前沿文献:通过转换声学进行通风降噪的超-屏障

文摘   2024-10-16 13:26   江苏  


解决波阻和流输运之间的权衡问题是一项有趣但具有挑战性的任务,可能在许多噪声控制场景中找到潜在的应用。在此,我们提出了一种基于变换声学的元屏障,既能实现宽带降噪,又能保持有效的通风。所提出的元屏障由内部核心和高阻尼耗散的双负声学超材料制成的涂层组成。与传统势垒不同的是,元势垒的散射截面被放大,远远超过其实际尺寸,这使得它在增强阻挡效应的同时,还能提供相干干涉效应。相干干涉效应会直接降低从孔径发射的声波的声辐射效率。此外,在较宽的频率范围内,涂层中固有的材料损耗对元屏障的减声性能有积极的影响。在大放置距离和大入射角情况下,用数值方法验证了元屏障的鲁棒降噪性能。通过实验验证了多层板型双负声学超材料构建的元屏障样品在隔音和通风方面的有效性。当风速比为75%时,在500 ~ 1000 Hz的频率范围内具有较好的声衰减效果。这项工作可能会启发被动声学装置的设计和发展,以抑制低频空气噪声,同时支持大面积通风。


这项研究借鉴了转换声学的思想,产生了一种基于声学超材料的屏障,称为元屏障,以达到隔音和通风的平衡。我们从理论上讲证明了由空气芯和高阻尼耗散DNAM涂层构成的元障壁可以在大放置距离上非常有效,并且对入射角不敏感。设计了一种具有双负有效材料性能的板型声学超材料作为元阻挡层中的DNAM涂层材料。通过声阻抗管实验和有限元模拟验证了其双负有效材料性能。在900 ~ 1000 Hz的频率范围内,DNAM单元胞的有效质量密度和有效体积模量均为负值。此外,还在一个二维开放空间中对元屏障进行了实验验证。在大多数目标位置,在宽带频率范围内,所提出的元屏障可以提供比相同尺寸的传统泡沫屏障更高的声衰减,这表明其在实际应用中具有巨大的潜力。

这项工作可能被视为研究基于转换声学的元屏障的前奏,用于宽带降噪和有效通风。后续工作包括但不限于利用更多的单元电池组成层来构建DNAM涂层来接近连续梯度阻抗,制造三维元障并在真实房间尺度上进行实验验证,将元障设计成扁平结构形式以减少空间占用,并寻求更容易生产和更具成本效益的制造技术来促进元障的实际应用。



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