1.本发明涉及一种放大声波的装置，尤其涉及一种包含超材料的放大声波的装置。
背景技术：
2.由于环保技术的发展以及全世界环境法律法规的加强，大多数内燃机车辆都在进行发动机小型化。为了弥补由于这种发动机尺寸减小而导致的发动机功率的降低，涡轮增压器经常应用于运动概念车。
3.使用涡轮增压器，可以提高发动机功率，但是自然的发动机声音可能会被减弱，这尤其对于跑车来说是不希望的。这是由于具有涡轮增压器的发动机比没有涡轮增压器的发动机具有更长的声音传递路径。由于发动机声音是跑车的重要特征，因此需要采取措施解决当前问题。
4.作为这样的措施，目前涌现各种技术，诸如电声发生器(esg)，虚拟发动机声音系统(vess)等。现有的主动式声音发生器通过使用控制器根据发动机rpm、车辆负载条件等来改变噪声发生器的排出口，从而控制音调。这样的主动式声音发生器包括电机、控制器、活片、膜、盖、软管、联接夹等，由于其复杂的形状而需要大量的部件，并且由于使用电机和控制器而导致较高的生产成本。此外，常见的主动式声音发生器需要额外的电力来操作电机，从而增加了车辆消耗的电量，并且需要额外的线缆。此外，由于产生的虚拟声音不是实际的发动机声音，所以许多驾驶员对当前的虚拟声音并不满意。
5.在本背景技术部分中包括的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
6.本发明的各个方面致力于提供一种放大声波的装置，其能够既满足自然的发动机声音又满足环境友好要求。
7.本发明的各个方面致力于提供一种放大声波的装置，其能够在不施加单独的电力的情况下放大实际的发动机声音。
8.本发明的又一个目的是提供一种放大声波的装置，即使在具有涡轮增压器的车辆中，该装置也能提供实际的发动机声音。
9.本发明的再一个目的是提供一种放大声波的装置，其能够降低总体成本并减少部件数量。
10.本发明的各个方面致力于提供一种放大声波的装置，所述装置包括：超材料结构，所述超材料结构包括在其内部的超材料、空气流入超材料结构所经过的入口、以及形成为穿透超材料结构的一侧的一部分的穿透部分；膜构件，其联接至所述穿透部分；以及共振构件，所述共振构件包围所述膜构件并联接至所述超材料结构，并且所述共振构件包括空间以及配置为和外部连通的排出口。
11.在本发明的各个示例性实施方案中，所述装置可以进一步包括保持所述膜构件的周边的气密性的气密密封。
12.在本发明的各个示例性实施方案中，所述超材料可以包括重复形成的多个通道，所述通道与所述入口和所述膜构件流体连通。
13.在本发明的各个示例性实施方案中，所述通道的每一个可以形成为折返的形状。
14.在本发明的各个示例性实施方案中，所述通道的每一个可以包括：第一流动路径，其在与空气的流入方向对准的方向上延伸；第二流动路径，其从所述第一流动路径的末端相对于第一流动路径沿向左方向或向右方向延伸；第三流动路径，其与所述第二流动路径流体连通，所述第三流动路径从第二流动路径的末端沿第一流动路径的延伸方向延伸并平行于第一流动路径；以及第四流动路径，其与所述第三流动路径流体连通，所述第四流动路径从第三流动路径的末端向着第一流动路径的延伸方向延伸并与第二流动路径平行。
15.在本发明的各个示例性实施方案中，在所述超材料结构的内部可以形成有中空空间的部段，并且所述穿透部分与所述部段对应。
16.在本发明的各个示例性实施方案中，所述超材料可以包括重复形成的多个通道，通过所述入口流入到超材料结构中的空气可以依次穿过所述通道和所述部段，并经由膜构件流入共振构件。
17.在本发明的各个示例性实施方案中，所述超材料结构可以进一步包括：第一壳体，所述第一壳体在其内部容纳所述超材料；以及第二壳体，所述第二壳体气密性联接至所述第一壳体并设置有所述穿透部分。
18.在本发明的各个示例性实施方案中，所述第一壳体可以包括从第一壳体的周边的一部分突出的区划构件，所述第二壳体可以包括从第二壳体的一侧突出并联接至所述区划构件的突出部，所述入口由通过将所述区划构件和所述突出部彼此联接而形成的空间而限定。
19.在本发明的各个示例性实施方案中，围绕所述入口的周边可以安装有密封构件以确保气密性。
20.在本发明的各个示例性实施方案中，所述装置可以进一步包括：多个通孔，所述多个通孔穿过第一壳体和第二壳体；以及紧固构件，所述紧固构件固定地插入所述通孔中。
21.在本发明的各个示例性实施方案中，插入件从所述第二壳体的表面突出并且与所述穿透部分的周边间隔开一定距离，所述共振构件可以紧密地联接至所述插入件。
22.下面讨论本发明的其它方面和示例性实施方案。
23.本发明的上述和其它特征在以下进行讨论。
24.本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的实施方案中进行详细陈述，这些附图和实施方案共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
25.图1是示例性地示出根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的立体图。
26.图2是根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的分解立体图，其中
省略了该装置的进气系统安装侧。
27.图3为图1的分解立体图。
28.图4是根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的第二壳体的局部放大图。
29.图5是示例性地示出根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的膜构件的立体图。
30.图6a是根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的立体图。
