一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗的制作方法

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1.本实用新型涉及隔声窗技术领域，尤其涉及一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗。

背景技术：

2.近年来低频噪声污染对人们的身体健康引起了广泛的关注，低频噪声由于声波长大、穿透性强、传播距离远且不宜衰减等特点，能够通过固体介质传递振动产生二次空气噪声辐射。传统均匀质量板均遵循质量作用定律，当我们需要增加低频隔声量时，往往需要增加材料的厚度来提高面密度，这在很多工程应用场合受到限制。随着新噪声法的实施，对声环境质量要求更高。常规的外窗产品低频隔声量差的缺陷日渐显现。
3.现有外窗产品：单层外窗、双层中空(10+12+10)、三层(10+12+10)通过增加层数和空气腔让声波在不同阻抗条件下多次反射降低透射声能，整体计权隔声量会提高，但提高的是中高频的隔声量，低频隔声效果仍无法改善。

技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题在于提出一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗，将薄膜型声学超材料与均匀质量板相结合，得到一种宽频隔声窗。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗，包括第一外框架、玻璃以及超材料模块，所述超材料模块以及所述玻璃位于所述第一外框架内，且所述超材料模块夹在所述玻璃之间。
7.本实用新型技术方案在于，所述超材料模块由若干个超材料单胞组成。
8.本实用新型技术方案在于，所述超材料单胞由两个第二外框架、薄膜以及附加质量块组成，所述附加质量块位于所述薄膜外，所述薄膜与所述附加质量块位于两个所述第二外框架之间。
9.本实用新型技术方案在于，所述薄膜可配置为聚酰亚胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、硅橡胶、pei、pet、pet、par、pps、peek。
10.本实用新型技术方案在于，所述附加质量块为密度不低于2000kg/m3的硬质材质。
11.本实用新型技术方案在于，所述超材料单胞在二维x、y方向的周期型整列形成所述超材料模块。
12.本实用新型技术方案在于，所述玻璃的厚度不小于5
㎜
。
13.本实用新型技术方案在于，所述第一外框架上开设有用于放置所述玻璃的凹槽。
14.本实用新型技术方案在于，还包括用于密封所述玻璃与所述第一外框架的密封胶条。
15.本实用新型技术方案在于，所述凹槽内配置有橡胶垫片。
16.本实用新型的有益效果为：
17.本实用新型所要解决的技术问题在于提出一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗，薄膜型声学超材料近年来备受关注，它由刚性外框架、薄膜材料和附加质量块组成的单胞，并
根据应用场景进行单胞的周期型排列。基于局域共振原理，通过弹性薄膜材料和附加质量块的耦合作用，实现有效动态负质量并对特性频率的声波全反射，提升外窗的低频隔声效果，同时具有质量轻、体积小的特点，本实用新型将薄膜型声学超材料与均匀质量板(玻璃)相结合，得到一种宽频隔声窗。
附图说明
18.图1是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗整体结构爆炸示意图；
19.图2是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗超材料模块整体结构爆炸示意图；
20.图3是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗超材料单胞整体结构正视图；
21.图4是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗图3中aa剖视图；
22.图5是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗图3中bb剖视图；
23.图6是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗整体结构正视图；
24.图7是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗图6中aa剖视图；
25.图8是本实用新型具体实施方式中提供的薄膜型声学超材料宽频隔声窗图6中bb剖视图；
26.图中：
27.1、第一外框架；11、凹槽；111、橡胶垫片；2、玻璃；3、超材料模块；31、超材料单胞；311、第二外框架；312、薄膜；313、附加质量块。
具体实施方式
28.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
29.如图1-8所示，本实用新型提供的一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗，包括第一外框架1、玻璃2以及超材料模块3，超材料模块3以及玻璃2位于第一外框架1内，且超材料模块3夹在玻璃2之间，第一外框架1主要根据外窗的要求，可选用铝合金材质，保证气密性及保温隔热性能，满足基本的外窗围护结构的热工及节能要求。
30.超材料模块3由若干个超材料单胞31组成。
31.超材料单胞31由两个第二外框架311、薄膜312以及附加质量块313组成，附加质量块313位于薄膜312外，薄膜312与附加质量块313位于两个第二外框架311之间，有效固定位于中间的薄膜312。
32.薄膜312可配置为聚酰亚胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、硅橡胶、pei、pet、pet、par、pps、peek。
33.附加质量块313为密度不低于2000kg/m3的硬质材质，可配置为锈钢、铅块、玻璃2
以及亚克力板。
34.超材料单胞31在二维x、y方向的周期型整列形成超材料模块3，为了保证结构整体强度和便于生产的目的，可将声学超材料模块的外部框架采用格栅的形式，通过上下格栅将整块薄膜固定与中间，固定方式可采用粘接、热熔或者机械固定的方式，满足对薄膜四周固定约束的条件。附加质量块可采用粘接、热熔或者磁吸的方式与薄膜紧密固定。
35.玻璃2的厚度不小于5
㎜
，在特殊部位必须采用安全玻璃(钢化玻璃或夹层玻璃)，玻璃与槽口的搭接量应符合《铝合金窗》(gb/t8479)中的规定。
36.第一外框架1上开设有用于放置玻璃2的凹槽11。
37.还包括用于密封玻璃2与第一外框架1的密封胶条，以三元乙丙橡胶(epdm)为主，也可使用硅橡胶等其他材料。
38.凹槽11内配置有橡胶垫片111。
39.薄膜型声学超材料隔声原理
40.薄膜型声学超材料的单胞可类比于弹簧—质量系统，附加质量块可视为振子，薄膜相当于弹簧，当声波垂直入射时，薄膜在张力作用下的微变形作用与附加质量块振动。基于局域共振原理，当共振时薄膜和附加质量块的振动会将大部分声能转化成薄膜的弹性应变能，薄膜与附加质量连接的区域振速不连续导致共振频率附近的总弹性应变能显著增大，将该频率附近的声能“吸收”。
41.由于附加质量块与薄膜物理性能的巨大差异，使得薄膜型声学超材料产生两种本征模态。第一种本征模态是由于重物与薄膜组成的弹簧质量系统局域振动引起，在一阶模态时由于附加质量块和弹性薄膜形成共振，导致结构声辐射能量较大而使得隔声性能较差，产生隔声曲线的第一个谷；第二种本征模态是由于重物与边界之间薄膜自身共振引起的，在四阶模态时，由于薄膜中心附加了质量块，相比于无附加质量的薄膜结构振型产生了巨大改变，膜的振动由于附加质量块的作用使得结构声辐射抑制，此时达到隔声曲线峰值。而在二阶、三阶为对称模态，这种对称模态对薄膜超材料隔声性能影响不大。
42.通过对薄膜型声学超材料单胞的结构设计，改变其共振频率实现对低频声波传递的高效调控。
43.实施例
44.如图1所示，基于薄膜型声学超材料的宽频隔声窗主要由第一外框架1、玻璃2以及中间部分的薄膜声学超材料模块3组成形成玻璃2-声学超材料-玻璃2的复合外窗结构。
45.如图2所示，其中薄膜声学超材料模块3主要由若干个超材料单胞31组成，超材料单胞31主要有第二外框架311，弹性薄膜312材料以及附加质量块313构成。当高频声波入射激励时，会由外玻璃2面板的作用阻止传播，低频声波传入时，会由薄膜型声学超材料的局域共振作用，导致低频段声波无法穿透，二者结合实现宽频高隔声量的外窗构件，基于局域共振原理，通过弹性薄膜312材料以及附加质量块313的耦合作用，实现有效动态负质量并对特性频率的声波全反射，提升外窗的低频隔声效果，同时具有质量轻、体积小的特点。
46.本实用新型是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本技术的权利要求内的实施例都属于本实用新型保护的范围。

