Applied Acoustics 用于集成通风和隔音的超薄超表面元势垒

文摘   2024-12-26 12:01   江苏  



传统的通风元障碍缺乏隔离低频噪声。为了解决低频隔音性能不足、频带窄、结构厚度大、传统通风元势垒通风性能和隔音性能矛盾等问题,本文提出了一种超薄空间移超表面元势垒,在保持低至约20 mm的厚度和确保较高的通风效率的同时,实现了出色的宽带隔音性能。元势垒的非通风区域配备了梯度长度的折叠迷宫共振吸声单元,产生宽带连续吸收峰。通过使用吸收而不是绝缘,元势垒实现了宽带声音衰减。吸声单元具有一定的吸收半径,涵盖了通风区域。它吸收周围的声音能量,并通过克服阻力摩擦来耗散它。因此,可以克服强声波衍射引起的声音泄漏问题,在保持通风的同时有效地隔离声音。通风面积比达到25%,在900-2000 Hz的宽频率范围内平均隔14 dB。所提出的元势垒结构的厚度更薄、通风面积大、工作带宽,说明其工程应用价值广泛。

本文提出了一种创新的通风防声超表面元势垒设计,该元势垒在低厚度和较宽的工作频段表现出优异的性能,而也获得了大量的通风区域。针对不同的频率,本文提出了两种通风防声超材料S1和S2。当 α 保持在 25% 时,S1 在 900 Hz 和 2000 Hz 之间的宽频率范围内实现了至少 14 dB 的平均 STL,而 S2 在 200-800 Hz 范围内实现了至少 5 dB 的平均 STL。使用最新的空间维度转移设计方法,S1的厚度仅为波长的1/8,而S2的厚度是波长的1/23。结构的厚度显着减少,使结构适用于较小的空间。该方案涉及用声音吸收替换隔音。该结构通过排列不同长度的折叠迷宫共振声音吸收单元来获得连续的宽带吸收峰,在较宽的频率范围内表现出优异的隔音效果,这不限于特定的频率。基于声学虹吸效应,吸声单元表现出足够的吸收半径,覆盖通风区域,并通过特定区域的吸声结构吸收整个区域的声能吸收。这解决了声波衍射引起的声音泄漏,有效地阻断了通风过程中的声波。与现有的通风和隔音方案相比,本文提出的结构在保持更大的通风面积和更宽的工作频段的同时,显著降低了结构厚度,进一步提高了其在通风和噪声降低方面的潜力应用。例如,在建筑领域,超材料可用于窗户、通风口和空调系统,以实现安静、舒适的室内环境,同时提高建筑的能源效率和环境保护。在工业领域,该技术可用于减少生产线和机器的噪声,创建更舒适的工作环境,提高员工的工作效率和生活质量。





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