31.图6b是沿着图6a中的线a
‑
a’获得的截面图。
32.图7a是示例性地示出根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置安装在进气系统上的状态的图。
33.图7b是示例性地示出根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的视图，其显示了在图7a的z方向上所见的状态。
34.图8为沿着图7a中的线b
‑
b’所获得的截面图。
35.图9和图10是表示根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的放大效果的曲线图。
36.应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种示意性的特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所包括的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
37.在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
38.下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些具体实施方案的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本发明将与本发明的示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不但覆盖本发明的示例性实施方案，而且还覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
39.在实施方案的以下描述中，诸如“第一”和“第二”之类的术语可以用于描述各种元件，但是不限制这些元件。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地第二元件也可以被称为第一元件。
40.当一个元件或层被称为在另一个元件或层“上”，“与之接合”，“连接至”或“联接至”另一个元件或层时，它可以直接在另一元件或层上，与另一元件或层接合、连接或耦合，或者也可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”，“直接接合”，“直接连接至”或“直接耦合到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。可以以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语，例如“在
……
之间”与“直接在
……
之间”，“相邻”与“直接相邻”等。
41.在以下实施方案的描述中，即使在不同的附图中，相同的元件也用相同的附图标记表示。本发明所使用的术语仅用于描述具体的实施方案并且不旨在对其进行限制。在实
施方案的以下描述中，单数表达可以包括复数表达，除非它们具有明显不同的上下文含义。在实施方案的以下描述中，诸如“包含”，“包括”，“具有”等术语将被解释为指示存在有说明书中陈述的特征、数值、步骤、操作、元件或部件或其组合，并且不排除存在或添加一个或多个其他特征、数值、步骤、操作、元件、部件或其组合的可能性。
42.根据本发明的各种示例性实施方案的放大声波的装置包括超材料结构，所述超材料结构包括在其内部的超材料、空气流入超材料结构所经过的入口、以及在超材料结构的一侧的一部分中形成的穿透部分，所述放大声波的装置还包括膜构件和共振构件，所述膜构件联接至穿透部分，所述共振构件包围膜构件并联接至超材料结构，并且所述共振构件包括在其内部的空间以及排出口，所述排出口与外部和内部空间流体连通。
43.根据本发明的各种示例性实施方案的放大声波的装置具有优异的声波放大性能。
44.根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置可以放大并传播实际的发动机声音而不是虚拟的发动机声音。
45.根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置可以降低总体成本和部件数量，并且具有简单的结构。
46.下面将参考所附附图对本发明的示例性实施方案进行说明。
47.图1是示例性地示出根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1的立体图，图2是省略了用于放大声波的装置1的进气系统安装侧的一些元件的状态下的图1的分解立体图。
48.如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施方案的用于放大声波的装置1包括超材料结构2，膜构件4和共振构件6。
49.所述超材料结构2包括在内部的超材料m，并且超材料m在超材料结构2中放大声波。所述超材料m是设计成具有天然材料中不存在的特性的任何材料。所述超材料m由多个元件的组件制成，这些元件由诸如金属和塑料的复合材料制成，并且通常重复安装。
50.为了物理地降低声波的传播速度并将声压集中在小空间的内部，需要高折射率和高阻抗的声学特性。然而，在大多数天然材料中，声波的速度随着材料密度的增加而增加。因此，这些材料不能同时实现高折射率和高阻抗。根据本发明的各个示例性实施方案的超材料m具有折返结构，该折返结构可降低介质中声波的速度，从而使超材料获得高折射率特性。而且，所述超材料m提供高阻抗特性，其中声压通过在特定频率下的共振的产生而增加。因此，所述超材料具有自然界中无法找到的特性。在此，可以使用各种原理来产生共振。例如，可以使用亥姆霍兹共振器的原理以与常规共振器相同的方式产生共振，或者可以使用通过在两种介质之间重叠声波的反射波和透射波而产生共振的法布里
