本技術涉及聲學,具體而言涉及一種聲學超材料器件。
背景技術:
1、聲學超材料具有負等效質量密度、負等效體積模量、負折射效應等特性,能突破傳統(tǒng)聲學材料質量定律的限制,對聲波進行靈活、精準地操控,能夠使用小型化、輕質化的結構解決低頻隔聲問題。然而,聲學超材料的性能與結構密切相關,一旦加工成型,其結構固定,聲學超材料的功能將不能改變,嚴重限制了其應用范圍。因此,設計可調聲學超材料,實現聲學超材料工作頻譜可調性,會極大擴展其應用領域。
2、目前,通常采用改變器件的材質或結構實現其固有頻率的可調性。如將材質更換為壓電材料,通過在聲學超材料器件外加載荷或電場改變器件形狀,引起固有頻率的變化。由于附加外接電路,增大了結構設計的復雜度。此外,壓電材料產生形變量有限,限制了器件隔聲頻帶的可調節(jié)范圍。通過改變器件本身結構,可實現對器件固有頻率的調節(jié)。如將薄膜型聲學超材料器件的薄膜密封在箱體上,通過改變箱體內部的壓強,調節(jié)薄膜的預應力,實現器件的可調節(jié)型。但是,這種結構設計較復雜,應用范圍有限。
技術實現思路
1、在
技術實現要素:
部分中引入了一系列簡化形式的概念,這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本實用新型的實用新型內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征,更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。
2、本實用新型提供了一種聲學超材料器件,其特征在于,包括:
3、超材料單元,包括:
4、第一薄膜,所述第一薄膜具有第一固有頻率;
5、質量塊,固定設置于所述第一薄膜上,與所述第一薄膜相接觸;
6、第一剛性框架,用于支撐所述第一薄膜;
7、至少一個薄膜單元,包括:
8、第二薄膜,所述第二薄膜具有第二固有頻率;
9、第二剛性框架,用于支撐所述第二薄膜;
10、基于調節(jié)所述超材料單元和/或所述至少一個薄膜單元調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率。
11、示例性地,所述第一薄膜與所述第二薄膜平行布置或設置為所述第一薄膜的延伸平面與所述第二薄膜的延伸平面的夾角范圍小于10°
12、示例性地,所述第二薄膜在所述第一薄膜上的正投影的面積與所述第一薄膜的面積的比值大于70%。
13、示例性地,基于調節(jié)所述超材料單元和/或所述至少一個薄膜單元調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率包括:
14、基于調節(jié)所述第一薄膜的第一固有頻率和/或所述至少一個薄膜單元的第二固有頻率調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率。
15、示例性地,調節(jié)所述第一薄膜的第一固有頻率包括:調節(jié)所述第一薄膜的第一厚度和/或第一預應力,以調節(jié)所述第一薄膜的第一固有頻率;
16、調節(jié)所述第二薄膜的第二固有頻率包括:調節(jié)所述第二薄膜的第二厚度和/或第二預應力,以調節(jié)所述第二薄膜的第二固有頻率。
17、示例性地,所述第一薄膜與所述第二薄膜之間具有第一間距,所述基于調節(jié)所述超材料單元和/或所述至少一個薄膜單元調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率包括:
18、基于調節(jié)所述第一間距的大小調節(jié)所述超材料單元與所述至少一個薄膜單元的相互作用,以調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率。
19、示例性地,基于調節(jié)所述超材料單元和/或所述至少一個薄膜單元調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率包括:
20、基于調節(jié)所述薄膜單元的數量調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率。
21、示例性地,所述聲學超材料器件的隔聲頻率范圍為600hz~1000hz。
22、示例性地,所述第一薄膜為圓形或多邊形,所述質量塊為扇形,所述扇形的圓心角的范圍為15°~180°,所述扇形的頂點與所述第一薄膜的中心點重合。
23、示例性地,所述第一剛性框架和所述第二剛性框架為磁性材料,所述第一剛性框架和所述第二剛性框架包括圓形或多邊形,所述第一剛性框架和所述第二剛性框架均具有中空區(qū)域,所述第一薄膜與所述第一剛性框架的形狀匹配,所述第二薄膜與所述第二剛性框架的形狀匹配。
24、根據本實用新型提供的聲學超材料器件,包括超材料單元以及至少一個薄膜單元,其中超材料單元包括框架、薄膜以及與薄膜相接觸的質量塊,薄膜單元包括框架和薄膜,通過調節(jié)超材料單元和/或至少一個薄膜單元來調節(jié)聲學超材料器件的隔聲頻率,解決了目前聲學超材料器件最大隔聲頻率固定、結構共振頻率無法調節(jié)的問題。
1.一種聲學超材料器件,其特征在于,包括:
2.如權利要求1所述的聲學超材料器件,其特征在于,所述第一薄膜與所述第二薄膜平行布置或設置為所述第一薄膜的延伸平面與所述第二薄膜的延伸平面的夾角范圍小于10°。
3.如權利要求2所述的聲學超材料器件,其特征在于,所述第二薄膜在所述第一薄膜上的正投影的面積與所述第一薄膜的面積的比值大于70%。
4.如權利要求1所述的聲學超材料器件,其特征在于,基于調節(jié)所述超材料單元和/或所述至少一個薄膜單元調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率包括:
5.如權利要求4所述的聲學超材料器件,其特征在于,
6.如權利要求1所述的聲學超材料器件,其特征在于,所述第一薄膜與所述第二薄膜之間具有第一間距,所述基于調節(jié)所述超材料單元和/或所述至少一個薄膜單元調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率包括:
7.如權利要求1所述的聲學超材料器件,其特征在于,基于調節(jié)所述超材料單元和/或所述至少一個薄膜單元調節(jié)所述聲學超材料器件的隔聲頻率包括:
8.如權利要求1所述的聲學超材料器件,其特征在于,所述聲學超材料器件的隔聲頻率范圍為600hz~1000hz。
9.如權利要求1所述的聲學超材料器件,其特征在于,所述第一薄膜為圓形或多邊形,所述質量塊為扇形,所述扇形的圓心角的范圍為15°~180°,所述扇形的頂點與所述第一薄膜的中心點重合。
10.如權利要求1所述的聲學超材料器件,其特征在于,所述第一剛性框架和所述第二剛性框架為磁性材料,所述第一剛性框架和所述第二剛性框架包括圓形或多邊形,所述第一剛性框架和所述第二剛性框架均具有中空區(qū)域,所述第一薄膜與所述第一剛性框架的形狀匹配,所述第二薄膜與所述第二剛性框架的形狀匹配。