克、以及螺丝/螺母组合由Teflon ? (E. I. DuPont de Nemours为聚四氟乙稀聚合物注册的商标）制成之外，面板样品4与样品 1相同。
[0084] 图5示出样品1至样品3以及由样品1、2、3叠加形成组合面板所形成面板的振 幅透射谱（下附公式（4)中的t)。对它们单独进行测量时，每个示例都能看到单个透射谷 底（transmission dip)。样品1在180Hz处示出透射谷底，样品2在155Hz处示出透射谷 底，而样品3在230Hz处示出透射谷底。随着增大螺丝/螺母的质量，透射谷底移向更低频 率，符合预计的关系。叠加三个样品时形成组合面板所测得的透射曲线，示出它们一起 V m 形成了宽频的低透射声音屏障。在120至250Hz之间，透射低于1%，意味着透射衰减超过 40dB。在整个120至500Hz区间内，透射低于3%，意味着透射衰减超过35dB。
[0085] 对于越高频率的消声，使用质量越轻的薄块，如样品4中那样。图6示出单独测得 的样品1和样品4的透射谱、以及两个样品叠加在一起时的透射谱。再一次地，叠加的样品 呈现出宽频透射衰减（从约120Hz至400Hz)，这用单个面板各自自身都无法达到。
[0086] 为了将这些结果与传统的传声衰减技术相比较，有可能使用通过固体面板（其具 有质量密度P和厚度d)传声（在空气中）的所谓质量密度定律：t a (fdP ) 1D在约500Hz 处，样品媲美于重量比样品要大一个数量级的固体面板，更不用说在更低频率处了。
[0087] 图7示出4厘米厚、面质量密度为331b/ft2的固体面板样品的透射谱。面板由"橡 胶土"砖块形成。透射的一般趋势是，低频透射较大，与质量密度定律相符。波动是由于非 完全刚性的面板的内部振动。
[0088] 上述局域共振（LRSM)面板全都呈现接近90%的反射率，以及，可以添加低反射面 板，来减小反射或增大吸收。图8示出叠加面板的吸收（左轴）（=l-r2-t2)，这里r是反射 系数，而t是透射系数（右轴），在120Hz至1500Hz范围内吸收平均为66%。在这种情况 下，低反射面板是金属穿孔板（穿孔直径为1毫米至0. 2毫米，密度为每平方厘米约有10个 孔）与其后面一层玻璃纤维的组合。全频段上透射幅值均在3%以下，而在120~1500Hz 范围内，平均值为1. 21%或38dB。组合面板的面密度为4. 51b/ft2(22kg/M2)。面板比一般 瓷砖轻。面板总厚度小于3厘米。
[0089] 与先前设计相比，这种新设计具有下述优点：（1)消声面板可以很薄；（2)消声面 板可以很轻（低密度）；（3)本面板可以叠加在一起形成宽频局域共振材料（LRSM)材料，其 能在宽频范围内打破质量密度定律，尤其是对于500Hz以下的频率，可以有效地打破质量 密度定律；以及（4)本面板易于制造，成本低。
[0090] 该局域共振材料（LRSM)本质上是反射材料。局域共振材料（LRSM)自身吸收应该 很低。因此，在还要求低反射的应用中，局域共振材料（LRSM)可以与其它吸声材料组合，尤 其是，组合的LRSM-吸收面板可以在120~1000Hz的频率范围内作为低透射、低反射声板。 通常，在1000Hz以上的频率处，声音易于被衰减，并且无需任何特殊的布置。因此，本质上 本发明消声板在非常宽的频率范围内都可以解决室内以及户外应用中的消声问题。
[0091] 对于室内应用，例如，在使用带有石膏板的木框制成墙壁的木框房屋中，可以将 LRSM面板插在石膏板之间，通过给现有墙壁增加35dB以上的传输损耗，来实现房间之间的 良好隔声。对于户外应用，本面板也可以作为混凝土或其它抗风化框架内的嵌入物，并且阻 隔环境噪音，尤其是在低频范围内。
