專利名稱：聽(tīng)力保護(hù)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學(xué)聽(tīng)力保護(hù)方法，并且在另一方面，涉及用于在該方法中提供聲衰減或隔音的裝置。
背景技術(shù)：
環(huán)境聲音通常包括具有不同強(qiáng)度的各種聲波頻率的混合體。人耳重復(fù)或長(zhǎng)期暴露于充分高的聲壓水平的環(huán)境聲音可導(dǎo)致暫時(shí)或永久聽(tīng)力損失。例如，由爆炸或爆破產(chǎn)生的噪音經(jīng)常包括可處于相對(duì)較高頻帶和相對(duì)較低頻帶并且可具有足以導(dǎo)致聽(tīng)力問(wèn)題的強(qiáng)度的聲波頻率。頻繁暴露于危險(xiǎn)頻率和強(qiáng)度的聲音的個(gè)體冒著招致聽(tīng)力損失或者甚至耳聾的風(fēng)險(xiǎn)。這些個(gè)體包括在爆破或建筑工地的工人、嘈雜設(shè)備的操作者，和現(xiàn)役軍人。常常需要聽(tīng)覺(jué)(即，聽(tīng)力)保護(hù)裝置來(lái)減少或防止可能由長(zhǎng)時(shí)間暴露于吵鬧的噪音所引起的聽(tīng)力敏銳性的損失和聽(tīng)力閾值的逐漸增加。具體解決這個(gè)問(wèn)題的各種聲音衰減裝置是已知的。這些包括常規(guī)耳塞裝置、耳罩裝置等，所述裝置通過(guò)限制聲波進(jìn)入耳朵而起到降低噪音暴露的負(fù)面影響的作用。相比于耳塞裝置，可優(yōu)選耳罩裝置，這是由于耳罩裝置的更大的間歇使用(其中重復(fù)插入和移除耳塞將令人討厭或不現(xiàn)實(shí))簡(jiǎn)易性和/或優(yōu)越的舒適度(例如，由于使用柔軟的耳襯墊且不存在插入耳中的物品)。常規(guī)的耳罩裝置通常包括一對(duì)由頭帶連接的剛性耳杯，在耳杯內(nèi)部(用于吸聲) 和耳杯的邊緣周圍(為了舒適和聲密封)有泡沫填塞物。為了獲得明顯且有效程度的聲音衰減，泡沫填塞物一般相當(dāng)厚(例如，約1-2厘米厚)。這會(huì)增加耳罩裝置的體積或容積，以及質(zhì)量或重量，進(jìn)一步使得需要厚的輪廓、大的耳杯以及由此導(dǎo)致的更大和更重的耳罩裝置，這對(duì)佩戴者而言可能不方便和/或不舒適(例如，引起熱和出汗)。這常常導(dǎo)致不符合聽(tīng)力保護(hù)準(zhǔn)則和/或規(guī)章以及導(dǎo)致聽(tīng)力受損。此外，在一些環(huán)境中(例如，極其吵鬧的工廠或制造廠、建筑或爆破點(diǎn)等)，可能期望耳罩裝置得到非常高的聲音衰減。已經(jīng)進(jìn)行了提高耳罩聲音衰減的諸多嘗試，包括例如減少透過(guò)或圍繞耳杯的聲學(xué)泄露、增加耳杯的質(zhì)量和/或體積、提高頭帶張力，和盡可能減小共鳴表面如平坦表面。這些嘗試在提高聲音衰減方面至少在一定程度上是成功的，但是所得到的耳罩裝置較重、較大、更加難以放置就位，和/或通常不如原來(lái)的耳罩裝置舒適， 以及經(jīng)常不可接受地使需要的聲學(xué)頻率(例如，相對(duì)較高頻率的人類講話、警告信號(hào)等)與不需要的聲學(xué)頻率一起衰減(或者甚至更大程度地衰減)。

發(fā)明內(nèi)容
因而，我們認(rèn)識(shí)到存在著對(duì)可以通過(guò)使用外部尺寸相對(duì)較小和/或重量相對(duì)較輕的聽(tīng)力保護(hù)裝置(例如，耳罩裝置)來(lái)提供相對(duì)較高水平的聲音衰減或隔音(降低聲音傳輸)的聽(tīng)力保護(hù)方法的需求。優(yōu)選地，所述裝置可在相對(duì)較寬范圍的可聽(tīng)聲頻上至少部分地有效和/或可以相對(duì)簡(jiǎn)單并且有成本效益地制備。簡(jiǎn)而言之，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供這樣的方法，包括(a)提供至少一種包括至少一個(gè)聲屏障的聽(tīng)力保護(hù)裝置，該聲屏障包括至少一個(gè)設(shè)置在具有第一密度的第一介質(zhì)中的大致周期性結(jié)構(gòu)陣列，所述結(jié)構(gòu)由具有不同于第一密度的第二密度的第二介質(zhì)制得，其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的一個(gè)是具有縱向聲波傳播速度和橫向聲波傳播速度的粘彈性介質(zhì)，所述縱向聲波傳播速度是所述橫向聲波傳播速度的至少約30倍，并且其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的另一個(gè)是粘彈性或彈性介質(zhì)；和(b)將該聽(tīng)力保護(hù)裝置設(shè)置在聲源(優(yōu)選地，可聽(tīng)聲頻源)和人耳形式的聲接收器之間。