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声学超材料的知识点分享

声学超材料的知识点分享

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  • 发布时间:2022-05-30 12:32
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【概要描述】声学超材料的概念一提出,就渗透到传统声学研究的各个分支中。科学家们提出的潜在应用场景也各不相同。文章篇幅有限,笔者在此简要介绍两个主要应用领域:减振降噪和声场调节。划分音响超材料领域的“明星”选手——声学超材料隐身技术。

声学超材料的知识点分享

【概要描述】声学超材料的概念一提出,就渗透到传统声学研究的各个分支中。科学家们提出的潜在应用场景也各不相同。文章篇幅有限,笔者在此简要介绍两个主要应用领域:减振降噪和声场调节。划分音响超材料领域的“明星”选手——声学超材料隐身技术。

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  声学超材料的知识点分享

声学超材料

  声学超材料的概念一提出,就渗透到传统声学研究的各个分支中。科学家们提出的潜在应用场景也各不相同。文章篇幅有限,笔者在此简要介绍两个主要应用领域:减振降噪和声场调节。然后,划分音响超材料领域的“明星”选手——声学超材料隐身技术。

  声学超材料有助于传统的隔音和降噪。

  这是吸声隔音、减振降噪、声学领域长期以来的主流研究方向,也是声学技术广泛应用的方向。传统的多孔材料更喜欢高频部分(500Hz以上),因为它满足线性响应理论,对低频声波的消耗能力下降。事实上,为了解决低频段吸声效率和阻抗不平衡问题,提出了有名的微穿孔板理论(MPP),大大提高了低频段吸声效果,但所需的结构尺寸并不是深阿法场。声学超材料是一种解决低波段吸声隔音问题的新思路,科学家们找到了较薄、较轻的共振结构,并将其用于声学超材料的结构设计中,实现了低波段吸声隔音。之前实现的是语音膜(Membrane)结构。2008年,杨等人提出膜类型的声吸收体,指出只要0.28毫米厚的膜,就可以得到频率为146Hz的共振。Mei等人第 一次使用弹性薄膜夹具来确定半环形质量块,在实验中得到深阿帕场的声学黑体。弹性薄膜厚度在接近完 美吸收的3个波长以下。这种膜结构尺寸很薄,声学性能很好,但膜材料本身的预应力很难控制。

  因此,在逐渐成熟的3D打印技术的帮助下,科学家们开始对Helm Holtz谐振器这一古老的音响设备视而不见,从2014年开始,科学家们在理论和实验上开始以Helm Holtz谐振器为基础,在深阿场条件下实现吸声设备。考虑到单个单元只能在窄带内工作,将不同工作频率的单元组合在一起,整个单元的工作频带就会扩大。值得注意的是,在目前许多工程实践中,在保证系统通风和通风的情况下,有必要取得更好的隔音效果,基于亥姆霍兹谐振器设计的超材料吸收隔音结构具有相当重要的作用。

  上面介绍的设计声学超材料结构的思维方式都沿袭了局域共振结构的方式,那么还有其他方法吗?“卷曲空间结构”(Coiling space)是研究者大脑大开,另一个巧妙的设计。这种结构使用硬质窄条在空气中形成流体通道。通过调整卷曲空间结构的几何参数,可以得到不同的等效声速,与局部共振结构相比,该结构在宽带范围内有效。因为等效声速低,所以可以认为声波在结构中传播的时间较长,所以将人工设计的结构与电阻吸声材料结合起来,宽带声吸收器会更好。基于卷曲空间设计思维,与其结构基本一致,但包含多极化子共振模式的米氏散射体也进入了超材料吸收隔音结构的替代名单,已经有一系列工作在从事这方面的研究。


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