处，使用辐射边界条件。
[0141] 斜入射波的吸收
[0142] 暗声超材料尤其样品6可以呈现许多共振本征模态。在法向入射时，只有左右对 称的那些本征模态可以与入射波耦合。尽管样品中的瑕疵可能导致与非对称模态的耦合， 使得观测到的背景吸收比仿真结果更高，使用斜入射波来有意探测在样品6中激发更多模 态的结果将会很有意义。
[0143] 图18是45°斜入射波的实验设置的影像。为了测试吸收，该设置可以调节用于 不同的入射角度，如图19A至图19E中所示。图19示出关于不同入射角度0° (图19A)、 15° (图 19B)、30° (图 19C)、45° (图 19D)、60° (图 19E)测得的吸收系数。
[0144] 对于四个倾斜入射角度一15°、30°、45°、60°，用样品6进行非法向入射测 量。用于倾斜入射的实验设置示于图19F中。关于不同角度测得的吸收系数示于图19A至 图19E中。在60°以下的情况下，结果表明了性质上的相似性，在该角度，650~950Hz和 1000~1200Hz的频率范围呈现出吸收的明显增大。这是由于大的非法向入射角度可以激 发更多的共振模态，这些共振模态在法向入射的条件下都被左右对称解耦。
[0145] 因此，在斜入射波的情况下，本发明声学超材料实际上如有限带宽的近乎全吸收 那样执行。
[0146] 如上所述，本系统中有许多本征模态，由于其左右对称，使其与法向入射波解耦。 为了探索打破这种对称性之后的结果，还在斜入射波的情况下完成了对样品6的测量。测 量结果表明了 60°以下情况下性质上的相似性，在该角度，650~950Hz和1000~1200Hz 的频率范围呈现出吸收的明显增大。因此，暗声超材料的总体性能在较宽范围的入射角度 情况下没有劣化，甚至在某些频率范围内还有所改善。
[0147] 具有中心薄块的固体薄腊的件能
[0148] 图20A和图20B图示两个实验的透射谱，使用塑料保鲜膜（图20A)和铝箱（图 20B)作为薄膜。图中示出了薄膜的透射振幅（左轴）和相位（右轴）作为频率的函数。透 射振幅（左轴）和相位（右轴）与图上箭头所指的曲线相关。两种薄膜都是家庭厨房中包 裹食物经常使用的材料，厚度约为0. 1毫米。
[0149] 在两个透射最大的共振频率之间的反共振频率下，两个谱都呈现出典型的透射最 小。关于出现透射最小的反共振原理在含有非橡胶的固体制成的薄膜的结构中也适用。另 外，固体材料薄片的厚度可以构造为相当恒定，或者，可以构造为使得厚度在单元中变化。
[0150] 图21和图22示出了两种结构的数字仿真透射谱，示于图21A和图21B中的结构 采用了丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS)薄膜，而示于图22中的结构采用了铝制薄膜。图21A示 出了该结构采用ABS薄膜的数字仿真，ABS薄膜半径为50毫米，厚度为0. 1毫米，铅薄块半 径为8毫米，厚度为I. 1毫米。图21B示出采用了 ABS薄膜结构的数字仿真，其ABS薄膜半 径为100毫米，厚度为0. 5毫米，ABS薄块半径为40毫米，厚度为2. 25毫米。实线表示透 射强度，虚线表示透射相位。可以看出，它们与图20中的实验结果相符。
[0151] 图22示出铝制薄膜的数字仿真透射谱，薄膜半径为50毫米，厚度为0. 1毫米。薄 片半径为20mm，厚度为0· Imm0