優(yōu)選地，該聽(tīng)力保護(hù)裝置為聲學(xué)耳罩裝置，和/或該大致周期性結(jié)構(gòu)陣列為呈多層結(jié)構(gòu)形式的一維陣列，所述多層結(jié)構(gòu)包括所述第一和第二介質(zhì)的交替層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)選擇具有某些特征的粘彈性材料并將其與粘彈性或彈性材料組合來(lái)形成空間上周期性陣列，可以在可聽(tīng)范圍(即20赫茲(Hz)到20千赫(kHz)的范圍)的至少一些部分中得到聲子晶體結(jié)構(gòu)帶隙或至少明顯的傳輸損耗(例如大于20分貝(dB))。 這種結(jié)構(gòu)可以在重量上較輕并且相對(duì)較小(例如具有幾厘米量級(jí)或更小的外部尺寸)。聲子晶體結(jié)構(gòu)可以以無(wú)源但頻率選擇性的方式產(chǎn)生聲學(xué)帶隙。不同于聲學(xué)工業(yè)中使用的大多數(shù)普通吸聲器，聲子晶體以傳輸模式控制聲音。在帶隙的頻率范圍之內(nèi)，入射聲波可能基本上沒(méi)有傳輸穿過(guò)結(jié)構(gòu)。帶隙不總是絕對(duì)的(即，沒(méi)有聲音傳輸)，但聲音傳輸損耗通?？蔀榇蠹s20分貝(dB)或更高。在聲學(xué)工業(yè)中，3dB左右的衰減被認(rèn)為是明顯的，所以20+dB是非常明顯的傳輸損耗，接近聲功率百分之百的減少。因而，如果某些應(yīng)用需要，可將聲子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)置在聲源和接收器之間以只允許選定的頻率通過(guò)結(jié)構(gòu)。這樣接收器聽(tīng)到濾過(guò)的聲音，而不需要的頻率被阻止。通過(guò)適當(dāng)配置聲子晶體結(jié)構(gòu)，傳輸?shù)念l率可以集中在接收器，或者不希望的頻率可以反射回聲源(很像頻率選擇鏡)。與現(xiàn)在的聲學(xué)材料不同，聲子晶體結(jié)構(gòu)可以用來(lái)實(shí)際管理聲波而不是簡(jiǎn)單地衰減或反射它們。通過(guò)控制諸如材料的選擇、晶格結(jié)構(gòu)的類型、不同材料的間距等等之類的設(shè)計(jì)參數(shù)，帶隙的頻率、間隙的數(shù)量以及它們的寬度可以進(jìn)行微調(diào)，或者至少可根據(jù)頻率調(diào)整傳輸損耗水平。因而，如果需要，聲子晶體結(jié)構(gòu)也可以設(shè)計(jì)成在整個(gè)選定的頻率范圍提供相對(duì)較平響應(yīng)，以允許所需聲頻(例如，相對(duì)較高頻率的人類講話、警告信號(hào)等)至少得到一些傳輸。出乎意料地，聲子晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)包括在聽(tīng)力保護(hù)裝置中(優(yōu)選在聲學(xué)耳罩裝置的耳杯內(nèi))時(shí)，可以在選擇性頻帶(例如，500-800HZ和1000-4000HZ)提供與常規(guī)用于聲學(xué)耳罩裝置中的相對(duì)厚得多(例如，相對(duì)接近于厚一個(gè)數(shù)量級(jí))的泡沫墊基本上一樣有效(或甚至更好)的聲音衰減。這可以提供相對(duì)較小輪廓的寬頻帶聽(tīng)力保護(hù)裝置，該聽(tīng)力保護(hù)裝置在至少一些實(shí)施例中可以滿足上述的對(duì)能在可聽(tīng)聲頻(出乎意料地，甚至在約1000Hz以下的可聽(tīng)頻率)至少部分地有效、同時(shí)外部尺寸相對(duì)較小和/或重量相對(duì)較輕的聽(tīng)力保護(hù)裝置的需求。本發(fā)明的聽(tīng)力保護(hù)方法可用于在包括工業(yè)、建筑和娛樂(lè)環(huán)境等在內(nèi)的多種不同環(huán)境中提供聽(tīng)力保護(hù)。在另一方面，本發(fā)明還提供一種聽(tīng)力保護(hù)裝置，包括(a)至少一個(gè)聲屏障，該聲屏障包括至少一個(gè)設(shè)置在具有第一密度的第一介質(zhì)中的大致周期性結(jié)構(gòu)陣列，所述結(jié)構(gòu)由具有不同于第一密度的第二密度的第二介質(zhì)制得，其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的一個(gè)是具有縱向聲波傳播速度和橫向聲波傳播速度的粘彈性介質(zhì)，所述縱向聲波傳播速度是所述橫向聲波傳播速度的至少約30倍，并且其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的另一個(gè)是粘彈性或彈性介質(zhì)；和(b)至少一個(gè)殼體，該殼體至少部分包封該聲屏障，并且適于與人耳接觸。優(yōu)選地，該聽(tīng)力保護(hù)裝置為聲學(xué)耳罩裝置，和/或該大致周期性結(jié)構(gòu)陣列為呈多層結(jié)構(gòu)形式的一維陣列，所述多層結(jié)構(gòu)包括所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的交替層。


