的重量處罰。同樣地，利用較少數量但尺寸更大的膜可遭受不期望的共振模式。為了解決該問題，目前描述的結構300、320可利用在吸聲瓦300的一側或兩側上包括剛硬的聚合物膜的膜45，所述膜45提供彎曲穩定性的顯著增加，因此防止瓦片水平振動模式破壞聲音能量衰減效應。在一個實施方式中，剛硬的聚合物膜包括大於IGPa的彈性模量並包括0.001英寸至0.01英寸的厚度。進一步通過設計剛硬的聚合物膜，阻擋頻率範圍可從〈100Hz的非常低範圍調諧至至多5kHz的非常大的範圍。同樣在吸聲瓦300的每一側上利用不同的共振結構提供帶寬和總體性能的顯著增加。進一步通過在一側上引入雙抗共振結構，在另一側上具有單抗共振結構，可獲得甚至進一步增加的帶寬(例如，至多8度)。
[0056]聲音屏障面板320 (圖16示出)可被設置以相對於由抗共振膜40瞄準的頻率範圍控制繞曲模態響應。在一個實施方式中，良好的傳播損失性能通過設置材料硬度和密度連同慣性的格柵構件力矩的結合而實現，以便基本(第I模式)格柵共振大於10%，高於預期的膜40抗共振頻率範圍。在另一實施方式中，良好的傳播損失性能通過設置聲音屏障面板320的性質實現，以便膜40抗共振頻率位於第I格柵模式和第2格柵模式之間。
[0057]返回圖3示出的基礎設計，先前提及的對於面積聲音能量屏障瓦的重量處罰通過模塑多個膜結構40作為如圖14a和14b所示的一個單元而至少部分解決。
[0058]在一個實施方式中，如圖15所示的輕量吸聲瓦可由兩個薄設計膜層夾住，以產生瓦片300。這些然後結合成多種結構以覆蓋大面積的結構並提供聲音隔離。通過在吸聲瓦300的上下面上設計與設計膜層結合的吸聲瓦，可排斥大頻率跨度。在圖15中，上部設計膜為315，和下部設計膜為317。
[0059]在一個實施方式中，針對圖15-16,聲音屏障320可包括利用超級框架325相互聯結的吸聲瓦300。吸聲瓦300可包括膜結構40的陣列。每個膜結構40充當在相對寬的頻率跨度上排斥聲音能量的抗共振系統。圖18顯示了聲音屏障320的傳播特性。在一個示例性實施方式中,膜結構40為相對於圖3、4a-c、5、7、8、9、ll的上述結構之一或組合。每個膜結構40可為正方形、六邊形、三角形或圓形。
[0060]在根據本公開的一個實施方式中，膜結構40可放置在吸聲瓦300的兩側上。吸聲瓦300的大小可在2x2〃和2x2ft之間變化，和形狀可從正方形、長方形、三角形或六邊形變化。單個孔度將確定在2x2和15x15孔每瓦片之間的單個瓦片中的孔數量。
[0061]在根據本公開的另一實施方式中，不同膜結構40可用於吸聲瓦300的每一側，以增加聲音反射效應的帶寬。例如，吸聲瓦300的第一側可包括膜結構110或140，在圖8-9中示出，和吸聲瓦300的第二側可包括上述或本領域已知的其他膜結構中的任一個。在該實施方式中，設計吸聲瓦300的第二側上膜結構的共振中心頻率，以便它們補充布置在吸聲瓦300的第一側上的膜結構110或140中的抗共振中心頻率。
[0062]在一個實施方式中，框架315可包括可軟化的聚合物、形狀記憶聚合物或聚合複合材料基體，這些材料用粒子或纖維或取向纖維或纖維墊增強。通過升高超級框架325材料的溫度，需要可被摺疊入部件周圍的位置或任何空間內的面板結構，隨後允許被冷卻以恢復它的硬度。
[0063]在一個示例性實施方式中，開口可提供用於排出在鄰近膜結構40之間形成的腔中的空氣。孔側壁上的小槽或洞可例如用於提供該能力。移除空氣可防止壓力積累改變膜結構40的抗共振行為。移除空氣也可用於調諧共振腔的行為。
[0064]框架315可併入包括約束層阻尼處理的阻尼材料和表面元件。同時，包括壓電片和傳感器的有源振動相消可用於減弱吸聲瓦300中的振動。壓電片或膜可用於感應和因此響應以實現有源或半有源噪音相消。