技术特征：

1.一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：包括第一外框架(1)、玻璃(2)以及超材料模块(3)，所述超材料模块(3)以及所述玻璃(2)位于所述第一外框架(1)内，且所述超材料模块(3)夹在所述玻璃(2)之间。2.根据权利要求1所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述超材料模块(3)由若干个超材料单胞(31)组成。3.根据权利要求2所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述超材料单胞(31)由两个第二外框架(311)、薄膜(312)以及附加质量块(313)组成，所述附加质量块(313)位于所述薄膜(312)外，所述薄膜(312)与所述附加质量块(313)位于两个所述第二外框架(311)之间。4.根据权利要求3所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述薄膜(312)可配置为聚酰亚胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、硅橡胶、pei、pet、pet、par、pps、peek。5.根据权利要求3所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述附加质量块(313)为密度不低于2000kg/m3的硬质材质。6.根据权利要求2所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述超材料单胞(31)在二维x、y方向的周期型整列形成所述超材料模块(3)。7.根据权利要求1所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述玻璃(2)的厚度不小于5
㎜
。8.根据权利要求1所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述第一外框架(1)上开设有用于放置所述玻璃(2)的凹槽(11)。9.根据权利要求1所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：还包括用于密封所述玻璃(2)与所述第一外框架(1)的密封胶条。10.根据权利要求8所述的薄膜型声学超材料宽频隔声窗，其特征在于：所述凹槽(11)内配置有橡胶垫片(111)。

技术总结

本实用新型公开了一种薄膜型声学超材料宽频隔声窗，属于隔声窗技术领域，本实用新型将薄膜型声学超材料与均匀质量板(玻璃)相结合，得到一种宽频隔声窗，并根据应用场景进行单胞的周期型排列。基于局域共振原理，通过弹性薄膜材料和附加质量块的耦合作用，实现有效动态负质量并对特性频率的声波全反射，提升外窗的低频隔声效果，同时具有质量轻、体积小的特点。特点。特点。