參照以下描述、所附權(quán)利要求和附圖，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、 方面以及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是在實(shí)例1中所述的本發(fā)明方法(和裝置)的實(shí)施例以及比較例1和2的比較方法(和裝置)的聲壓(或噪音)水平(單位dBA ； S卩，A加權(quán)分貝標(biāo)度的單位)相對(duì)于頻率(單位Hz)的圖。圖2是在實(shí)例1中所述的本發(fā)明方法(和裝置)的實(shí)施例以及比較例2的比較方法(和裝置)的聲音衰減(單位dBA)相對(duì)于頻率(單位Hz)的圖。圖3是在實(shí)例1中所述的本發(fā)明方法(和裝置)的實(shí)施例以及比較例1的比較方法(和裝置)的聲音衰減(單位dBA)相對(duì)于頻率(單位Hz)的圖。
具體實(shí)施例方式聲屏障材料適合用作上面提到的本發(fā)明方法的聲屏障的粘彈性組分的材料包括這樣的粘彈性固體和液體，其(優(yōu)選地，至少在音頻的可聽(tīng)范圍內(nèi))縱向聲波的傳播速度是橫向聲波的傳播速度的至少約30倍(優(yōu)選地，至少約50倍；更優(yōu)選地，至少約75倍；最優(yōu)選地，至少約 100倍)?？捎玫恼硰椥怨腆w和液體包括那些在環(huán)境溫度下(例如約20°C )具有小于或等于約5X IO6帕斯卡(Pa)的穩(wěn)態(tài)剪切平臺(tái)模量(G0n)的粘彈性固體和液體，穩(wěn)態(tài)剪切平臺(tái)模量?jī)?yōu)選從約30開(kāi)氏度延伸到約100開(kāi)氏度，高于材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。優(yōu)選地，在聲屏障中至少一種粘彈性材料在環(huán)境溫度下(例如約20°C)具有小于或等于約IX IO6Pa (更優(yōu)選，小于或等于約IXlO5Pa)的穩(wěn)態(tài)剪切平臺(tái)模量。這樣的粘彈性材料的例子包括各種形式的橡膠聚合物組合物(例如，包括輕度交聯(lián)或半結(jié)晶聚合物)，該橡膠聚合物組合物包括彈性體(包括(例如)熱塑性彈性體)、彈粘性液體等以及它們的組合(優(yōu)選地，對(duì)于至少一些應(yīng)用，彈性體和它們的組合)。可用的彈性體包括均聚物和共聚物(包括嵌段、接枝和無(wú)規(guī)共聚物)、無(wú)機(jī)和有機(jī)聚合物以及它們的組合、還有直鏈或支鏈的和/或互穿或半互穿網(wǎng)絡(luò)或其他復(fù)合物形式(例如星型聚合物) 的聚合物?？捎玫膹椪承砸后w包括聚合物熔體、溶液和凝膠(包括水凝膠)。優(yōu)選的粘彈性固體包括硅橡膠(優(yōu)選地，具有約20A到約70A硬度測(cè)驗(yàn)器硬度；更優(yōu)選地，約30A到約50A)、(甲基)丙烯酸酯(丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)聚合物(優(yōu)選地，丙烯酸異辛酯(IOA)和丙烯酸(AA)的共聚物)、嵌段共聚物(優(yōu)選地，包括苯乙烯、乙烯和丁烯)，纖維質(zhì)聚合物(優(yōu)選軟木)、有機(jī)聚合物聚合物(優(yōu)選聚氨酯)和聚二有機(jī)硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物(優(yōu)選硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物)的共混物、氯丁橡膠以及它們的組合。優(yōu)選的粘彈性液體包括礦物油改性的嵌段共聚物、水凝膠以及它們的組合。通過(guò)已知的方法可以制備這類粘彈性固體和液體。很多是市售的。適合用作上面提到的本發(fā)明聲屏障的彈性組分的材料包括基本上所有的彈性材料。然而，優(yōu)選的彈性材料包括那些具有至少約2000米每秒(m/s)的縱向聲音速度的彈性材料?？捎梅N類的彈性固體包括金屬(和它們的合金)、玻璃態(tài)聚合物(例如固化環(huán)氧樹(shù)脂)等以及它們的組合。優(yōu)選種類的彈性固體包括金屬、金屬合金、玻璃態(tài)聚合物以及它們的組合(更優(yōu)選地，銅、鋁、環(huán)氧樹(shù)脂、銅合金、鋁合金以及它們的組合；甚至更優(yōu)選地， 銅、鋁、銅合金、鋁合金，以及它們的組合；還更優(yōu)選地，鋁、鋁合金以及它們的組合；最優(yōu)選招)。通過(guò)已知的方法可以制備或得到這類彈性材料。很多是市售的。如果需要，用于實(shí)施本發(fā)明方法的聲屏障可任選地包含其他組分材料。例如，聲屏障可以包括多于一種粘彈性材料(包括一種或多種不具有縱向聲波傳播速度是其橫向聲波傳播速度至少約30倍的粘彈性材料，前提條件是聲屏障中至少一種粘彈性材料滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn))和/或多于一種上述彈性材料。該聲屏障可任選包含一種或多種非粘性流體。聲屏障的制備如上所述，用于實(shí)施本發(fā)明方法的聲屏障包括設(shè)置在具有第一密度的第一介質(zhì)中的大致周期性(一、二或三維)結(jié)構(gòu)陣列，所述結(jié)構(gòu)由具有不同于第一密度的第二密度的第二介質(zhì)制得?？赏ㄟ^(guò)使用上述的粘彈性材料或上述的彈性材料(或者不同的第二粘彈性材料，作為彈性材料的替換)作為第一介質(zhì)并且使用這兩種材料中的另一個(gè)作為第二介質(zhì)， 來(lái)形成這樣的陣列。