结构型声学超材料研究及应用进展

冯 涛，王余华，王 晶，黄志刚

(北京工商大学 人工智能学院，北京 100048)

声学超材料是现代声学前沿的一个新兴领域，在航空航天、汽车和建筑等领域被广泛地研究和应用。人们常通过吸声和隔声相结合的技术来减低噪声对房屋建筑、飞机和汽车的影响，而消除低频噪声十分困难[1-2]，因为低频声波的波长很长，需要使用大于其波长尺寸的隔声屏障和吸声材料来阻挡[3]。传统自然材料因尺寸或材料属性的限制不能满足人们的特殊需求，因此声学超材料的出现为声波的控制和处理提供了新的技术手段[4]。超材料是指合理设计的人工结构或材料，按照周期性或非周期性排布后能表现出自然材料所不具备的超常物理性质[5]。超材料自发现以来，广泛研究应用于以超自然的方式引导和控制电磁波和声波的传播[6-8]。

声学超材料能够控制声波-物质相互作用[9]，其工作原理是局域共振，而不是由自然材料的固有特性决定的[10-12]。其中结构型声学超材料是一种能够根据几何特性(包括尺寸参数和形状特征)来调整物理行为[13-15]的声学超材料，因此在航空航天、汽车和建筑等各种高需求行业的应用中有很大的优势。在交通运输、建筑部门以及消费品中，客户舒适度的重要性逐步增加，是近年来在噪声控制领域声学超材料方面取得进展的推动力，声学超材料已经被证明是功能材料发展的一个重要领域[16-20]。本文综述了近年来结构型声学超材料的研究及应用进展，为结构型声学超材料的设计提供思路与方法，并对其面临的技术挑战进行了总结与展望。……