微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理

刘崇锐,吴九汇

(西安交通大学机械工程学院,710049,西安)

低频噪声由于穿透力强、不易衰减的特点,已经成为日常生活中的重要污染之一,对人们的身心健康造成了严重的影响[1]。由于低频噪声能量耗散率较低,传统的吸声材料难以有效吸收低频声波[2-4]。

近年来,声学超材料[5-6]的快速发展为解决低频噪声问题提供了新的途径,如薄膜型超材料[7-11]、耦合共振型超材料[12-13]和空间折叠型声学超材料[14-21]等。其中,空间折叠型超材料凭借优异的低频特性、100%吸声、亚波长厚度及较好的强度等特点引起了众多研究人员的关注。Li等首先提出了深度亚波长的空间折叠亥姆霍兹共振器结构[16],其结构厚度为12 mm,可在125 Hz处实现100%吸声,厚度仅为相应波长的1/223,但是由于共振特性的限制,其峰值带宽较窄,难以进行工程应用。

随后,不少学者通过采用多单元耦合的方式进行了宽带结构的设计,以基本单元1/4波长谐振腔和亥姆霍兹共振器(HR)为主。以谐振腔为基本单元,Hu等设计了由6个单元组成的18 cm厚的折叠式结构[17],可在100～200 Hz范围内实现连续优异吸声。以HR为基本单元,Zhao等提出了简单可调的两单元耦合结构[18],厚度为2.8 cm时在230～330 Hz范围内实现宽带吸声。但是,在以上工作中,吸声频带仅由各单元的一阶峰值组成。

在此基础上,Yang等设计了16个单元的谐振腔结构[19],引入了单元高阶峰值,其厚度为10.36 cm时可在400～3 000 Hz范围内获得100%吸声频带。Liu等提出了多阶HR吸声机理[20-21],在保持HR结构原来一阶峰值不变的情况下,引入高阶峰值,进一步增加带宽,设计了多单元耦合结构,可在4 00～2 800 Hz范围内实现连续优异的宽带吸声。……