CN105492196A - 吸音结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻型吸音基板。在一个实施方式中，该基板包括大致开放的夹芯和外饰面层。夹芯由在饰面层之间延伸的多个开放式孔格组成。所述孔格可具有包括蜂窝状的多种构型。在一些实施方式中，饰面层可以是非编织的或编织的玻璃纤维。本发明提供了一种多层吸音结构，在一个非限定性实施方式中，这种结构由两个夹芯组成，带有外饰面层和位于两个夹芯之间的夹层。

Description

吸音结构
发明领域
本发明涉及吸音结构，特别涉及具有高降噪系数特征的轻型吸音结构。
发明背景
吸音基板(acousticalsubstrates)在建筑物结构中具有多种降噪用途，以形成音控的室内环境。吸音基板可以做成吸音板，用于墙壁、天花板(在一些情况下，制成吊顶***)，和吸音处理品或覆盖物。理想的吸音板是具有按照测试标准诸如ASTMC423(混响室法)或ASTMC384(阻抗管法)建立的高降噪系数(NRC)的吸音板。降噪系数提供了一种声音百分比的相对测量值，其是吸音结构吸收或反射的百分比。降噪系数值等于或大于0.65至1.0时，通常被视为高降噪系数，在理想情况下，这说明入射到吸音板上的声音更多地被吸收而不是反射回室内。这些吸音板优选为自支撑式的；然而，为了能获得高的降噪系数值，这种吸音板有时也会很沉重，结构很复杂。另外，吸音材料还需要一种较沉的周边框架，或者内部支撑架，这些也都会增加成本和重量。这要求使用宽大的结构支撑***来安装吸音板，结果增加了安装成本，并限制用途和实际尺寸。
重量轻且降噪系数高的改进的吸音基板是人们所期望的。
发明内容
本发明提供了一种轻型吸音基板，包括一个或多个基板，通常，其特征在于大致开放式夹芯(core)和高降噪系数值。在各种实施方式中，吸音基板优选降噪系数值为大约并包括0.5到1.00，更优选为等于或大于0.65的高降噪系数，以及最优选为等于或大于0.8的甚高降噪系数。吸音基板的实施方式可以制成各种结构件，诸如天花板、壁板、自由悬挂吸音处理材料，或其它产品。
根据本发明的吸音基板通常包括内部轻型夹芯、固定到夹芯第一主面或主边(majorsurfaceorside)上的第一饰面层(facinglayer)，以及固定到夹芯的相对的第二主面或主边上的第二饰面层。在一些实施方式中，饰面层可以是非编织的或编织的玻璃纤维网布(scrims)。在一个实施方式中，所述夹芯可由形成多个孔格(cell)的蜂窝结构组成。蜂窝夹芯层可以采用经树脂处理的或浸有树脂的纸制成，以减轻湿度敏感性；然而，也可使用其它合适的纤维或非纤维材料。在一些实施方式中，第一和第二饰面层可以采用合适的粘合剂固定到蜂窝夹芯层上，粘合剂的选择(和/或应用某种方式)应考虑阻燃和烟火的产生，从而使蜂窝基板获得A级防火性能等级。
根据本发明的实施方式进一步包括用两个或多个吸音基板制成的吸音结构，这些基板永久连接在一起而形成一个复合材料结构，与采用单一基板相比，能获得更大厚度和更高降噪系数值。对于某些用途来讲，复合材料吸音结构比较理想，在这些用途中，高度噪声抑制和大跨距的附加刚性都是需要的。因此，某些复合材料吸音结构包括至少两个蜂窝或其它结构夹芯、第一外纤维网布层、第二外纤维网布层、和至少一个中间纤维网布层。
在一些实施方式中，基板的第一和第二纤维网布层设计并配置成可具有气流阻力(airflowresistance)，使蜂窝基板可获得高的降噪系数值。所述第一和第二纤维网布层的每一层的气流阻力可以通过如下任何结合形式来控制：(1)特种涂料涂布技术；(2)粘合剂涂布技术；和/或(3)纤维网布层的紧密性(即孔隙度)。第一和第二纤维网布层可以是编织的或非编织的纤维网布，这取决于预期的视觉审美和视觉效果。有利的是，具有适当设计的气流阻力的纤维网布的使用省却了对一种其内具有孔眼的层的需要，并可设计成“声学透明”和“光学上不透明”。
尽管为轻型的，但有利的是，蜂窝夹芯仍可为蜂窝基板提供所需要的结构刚性，从而不再需要使用周边结构框架，后者在现有技术中为了获得高的降噪系数板而常采用的标准模式。为此，在一些实施方式中，根据本发明的高降噪系数吸音板可以是无框架的。
尽管使用了轻型蜂窝夹芯，但这种夹芯结构的刚性仍可提供根据本发明的高降噪吸音基板，即使在只有一个夹芯的那些实施方式中，这种基板也可抵抗松弛下垂。有利的是，这样，就可制成较大的吸音板(例如，4英尺X4英尺，或更大)，而支撑结构最小，从而降低了资金和安装成本。
