专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 基于亥姆霍兹声学超材料的通风低频吸声体

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-08-24 21:24

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在这项工作中,我们提出了一种新型亥姆霍兹声学超材料(HAM),专为通风低频吸声而设计。根据 COMSOL Multiphysics 仿真结果,双层 HAM 在大约 687 Hz 处实现了近乎完美的吸声效果。661 至 1074 Hz 范围内的传输损耗超过 10 dB。使用传递矩阵方法的实验测量和理论计算都验证了模拟结果。四层 HAM 可在 454 至 698 Hz 范围内实现有效的宽带吸声。因此,我们的研究为在通风环境中实现宽频谱有效低频吸声提供了潜在的突破。

综上所述,我们设计了一种复合亥姆霍兹谐振腔吸声超材料,可以有效控制亚波长范围内的低频吸声。调节机组参数可以平稳地调制吸收峰。结合这两个单元,该超材料在687 Hz的低频下可以达到98.6%的高吸收效率。实验数据表明,在681 ~ 1053 Hz的频率范围内,TL超过10 dB,最大TL超过28 dB。四层HAM在453至697 Hz的宽频谱范围内表现出出色的吸声能力。有趣的是,正向吸声和反向吸声都不影响吸声量。在497 ~ 993 Hz的宽频率范围内,吸声量超过10 dB,最大吸声量超过25 dB,显示出出色的降噪能力。与Chen等人的研究相比[ 27 ], HAM表现出更明显的宽带吸声和更大的通风半径。与Wang等人相比[ 29 ],无需添加多孔气凝胶即可实现低频吸声。此外,超材料具有25%的通风通道。通风测试证实该材料具有高效的空气循环,与传统吸声材料相比具有明显的优势,适合不同的通风应用场景。

未来,为了满足低频吸声的需求,业余无线电应该向更低的频率和更宽的频率范围发展。此外,为了便于HAM在通风管道中的应用,吸收管道内产生的低频声音,流速比应该不断扩大。我们预计,在未来,业余无线电也将用于解决交通噪音带来的挑战。HAM将被整合到高架公路和轨道交通系统的隔音屏障中,旨在减轻交通低频声对周围居民生活质量的不利影响。


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