基于声学黑洞结构的宽带降噪超材料结构研究OA

声学超材料具有负等效质量密度和负体积模量等独特特性,使其成为解决各领域振动与降噪问题的理想候选材料。其中迷宫型超材料与声学黑洞(acoustic black hole,ABH)结构是重要变体类型。因此,通过将对称迷宫结构与ABH结构相结合,设计出一种新型声学超材料结构。需要指出的是,该研究所涉及的ABH结构主要针对空气声传播,其作用机理不同于传统结构声学中基于弯曲波速度趋近于零的ABH效应。此外,创新性地采用尺寸可调的相同结构单元级联设计,实现了高效宽频隔声效果。有限元仿真与阻抗管试验结果表明,该结构在0~4000 Hz频段内实现了10 dB的最小传递损失,最大传递损失在个别频点处可达到较高数值(超过100 dB),但该类峰值具有明显窄带特征,主要来源于理想无耗散条件下的阻抗失配与共振增强效应。为进一步优化隔声性能,重点研究了迷宫结构的传播路径宽度、ABH结构的挡板厚度等关键参数的影响规律。研究发现:较窄的迷宫通道可以显著提升整体隔声性能;增加ABH结构的挡板厚度对整体传递损失无显著影响,但会引发隔声峰值的频率偏移——在0~1000 Hz和2500~3000 Hz频段内,峰值频率向高频偏移;在1000~2500 Hz频段内峰值频率保持稳定;在3000 Hz以上频段,峰值频率向较低频段偏移。该研究成果可为宽带隔声提供新的结构设计思路与参数优化策略。