在一个实施方式中，吸音基板包括具有多个开放式孔格(opencell)的大致开放式夹芯，孔格由孔格壁形成，后者垂直于夹芯的相对的第一和第二主边，固定到夹芯第一主边上的第一饰面层，和固定到夹芯的第二主边上的第二饰面层。第一饰面层可以是多孔的，气流阻力在大约并包括100至7500mksrayls的范围内。
在另一个实施方式中，吸音基板包括大致开放的夹芯，具有围绕夹芯侧边延伸的周边边缘，所述夹芯采用由孔格壁形成的多个开放式孔格制成，所述孔格壁垂直于夹芯的相对的第一和第二主边延伸，所述孔格壁采用纸制成，第一饰面层固定到夹芯的第一主边上，以及第二饰面层固定到夹芯的第二主边上。第一和第二饰面层均为多孔的，其气流阻力在大约并包括100至7500mksrayls的范围内。
在另一个实施方式中，吸音结构包括(i)第一基板，包括具有多个开放式孔格的大致开放的第一夹芯，开放式孔格由孔格壁形成，所述孔格壁垂直于所述第一夹芯的相对的第一和第二主边延伸，第一饰面层固定到第一夹芯的第一主边上，其中，第一饰面层为多孔的，气流阻力在大约并包括100至7500mksrayls的范围内，以及(ii)第二基板，包括具有多个开放式孔格的大致开放的第二夹芯，开放式孔格由孔格壁形成，所述孔格壁垂直于所述第二夹芯的相对的第一和第二主边延伸，第二饰面层固定到第二夹芯的第二主边上。在第一和第二基板之间设置有夹层，所述第一和第二基板结合到夹层的相对两边上。
附图简要说明
下面结合附图，介绍本发明示例性实施方式的特性，附图中相同部件采用相同符号标识，附图如下：
图1为根据本发明的吸音基板的分解侧视图；
图2为图1的装配视图；
图3为图1所示夹芯部分的沿III-III线剖开的横向剖面图；
图4为第一种交替布置的夹芯孔格构型的俯视图；
图5为第二种交替布置的夹芯孔格构型的俯视图；
图6为多层复合材料吸音结构的侧视图，该结构采用图1所示多个夹芯，具有外饰面层和位于夹芯之间的夹层；
图7为曲线图，示出了降噪系数与频率的关系，其与本发明吸音基板的测试和孔格不同高度和尺寸相关；以及
图8为图表，示出了各种吸音基板和多层吸音结构的降噪系数的测试结果。
所有附图都是示意性的，不一定成比例。在一个附图中给出的标号的部件可被认为是其它附图中出现的相同部件，为了简洁起见，这些部件不再给出标号，除非采用不同部件标号特别标识并在本文中予以说明。
实施方式的具体说明
下面参照示例性实施方式说明和描述本发明的特性和益处。这样示例性实施方式的描述应结合附图阅读，这些附图被认为是整个书面发明说明的组成部分。在介绍本文所公开的实施方式中，任何有关方向和方位的参照都仅仅是为了便于介绍，决不是限定本发明的范围。相对术语，诸如“下面的”，“上面的”，“水平的”，“垂直的”，“在…上方”，“在…下方”，“上”，“下”，“顶部”和“底部”及其派生词(例如，“水平地”，“向下地”，“向上地”等)都应视为是指当时所述的或所讨论之附图所示的方向。这些相对术语都只是为了叙述方便，并不要求装置应按具体方向来制造或操作使用。术语，诸如“依附”、“附着”、“连接”、“联接”、“互联”以及类似术语系指结构件通过中间结构件直接或间接地彼此相互固定或连接的一种关系，以及移动或刚性连接形式或连接关系，除非另有明确描述。为此，本发明显然不应限定在这些示例性实施方式上，这些实施方式说明了特征的一些可能的非限定性的结合形式，这些实施方式可能独立存在或以特性其它结合形式存在。
图1和图2示出了本发明的吸音基板的一个实施方式，分别为分解示意图和装配示意图。吸音基板20包括内夹芯22、连接到夹芯第一主边26上的第一外饰面层24，和连接到夹芯的相对的第二主边30上的第二外饰面层28。在一些实施方式中，但不限于此，第一主边26可以是暴露于建筑物空间或室内环境下的正面一边，而第二主边30则是基板安装后隐藏而看不见的背面一侧。吸音基板进一步包括沿夹芯22周围延伸的***侧边32，这些侧边一起形成了基板的周边边缘31，其进而确定了长度和宽度。在一个实施方式中，周边边缘可以是图2所示的正方形或长方形边缘形状。可以提供其它合适的边缘形状。
夹芯
参照图1至图3，内夹芯可以在构型上是蜂窝结构，其具有多个相互连接的孔格壁32，构成多个开式孔格36。孔格壁34在高度上在大体垂直于外饰面层24,28的所述外饰面层之间垂直延伸。孔格36形成夹芯22的通孔，垂直延伸穿过吸音基板20并垂直于外饰面层24和28延伸。就噪声抑制和基板结构强度而言，孔格通孔的这种布置和垂直走向(即，在每个孔格顶端和低端上开放)是可取的，也是有利的。当连接到外饰面层24和28上时，夹芯就形成了类似于具有刚性工字梁结构的结构件，其可抵抗在吸音基板20重量下沿垂直于饰面层垂直轴线作用的方向上出现的挠曲或松弛下垂。