‑
珀罗共振。
51.尽管根据本发明的各个示例性实施方案的超材料m不限于特定形状，但是超材料m具有重复的图案。无论超材料m的形状如何，都可以形成指向穿透部分122的多个通道100或部段112。所述多个通道100中的每一个构造成与入口32和膜构件4流体连通。
52.根据本发明的实施方式，每个通道100形成为折返的形状。根据本发明的实施方式，每个通道100可以包括第一流动路径110，第二流动路径120，第三流动路径130和第四流动路径140。此外，每个通道100可以包括重复布置的多个第一流动路径110，第二流动路径120，第三流动路径130和第四流动路径140。
53.根据本发明的实施方式，所述第一流动路径至所述第四流动路径110、120、130和
140形成为彼此连通。所述第一流动路径110在与空气的流入方向对准的方向上延伸。即，所述第一流动路径110在与流入到超材料结构2中的超材料m中的空气的方向一致的方向上延伸。所述第二流动路径120从第一流动路径110相对于第一流动路径110沿向左方向或向右方向延伸。也就是说，所述第二流动路径120改变第一流动路径110的延伸方向并且在其向左方向或向右方向上延伸。所述第三流动路径130与第二流动路径流体连通，并且在平行于第一流动路径110的与第一流动路径的延伸方向相同的方向上延伸。所述第三流动路径130在平行于第一流动路径110的方向上延伸，并且第一流动路径110和第三流动路径彼此间隔大约第二流动路径120的长度。所述第四流动路径140与第三流动路径130流体连通，并且平行于第二流动路径120在朝向第一流动路径110的方向上延伸。即，所述第四流动路径140平行于第二流动路径120延伸，并且与第二流动路径120间隔大约第三流动路径130的长度。
54.图3是根据图1所示的本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置的立体分解图。
55.如图3所示，所述超材料结构2包括壳体单元12和22，并且超材料m容纳在壳体单元12和22中。所述壳体单元12和22配置成为用于超材料m的壳体，并且配置为维持除了用于发射声波的穿透部分122之外的壳体单元12和22的内部的气密性。所述壳体单元12和22可以包括第一壳体12、第二壳体22和入口32。尽管根据本发明的示例性实施方案的壳体单元12和22被称为包括两个壳体，即，分别设置的第一壳体12和第二壳体22，但是第一壳体12和第二壳体22也可以整体形成为单个单元。
56.所述第一壳体12和所述第二壳体22之间的气密性被保持在除了入口32和穿透部分122之外的区域中，所述入口32和所述穿透部分122被构造成使得空气流入其中。
57.所述第一壳体12在其内部容纳超材料m。所述第一壳体12中可以形成不设置超材料m的空区域的部段112。
58.区划构件212从第一壳体12的周边突出。根据本发明的实施方式，所述区划构件212形成为第一壳体12的周边的一部分。
59.第二壳体22联接到第一壳体12。第一壳体12和第二壳体22之间的联接部分保持密闭。为此，第一壳体12和第二壳体22可以构造成通过焊接来保持它们之间的气密性。此外，如下所述，可以通过附接至通孔42的一个或更多个紧固构件20来增强气密性。图4描绘了示例性地示出第二壳体22的局部放大图。
60.参见图4，所述穿透部分122形成为穿过第二壳体22。所述穿透部分122与第一壳体12的内部流体连通，并且与第一壳体12中的部段112流体连通。
61.容纳凹槽222可以形成在穿透部分122的周边。根据本发明的实施方式，所述容纳凹槽222从所述第二壳体22的表面凹入。此外，引导凹槽322可以形成在穿透部分122的一侧，以引导膜构件4的插入。所述引导凹槽322可以从容纳凹槽222向外延伸。此外，可以在围绕穿透部分122的周边上形成多个联接突起422，以引导膜构件4的插入。
62.根据本发明的实施方式，突出部522在第二壳体22的一侧从第二壳体22的表面突出。所述突出部522联接到第一壳体12的区划构件212，这就可以限定用于从进气系统接收的空气的入口32。
63.根据本发明的各个示例性实施方案，插入件622从第二壳体22的表面突出。所述插入件622可以与穿透部分122的周边间隔开一定距离。
64.根据本发明的各个示例性实施方案，形成穿过第一壳体12和第二壳体22的多个通孔42。紧固构件20可以插入通孔42内，从而提供附加的联接力以保持气密性。
65.通过将第一壳体12和第二壳体22彼此联接而限定的入口32的周边保持气密密封。除了连接到进气系统和超材料m的通道的部分，入口32的所有部分都保持气密密封。根据本发明的一种实施方式，密封构件10安装在入口32的周边上以保持气密性。安装在由区划构件212和突出部522所限定的入口32的周边上的密封构件10确保气密性。如果在将进气系统连接到用于放大声波的装置1上时不能保持气密性，则可能会出现诸如噪音的问题。根据本发明的各种示例性实施方案，可以通过将第一壳体12和第二壳体22彼此联接而形成的入口32和安装在入口32上的密封构件10来确保气密性。
66.根据本发明的各种示例性实施方案的用于放大声波的装置1包括膜构件4。所述膜构件4设计成通过薄膜将超材料结构2的振动传递到共振构件6。根据本发明的实施方式，所述膜构件4可以容纳在第二壳体22的穿透部分122上和第二壳体22的容纳凹槽222中。所述膜构件4密封地联接到穿透部分122。
67.图5为所述膜构件的立体图。
