东南大学机械工程学院张辉教授团队和法国国家科学Badreddine Assouar教授团队合作提出一种超薄的基于声超表面的通风型宽带低频消声器

发布者:机械工程学院发布时间:2021-12-25浏览次数:387

声超材料和声超表面是具有特殊目标功能的人工材料,它的出现极大地拓宽了新型声学材料和声波器件的研究。基于声超材料/超表面的声学产品已经实现,如超薄的声吸收体、声聚焦、声波定向、声隐身、声全息等。吸声和隔声是声超表面的重要功能分支,具有极大的实用潜能,可能在噪声控制、建筑声学等领域产生广泛的应用。近年来,声超表面在吸收体设计方面的研究发展十分迅速,研究者提出了多种基于共振的超薄深度亚波长低频吸收体,也提出了通过耦合多重共振单元,来显著改善超表面吸收体的带宽,实现宽带的吸声体,然而这些基于声超材料和超表面的原理和思路还未在隔声领域,特别是在通风型宽带隔声中广泛使用。

近日,东南大学机械工程学院张辉教授团队和法国国家科学院Badreddine Assouar教授团队合作提出一种超薄的基于声超表面的宽带低频消声器。该工作首次提出利用微穿孔板耦合多种参数的复合波导,通过耦合共振实现低频超宽带通风型隔声。在100-1600Hz四个倍频程范围内实现了高于20dB隔声量的隔声。而整个3-D打印的超表面样品的厚度只有6.2cm,对应于最大工作波长的1/55。结构的设计可通过电力声类比的等效电路模型进行理论分析,通过对比不同的结构参数,如穿孔板孔径、中间层的厚度,最终得到优化的隔声曲线。该设计在隔声效率、带宽、通风性和样品厚度四方面具有良好的表现。该工作极大地促进了在满足通风的前提下,声超表面在低频宽带隔声的应用。该工作在工程领域和实际应用场合具有广泛的应用前景。相关研究工作发表在Physical Review Applied上。



文章链接:L. Shen, et al. Broadband Low-Frequency Acoustic Metamuffler. Physical Review Applied 16, 064057 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.16.064057.