在一些优选的但非限定性的实施方式中，夹芯22周边边缘31周围所有侧边32上的基板是无框架的。因此，在这些实施方式中，最外边和侧向向外的各排饰面孔格36在夹芯周边边缘31周围一直延伸，孔格(不论其在俯视图中的形状如何)都是裸露的，以及其孔格壁34形成基板20的侧边32。
参照图1至图3，形成夹芯22的孔格壁34可以采用任何数量的薄的、轻的和多孔或非多孔材料制成，这些材料具有足够刚性以抵抗松弛下垂。在一个实施方式中，夹芯22可以采用纸质孔格壁34制成。用来制作夹芯22孔格壁34的纸可至少是20磅牛皮纸，且在一些实施方式中，可以是20至80磅牛皮纸(厚度为大约0.004至0.015英寸)，可向夹芯提供需要的刚性，但又不会明显增加结构重量。与其它材料相反，一般来讲，将纸用作夹芯侧壁材料更经济合算。然而，在其它实施方式中，人们已经发现，诸如轻型玻璃纤维和薄铝板的材料也具有令人满意的效果。重的规范材料(任何类型)通常都比较容易施工，但却会增加重量和成本，但在任何夹芯结构期望的性能方面，包括刚性，却不会有明显的提高。此外，采用较厚或较重的规范纸质材料来制成蜂窝夹芯会增加结构中易燃材料的数量，从而对防火性能带来不利影响。为此，在选择夹芯22的孔格壁34的材料时，应考虑抵抗下垂的必要厚度和所有这些因素之间的平衡是否合适。
任何合适尺寸的孔格36都可用于夹芯22。在一些优选实施方式中，形成蜂窝结构的孔格宽度或直径尺寸可在大约1/4英寸到3英寸之间，但更优选直径在大约1/4英寸到1英寸(含)(注意六边形孔格在形状和直径上近似于圆形)。超过上述范围的孔格直径也是合适的，但是因为会出现表面挠曲(枕头状)(pillowing)、未支撑的边缘损坏，和脱层等问题，所以不太理想。
在一些优选的实施方式中，孔格高度可以是从大约并包括0.20英寸到4英寸之间。已经对从3/8英寸到1.5英寸(含)的孔格高度进行了测试，该孔格高度可提供相等的吸音性能。在某些实施方式中，已经对从大约0.8到1.25英寸的较高范围的孔格高度进行了松弛下垂试验，该孔格高度可提供良好的抗松弛下垂性能。然而，如果要制作的某个尺寸的吸音板抗下垂性足够，也可以使用其它合适的高度。
对于可以制成吸音板或进行合适形状(例如，多边形、圆形，或其它形状)处理的某种吸音基板20，在由横侧壁32和夹芯主边26,30限定的夹芯三维总体积的基础上，内夹芯22形成了大体开放的结构。在一些实施方式中，孔格的开放体积优选可包括夹芯所占总体积的90％以上。作为典型示例，但不限于此，对于直径1英寸的孔格，夹芯36的开放体积将占夹芯总体积的大约99％，而对于直径1/2英寸的孔格讲，开放体积将占大约98％。
在一些实施方式中，夹芯22的纸质孔格壁34可以采用树脂处理或浸有树脂，用来防潮、防霉菌、防虫和防火。可以使用酚醛树脂或其它合适的树脂。为了增强防火性能，孔格壁34可以采用阻燃材料处理，诸如多磷酸盐。在其它实施方式中，纸质孔格壁可以不处理或不加涂层。
参照图1和图2，采用将合适的工业粘合剂35应用到夹芯孔格壁34的裸露的上下边缘33a,33b上，可将外饰面层24和28永久结合到夹芯22上。合适的粘合剂包括H.B.Fuller公司的tak粘合剂以及其它粘合剂，粘合剂可辊涂到或采用其它方式施加到夹芯孔格壁的上下边缘上。所使用的粘合剂数量优选为在夹芯和饰面层之间实现结合的数量，以产生足够的抗剥离强度。对于上述组件，抗剥离试验期间的失效点通常是纤维层本身的固有内聚力。业已发现，使用涂料层或粘合剂层对纤维背面进行涂覆可显著增强完成后的组件的抗剥离强度和耐久性。在施加这种附加涂层时必须特别小心，不要封闭表面的透气性，因为这会对吸声性带来不利影响。在一个实施方式中，采用将第一饰面层24(背面向上)置于曲线芯棒上然后再将涂有粘合剂的边缘的夹芯(例如上边缘33a)置于该饰面层上，形成对接接触，从而制成吸音基板20。接着，采用相同方式，将第二饰面层28连接到夹芯的涂有粘合剂的下边缘33b上，以形成吸音基板20的结构。通过应用这种技术，很容易地制作成非平面的吸音结构(复杂曲线板)，这是一种使用标准吸音材料和装配技术很难实现的结构。应该清楚的是，装配好的吸音基板也可被认为和称之为是一种吸音板。
应该清楚的是，可以使用除了图3所示六角形蜂窝状结构(沿垂直方向成横向截面)之外的夹芯结构。例如，在一些实施方式中，可以使用图4所示的波纹状结构的夹芯40，这种结构采用多个“W形状”的正弦弯曲或呈波浪形孔格壁42制成，在交替排列的纵向延伸的直孔格壁44之间形成夹层并结合在一起。在波浪形孔格壁和直孔格壁之间的开口内形成开放的孔格46。优选地，波纹状夹芯结构的走向是，孔格在夹芯顶部边缘和底部边缘处垂直开放，类似于夹芯22的走向，以便拟制噪音和获得结构刚性，以抗击松弛下垂或弯曲。在另一个可能的实施方式中，也可提供具有由孔格壁54形成的三角形孔格52的夹芯50，如图5所示。可从TricelHoneycomb公司获得具有三角形孔格52的合适的芯材。所以，可以使用许多合适形状的孔格和夹芯。