[0065]吸聲瓦300可一起組裝入聲音屏障320,以利用最小的附加質量塊覆蓋大面積。聲音屏障320可被緊固至系統中的亞結構或與亞結構隔離。聲音屏障320充當吸聲瓦300的邊界。吸聲瓦300可利用粘合劑或機械緊固件剛硬地附接至框架325。框架325可由具有高彎曲硬度與重量比的材料和結構構成。例如，高長寬比梁和形狀橫截面諸如I梁(圖17示出)和T梁(未示出)可用於框架325。在一個實施方式中，包括框架325的材料可包括:玻璃、碳纖維增強聚合複合材料、鋁合金、鋼合金、鎂合金以及剛硬的聚合物或顆粒增強聚合物，沒有暗示限制。
[0066]針對圖17，可製作聲音屏障320，以便吸聲瓦300被放入框架325的凹處，以提供緊密的安裝解決方法並增加瓦片300的結構性剛度。圖17顯示包括膜結構40的三乘三陣列的吸聲瓦300，沒有暗示限制。在一個示例性實施方式中，吸聲瓦300可利用剛硬的緊固件(未示出)安裝至框架325，以消除吸聲瓦300和框架325之間的相對運動。在另一示例性實施方式中，吸聲瓦300可利用粘彈性和軟彈性體裝置安裝至框架325，以便框架325可與吸聲瓦300的振動隔離，因此減少整體框架振動轉移入吸聲瓦300。
[0067]聲音屏障320可被緊固至亞結構，以提供與結構剛硬的聯結。可選地，振動隔離裝置諸如剪切橡膠類型裝置可用於安裝瓦片，以提供對結構的隔離。對於甚至更大的控制，聲音屏障320可利用有源控制的裝置諸如壓電材料安裝至結構。這些部件結合適當的感應、動力和控制算法可為瓦片提供高程度的隔離，遠離它附接的結構的振動。這將是有利的，例如，在驅動條件期間，當結構經歷如在飛行中的飛行器或旋翼飛行器或汽車中的振動時，因為這些結構性振動可降低瓦片/框架解決方法的性能。
[0068]聲音屏障320的性能也可通過併入粘性聲音吸收材料諸如泡沫和纖維墊或類似的吸收材料改善。這些材料可被併入如圖19所示的堆棧構造中的膜結構40之間或併入膜瓦片300前或後，以提供在所有頻率下的吸收並減少在高頻下的傳播。這可在以下應用中是重要的:其中聲音能量不必僅被反射開，也被吸收和轉化為熱。這可減少例如內部空間中的回聲和反響。可進行這些材料與膜的併入，以便膜仍然具有空間以自由振動。因為中心點的振幅是最大的。這裡的空間必須大於更接近邊緣的地方。因為在孔水平上的原因，吸收材料可理想地具有圓錐形狀，儘管吸收器和膜之間的均勻的間隔也是可接受的。
[0069]儘管已經顯示和描述本發明的數個說明性實施方式，但很多變形和可選實施方式將由本領域技術人員想到。可預期並可進行這樣的變形和可選實施方式，而不脫離如由所附權利要求限定的本發明的範圍。
[0070]如本說明書和所附權利要求所用，單數形式「一 (a) 」、「一個(an) 」和「所述(the) 」包括複數指示物，除非以其他方式清楚地指示。術語「多個」包括兩種或多種指示物，除非該內容以其他方式清楚地指示。除非以其他方式限定，本文使用的所有的技術和科學術語具有相同的意義，如由本公開有關的本領域技術人員之一通常理解的。
[0071]示例性和優選實施方式在前的詳細說明根據定律的要求，為了圖解和公開的目的顯示。不意欲窮盡或限制本發明至所描述的精確的形式(一種或多種)，僅使本領域其他技術人員理解本發明可怎樣適於具體使用或實施。更改和變化的可能性將對本領域從業者是顯而易見的。不意欲通過示例性實施方式的描述而限制，所述示例性實施方式的描述可具有被包括的公差、零件尺寸、具體操作條件、工程規範或類似物，並可在實施之間改變或隨技術狀態的變化而改變，並且在其中不應暗示限制。 申請人:已經相對於技術的通用狀態做出該公開，並且預期了提升，並且未來的適應可考慮到那些提升，即根據技術的隨後的通用狀態。意欲本發明的範 圍由所書寫的權利要求和所適用的等同物限定。單數形式的權利要求元素的提及不意欲表示「一個或僅一個」，除非明確這樣陳述。此外，本公開中的元件、部件或方法或過程步驟不意欲貢獻給公眾，不管元件、部件或步驟是否明確地在權利要求中詳述。本文的權利要求元素沒有在35U.S.C.See.112第6款的規定下被解釋，除非該元素利用短語「用於……的裝置」明確詳述，和本文方法或過程步驟不在那些規定下進行解釋，除非步驟或多個步驟利用短語「用於……的步驟(一種或多種)」明確詳述。
【權利要求】