[0092] 非对称形状的刚件板
[0093] 通过使用具有非对称形状的固体薄块形成超材料，可以具有一个优点。应当注意 到，这里所描述的薄膜类超材料与之前的结构大为不同。之前的结构基于在两个本振频率 之间发生的反共振频率的不同机制，在该频率处使本结构与声波解耦（并且，其也符合发 散动态质量密度），从而，提升其强反射特性。没有耦合，在反共振频率处自然几乎没有吸 收。但即使在耦合较强的本征共振频率处，测得的吸收仍然很低，这是因为与辐射模态的强 耦合，导致了高透射。与之相反，对于暗声超材料而言，高能量密度区域与辐射模态最小耦 合，从而，达到如开放腔中那样的近乎全吸收。
[0094] 在这种布置方式中，反共振并不起到显著作用。反共振对隔音十分重要，但在吸声 中并不重要。
[0095] 在一种结构中，局域共振材料设计以机械方式构造为一种局域振子阵列。各局域 振子可以视为由两部分构成：质量m的振子、以及振子弹簧K。为了避免面板总重量的增大， 选择较低的K ;然而，较低的K通常与软质材料相关，这又难以进行结构支撑。出于此原因， 通过几何方式来实现较低K。
[0096] 图9示意性图示用来获得图5至图8的结果的测量装置。图10图示局域共振材 料（LRSM)面板与第二吸收面板的组合。
[0097] 实施例
[0098] 图IlA图示图IlB中所示单元的吸收特性。在图IlA中，曲线111表示测得样品 5的吸收系数。在172、340、813Hz处有三个吸收峰，在沿图形底部的横坐标处用箭头标出。 172、340、710Hz处的箭头表示由有限元仿真得出的吸收峰频率的位置。813Hz峰是从显现 在曲线111 "D"处的实验结果得到的观察峰位置。710Hz处的箭头表示由数值计算得到的 理论峰位置。理想情况下两个值710Hz与813Hz本应相同，因而，该差异表示，由于对样品 的物理特性进行建模，理论计算不是样品5的完全准确预测。
[0099] 图IlA的单元包括长方形弹性薄膜，长31毫米、宽15毫米、厚0. 2毫米。弹性薄 膜用相对刚性的格栅固定，饰有或者固定有两个半圆形铁薄块，半径6毫米，厚1毫米。铁 薄块有意制成为使其不对称，以引入"拍动"运动，如下所示。这导致相对刚性格栅可以视 为数十厘米至数十米级的封闭平坦框架。此外，铁薄块以用其它具有不对称形状的刚性或 半刚性板取代。具有这种布置方式的样品称之为样品5,图IlA中样品5示于xy平面，两个 薄块沿y轴分开。声波沿z方向入射。该样品单元用来理解相关机理，并且与理论预测进 行比较。
[0100] 图11B、图11C、图IlD示出穿过本结构的振动模态的剖面图。剖面图分别在图IlA 中图形部位B、C、D处沿中心线取得。图11B、图11C、图IlD中的剖面图是沿单位单元X轴 的w。剖面中的平直段（7.5毫米< |x| < 13.5毫米）表示薄块所在的位置，薄块可以视为 刚性。图11B、图11C、图IlD中的剖面图示出的圆圈1131、1132、1133链表示由激光测振仪 测得的振动模态。此外，图中还示出了实曲线1141、1142、1143，其为有限元仿真结果。图 IlE中示出样品5的照片。
[0101] 图IlA中示出关于样品5测得的作为频率函数的吸收率，其中可以看出，在172、 340、813Hz附近有三个吸收峰。也许最惊奇的是172Hz处的吸收峰，此处耗散了超过70% 的入射声波能量，对于这样一种200微米薄膜而言，在如此之低频率（空气中相应波长 为2米）下，这是一个非常高的数值。图IlA说明这种现象直接源于薄膜共振的分布 (profiles)〇