在一个实施方式中，有利的是，蜂窝夹芯22和饰面层24,28提供轻型刚性结构，足以抵抗松弛下垂，不需要沉重的周边框架来提供附加支撑。为此，从周边边缘31到夹芯的周边边缘，吸音基板20可以是无框架的，不需要任何永久结合到基板本身上的周缘支撑框架，不用为此而支付费用。这样，安装人员在现场安装期间可方便地将吸音基板20切割成所需的尺寸。因此，根据本发明的吸音基板20特别适合于翻新用途，因为在这种情况下，支撑构架***中的现有吸音板都需要更换。
饰面层(纤维网布)
参照图1-图2，在一些实施方式中，外饰面层24和28可以是一种由树脂基层叠的非编制玻璃纤维组成的纤维网布。这种结构适合于高端吸音板，具有光滑的视觉外观、耐久性和尺寸稳定性，同时保持合适的声学孔隙度。在一个实施方式中，外饰面层24和28并不具有机械形成的或制作的孔眼，而是依赖饰面层材料结构本身的孔隙度，以实现预期的气流阻力。根据诸如成本、重量和其它因素考虑，饰面层24,28的典型厚度范围在大约0.008至0.050英寸(含)之间。在一个实施方式中，厚度名义上为大约0.030英寸。未涂层的纤维网布的重量通常在大约30至150克/m2的范围内，抗拉强度大于150N/50mm，采用标称直径10μm的纤维制成。如上所述的纤维网布可从OwensCorning,Lydall,Ahlstrom和JohnsManville公司供货商处随时获得。
吸音结构的比流阻(specificairflowresistance)是决定结构的吸音和传声特性的可渗透性或孔隙特性。外饰面层24和28具有较大孔隙度，使得声音可穿过饰面层而到达夹芯，而不是反射回到室内，从而提高了基板20的吸音性和降噪系数值。比流阻可用ASTM标准C522来确定，测量单位为mksrayls(Pa·s/m)。这种试验方法用来测量比流阻值，采用的线性气流速度范围为0.5至50mm/s，穿过试样的压力差范围为0.1至250Pa。气流阻力值越高，相应地，饰面越密和渗透性越低。为此，通过控制饰面层24和28的比流阻，人们可以控制并可改进降噪系数值，获得复合材料吸音基板20预期的吸音性能。这些发现与我们的直觉正好相反，对于典型的吸音产品来讲，人们一定会将气流阻力降到最小，以便最大限度地提高吸音性能。在这种特定结构中，人们会发现，吸音性会随着气流阻力而增加，在一个或多个吸音层的气流阻力大约为500MKSRayls时，似乎达到峰值。当吸音结构变得非常开放且不能通过摩擦损失而驱散声能时，阻力值下降，吸音效果会降低。另外，由于反射回空间而不是被吸收的声能部分的增加，组件内各层气流阻力大于500MKSRayls时，预计吸音性能也会下降。
在一些实施方式中，发明人已经测定了至少其中一个外饰面层24和28的比流阻值，范围为大约并包括100至500mksrayls，可有效获得吸音基板20的预期吸音性能(即，高降噪系数值)。剩下的一个外饰面层24或28的气流阻力可以在0mksrayls到无穷大(即，非渗透)之间变化，以获得吸音基板的不同降噪系数值。在一个实施方式中，外饰面层24,28的气流阻力都可为大约300mksrayls。
每个外饰面层24和28的气流阻力都可通过多种技术来控制，包括，但不限于，应用特种涂料涂布技术、粘合剂涂布技术，和/或饰面层复合材料本身的紧密性(孔隙度)。在一个实施方式中，参照图2，外饰面层24,28的裸露表面可以根据美国专利5,888,626来做涂层或涂覆，该专利在此全文通过引用并入本文，其具有高固体丙烯酸乳胶漆涂料60，具有足够的多孔结构，以获得上述预期范围的气流阻力，即饰面层中为大约并包括100到7500mksrayls，该范围通常为声波透明而光学不透明，从而达到美学目的。可以使用诸如Durabrite牌涂料或其它合适的涂料。在一个实施方式中，该涂料具有高固体份/低液体份悬浮物，按重量计固体物为大约70-85％。可以使用的(但不限于)典型高固体份涂料配方如下：6.8％[4-20％范围]丙烯酸乳胶，33.78％[30-55％范围]石灰石浆液，50.95％[30-55％范围]石灰石(40目),1.41％[1-8％范围]二氧化钛固体份,和7.06％[2-8％范围]液态水。可以使用的典型涂料用量为40-60克/平方英尺。诸如粘合剂或低固体份涂料的其它涂料也可以使用，以获得必要的气流阻力，达到最佳吸音效果，关键特性是其保持间断的，从而能够使完成产品具有适当的气流阻力。