所得的結(jié)構(gòu)或聲子晶體可以是宏觀構(gòu)造(例如具有量級(jí)為厘米或毫米或更小的尺度)。如果需要，聲子晶體可以呈現(xiàn)空間上周期性晶格的形式，在其晶格位點(diǎn)具有尺寸一致和形狀一致的內(nèi)含物，周圍包圍著在內(nèi)含物之間形成基質(zhì)的材料。這樣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)包括晶格類型(例如正方形、三角形等等)、晶格位點(diǎn)之間的間距(晶格常數(shù))、單位晶胞的構(gòu)成和形狀(例如，被內(nèi)含物占據(jù)的單位晶胞的面積分?jǐn)?shù)-也被稱為f，即所謂的“填充因數(shù)”)、內(nèi)含物和基質(zhì)材料的物理特性(例如密度、泊松比、模量等等)、內(nèi)含物的形狀(例如棒、球、中空棒、方柱等等)等。通過(guò)控制這樣的設(shè)計(jì)參數(shù)，所得帶隙的頻率、間隙的數(shù)量、和它們的寬度均可以調(diào)整，或者在最低限度，傳輸損耗水平可以調(diào)整為頻率的函數(shù)。通過(guò)控制這樣的設(shè)計(jì)參數(shù)，所得帶隙的頻率、間隙的數(shù)量和它們的寬度均可以微調(diào)，或者至少可根據(jù)頻率調(diào)整傳輸損耗水平。優(yōu)選地，大致周期性的結(jié)構(gòu)陣列是呈多層結(jié)構(gòu)形式的一維陣列，該多層結(jié)構(gòu)包括第一和第二介質(zhì)的交替層(并且，如果需要，還進(jìn)一步包括呈一層或多層的形式的一種或多種上述任選組分；例如“AB⑶”結(jié)構(gòu)、“A⑶B”結(jié)構(gòu)、“ACBD”結(jié)構(gòu)等等可以由第一㈧和第二(B)介質(zhì)以及兩種附加組分C和D來(lái)形成)。多層結(jié)構(gòu)層的總數(shù)可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)變化，這取決于使用的具體材料、層的厚度以及具體聲學(xué)應(yīng)用的要求。例如多層結(jié)構(gòu)的總層數(shù)可以在從少至兩層到多至數(shù)百層或更多的范圍內(nèi)變動(dòng)。層的厚度也可以在很寬范圍內(nèi)改變(取決于，例如，所需的周期性)但優(yōu)選地為厘米量級(jí)或更小(更優(yōu)選地，毫米量級(jí)或更?。蛔顑?yōu)選地，小于或等于約10mm)。這樣的層厚度和層數(shù)量可以提供具有大小在厘米量級(jí)或更小(優(yōu)選地，小于或等于約100mm;更優(yōu)選地，小于或等于約50mm ；甚至更優(yōu)選地，小于或等于約IOmm ；最優(yōu)選地，小于或等于約5mm)的聲子晶體結(jié)構(gòu)。如果需要，可以在結(jié)構(gòu)的組裝之前對(duì)這些層進(jìn)行清潔(例如，使用表面活性劑組合物或異丙醇)，并且可以任選地使用一種或多種連接媒介物(例如，粘合劑或機(jī)械緊固件)(前提條件是對(duì)希望的聲學(xué)效果和/或阻燃特性無(wú)明顯影響)。多層結(jié)構(gòu)優(yōu)選的實(shí)施例包括從約3層到約10層(更優(yōu)選地，從約3層到約5層) 的粘彈性材料(優(yōu)選地，硅橡膠、丙烯酸酯聚合物、或它們的組合)和彈性材料(優(yōu)選地， 鋁、環(huán)氧樹(shù)脂、鋁合金、或它們的組合)的交替層，所述粘彈性材料層厚為約0.75mm到約 1. 25mm，所述彈性材料層厚為約0. 025mm到約1mm。這可以提供優(yōu)選的尺寸在約Imm到約 IOmm(更優(yōu)選地，約2mm到約4mm ；最優(yōu)選地，約2mm到約3mm)量級(jí)的聲子晶體結(jié)構(gòu)。聽(tīng)力保護(hù)裝置的制造和用涂適合用于本發(fā)明方法的聽(tīng)力保護(hù)裝置包括如下這些聽(tīng)力保護(hù)裝置，包括(a)上述聲屏障中的至少一個(gè)；和(b)至少一個(gè)殼體，所述殼體至少部分地包封該聲屏障，并且適于與人耳(直接或間接)接觸。優(yōu)選地，聽(tīng)力保護(hù)裝置為聲學(xué)耳罩裝置，和/或聽(tīng)力保護(hù)裝置的聲屏障的大致周期性結(jié)構(gòu)陣列為呈多層結(jié)構(gòu)形式的一維陣列，所述多層結(jié)構(gòu)包括第一和第二介質(zhì)的交替層?？捎玫穆晫W(xué)耳罩裝置包括如下這些聲學(xué)耳罩裝置，包括(a)具有相對(duì)的第一末端和第二末端的連接帶；和(b)與所述連接帶的相對(duì)的第一末端和第二末端連接的一對(duì)耳罩杯體組件，每個(gè)耳罩杯體組件包括上述聲屏障中的至少一個(gè)(并因而用作聲屏障的殼體)。連接帶可以是，例如，由撓性和/或彈性材料制成的通常U形的帶(例如，通過(guò)撓性材料(如橡膠或塑料)的條以基本平行排布保持的兩根彈性線材)。耳罩杯體組件可包括，例如耳杯(例如，剛性耳杯)、聲屏障，和任選的耳罩襯墊(例如，聚合物泡沫)和/或耳罩杯體內(nèi)襯(例如，開(kāi)孔聚合物泡沫)。耳罩杯體組件可以以基本上任何需要的方式附接到連接
