兼具負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)功能材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及兼具負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)功能材料，其具有至少一個管狀部分、以及密封該管狀部分兩端的前薄膜和后薄膜。所述密封該管狀部分的前薄膜和后薄膜將該管狀部分充分密封，從而建立起由該管狀部分和所述前薄膜及后薄膜限定的密封或受限的封閉流體空間，并杜絕因聲學(xué)振動而導(dǎo)致的流體流失或流體攝入。在所述前薄膜和后薄膜上設(shè)置一對片狀物，使得這對片狀物中的一者大體上處于所述前薄膜的中心，而另一者大體上處于所述后薄膜的中心。
【專利說明】兼具負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)功能材料
[0001]相關(guān)申請
[0002]本專利申請要求享受發(fā)明人于2012年11月I日提交并已轉(zhuǎn)讓給 申請人:的美國臨時專利申請N0.61/796，024的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請的全部內(nèi)容以引用方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種在同一頻率范圍內(nèi)同時實現(xiàn)有效質(zhì)量密度和有效體彈模量(bulkmodulus)均為負(fù)值的聲學(xué)功能材料(acoustic metamaterial)。
【背景技術(shù)】
[0004]聲學(xué)功能材料是一種旨在實現(xiàn)超越傳統(tǒng)材料性質(zhì)(聲學(xué)/彈性性質(zhì))限制的人造結(jié)構(gòu)。例如負(fù)的有效動態(tài)質(zhì)量密度，這已經(jīng)在多種設(shè)計中被實現(xiàn)了。具有負(fù)的聲學(xué)性質(zhì)的材料基于負(fù)的有效質(zhì)量密度和負(fù)的有效體彈模量，可以表現(xiàn)出負(fù)折射率的性質(zhì)。通過液體管道中的腔體共振，負(fù)有效體彈模量也已經(jīng)被實現(xiàn)。其它相關(guān)的效應(yīng)如聲學(xué)聚焦、放大成像、聲學(xué)隱身和全吸收也已經(jīng)在實驗中實現(xiàn)了。最近，只有一種組合了薄膜和側(cè)壁有孔的管道的復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了有效質(zhì)量密度和體彈模量的雙負(fù)性。
[0005]現(xiàn)有的面板都不能同時實現(xiàn)在聲學(xué)中的負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量。一種已有的針對聲學(xué)雙負(fù)性質(zhì)的設(shè)計依賴于將兩種共振結(jié)構(gòu)耦合。然而，其中需要一系列串聯(lián)的單元來實現(xiàn)充分的效果。另外，側(cè)壁上的分流孔導(dǎo)致了顯著的耗散效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種器件，其具有至少一個被前薄膜和后薄膜密封的管狀部分，該器件實現(xiàn)了同時為負(fù)值的有效質(zhì)量密度和體彈模量。所述前薄膜及后薄膜充分密封該管狀部分，從而建立起由該管狀部分和所述前薄膜及后薄膜限定的密封或受限的封閉流體空間，這樣就能夠杜絕因聲學(xué)振動而導(dǎo)致管中的流體流失或攝入外界的流體了。在所述前薄膜和后薄膜上設(shè)置一對片狀物(platelets)，使得這對片狀物中的一者大體上處于所述前薄膜的中心，而另一者大體上處于所述后薄膜的中心。
[0007]本發(fā)明的內(nèi)容包括:
[0008](I)—種同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其包括:
[0009]至少一個管狀部分；
[0010]前薄膜和后薄膜，所述前薄膜和后薄膜密封所述管狀部分，使得足以建立起由所述管狀部分以及所述前薄膜和后薄膜限定的密封或受限的封閉流體空間，以杜絕因聲學(xué)振動而導(dǎo)致的流體流失或流體攝入；以及
[0011]成對的片狀物，所述成對的片狀物中的一者安裝到所述前薄膜上并且大體上位于該前薄膜的中心，另一者安裝到所述后薄膜上并且大體上位于該后薄膜的中心。
