刘红星,吴九汇

(1.西安交通大学机械工程学院,710049,西安;2.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安)

噪声充斥在人们的日常生活和工作中。为了减少噪声的干扰,人们研究了多种方法,而利用吸声材料是最简单也是最常采用的一种。传统吸声材料对于中、高频段内的噪声有明显的抑制效果,但是对于大波长低频噪声的作用却很有限。声学超材料[1]是近年来发展起来的一种能够以亚波长尺寸实现声波控制的人工功能材料,它在吸声[2]、异常折射[3]、全反射[4]、声拓扑[5]、声隐身[6]等领域展现出了传统结构无法比拟的优势。其中,吸声型超材料受到了大量学者的关注,并已开发了多种结构形式,如赫姆赫兹共振腔型[7-8]、薄膜质量块型[9-11]和迷宫型[12-15]等。这些结构对于低频噪声确实起到了前所未有的吸收效果,但它们也存在带宽窄、结构易损坏、尺寸大等问题,仍需进一步改进提升。

同时,吸声场合需要通风是实际应用中经常面临的问题,而普通的吸声结构为了实现良好的吸声通常采用密闭结构而避免声波向外透射。这也就导致了普通吸声结构是以牺牲空气流通为代价的,通风和吸声两个功能很难在一个结构中兼顾。随着声学超材料的发展,通风型吸声结构[16-19]让二者同时实现成为了可能。文献[18]提出了6个迷宫单元组合结构,能实现400～1 400 Hz的吸声和通风,但是吸声系数只有0.5。文献[19]提出了一种超大通风孔的结构,能同时实现95%高效吸声和通风风速比达到80%以上的效果,但对于500 Hz以下声波,它的结构厚度几乎超过15 cm。……