[0152] 图23A和图23B示出结构工作频率在超声范围的数字仿真结果。图23A图示结构 采用铝薄膜的数字仿真结果，铝薄膜半径为0. 5毫米、厚度为0. 1毫米，铅薄块半径为0. 15 毫米、厚度为〇. 1毫米。图23B图示结构采用硅薄膜的数字仿真结果，硅薄膜半径为0. 5毫 米、厚度为〇. 1毫米，硅薄块半径为〇. 2毫米、厚度为0. 3毫米。
[0153] 可以看出，这些结构能够具有超声范围的工作频率。显而，通过调整设计参数，该 结构可以覆盖较宽频率范围。
[0154] 多个夺替单元类铟
[0155] 图24A至图24E示意性图示结构中设置有多个类型单位单元，其中，两种不同类型 (A类和B类）单元采用不同方式相邻并交替排列。按各图示出的这样一种排列形式，两类 或多类单元交替方式或根据预定样式分布在平坦面板上。在一些特定频率范围内，一类单 元（A类单元）的振动与另一类单元（B类单元）的振动相位相反。因此，通过波的干涉作 用，由A类单元发出的声波与B类单元发出的声波相抵消，使得入射在面板上的声波被有效 阻隔，导致与电子主动降噪（ANR)类似的无源效果（passive effect)。将这种情形推广至 合理极限，一类单元可以是完全空的。如图24B至图24E中所示，这可以按照A类单元和B 类单元的不同比例加以构造。
[0156] 图24A图示一种交替排列形式，其中一类单元（A类）相邻于第二类单元（B类）。 这也可以按照A类单元和B类单元的不同比例加以构造。
[0157] 图24B图示一种排列形式，其中同类（例如A类和A类、或B类和B类）的最邻近 单元比相反类（例如，A类和B类、或B类和A类）的最邻近单元之间的间隔远。
[0158] 图24C图示一种排列形式，其中同类单元相邻布置成一行。
[0159] 图24D图示一种排列形式，其中一类（例如A类）单元被不同类（例如，B类）单 元围住，但是该不同类单元与其它同类（本实施例中B类）单元相邻。
[0160] 图24E图示一种排列形式，其中该交替排列在一类单元之间提供相邻关系，在另 一类单元之间不提供相邻关系，而是被行所分隔。
[0161] 图25是具有对应于图24A中所示具有交替排列方式的单元的图像。
[0162] 当声波入射到弹性面板上时，它们激发面板的振动。振动的面板作为声源，在面板 的另一面产生声波。结果就是声波能够透过面板，对于隔音板而言这是我们想要最大程度 减少的透射。在这种结构中，A类单元发出的声波与B类单元发射的声波异相。本结构导致 异相关系，这是通过使用两类或更多类单元实现的，这些类型单元具有彼此明显不同的共 振频率。于是，当空气中的波长远大于单元尺寸时，这些声波相互抵消，导致最小透射。在 一种非限制性示例中，单元尺寸为大约1. 〇厘米，而波长为100厘米量级。
[0163] 本排列方式基于一个原理，相邻单元间同相和异相运动的抵消是处于透射最小的 频率。这可以导致薄膜另一面上净余的平均空气运动的完全抵消，因而，视为聚集声源时， 在透射达到最小时没有净透射能量。
[0164] 考虑到框架上的荷载，与具有单一类型单元的薄膜反射体相比，多种类型单元的 使用更具优势。也就是，在实际大面积应用中，总是需要使用框架，以达到将单独薄膜面板 组装到消音墙中的目的。在这种情况下，如果每个薄膜面板是相同的，在全反射频率下，对 框架的荷载可能非常大，从而，导致框架变形、以及低频声音的泄漏。通过使用多种类型单 元，由于不同的单元（例如，A类单元和B类单元）可以异相，它们对框架的净荷载可能非 常小，因而，可以使低频声音泄漏最小。