[0012](2)根據(jù)上述第(I)項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有圓筒形的形狀，并且所述前薄膜和所述后薄膜基本上彼此相同。
[0013](3)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有截頭圓錐形的形狀。
[0014](4)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有非圓筒形的形狀，并且所述前薄膜和所述后薄膜基本上彼此相同。
[0015](5)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有非圓筒形的形狀，并且所述前薄膜和所述后薄膜具有互不相同的直徑。
[0016](6)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分的軸向長度影響所述同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件的工作共振頻率或本征頻率。
[0017](7)—種同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件,包括:
[0018]預(yù)定高度的剛性材料的第一中空筒體；
[0019]固定于所述第一中空筒體的至少一端并對所述一端形成密封的彈性膜；
[0020]至少一個次級筒體，其通過所述膜懸掛在所述第一中空筒體內(nèi)；
[0021]貼附于所述次級筒體的開口端并對該開口端形成密封的彈性膜；
[0022]至少兩塊構(gòu)造基本上相同的片狀物，一塊片狀物連接到貼附于所述次級筒體的開口端的所述膜的中心，由此
[0023]所述次級筒體的軸向長度影響所述同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件的工作共振頻率或本征頻率。
[0024](8)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括:
[0025]至少兩個次級筒體，其安裝在被固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜上，并且固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜以密封的方式在所述兩個次級筒體之間形成分隔;
[0026]從固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜延伸出的所述次級筒體的開口端貼附有彈性膜，并且所貼附的彈性膜在所述次級筒體的相對端部同軸地設(shè)置在所述次級筒體上，使得固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜在所述兩個次級筒體之間形成密封關(guān)系，并且從固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜延伸出的所述次級筒體的開口端固定的所述彈性膜在所述次級筒體的所述相對端部形成密封關(guān)系；以及
[0027]所述次級筒體各自具有一個片狀物，所述片狀物安裝在所述次級筒體的所述開口端所貼附的所述彈性膜上，但是在固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜上沒有安裝片狀物。
[0028](9)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括:
[0029]第二彈性膜，其固定于所述第一中空筒體的所述至少一端的相對端部，并且對所述一端形成密封，而且具有安裝于所述第二彈性膜的次級筒體構(gòu)件。[0030](10)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括:
[0031]所述至少一個次級筒體由所述膜懸掛于所述第一中空筒體內(nèi)，所述懸掛是通過使所述膜基本上在所述次級筒體的軸向中間部分處與所述次級筒體的外周相連而實現(xiàn)的；
[0032]彈性膜，其貼附于所述次級筒體的各個開口端并對所述開口端形成密封；以及
[0033]片狀物，其分別安裝于所述次級筒體的各個開口端所貼附的所述彈性膜上。
[0034](11)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括:
[0035]第二彈性膜，其固定于所述第一中空筒體的至少一端的相對端，并且對所述一端形成密封，而且具有安裝于所述第二彈性膜的次級筒體構(gòu)件。
[0036](12)根據(jù)上述任一項所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中:
