陈龙虎

(中北大学机械工程学院 太原 030051)

0 引言

噪声对人们身体健康的影响很大，其中低频噪声最为显著，由于低频噪声的波长较长，不易衰减，抑制难度大，因此，针对低频噪声控制技术的深入研究至关重要。声学超材料具有高反射、低透射的隔声性能，在调控低频噪声方面有着明显的优势。薄膜型声学超材料具有负等效质量密度以及负的等效弹性模量[1]，可以对低频噪声进行有效的控制。Mei 等[2]提出一种由刚性框架、柔性薄膜和附加质量块组成的薄膜声学超材料结构。2010 年，Lee 等[3]利用多周期排列亥姆霍兹共振器作为主流体通道之路，成功研制出“双负声学超材料”。2014 年，Langfeldt 等[4]采用预浮空气的两块声学超材料堆叠排列实现对结构的振动频率和声传递损失的调节。2015 年，Ma 等[5]通过改变薄膜声学超材料的柔度和质量，实现500 Hz 以下低频内全部带隙以及在0～100 Hz 范围内超低频弯曲带隙。

目前，一般采用改变声学超材料的结构参数来改变自身的振动频率，实现宽频带消声和针对不同频率低频噪声选择性降噪。本文从结构优化角度出发，对薄膜进行理论分析，通过仿真和实验研究褶皱型薄膜对消声性能的影响。

1 耦合结构理论分析

声波传播具有一定的频率，当声学超材料薄膜的固有频率与声波频率一致时，声波通过薄膜产生的振动与薄膜结构本身的振动相互抵消，从而削弱耦合结构周围的振动，实现消声的效果。通过理论分析薄膜的振动特性来研究它的工作频率。……