材料与几何参数对薄膜超材料吸声性能的影响

王家声，刘 艳，李秋彤，陈亚楠

（1.上海理工大学机械工程学院，上海200093；2.上海材料研究所，上海200437；3.上海消能减震工程技术研究中心，上海200437）

声学超材料是一种新型人工材料，通过对其在亚波长尺度下的结构设计，可实现对低频宽带声波的高效调控，获得天然材料所不具备的超低频吸声能力，为众多工程领域的低频降噪问题开辟了新的技术路径[1–3]。其中，薄膜声学超材料的质量轻、体积小，可广泛应用于多种轻量化应用场景[4–6]。很多研究学者针对其隔声性能做了大量研究，分析了胞元的结构参数、薄膜密度及泊松比等材料参数对其隔声性能的影响[7–9]，还通过优化其几何设计提高隔声性能[10–12]；此外，又提出了多种主动控制方法用于调节薄膜声学超材料的隔声性能[13–15]。随着薄膜声学超材料研究的不断深入，其吸声性能也受到极大关注。Mei 等[16]提出了采用两块半圆形附加质量对称分布在矩形薄膜两侧的薄膜声学超材料，首次发现了其低频的吸声特性；Chen 等[17]研究该薄膜声学超材料的吸声性能，发现了随着附加质量个数的增加，吸收峰数目也逐渐增多；张忠刚等[18]研究附加质量厚度对其吸声性能的影响；Zhu等[19]利用穿孔板与弹性薄膜组合成双自由度的谐振吸声系统，发现了此结构会在低频范围内出现两个吸收峰，间接扩大了低频声波的吸收带宽；Ma等[20]提出在原有薄膜下部增加一个密封空气层，通过调节空气层厚度，可改变吸收峰频率特征；刘怡然等[21]将吸声薄膜声学超材料与亥姆霍兹共鸣腔结合，发现调节薄膜张力与厚度可改变吸收峰值频率。……