[0037]固定于所述第一中空筒體的至少一端的所述彈性膜與貼附于所述次級筒體中的至少一者的開口端的所述彈性膜的厚度不同、或者組分材料不同。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1A和IB為結(jié)構(gòu)單兀(structural unit)的不意性透視圖(圖1A)和截面圖(圖1B)。
[0039]圖2示出了計算和實測得到的透射以及反射強度。其中，Ca)示出透射強度，(b)示出相應(yīng)的反射強度。
[0040]圖3A-3C以一維圖像示出了圖1A和IB所示功能材料的位移。
[0041]圖4示出了以格林函數(shù)(Green’s function)表示的材料性質(zhì)。
[0042]圖5A和5B示出了實驗得到的透射強度(坐標(biāo)左軸)以及相位(坐標(biāo)右軸)隨頻率的變化關(guān)系。圖5A中涉及的薄膜材料是塑料包裝膜，圖5B中涉及的薄膜材料為鋁箔。
[0043]圖6A和6B示出了具有不同尺寸的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)膜的結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬結(jié)果。
[0044]圖7示出了材料全部為鋁的結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬結(jié)果。
[0045]圖8A和SB示出了工作頻率在超聲波范圍內(nèi)，具有不同尺寸的膜的結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬結(jié)果。
[0046]圖9為一種替代結(jié)構(gòu)的示意圖，兩個較小的空心筒體分別連接在較大薄膜的中央，兩邊各一個。
[0047]圖10為一種替代結(jié)構(gòu)的示意圖，該結(jié)構(gòu)具有外筒體，該外筒體支撐著由膜懸掛的內(nèi)筒體，該膜由外筒體支撐。
[0048]圖11A-11D示出了圖9所示的示例性替代結(jié)構(gòu)的本征模態(tài)(eigenmode)。
[0049]圖12和13示出了圖9所示結(jié)構(gòu)的計算透射系數(shù)和有效參數(shù)。圖12為計算的透射譜，圖13為計算的有效參數(shù)。
[0050]圖14和15示出了圖10所示結(jié)構(gòu)的計算透射系數(shù)和有效參數(shù)。圖14為計算的透射譜，圖15為計算的有效參數(shù)。
[0051]圖16為基于圖9所示構(gòu)造的兩級分層次重復(fù)結(jié)構(gòu)(two-level hierarchicallyscaled repeating architecture)的不意圖。
[0052]圖17為基于圖10所示構(gòu)造的兩級分層次重復(fù)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0053]圖18是對圖17所示的分層次重復(fù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的圖，用于本征模態(tài)表達(dá)(eigenmode representation)。
[0054]圖19A-19G示出了圖17所示結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬的本征模態(tài)。其中，圖19A示出本征模態(tài)1，圖19B示出本征模態(tài)2，圖19C示出本征模態(tài)3，圖19D示出本征模態(tài)4，圖19E示出本征模態(tài)5，圖19F示出本征模態(tài)6，圖19G示出本征模態(tài)7。
【具體實施方式】
[0055]本發(fā)明實施了這樣一種技術(shù)手段:該技術(shù)手段可以把復(fù)雜的系統(tǒng)簡化為由一小組有效本構(gòu)參數(shù)加以表征的擬定的均質(zhì)材料。這極大地簡化了對波在功能材料中傳播的描述，同時也產(chǎn)生了全新的物理概念和對波操控的方法。這一手段被用于攻克一個傳統(tǒng)難題——針對低頻聲音的雙負(fù)性介質(zhì)。