其它合适的材料和纤维网布也可用于外饰面层24,28，诸如，但不限于，采用天然或人工合成的有机纤维、玻璃/有机纤维结合、无机纤维，如岩棉，和其它纤维类材料。在一些实施方式中，可以使用一种编织的玻璃纤维网布。关键吸音特性是完成的表面的气流阻力。这种气流阻力是饰面层材料的固有特性，或者是经过涂层赋予饰面材料的。饰面材料应该至少在一定程度上为柔性的，目的是简化制作装配操作，优选为限定易燃烧性，获得内饰面所必需的阻燃性。外饰面层的受控的气流阻力是本发明和现有技术之间的关键区别。尽管蜂窝状夹芯已经被用来形成吸音结构，但在所有这些情况下，所述结构的表面都是从固体膜或空气流动不可渗透(即反射表面)的薄层材料制作而成。吸音性能可以通过在表面冲孔和形成亥姆霍兹共振器(Helmholtzresonators)来获得。这种共振器吸收甚窄频带的噪音，其限定范围由孔的直径、颈部长度和腔室容积决定。不同于亥姆霍兹共振器，本发明能够对全部音频频谱消声。
吸音板
在一些实施方式中，采用吸音基板20制成的吸音板具有典型厚度(即饰面层和夹芯)，范围在大约并包括0.375至3英寸，优选但不限于大约并包括0.6至1.5英寸。使用吸音基板20可以形成各种预期周缘尺寸(例如，宽度和长度)的吸音板。在一些实施方式中，但不限于，吸音板可以为4英尺×4英尺、4英尺×8英尺，和4英尺×12英尺，可以提供较大尺寸，夹芯孔格高度逐渐增高，以抵抗松弛下垂。
在多个吸音基板20上进行了四次循环下垂试验(相对湿度为35RH至90RH)，这些基板都是根据本发明制作的，试验说明，对于2英尺×4英尺板，可接受的最终挠曲值小于0.035英寸。这说明，与沉重的且带框架的基板结构相比，使用本文所述的无框架轻型开放式夹芯和外饰面层的基板结构具有足够的结构强度。所述结果是用图4所示结构的蜂窝制作的吸音板获得的，该蜂窝采用树脂处理的纸制成，孔格高度1英寸，孔格尺寸0.75英寸，两边为150Rayls的涂层玻璃纤维网布饰面。类似的结果也从图3所示结构的蜂窝形式制作的吸音板获得，该结构采用未处理的纸制成，夹芯孔格高度0.75英寸，孔格尺寸1英寸，饰面一边阻力为500Rayls，另一边阻力为150Rayls。
采用吸音基板20制成的吸音板可以根据需要进行多种布置，适用于特定用途的吸音和美观需要，例如，包括，但不限于，多边形、正方形、椭圆形、圆形、六边形、梯形等等，且具有各种侧面形状，包括扁形、凸形、凹形，和这些形状的组合形式。为此，本发明并不受吸音基板形状的限制。
多夹芯吸音结构
根据本发明的另一个方面，通过将两个或多个吸音基板20连接在一起而提供一种多层吸音结构100，如图6所示。在本实施方式的优选结构中，吸音结构100包括下吸音基板120a和上吸音基板120b。在制作过程中，至少一个中间饰面夹层102结合到吸音基板120a的夹芯122a和吸音基板120b的夹芯122b之间，位于所述夹层的相对两侧上。在交替布置的非优选的但依然合适的结构中，每个吸音基板120a和120b的外饰面层24或28的其中一个可只简单对接并用合适的粘合剂结合到一起。然而，这种结构会增加生产成本和重量，并会影响吸音结构100的吸音性能，该结构在声音上必须考虑附加的中间饰面层。为此，在可能情况下，还是选用单个的中间饰面层102。
与单个夹芯吸音结构相反，有利的是，采用多个夹芯的多层结构提供了增加整体吸音性能(即降噪系数)和/或吸音结构100的刚性，以便在较大型未支撑跨度或距离上抵抗挠曲或松弛下垂。多层结构可以获得高吸音性和高声音衰减值，生产简单，复合结构成本低。另外，在一些情况下，与从一个蜂窝或其他形状夹芯吸音板上获得的吸音值相比，这种途径获得的吸音值更高。
一般来讲，在一个产品上，很难实现高吸音和高声音衰减值，这是因为吸音需要高孔隙度，而声音衰减则需要质量(或高密度)。能够获得二者的现有技术产品通常生产成本都很高，这是因为采用厚密矿物纤维层制造而成。有利的是，从吸音面板的结构和材料构成来分离吸音可在一个产品上获得高衰减和高吸音。
形成具有三层或多层饰面层的结构为声能驱散提供了附加部位。对于高衰减结构来讲，中间饰面夹层102为撞击声波提供了表观厚度和声能损失附加部位，从而提供了吸音性能益处。在低衰减结构中，三层的使用改变了结构的表观刚性，从而有利地影响了符合频率下垂(coincidencedip)(即，在某个特定频率处，声音传输损失性能的不希望出现的下垂，在所述频率处，当来袭声波在该同一频率时，吸音板基于其结构本身会谐振/振动谐振，从而使得声音通过介质来传输而不是被有效吸收)。通过使用复合材料吸音结构100从其在非期望频率(例如，500Hz)出现处移开所述符合频率下垂，中间频率吸音可有利地增强。在500Hz频率处的吸音特别重要，因为其是用来计算吸音的四个频率的其中一个而且是在人的听力中间范围内。
