马承志,王立博,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)

共振型声学超材料具有对低频声的良好吸声性能,成为主流的吸声方法之一,近年来得到了广泛的研究。与传统材料相比,共振型声学超材料具有吸声系数高、结构尺寸小等显著优点。然而,诸如膜型超材料(MAMS)[1-7]、缠绕空间超材料[8-11]和亥姆霍兹谐振器[12-16]等几种共振型超材料存在一个主要的障碍,即由于局域共振机制,吸声范围可能仅限于一个狭窄的频带内。因此,如何拓宽吸声带宽是一个值得关注的重要问题。

近年来,共振型超材料的协同耦合特性引起了人们的广泛关注。具体来说,对于MAMS结构,主要有两种结构,分别对应于两种协同耦合行为。一种结构是在一个元胞上放几个振子。在此过程中,多个振子可以丰富元胞的共振模态,从而产生更多的吸声峰,使材料的带宽显著拓宽。另一个是多元胞阵列,每个元胞有一个振子产生一个单独的共振峰。通过这种方法,多元胞阵列的总振动幅值在声学虹吸[17]作用下大大提高,保证了结构在较宽的频率范围内仍能保持较高的吸声水平。受上述方法的启发,近年来在空气中宽带低频吸声的尝试越来越成功[18],同时水下吸声也有不错的研究进展[19-30]。但是,如何在水下以低厚度超材料实现低频段吸声仍是我们急需解决的问题。

由于水和空气的特性阻抗差异巨大,这种膜型超……