市ο或者，可以省略連接帶，并且聲學(xué)耳罩裝置的耳罩杯體組件可以提供有例如用于維持該裝置與人耳接觸的皮膚粘合劑。這種聲學(xué)耳罩裝置可以是可重復(fù)使用的(例如，通過(guò)使用替代粘合劑)或者甚至是一次性的。其他聽(tīng)力保護(hù)裝置(例如，聲學(xué)耳塞裝置，包括殼體如適于插入人耳的聚合物泡沫)以及其他類型或設(shè)計(jì)的聲學(xué)耳罩裝置也可以用于實(shí)施本發(fā)明的方法。通過(guò)基本上任何已知的或者此后開(kāi)發(fā)的不會(huì)無(wú)法接受地破壞或改變聲屏障的大致周期性或者其聲學(xué)特性的方法(例如，使用粘合劑、機(jī)械緊固件、形狀配合等等)，可以將聲屏障直接或間接(例如， 通過(guò)其他裝置元件)附接到聽(tīng)力保護(hù)裝置的殼體或懸掛在該殼體內(nèi)?？梢酝ㄟ^(guò)將聽(tīng)力保護(hù)裝置置于或放在聲源(優(yōu)選可聽(tīng)聲頻源)和人耳形式的聲接收器(可聽(tīng)聲頻接收器；優(yōu)選以使得接收器被該裝置完全覆蓋的方式)之間，來(lái)將聽(tīng)力保護(hù)裝置用于本發(fā)明的聽(tīng)力保護(hù)方法或者隔音方法?？捎玫穆曉窗üI(yè)噪音、建筑噪音、娛樂(lè)噪音、音樂(lè)等(優(yōu)選地，具有可聽(tīng)組分的噪音或其他聲音；更優(yōu)選地，具有范圍在約500Hz至約1500Hz的頻率組分的噪音或其他聲音)。聽(tīng)力保護(hù)裝置可以布置在所述源和接收器之間，使得該裝置的聲屏障的主表面攔截從所述源傳到接收器的聲波并由此使其衰減。本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉各種可以將這類裝置如此布置的方式。聲波的垂直入射 (相對(duì)于該裝置的聲屏障的主表面)通常是優(yōu)選的，但是場(chǎng)入射條件(無(wú)規(guī)則的取向)也可提供相當(dāng)有效的聲學(xué)衰減(例如，當(dāng)利用一維多層聲屏障時(shí)，相對(duì)于垂直入射條件，傳輸增加不超過(guò)約5dB)。如果需要，聽(tīng)力保護(hù)裝置的聲屏障可以用作吸聲器(例如，通過(guò)相對(duì)于基材(例如，耳罩杯體組件的剛性耳杯)布置聲屏障，使得其可以起到赫爾姆霍茨共振器型吸聲器的作用)。本發(fā)明的聽(tīng)力保護(hù)方法和裝置可以用來(lái)在可聽(tīng)范圍的相對(duì)較大的部分上實(shí)現(xiàn)傳輸損耗(優(yōu)選的實(shí)施例在約800Hz到約4000Hz的范圍提供大于或等于約20dB的傳輸損耗； 更優(yōu)選的實(shí)施例在約500Hz到約4000Hz的范圍提供大于或等于約20dB的傳輸損耗；甚至更優(yōu)選的實(shí)施例在約250Hz到約4000Hz的范圍提供大于或等于約20dB的傳輸損耗；最優(yōu)選的實(shí)施例在約500Hz到約4000Hz的范圍的至少一部分上提供大致完全傳輸損耗)?？稍诰S持聲子晶體結(jié)構(gòu)大小在厘米量級(jí)或更小(優(yōu)選地，小于或等于約20cm ；更優(yōu)選地，毫米量級(jí)或更小；最優(yōu)選地，約1至約3mm量級(jí))的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)這樣的傳輸損耗。除了一個(gè)或多個(gè)上述的聲屏障，聽(tīng)力保護(hù)裝置可以任選進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)常規(guī)或此后開(kāi)發(fā)的隔音器(例如，常規(guī)的吸聲器、屏障等)。如果需要，這樣的常規(guī)隔音器進(jìn)行層疊，例如來(lái)拓寬裝置的頻率有效性范圍。實(shí)例下面的實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，但這些實(shí)例中列舉的具體材料及其量以及其他條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為是對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限制。除非另有說(shuō)明，否則實(shí)施例中的所有份數(shù)、百分比、比率等均是按重量計(jì)。除非另有說(shuō)明，溶劑和其他試劑均從 Sigma-Aldrich Chemical Company，St. Louis，MO ―。材料硅橡膠項(xiàng)目號(hào)86915K24，可得自 McMaster-Carr Inc.，Elmhurst, IL,硬度測(cè)驗(yàn)器硬度40A，厚度0. 8mm,具有粘合劑背襯，在22. 7 °C室溫下的穩(wěn)態(tài)剪切平臺(tái)模量為 4. 