夹层102可以按照本文所述外饰面层24和28的类似方式和相同材料制作，并具有相同的尺寸和气流阻力等级。为此，夹层102的气流阻力范围在大约并包括100到500mksrayls的范围内，全部与外饰面层24和28相同。在吸音结构100中使用的各种实施方式和结合形式中，夹层102的气流阻力与外饰面层24和28的其中一个或二者相同或不同。在其它实施方式中，夹层102的制作方式可以不同于本文所述的外饰面层24和28和/或不同于其所用材料，而且尺寸和/或气流阻力也可不同。上述结构的任何结合形式都可用于外饰面层24和28和夹层102，这取决于所期望的吸音性能、抗下垂等。
尽管本文所述图6包括两个夹芯，但应该清楚的是，根据具有三个或多个夹芯的吸音结构100的理念，可以提供其它多层结构。为此，本发明并不限于双夹芯吸音结构。
测试结果
在具有一个开放式夹芯22的吸音基板20上进行了吸音试验，以确定孔格高度、尺寸、形状和结构材料的影响。图7的曲线图示出了从多个蜂窝结构中获得的一系列频率上的吸音值。这些吸音值采用ASTM标准C384所述阻抗管法测定。说明孔格高度、孔格尺寸的表格也包括在内。曲线图最上面一行表示H类结构，而最下面一行表示D类结构。其余各类都在所示D类和H类行之间紧密联系。值得说明的是，影响吸音曲线显著变化的唯一因素是饰面材料(H类)的气流阻力。蜂窝结构的主要功能是用作吸音纤维网布层的隔板。
图8给出了吸音值或各种单个开放式夹芯结构的降噪系数(图2，吸音基板20)和由ASTM标准C423确定的多层开放式吸音结构(图6，吸音结构100)。如图表所示，诸如图6所示多层吸音结构趋于给出更高的降噪系数值。该图表还示出了前饰面板24(“正面”)、后饰面板28(“背面”)，以及中间饰面层102(“中间层”)的气流阻力变化的影响，前后符号分别表示离声音最近和最远的饰面层。对于多层吸音结构100来讲，降噪系数值(平均)优选大于0.85，更优选大于0.90。用来说明某种材料吸音性能的降噪系数值根据250,500,1000,和2000Hz频率点上吸音值的平均数来确定。
应该注意的是，在图8中，图表中所列出的最后三个输入数值每一个的两个孔格尺寸(即，直径)分别表示，下吸音基板120b和上吸音基板120a的夹芯122b和122a的孔格宽度或直径尺寸不同(即，0.50英寸和1.00英寸)。在其它可能的实施方式中，每个夹芯122a,122b中的孔格宽度或直径可以相同。此外，在一些实施方式中，孔格形状在多个夹芯中可以不同(例如，但不限于，蜂窝状和三角形、蜂窝和波纹形，这些形状的各种结合形式，以及其它形状)。在每个夹芯中，也可以使用不同的孔格高度。在一些实施方式中，每个夹芯122a,122b中每个孔格36的高度可以相同，也可以不同。此外，用作孔格壁34的材料在每个夹芯122a,122b中可以相同或不同(例如，牛皮纸、玻璃纤维、铝等)。因此，有利的是，吸音结构100内所有上述设计参数的使用和可能的结合形式提供了高度的灵活性，以获得某种用途的预期吸音性能和抗松弛下垂。
应该进一步指出的是，在图8中，不论是单个夹芯吸音基板20还是多个夹芯吸音结构100，都配置和构造了至少任何其中一个外饰面层24和28或夹层102，以获得“无限大”的气流速率，这意味着该饰面层/夹层是非多孔结构，不允许气体流过。在图8所示多个夹芯吸音结构100中，可以看出，在一些实施方式中，至少将背层做成非多孔的对降噪系数或吸音等级不会带来极大不利影响。
尽管上述说明书和附图代表了本发明的一些示例性实施方式，但应该清楚的是，可以对其进行各种补充、修改和替代，但都没有脱离所附权利要求的等同形式的精神和范围。特别是，所属领域技术人员都很清楚，本发明可以采用其它形式、结构、布置、比例、尺寸进行实施，以及使用其它构件、材料、和部件来执行，但都没有脱离本发明的精神或主要特性。此外，在本发明的范围内，也可以对本文所述方法/工艺进行各种改动。所属领域技术人员会进一步清楚，这些实施方式可与结构、布置、比例、尺寸、材料，和部件的许多改进形式一起使用，以及在实施本发明时使用，这些都特别适合于特定环境和使用要求，但都没有脱离本文所述的原则。因此，本文所公开的实施方式在所有方面都应视为说明性的，而非限定性的。所附权利要求应该被宽泛地解释，以在没有脱离本发明等同形式的范围的情况下，包括所属领域技术人员可能会进行的本发明的其它变异形式和实施方式。

Claims (44)

1.一种吸音基板，包括：