[0056]本發(fā)明提供了一種可以在有限但是可調(diào)的頻段同時呈現(xiàn)負(fù)的有效質(zhì)量密度和負(fù)的有效體彈模量的聲學(xué)功能材料。該聲學(xué)功能材料的結(jié)構(gòu)包括兩個相同的膜，它們將一段中空的筒狀管道的兩個開口端密封。兩個相同的剛性材料片狀物分別貼附于所述膜的中心。而這兩個膜被第二個中空的筒狀剛性材料管相連。所述功能材料的低頻行為由三個本征模態(tài)主導(dǎo)。通過激光測振儀測量這兩個膜上的位移場和相對相位，這三個本征模態(tài)的形狀和相位(通過其相關(guān)對稱性)可以清晰地得到。進(jìn)一步的材料有效參數(shù)可以直接從實驗測量的位移場結(jié)果中提取出來。負(fù)的有效質(zhì)量密度和負(fù)的有效體彈模量可以同時在頻段500-800HZ出現(xiàn)。就功能性而言，盡管能夠通過膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)負(fù)的有效質(zhì)量密度，負(fù)的體彈模量也可以采用赫姆霍茲共振腔(He Imho Itz resonators )得到,但是讓這兩個有效參數(shù)的頻段真正重合在之前的聲學(xué)功能材料中卻是很難實現(xiàn)的。
[0057]本發(fā)明提供一種聲學(xué)功能材料，其在同一個有限的但是可調(diào)的頻段同時擁有負(fù)的有效質(zhì)量密度和負(fù)的有效體彈模量。該設(shè)計的特征在于一對彈性膜和增設(shè)的剛性碟狀或片狀物，它們彼此靠近地設(shè)置并且被一個剛性環(huán)連接。該結(jié)構(gòu)的側(cè)表面則以氣密方式密封。本發(fā)明所得的結(jié)構(gòu)是一種體現(xiàn)了雙負(fù)性質(zhì)(double negativity)的共振結(jié)構(gòu)。
[0058]本發(fā)明披露的技術(shù)提供了一種可以在低頻空氣載聲中實現(xiàn)非同尋常的雙負(fù)性質(zhì)的聲學(xué)設(shè)備。
[0059]功能材料的結(jié)構(gòu)
[0060]圖1A和IB展示了結(jié)構(gòu)單元101的示意性透視圖(圖1A)和截面圖(圖1B)。該圖展示了包括兩個相同的圓形膜的功能材料的結(jié)構(gòu)。如圖所示，外筒體103支撐著兩個膜111和112。膜111和112支撐著內(nèi)筒體115。內(nèi)筒體115固定于膜111和112，于是膜111和112形成了外圈環(huán)形區(qū)域121、122和內(nèi)部圓形區(qū)域125、126，它們由內(nèi)筒體隔開。在內(nèi)部圓形區(qū)域125、126固定有一對碟狀或片狀物131、132。
[0061]作為非限制性的實例，本發(fā)明功能材料的一個典型的結(jié)構(gòu)如下所述:膜的總半徑為R=14mm (外圈環(huán)形區(qū)域的外半徑和膜的總半徑一樣)，厚度為0.2mm,另外有半徑為
4.5mm、質(zhì)量為159mg的圓形剛性片狀物131、132貼附于所述膜的中心。膜111、112分別由1.3X IO6Pa的徑向張力固定于剛性外筒體的筒壁上。膜111、112由一個厚度1.5_、內(nèi)半徑10mm、高度6mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)內(nèi)筒體115連接。環(huán)(即內(nèi)筒體)115的質(zhì)量是395mg。而膜的材料參數(shù)卻無需拘泥，可以是任何固體材料，只要其厚度和彈性可以實現(xiàn)在配有合適尺寸的筒體和片狀物時所得的結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生需要的本征模態(tài)即可。透射和反射的強度與相位由改進(jìn)的阻抗管裝置測量，該裝置包括兩個型號為“Brilel and KjaerType-4206”的聲學(xué)阻抗管，樣品則夾在它們中間。前端的管裝有兩個傳感器和一個喇叭用以提供平面入射波。后端的管裝有一個傳感器用來測量透射波。
[0062]盡管這里描述了筒形的管和彼此相同的片狀物，但是在本發(fā)明中當(dāng)然也可以使用不同的管型，如截頭錐形管(frustoconical tube)或者更復(fù)雜形狀的管。同時，所述片狀物也可以是彼此不對稱的(即彼此不同)，但是在固定于膜上的時候共同具有至少一個本征模態(tài)或本征頻率，或者完全沒有共同的本征模態(tài)或本征頻率。當(dāng)然也可以選擇管型和/或片狀物的尺寸，使得所述片狀物的本征模態(tài)或本征頻率接近但仍有一定分別，使之足以達(dá)到由于共振差異而彼此相互作用的結(jié)果。
[0063]圖2呈現(xiàn)了理論計算和實驗測量得到的按照圖1A和IB所示構(gòu)造的結(jié)構(gòu)單元101的透射和反射強度。左圖(a)顯示了透射強度，右圖(b)顯示了相應(yīng)的反射強度。理論計算結(jié)果由實線表示，相應(yīng)的實驗結(jié)果以小圓圈表示。在理論和實驗結(jié)果中都可看到透射峰值出現(xiàn)在290.1Hz,522.6Hz、834.1Hz，而在反射強度圖中則與之相應(yīng)地顯示出相反的峰(極小值)。