3 X IO5Pa(基本上如下所述測(cè)定)鋁鋁箔，厚度0.03mm,以商標(biāo)名Reynolds Wrap 市售， 可得自 Alcoa Corp. , Pittsburgh, PA測(cè)試方法流變學(xué)測(cè)量通過(guò)在商用ARES動(dòng)態(tài)流變儀(可得自特拉華州紐卡斯?fàn)柕腡Ahstruments公司)中以伸展模式對(duì)材料的測(cè)試樣本進(jìn)行線性、等溫頻率掃描動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)測(cè)試來(lái)確定流變特性(例如，穩(wěn)態(tài)剪切平臺(tái)模量)。然后使用時(shí)間-溫度疊加原理偏移所得數(shù)據(jù)以在選定的參考溫度(取22.7°C為室溫)下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)主總曲線。檢查用于動(dòng)態(tài)總曲線的偏移的水平偏移因子，并發(fā)現(xiàn)其遵守Williams-LandeI-Ferry(WLF)的形式。最終，通過(guò) Ninomiya-Ferry(NF)程序?qū)⑺脛?dòng)態(tài)總曲線轉(zhuǎn)變?yōu)槭覝?。C )下的穩(wěn)定線性伸展模量總曲線。從穩(wěn)定線性伸展模量總曲線中確定橡膠態(tài)拉伸模量平臺(tái)的值，并且材料的穩(wěn)態(tài)剪切平臺(tái)模量視為橡膠態(tài)拉伸模量平臺(tái)的值的三分之一。(參見(jiàn)例如，John D. Ferry在《聚合物的粘彈性特性》(第2版，約翰威立國(guó)際出版公司，&紐約，1980年)中有關(guān)流變數(shù)據(jù)分析技術(shù)的討論)。聲咅衰減測(cè)量測(cè)試了各種類型的耳罩的聲音衰減能力。耳罩包括以下(a) 一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的3M 通用耳罩(型號(hào)1435，可得自3M公司，M.Paul，麗；下文中稱“ 1435耳罩”)，該耳罩包括具有兩個(gè)附接的耳罩杯體組件的可調(diào)式連接帶，每個(gè)組件包括由Imm厚的丙烯腈/ 丁二烯/苯乙烯(ABQ聚合物制成的剛性耳杯，并且每個(gè)耳杯含有未加工(green)聚氨酯閉孔泡沫單層(厚15mm)作為聲學(xué)衰減器插入物；(b) 一對(duì)改進(jìn)的1435耳罩，該耳罩具有在每個(gè)剛性耳杯的外表面(不鄰近佩戴者的耳朵的表面)中和在泡沫層中切出的約40mmX 70mm的孔，并且具有放置在每個(gè)耳杯內(nèi)部的兩層聲屏障(由兩層上述硅橡膠組成；總厚度為1. 6mm，其他尺寸為約45mmX75mm，使得其比該孔略大并且不會(huì)突出來(lái))，以緊密地貼合在該孔上；和(c) —對(duì)改進(jìn)的1435耳罩，該耳罩具有在每個(gè)剛性耳杯的外表面(不鄰近佩戴者的耳朵的表面)中和在泡沫層中切出的約40mmX 70mm的孔，并且具有放置在每個(gè)耳杯內(nèi)部的三層聲屏障(由兩層上述硅橡膠和將這兩層隔開(kāi)的上述鋁的居間層或介入層組成；總厚度為1. 63mm，其他尺寸為約45mmX 75mm，使得其比該孔略大并且不會(huì)突出來(lái))，以緊密地貼合在該孔上。通過(guò)使用頭部和軀干模擬器4128C型(Brilel & Kjaer，Sound & Vibration Measurement A/S，丹麥)進(jìn)行測(cè)量，該模擬器帶有PULSE 3109型前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Brilel & Kjasr)。將耳罩放置在頭部和軀干模擬器(HaTQ上，該模擬器由安裝在軀干上的頭部組成(二者皆具有成年人的國(guó)際平均尺寸)。使用PULSE前端系統(tǒng)獲取聲音衰減數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)由具有局域網(wǎng)(LAN)界面、PULSE Labshop 軟件(Briiel & Kjaer)和 Windows XP 操作系統(tǒng)(Microsoft Corporation, Seattle, WA)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)組成。在空氣中聲學(xué)測(cè)量中，HaTS/PULSE系統(tǒng)已被證實(shí)能提供對(duì)人頭部和軀干周圍的聲場(chǎng)的正確模擬，這由其符合標(biāo)準(zhǔn)及其說(shuō)明書(shū)(Brilel和Kjaer產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，頭部和軀干模擬器-4128C型；Brilel和 Kjaer PULSE硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)表)表明。在進(jìn)行聲音衰減測(cè)量時(shí)，將來(lái)自四(4)個(gè)揚(yáng)聲器的粉紅噪音(其頻率譜使得其功率譜密度與頻率的倒數(shù)成比例的聲音)引向面積為3. 