大致开放式夹芯，其具有由孔格壁限定的多个开放式孔格，所述孔格壁垂直于所述夹芯的相对的第一主边和第二主边延伸；
第一饰面层，其附接到所述夹芯所述第一主边；以及
第二饰面层，其附接到所述夹芯所述第二主边，
其中，所述第一饰面层是多孔的，其气流阻力范围为大约并包括100至7500mksrayls。
2.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述吸音基板的降噪系数等于或大于0.5。
3.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述吸音基板的降噪系数等于或大于0.65。
4.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述吸音基板的降噪系数等于或大于0.90。
5.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层涂有高固体份涂料，所述高固体份涂料使所述第一饰面层配置为具有的气流阻力范围为大约并包括100至7500mksrayls。
6.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层由层叠的非编织玻璃纤维构成。
7.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层和所述第二饰面层的厚度范围为大约并包括0.010至0.050英寸。
8.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述夹芯由20至80磅的牛皮纸制成。
9.根据权利要求8所述的吸音基板，其中，所述夹芯经由酚醛树脂处理，用于防潮。
10.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述夹芯由纤维玻璃或铝板制成。
11.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述夹芯具有蜂窝状孔格。
12.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述夹芯具有三角形孔格。
13.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述夹芯具有波纹状结构，该结构具有端部开放的孔格，所述孔格设置在所述夹芯的所述第一主边和所述第二主边附近。
14.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层和所述第二饰面层用粘合剂直接结合到所述夹芯。
15.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层和所述第二饰面层直接结合到所述夹芯，无任何中间结构。
16.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述基板从所述夹芯的一个周边边缘到所述夹芯的相对周边边缘是无框架的。
17.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，孔格形成了所述夹芯的开放式体积，其构成所述夹芯占用的总体积的90％或90％以上。
18.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第二饰面层为多孔的，其气流阻力范围为大约并包括100至1000mksrayls。
19.根据权利要求18所述的吸音基板，其中，所述第二饰面层的气流阻力不同于所述第一饰面层的气流阻力。
20.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第二饰面层的气流阻力与所述第一饰面层的阻力相同。
21.根据权利要求1所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层由编织的玻璃纤维网布制成。
22.一种吸音基板，包括：
大致开放式夹芯，其具有沿所述夹芯周围侧边延伸的周边边缘，所述夹芯由被孔格壁限定的多个开放式孔格制成，所述孔格壁垂直于所述夹芯的相对的第一主边和第二主边延伸，所述孔格壁由纸制成；
第一饰面层，其附接到所述夹芯的所述第一主边；以及
第二饰面层，其附接到所述夹芯的所述第二主边，
其中，所述第一饰面层和所述第二饰面层均是多孔的，并且其气流阻力范围为大约并包括100至7500mksrayls。