[0064]在這里，聲學(xué)的圓頻率(angular frequency) w滿足以下條件:2 n v0/? = X>2R，這里V(l=343m/Sec，是空氣中聲音的速度。因此，在這種約束條件下，頻率上限?〈7.79X IO4Hz0由此，一個直接的結(jié)論是，在只關(guān)心輻射模式(也就是反射和透射)的情況下，整個系統(tǒng)是可以被當(dāng)做一維來看待的。這可以從下邊的解釋來理解。膜上的法向位移u可以被分解為兩部分的疊加:u=〈u>+ 6 u，這里〈U〉表示膜的活塞式運動(〈> 代表表面平均)，而S u表示膜運 動的細(xì)節(jié)。在緊貼著膜表面的那層空氣里，對于聲波來說，色散關(guān)系
^+g=(2;r/邡總是成立的，這里Icll⑴表示平行(垂直)于膜表面的波矢量分量。細(xì)節(jié)運
動的二維波矢量kn可以表示為一系列分量k/的疊加,它們都是滿足2 /2R>2 / X，因
此相應(yīng)的€<0。也就是說，位移分量S u只會產(chǎn)生衰減的、無法輻射到遠(yuǎn)場的聲波。而另
一方面，位移分量〈U〉對應(yīng)于Icll=O的波矢分量，因此可以產(chǎn)生輻射到遠(yuǎn)場的波動模式。
[0065]圖3A-3C以一維圖像展示了形成圖1A和IB中的結(jié)構(gòu)單元101的功能材料的位移場。數(shù)值計算(實線)和實驗測量(圓點或塊)的三個相關(guān)本征模態(tài)和本征頻率的位移情況在圖中進(jìn)行了比較。
[0066]把系統(tǒng)一維化大大簡化了對系統(tǒng)運動(兩種類型的共振)對稱性的刻畫。兩種截然不同的對稱性清晰可見:一種運動對應(yīng)于兩個膜的同相位(in-phase)運動，而另一種則對應(yīng)于兩個膜的反相位(out-of-phase)運動。實驗測量操作的一個重要組成部分是通過激光測振儀(Graphtec AT500-05)來測量整個膜在透射面的法向位移場和相應(yīng)的這兩個膜的相位差。為簡便起見，該相位差可通過所述兩個片狀物的相對運動來檢測。圖3示出了在三個透射峰即共振頻(u =290.1 Hz, % =522.6 Hz,叫=834.1 Hz)下，這個耦合膜
系統(tǒng)的位移場。其中連續(xù)曲線來自COMSOL Multiphysics的有限元數(shù)值模擬，而圓圈來自激光測振儀的實驗測量?？梢钥吹絻烧呶呛系煤芎?。在第一個本征模態(tài)中，兩個膜帶著環(huán)一起以平移運動的方式步調(diào)一致地振動。在第二個本征模態(tài)中，中間的環(huán)基本不動，只有膜在振動。因為PMMA環(huán)很硬，所以在這樣低的頻率下，柔軟的膜是很難將所述環(huán)壓縮的。因此這個環(huán)起到了類似于錨固件的作用，提供了一個額外的邊界，所述這兩個膜在其內(nèi)部區(qū)域分別同向或者反向地運動著。在第三個本征模態(tài)中，環(huán)和片狀物反向振動。從相位數(shù)值可以看出來，這兩個片狀物的相位關(guān)系的實驗結(jié)果和理論模擬的結(jié)果吻合得相當(dāng)好。
[0067]第一個和第三個本征模態(tài)顯然是偶極(dipolar)性質(zhì)的，因此是質(zhì)量密度型(MDT)的。而第二個本征模態(tài)則是單極(monopolar)對稱的，因此是體彈模量型(BMT)的。對于偶極共振態(tài)，本征頻率對于所述的環(huán)和片狀物的總質(zhì)量非常敏感，因此該質(zhì)量是調(diào)節(jié)該頻率的重要參數(shù)。而對于單極共振態(tài)，膜的間距和橫向尺寸則更為重要。第四個本征模態(tài)在高頻，約為2976.3Hz。在所關(guān)注的頻段它的作用太小了，因此在下邊的討論中都忽略不計。
[0068]可以將兩個耦合膜的平均位移寫為
【權(quán)利要求】