04米乘以3. 96米(10英尺乘以13英尺)的房間中的HaTS，HaTS位于房間的中央。在HaTS上在沒(méi)有耳罩時(shí)進(jìn)行基線測(cè)量。使用PULSE Labshop 軟件確認(rèn)噪音水平為約SOdBA ( S卩，A加權(quán)分貝標(biāo)度的單位)的粉紅噪音并記錄。然后將一對(duì)耳罩放在HaTS上(同時(shí)記錄耳罩在HaTS的頭部的確切定位和耳罩的耳罩杯體組件在耳罩的可調(diào)式連接帶上的確切定位)。然后，將相同量的已用于基線測(cè)量的噪音(即，SOdBA的粉紅噪音)引向具有耳罩的HaTS。測(cè)量噪音水平(達(dá)足夠的持續(xù)時(shí)間，使得時(shí)間信號(hào)的快速傅立葉變換(FFT)能夠處于穩(wěn)態(tài))并記錄。然后將耳罩從HaTS移除并且重新放回(與前面的定位相同)進(jìn)行總共五( 次試驗(yàn)。對(duì)于每一對(duì)耳罩，重復(fù)上述程序。當(dāng)測(cè)試每一對(duì)改進(jìn)的耳罩時(shí)，將多層插入物在試驗(yàn)之間從耳罩杯體組件中取出并且在將耳罩重新放回并再次定位在HaTS上之前再次插入。
實(shí)例1及比較例C-I和C-2基本上按照上述程序測(cè)試上述三對(duì)耳罩的聲音衰減性質(zhì)，結(jié)果示于圖1-3中。表 1.
權(quán)利要求
1.一種方法，包括(a)提供至少一種聽(tīng)力保護(hù)裝置，所述聽(tīng)力保護(hù)裝置包括至少一個(gè)聲屏障，所述聲屏障包括至少一個(gè)設(shè)置在具有第一密度的第一介質(zhì)中的大致周期性結(jié)構(gòu)陣列，所述結(jié)構(gòu)由具有不同于所述第一密度的第二密度的第二介質(zhì)制得，其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的一個(gè)是具有縱向聲波傳播速度和橫向聲波傳播速度的粘彈性介質(zhì)，所述縱向聲波傳播速度是所述橫向聲波傳播速度的至少30倍，并且其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的另一個(gè)是粘彈性或彈性介質(zhì)；和(b)將所述聽(tīng)力保護(hù)裝置設(shè)置在聲源和人耳形式的聲接收器之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘彈性介質(zhì)選自粘彈性固體、粘彈性液體以及它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述粘彈性固體和所述粘彈性液體選自橡膠狀聚合物組合物以及它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述橡膠狀聚合物組合物選自彈性體、彈粘性液體以及它們的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的所述另一個(gè)是彈性介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述彈性介質(zhì)為選自金屬、金屬合金、玻璃態(tài)聚合物以及它們的組合的彈性固體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述大致周期性結(jié)構(gòu)陣列是呈多層結(jié)構(gòu)形式的一維陣列，所述多層結(jié)構(gòu)包括所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的交替層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述多層結(jié)構(gòu)包括粘彈性介質(zhì)和彈性介質(zhì)的交替層，所述粘彈性介質(zhì)選自彈性體以及它們的組合，并且所述彈性介質(zhì)選自金屬、金屬合金、 玻璃態(tài)聚合物以及它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述粘彈性介質(zhì)選自硅橡膠、(甲基)丙烯酸酯聚合物、嵌段共聚物、纖維質(zhì)聚合物、有機(jī)聚合物和聚二有機(jī)硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物的共混物、氯丁橡膠以及它們的組合；并且所述彈性介質(zhì)選自銅、鋁、銅合金、鋁合金以及它們的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述多層結(jié)構(gòu)包括層厚為0.75mm至1. 25mm的粘彈性材料和層厚為0. 025至Imm的彈性材料的3至10層的交替層，所述多層結(jié)構(gòu)具有Imm 至IOmm范圍的尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述多層結(jié)構(gòu)包括所述粘彈性材料和所述彈性材料的3至5層的交替層；所述粘彈性材料選自硅橡膠、丙烯酸酯聚合物以及它們的組合； 所述彈性材料選自鋁、環(huán)氧樹(shù)脂、鋁合金以及它們的組合；并且所述多層結(jié)構(gòu)具有2mm至 4mm范圍的尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聲屏障在800Hz至4000Hz的范圍提供大于或等于20dB的傳輸損耗，并且在大小方面全部尺寸小于或等于20cm。