1.膜，其包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量；以及 布置遠離所述膜的所述中心部分的第一鉸鏈結構。
2.權利要求1所述的膜，進一步包括一個或多個以輻條圖案延伸遠離所述膜的所述中心部分的加強肋。
3.權利要求1至2中任一所述的膜，進一步包括布置在所述第一重量和所述第一鉸鏈結構之間的第二重量。
4.權利要求3所述的膜，其中所述第二重量限定開口，和所述第一重量布置在所述開口內。
5.權利要求1至4中任一所述的膜，進一步包括: 布置在所述膜上方的覆蓋層；以及 布置在所述膜和所述覆蓋層之間的粘彈性材料。
6.權利要求5所述的膜，進一步包括與所述覆蓋層連接的第二重量。
7.權利要求1至6中任一所述的膜，進一步包括連接至所述第一重量的阻尼材料。
8.權利要求1至7中任一所述的膜，進一步包括布置在鄰近所述第一重量的阻尼材料。
9.權利要求1至8中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結構限定開口，其中所述第一重量布置在所述開口內。
10.權利要求9所述的膜，進一步包括布置在遠離所述第一鉸鏈結構的第二鉸鏈結構。
11.權利要求10所述的膜，其中所述第二鉸鏈結構限定開口，其中所述第一鉸鏈結構布置在由所述第二鉸鏈結構限定的所述開口內。
12.權利要求1至11中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結構包括半圓形輪廓、正弦波輪廓、三角形輪廓或正方形輪廓。
13.權利要求10所述的膜，其中所述第二鉸鏈結構包括半圓形輪廓、正弦波輪廓、三角形輪廓或正方形輪廓。
14.權利要求1至13中任一所述的膜，進一步包括布置在所述第一鉸鏈結構和所述第一重量之間的第一表面，其中所述第一表面基本上垂直於所述第一鉸鏈結構的表面。
15.權利要求1至14中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結構控制所述膜的硬度。
16.權利要求1至15中任一所述的膜，其中所述第一鉸鏈結構控制所述膜的共振頻率。
17.結構，其包括: 第一多個膜，其中每個膜包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量； 布置在遠離所述膜的所述中心部分的第一鉸鏈結構；以及 連接所述第一多個所述膜的第一框架。
18.權利要求17所述的結構，進一步包括:第二多個膜，其中每個膜包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量； 布置在遠離所述膜的所述中心部分的第一鉸鏈結構； 連接所述第二多個膜的第二框架；以及 連接所述第一框架和所述第二框架的第三框架。
19.權利要求17或18任一所述的結構，其中所述第一多個膜中的至少一個膜布置在所述第一多個膜的另一膜上方。
20.權利要求19所述的結構，進一步包括布置在所述至少一個膜和所述另一膜之間的阻尼材料。
21.方法，其包括: 提供月吳; 形成布置在遠離所述膜的中心部分的第一鉸鏈結構，其中所述膜的共振頻率取決於所述第一鉸鏈結構的長度、厚度、彈性模量或泊松比。
22.膜，其包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量；以及 一個或多個加強肋，其以輻條圖案延伸遠離所述膜的中心部分。
23.膜，其包括: 布置在所述膜中心部分的第一重量；以及 布置在所述第一重量和所述膜外部部分之間第二重量，其中所述第二重量限定開口，所述第一重量布置在所述開口內。
24.權利要求23所述的膜，其中所述第二重量是環形的。
【文檔編號】G10K11/172GK103975385SQ201280057975
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月4日 優先權日:2011年10月6日
【發明者】傑弗瑞·保羅·麥克奈特, 張家銘 申請人:Hrl實驗室有限責任公司