23.根据权利要求22所述的吸音基板，其中，所述吸音基板的降噪系数等于或大于0.65。
24.根据权利要求22所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层和所述第二饰面层涂有高固体份涂料，所述高固体份涂料配置所述饰面层使得其气流阻力范围为大约并包括100至7500mksrayls。
25.根据权利要求22所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层由层叠的非编织玻璃纤维构成。
26.根据权利要求22所述的吸音基板，其中，所述第一饰面层和所述第二饰面层的厚度范围为大约并包括0.010至0.050英寸。
27.根据权利要求22所述的吸音基板，其中，所述夹芯由20至80磅的牛皮纸制成。
28.根据权利要求22所述的吸音基板，其中，所述基板在所述夹芯的周边边缘所有侧面都是无框架的。
29.根据权利要求22所述的吸音基板，其中，所述夹芯经由酚醛树脂处理，用于防潮。
30.一种吸音结构，包括：
(i)第一基板，包括具有多个开放式孔格的大致开放的第一夹芯，所述孔格由孔格壁形成，所述孔格壁垂直于所述第一夹芯的相对的第一主边和第二主边延伸；
第一饰面层，其附接到所述第一夹芯的所述第一主边上，其中，所述第一饰面层为多孔的，其气流阻力为大约并包括100至1000mksrayls；
(ii)第二基板，包括具有多个开放式孔格的大致开放的第二夹芯，所述孔格由孔格壁形成，所述孔格壁垂直于所述第二夹芯的相对的第一主边和第二主边延伸；
第二饰面层，其附接到所述第二夹芯的所述第二主边上；以及
夹层，其位于所述第一基本和所述第二基板之间，所述第一基板和所述第二基板结合到所述夹层的相对边。
31.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第二基板的所述第二饰面层为多孔的，其气流阻力范围为大约并包括100至500mksrayls。
32.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第二基板的所述夹层为多孔的，其气流阻力范围为大约并包括100至1000mksrayls。
33.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述吸音基板的降噪系数等于或大于0.65。
34.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述吸音基板的降噪系数等于或大于0.90。
35.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一饰面层涂有高固体份涂料，其配置所述第一饰面层使得其气流阻力至少为100rayls。
36.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一饰面层由层叠的非编织玻璃纤维构成。
37.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一饰面层和所述第二饰面层的厚度范围在大约并包括0.010至0.050英寸。
38.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一夹芯和所述第二夹芯由20至80磅的牛皮纸制成。
39.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一夹芯或所述第二夹芯具有蜂窝状孔格。
40.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一夹芯或所述第二夹芯具有三角形孔格。
41.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一夹芯或所述第二夹芯具有波纹状结构，孔格的开放式端部邻近所述夹芯的所述第一主边和所述第二主边。
42.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一夹芯和所述第二夹芯采用粘合剂直接结合到所述夹芯。
43.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一夹芯和所述第二夹芯的孔格宽度或直径尺寸相同。
44.根据权利要求30所述的吸音结构，其中，所述第一夹芯和所述第二夹芯的孔格宽度或直径的尺寸不同。
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