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述聲屏障在800Hz到4000Hz的范圍提供大于或等于20dB的傳輸損耗，并且在大小方面全部尺寸小于或等于20cm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聲屏障用作吸聲器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聽(tīng)力保護(hù)裝置還包括至少一個(gè)殼體，所述殼體至少部分地包封所述聲屏障，并且適于與人耳接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聽(tīng)力保護(hù)裝置為聲學(xué)耳罩裝置。
17.一種方法，包括(a)提供至少一種聲學(xué)耳罩裝置，所述聲學(xué)耳罩裝置包括至少一個(gè)聲屏障，所述聲屏障包括至少一個(gè)呈多層結(jié)構(gòu)形式的一維的大致周期性結(jié)構(gòu)陣列，所述多層結(jié)構(gòu)包括具有第一密度的第一介質(zhì)和具有不同于所述第一密度的第二密度的第二介質(zhì)的交替層，其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的一個(gè)是具有縱向聲波傳播速度和橫向聲波傳播速度的粘彈性介質(zhì)，所述縱向聲波傳播速度是所述橫向聲波傳播速度的至少30倍，并且其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的另一個(gè)是粘彈性或彈性介質(zhì)；和(b)將所述聽(tīng)力聲學(xué)耳罩裝置設(shè)置在聲源和人耳形式的聲接收器之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一介質(zhì)為硅橡膠，所述第二介質(zhì)為鋁。
19.一種聽(tīng)力保護(hù)裝置，包括(a)至少一個(gè)聲屏障，所述聲屏障包括至少一個(gè)設(shè)置在具有第一密度的第一介質(zhì)中的大致周期性結(jié)構(gòu)陣列，所述結(jié)構(gòu)由具有不同于所述第一密度的第二密度的第二介質(zhì)制得，其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的一個(gè)是具有縱向聲波傳播速度和橫向聲波傳播速度的粘彈性介質(zhì)，所述縱向聲波傳播速度是所述橫向聲波傳播速度的至少約30倍，并且其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的另一個(gè)是粘彈性或彈性介質(zhì)；和 (b)至少一個(gè)殼體，所述殼體至少部分地包封所述聲屏障，并且適于與人耳接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的聽(tīng)力保護(hù)裝置，其中所述聽(tīng)力保護(hù)裝置為聲學(xué)耳罩裝置， 和/或所述大致周期性結(jié)構(gòu)陣列為呈多層結(jié)構(gòu)形式的一維陣列，所述多層結(jié)構(gòu)包括所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的交替層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種聽(tīng)力保護(hù)方法，包括(a)提供至少一種聲學(xué)耳罩裝置，所述聲學(xué)耳罩裝置包括至少一個(gè)聲屏障，所述聲屏障包括至少一個(gè)設(shè)置在具有第一密度的第一介質(zhì)中的大致周期性結(jié)構(gòu)陣列，所述結(jié)構(gòu)由具有不同于第一密度的第二密度的第二介質(zhì)制得，其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的一個(gè)是具有縱向聲波傳播速度和橫向聲波傳播速度的粘彈性介質(zhì)，所述縱向聲波傳播速度是所述橫向聲波傳播速度的至少約30倍，并且其中所述第一介質(zhì)和第二介質(zhì)中的另一個(gè)是粘彈性或彈性介質(zhì)；和(b)將所述聽(tīng)力保護(hù)裝置設(shè)置在聲源和人耳形式的聲接收器之間。
文檔編號(hào)A61F11/14GK102300525SQ200980155697
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者斯馬拉吉特·米特拉, 沙倫·R·加伯, 瑪麗·阿洛希納·伊普·勒敘夫勒爾, 理查德·W·格里格, 阿里·貝克 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司