[0102] 图IlA中位于172、340、710Hz处的箭头表示计算出的吸收峰频率。橡胶薄膜的杨 氏模量和泊松比分别为：1. 9X IO6Pa和0. 48。
[0103] 实验中，薄膜由娃橡胶Silastic3133制成。测量该薄膜的杨氏模量和泊松比。
[0104] 图12图示杨氏模量值。圆圈1221、1222、1223表示根据实验数据得到的几个频率 处的杨氏模量E。虚线表示平均值1.9X106Pa，其为相关频率范围内的均值。
[0105] 在"ASTM E-756夹合梁"结构上进行测量，根据钢基梁（没有薄膜）特性和组装夹 合梁检品（薄膜夹在梁心）特性之间的测量差异，得到薄膜的动态机械性能。在测量中，可 以得到几个离散频率处薄膜的剪切模量（μ)数据。薄膜的泊松比（V)发现为0.48左右。 因此，根据不同弹性参数之间的关系，E = 2 μ (1+ν)，（0. 1)。
[0106] 在这些离散频率处得到杨氏模量（Ε)，示为图12中的圆圈1221、1222、1223。对于 样品材料，在相关频率范围内，测得的E在I. 2 X IO6Pa至2. 6 X IO6Pa之间变化。为了简化 模型，将杨氏模量选择为与频率无关的定值E = I. 9 X IO6Pa (示为图12中的虚线）。
[0107] 杨氏模量的虚部表示为Im(E) = ω . chi.。，其中值X。= 7. 96X 10 2Pa · s通过拟 合吸收而得到。在仿真中发现了许多本征模态。这些模态之中，选择左右对称之模态，因为 不对称模态无法耦合至法向入射平面波。得到的吸收峰频率分别位于172、340、710Hz (图 IlA中用箭头标出）。它们与观察到的吸收峰频率非常吻合。
[0108] 图IlA的插图示出关于三个吸收峰频率在单元内沿X轴的z方向位移w的截面分 布图。圆圈表示由激光测振仪测得的实验数据，而实线是有限元仿真结果。两者非常吻合。 该分布的最显著特征是，尽管在薄片边界处（其位置由曲率为零的曲线的直段表示）z方向 位移w是连续的，但在正交于边界的方向上，w的一阶空间导数有明显不连续。对于低频共 振，这种不连续是由相对于y轴对称的两个半圆形薄块的"拍动"运动所致，而712Hz共振 是由薄膜中心区域的较大振动所致，此时两个薄块相当于锚的作用。
[0109] 拍动运动导致薄块的运动不仅仅沿z轴平动（定义为垂直于薄膜平面方向）。经 受拍动运动的薄块在不同部分（相对其平衡位置）具有不同位移。物理上而言，薄块的拍 动运动可以视为沿Z轴的平动和绕平行于X轴的某个轴转动的叠加。
[0110] 这些模式的特征还决定了以何种方式可以控制它们的共振频率：对于拍动模式， 频率示为随薄块质量的平方根倒数大致减小，而薄膜振动模式，频率可以通过改变两个半 圆形薄块之间的间距来使其增大或减小，如图12中所示。中间频率模式也是一种拍动模 式，但各翼的两端呈反相（in opposite phase)。薄块的非对称形状可以加强这种拍动模 式。
[0111] 另一类单元标示为样品6,长159毫米、宽15毫米，并且包括8个相同的薄块，对称 方式装成或固定为两列，每列4个薄块，相邻薄块之间间距15毫米，两列彼此相对，中央间 隔32毫米。样品6用来在多个频率下获得低频段声音的近乎全吸收。
[0112] 图13图示关于样品6的吸收率与薄膜位移之间的关系，示出通过在薄膜后面放置 铝反射体来进一步调整薄膜阻抗的结果。根据