[0165] 图26和图27图示不同模式的单元的频率响应。在图26中，使用5个单元的模 式，以插图示出，并且，与图24A和图25的模式对应。四个填充单元包括薄膜加薄块（A类 单元），以及空心单元（B类单元）是空的。在图26中，350Hz处达到低谷的点划线2601是 用硬金属片阻塞B类单元时四个A类单元的透射振幅。带有大致对称外观的虚线2602是 四个A类单元被阻塞时通过中间处的空的B类单元的透射。粗实线2603是所有单元都激 活时的透射的情况，其在325Hz处的低谷比只有空单元的低谷要低，是其1/10。图26中靠 近上部的点线2604表示声波反射。右边插入的小图是动态有效质量密度。
[0166] 在图27中，使用与图24E模式对应的5单兀模式，以插图不出。两个填充单兀由薄 膜加薄块构成（A类单元），而一行空心单元只有薄膜（B类单元）。透射模式2701在300Hz 处示出低谷，作为带有第一低谷的曲线，是关于一个A类单元和四个B类单元。透射模式 2702在360Hz处示有低谷，作为带有第二低谷的曲线，是关于两个A类单元和三个B类单 元。透射模式2703在400Hz处示有低谷，作为带有第三低谷的曲线，是关于三个A类单元 和两个B类单元。透射模式2704在470Hz处示有低谷，作为带有第四低谷的曲线，是关于 四个A类单元和一个B类单元。
[0167] 薄块位于中心的固体薄腊
[0168] 可以实现范围很宽的工作频率，作为非限制性示例，例如，从低于IHz到IMHz以 上。薄膜的材料包括任何固体，以及，通过适当选择薄膜材料、厚度、横向尺寸，以及中心薄 块的质量和尺寸，可以实现具有期望工作频率的消声结构。
[0169] 当中心薄块相对于二维阵列平面垂直放置时，消声面板影响声音的透射和吸收。 位移的结果是，使薄膜变形，并且由变形的薄膜对薄块施加回复力。随后薄块和薄膜简谐振 动。
[0170] 在薄膜加薄块振动系统的共振频率下，有许多本征模态，这些本征模态取决于薄 块的质量、薄膜平行于二维阵列平面的横向尺寸、及其厚度。在两个本征频率之间的某频率 (我们称之为反共振频率）下，薄膜加薄块的平均位移为〇。对远场声辐射而言，本系统就 好似一堵硬墙，入射声波的透射达到最小。由于胡克定律对任何固体通常都成立，原则上， 任何固体材料的薄膜主要性能都应该与例如美国专利No. 7, 395, 898中的橡胶薄膜类似。
[0171] 中心薄块被移置时，薄膜给其提供回复力。通过选择合适的薄膜厚度和弹性如杨 氏模量和泊松比、薄块的质量和尺寸、以及单元尺寸，可以覆盖从次声（低于IHz)到超声 (高于IMHz)范围内的工作频率。这种共振归因于中心薄块被移置时，存在由薄膜施加的回 复力。如果薄膜一般紧，而不是太松，但又不必如美国专利No. 7, 395, 898中的薄膜需要预 拉伸，即可实现这一点。这个要在薄膜不起皱、或者起皱比较小而功能未失的情况下才起作 用。在那种情况下，褶皱通常皆是因不完备的制造过程所导致的实质性瑕疵。只要整体上 是完好的，跨越单元的薄膜厚度上可以有变化。
[0172] 通过一些制备技术，可以实现本结构。一技术涉及不用焊接的方式冲穿塑料片或 金属片，通过一步成型，通过烧结，或者结构较小时通过光刻法，都可以形成薄片。
[0173] 裙皱或波纹图案的薄腊
[0174] 在消声板所使用的典型超材中，支撑薄块运动的薄膜通常保持紧绷并且没有褶 皱。可选择地，将褶皱或波纹刻意引入到固体薄膜中。在这样的布置中，选择用于固体薄膜 的材料通常是足够刚性的或者是足够硬的，以便薄膜处于松弛形式时也能维持褶皱图样。
[0175] 薄块根据平面或表面对齐布置在平坦薄膜上，非平面在薄块远离平面或表面对齐 的位移方向提供挠性。
[0176] 相比于没有褶皱的薄膜，当垂