1.一種同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其包括: 至少一個管狀部分； 前薄膜和后薄膜，所述前薄膜和后薄膜密封所述管狀部分，使得足以建立起由所述管狀部分以及所述前薄膜和后薄膜限定的密封或受限的封閉流體空間，以杜絕因聲學(xué)振動而導(dǎo)致的流體流失或流體攝入；以及 成對的片狀物，所述成對的片狀物中的一者安裝到所述前薄膜上并且大體上位于該前薄膜的中心，另一者安裝到所述后薄膜上并且大體上位于該后薄膜的中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有圓筒形的形狀，并且所述前薄膜和所述后薄膜基本上彼此相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有截頭圓錐形的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有非圓筒形的形狀，并且所述前薄膜和所述后薄膜基本上彼此相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分具有非圓筒形的形狀，并且所述前薄膜和所述后薄膜具有互不相同的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中所述管狀部分的軸向長度影響所述同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件的工作共振頻率或本征頻率。
7.—種同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件,包括: 預(yù)定高度的剛性材料的第一中空筒體； 固定于所述第一中空筒體的至少一端并對所述一端形成密封的彈性膜； 至少一個次級筒體，其通過所述膜懸掛在所述第一中空筒體內(nèi)； 貼附于所述次級筒體的開口端并對該開口端形成密封的彈性膜； 至少兩塊構(gòu)造基本上相同的片狀物，一塊片狀物連接到貼附于所述次級筒體的開口端的所述膜的中心，由此 所述次級筒體的軸向長度影響所述同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件的工作共振頻率或本征頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括: 至少兩個次級筒體，其安裝在被固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜上，并且固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜以密封的方式在所述兩個次級筒體之間形成分隔；從固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜延伸出的所述次級筒體的開口端貼附有彈性膜，并且所貼附的彈性膜在所述次級筒體的相對端部同軸地設(shè)置在所述次級筒體上，使得固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜在所述兩個次級筒體之間形成密封關(guān)系，并且從固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜延伸出的所述次級筒體的開口端固定的所述彈性膜在所述次級筒體的所述相 對端部形成密封關(guān)系；以及 所述次級筒體各自具有一個片狀物，所述片狀物安裝在所述次級筒體的所述開口端所貼附的所述彈性膜上，但是在固定于所述第一中空筒體的所述彈性膜上沒有安裝片狀物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括: 第二彈性膜，其固定于所述第一中空筒體的所述至少一端的相對端部，并且對所述一端形成密封，而且具有安裝于所述第二彈性膜的次級筒體構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括: 所述至少一個次級筒體由所述膜懸掛于所述第一中空筒體內(nèi)，所述懸掛是通過使所述膜基本上在所述次級筒體的軸向中間部分處與所述次級筒體的外周相連而實現(xiàn)的； 彈性膜，其貼附于所述次級筒體的各個開口端并對所述開口端形成密封；以及 片狀物，其分別安裝于所述次級筒體的各個開口端所貼附的所述彈性膜上。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，還包括: 第二彈性膜，其固定于所述第一中空筒體的至少一端的相對端，并且對所述一端形成密封，而且具有安裝于所述第二彈性膜的次級筒體構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的同時具有負(fù)有效質(zhì)量密度和負(fù)有效體彈模量的聲學(xué)器件，其中: 固定于所述第一中空筒體的至少一端的所述彈性膜與貼附于所述次級筒體中的至少一者的開口端的所述彈性膜的厚度不同、或者組分材料不同。
【文檔編號】G10K11/36GK103810991SQ201310534442
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月1日
【發(fā)明者】馬冠聰, 楊旻, 沈平, 楊志宇, 李勇 申請人:香港科技大學(xué)