本发明属于新型的声波器件，涉及到全空间的有源噪音抑制器件及其制备方法。
背景技术：
噪音的控制对人类的生产和生活具有重要的意义：高精度加工设备的加工精度会收到周围环境中噪音的影响；噪音污染危害人类健康，甚至会诱发各种疾病；在国防军事领域中的反侦察，尤其是水下潜艇等反侦察技术中噪音抑制技术具有重要应用价值。传统的噪音抑制技术主要可以分为是无源噪音抑制技术和有源噪声抑制技术。对于无源噪声抑制技术主要是通过在噪音源或者需要降噪的区域周围放置吸声材料来实现噪音的抑制效果的【1】。对于无源降噪技术不仅可以对确定的噪声源获得有效的降噪效果，而且对于环境中随机的噪声也可以实现有效的降噪(比如ktv，健身房等场所以外区域降噪)。但是无源降噪技术对于低频噪声效果并不是很好，同时要达到很好的降噪程度，需要在环境周围放置很厚的吸波材料(比如龙骨，多孔结构等)。
有源的降噪技术则更多针对于某些确定的噪音源(比如汽车发动机，马达，冷却塔等)，其利用的就是声波的干涉原理：指定空间实时产生与噪声源在该处噪声幅值相等而相位相反的反噪声,使之与主噪声叠加,最终达到消减噪声的目的【2,3】。随着信号处理技术和电子电路技术的发展，有源降噪技术在近几年获得了很好的发展。和无源降噪技术相比，有源降噪技术通过一个很小的反噪声源或者多个反噪声源组成的阵列即可在一定的空间区域获得很好的降噪效果(无需在区域的边界处覆盖大量的吸声材料)。环境中的噪声是随时间无规律的变化(频率，幅度，相位，空间位置)，这样有源的噪声控制必须自适应这种改变，以产生相应的反噪声，这就使得人们对主动的降噪研究主要集中在自适应算法的研究上。降噪耳机(耳罩)只需要一个次级反噪声源即可实现降噪的效果，但是降噪的区域确非常小。要实现更大区域(比如汽车内部，飞机舱室)的有效降噪，就需要更多的次级反噪声源，同时设计的算法也将更加复杂(和具体封闭区域的体积，空间分布形状等有关)。针对于现有的有源降噪技术难以借助于单个反噪声源来获得超大空间的有效降噪，本发明设计了一种新型结构可以实现给定空间区域以外的全部空间内的有效降噪。
【1】yang,j.,lee,j.s.,&kim,y.y.multipleslowwavesinmetaporouslayersforbroadbandsoundabsorption.journalofphysicsd:appliedphysics,50(1),015301(2016)。
【2】paul,l.u.s.patentno.2,043,416.washington,dc:u.s.patentandtrademarkoffice(1936)。
【3】有源噪声控制，陈克安，国防工业出版社。
技术实现要素：
1.本发明的目的。
为了解决现有的有源降噪技术只能针对于有限的空间区域获得很好的降噪效果，本发明提出了一种全空间的有源噪音抑制器件及其制备方法。
2.本发明所采用的技术方案。
本发明公开了一种有源噪音抑制器件，由一个矩形的声学各向异性介质组成，噪音源和反噪音源位于整个器件的水平中线上；整个器件的质量密度按照如下的分布：
质量密度为各向异性：质量密度沿着水平方向的分量ρx→0。
更进一步具体实施方式中，所述的器件的质量密度沿着垂直方向分量ρy→∞；杨氏模量为各向同性材料κx＝κy→∞。
更进一步具体实施方式中，器件以外的其他区域都是空气。
本发明公开了一种有源噪音抑制器件制备方法，包括：构造由一个矩形的声学各向异性介质，噪音源和反噪音源位于整个器件的水平中线上步骤；
整个器件的质量密度沿着水平方向的分量ρx→0步骤。
更进一步具体实施方式中，还包括构造器件的质量密度沿着垂直方向分量ρy→∞；杨氏模量为各向同性材料κx＝κy→∞步骤。
更进一步具体实施方式中，所述的器件以外的其他区域都是空气。
本发明公开了一种有源噪音抑制器件的各向异性介质制备方法，所述的各向异性介质采用多种各向同性材料，所述的多种各向同性材料沿着水平方向交错排列。
更进一步具体实施方式中，采用两种各向同性材料沿着水平方向交错排列。
3.本发明的有益效果。
(1)本发明可以实现器件以外的全部空间区域的有效降噪，而不是针对于某个有限的封闭区域。
(2)本发明仅需一个反噪声次级源即可实现；不同于传统的有源降噪技术，随着有效降噪区间的增大，所需要的反噪声源数目也相应增多。
附图说明
图1为器件的二维截面图。
图2为器件以外区域x＝0.15m截线上的声场幅度分布图。
图3为器件的具体结构图。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
实施例1
如图1所示(二维截面图)，整个器件是由一个矩形的各向异性材料组成(图1中黑色矩形)。该矩形介质的质量密度为各向异性：质量密度沿着水平方向的分量趋向于0(ρx→0),质量密度沿着垂直方向分量非常大。杨氏模量为各向同性材料，其数值非常大(κx＝κy→∞)。噪音源(黑色的圆环)和反噪音源(黑色的五星)都分别为与上述的矩形各向异性介质的水平中心线上。整个结构即可实现对外界其他全部区域的有效降噪。注意器件的尺寸可以根据实际声源的情况进行调整，实现效果的关键是各向异性材料。
下面我们给出一个具体的实施例：模拟中的声波频率选择为10khz，各向异性矩形材料高度选择为0.04m，宽度选择为0.1m。质量密度沿着水平方向的分量为0.001kg/m3，沿着垂直方向分量为1000kg/m3。矩形材料的杨氏模量为1000pa。噪声源为一个单位辐射功率为的点源，位置为(-0.03m，0)。反噪声源也是单位辐射功率的一个点源(相位差与噪声源相差180度)，位置为(0.03m，0)。图2是画出的器件以外区域x＝0.15m截线上的声场幅度分布，分别画出了加入反噪声源和各向异性介质，只加入反噪声源没有加入各向异性介质，以及只存在噪声源的情况。可以看出，对于加入了反噪声源和各向异性介质之后，对于任意的位置都具有很好的噪声抑制效果。加入各向异性介质后的噪声抑制效果远好于仅仅加入反噪声源(没有加入各向异性介质)的噪声抑制效果。
实施例2
下面给出一种器件实现方法，根据声学有效介质理论，可以借助于两种各向同性材料质量密度和杨氏模量分别为ρ1＝0.01kg/m3,κ1＝1000pa；ρ2＝1000kg/m3,κ2＝1000pa；材料沿着水平方向交错排列(材料的分界面平行于x轴)。借助于这样的两种各向同性材料交错排列即可实现所需的各向异性介质。
如图3所示，实际使用中，可以将各向异性介质(3-3给出)中包裹噪声源(3-1)和反噪声源(3-2)的区域挖空，挖空区域填充空气(3-4和3-5)。矩形器件的尺寸和参数和前面图1给出的具体例子一致，只是在噪声点源(位于(-0.03m，0))和反噪声点源(位于(0.03m，0))分别挖了两个半径相同的空气圆洞(尺寸为0.005m)。这样噪声源可以为与真实的空气环境当中，器件仍然可以非常有效的降噪。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。