68.如图5所示，根据本发明的一个实施方式，所述膜构件4包括引导突出部14和联接槽24，以确保牢固地联接并且引导膜构件4与第二壳体22的联接。所述引导突出部14可以构造成容纳在第二壳体22的引导凹槽322中，并且所述联接槽24可以构造成与第二壳体22的联接突起422接合。
69.气密构件8安装在膜构件4的周围。所述气密构件8设置为气密密封膜构件4的周边。
70.根据本发明的一种实施方式，气密构件8可以容纳在容纳凹槽222中。较佳的将膜构件4紧密地安装在容纳于第二壳体22的容纳凹槽222中的气密构件8上。当膜构件4安装在壳体单元12和22的一侧的声波被放大的部分上时，壳体单元12和22的一侧的部分与膜构件4之间的联接部分可以保持气密性。除非是这种情况，否则声波不能通过膜构件4放大。根据本发明，可以通过气密构件8将壳体单元12和22的一侧的部分与膜构件4之间的联接部分气密密封。除了气密构件8之外，壳体单元12和22以及膜构件4还可以一体地形成以提高气密性。
71.作为非限制性示例，气密构件8可以由橡胶或塑料形成。所述气密构件8可以由构造成确保气密性的任何材料形成。
72.共振构件6安装在第二壳体22上。所述共振构件6安装在第二壳体22上以密封地包围膜构件4。根据本发明的一种实施方式，共振构件6密封地附接到第二壳体22的插入件622。
73.在共振构件6的内部形成有空间，并且在共振构件6上形成有与外部连通的排出口16。所述共振构件6的体积以及排出口16的直径和长度可以被调节为适合于目标频率，这使得通过共振构件6在目标频率产生共振。
74.根据本发明的各种示例性实施方案的放大声波的装置可以在除了上述实施方案之外的各种实施方案中的任何一个中实现。因此，放大声波的装置证明了高通用性和可用性。根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置可应用于空气流动的任何流动路径，例如空气滤清器、空气软管、空气导管等等。而且，它可以应用为圆柱形结构，如图6a和
6b所示。
75.根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1的操作和效果将在以下提到。
76.图7a和图7b示出了根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1安装在进气系统上的状态。图8为沿着图7a中的线b
‑
b’所获得的截面图。参见图8，根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1，利用进气系统中的发动机声音放大进入超材料结构2中的声波。经由超材料m穿过部段112而放大的声波通过膜构件4被引导至共振构件6。也就是说，膜构件4设置在超材料结构2的一侧的一部分上，以将由超材料结构2放大的声波散发到外部。共振构件6安装成包围膜构件4。共振构件6通过共振现象将共振构件6内部的声压放大后，通过排出口16将放大后的声音向外部排出。与上述相关技术相比，根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1可以降低成本。可以应用塑料注射成型方法来生成根据本发明的各种示例性实施方案的用于放大声波的装置1，并且用于放大声波的装置1消除了产生高成本的部件，例如电机、控制器等，从而可以实现降低成本。
77.此外，与相关技术相比，根据本发明的各种示例性实施方案的用于放大声波的装置1由于具有减少的部件数量而被大大简化。
78.此外，根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1属于非控制系统，与传统技术相比，在操作中不需要电力。
79.根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1旨在提供优异的声音放大性能。如图9和图10所示，示出了在目标频率350hz处放大约30db的声压，并且与参考相比放大了约30db的声压。所述参考在图10中以base(wall)表示，并且其代表相对于频率变化的声压，该声压由安装在圆管的外壁上的麦克风测量。图10中的meta+reso_350表示根据本发明的各个示例性实施方案的用于放大声波的装置1，并且代表相对于频率变化的声压，该声压由安装在圆管的有穿孔的外壁上的用于放大声波的装置1测得。
80.从以上描述中显而易见的是，根据本发明的各种示例性实施方案的放大声波的设备可以满足常规的发动机声音和环境友好性。
81.此外，根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的装置可以在不施加单独的电力的情况下放大实际的发动机声音。
82.此外，根据本发明的各个示例性实施方案的放大声波的设备致力于甚至在应用了涡轮增压器的车辆中提供实际的发动机声音。
83.此外，根据本发明的各种示例性实施方案的放大声波的设备可以降低总体成本并减少部件数量。
84.为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后部”、“内”、“外”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“内侧”、“外侧”、“向前”、“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方案的特征。还将理解，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
85.前面对本发明具体示例性具体实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各
种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。