学术前沿 | 超薄弯曲迷宫超表面声罩降噪性能研究

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-10 08:10

正文

本研究提出了一种弯曲迷宫超表面（BLM），集成了嵌入孔径与弯曲通道。采用热粘性模型和传递矩阵法，建立了求解BLM单元吸收系数的理论模型。采用复频平面法（CFPM）和临界耦合原理，研究了一个12mm厚的BLM单元，发现其在562 Hz频率下表现出完美的吸收（吸收系数α > 0.95）。随后，为了实现低频宽带降噪，通过多参数的变化研究了BLM单元吸声系数的调节原理。提出了能够在多个离散频率下实现完美吸收的BLM单元。此外，为了保证BLM单元完美吸声频率的均匀离散分布，选择了12个BLM单元，平行共面连接，构成具有等高度和变高度BLM的面板。这些面板分别在397-706Hz和307-706Hz的宽带范围内表现出高效的吸声能力。最后，将5块相同的超表面面板粘接在一起，形成矩形盒形声罩，并对该罩的降噪性能进行了实验降噪研究。结果表明，在200~1000Hz的频率范围内，与均匀双层声罩相比，变高和等高声罩的平均降噪性能分别为8.3 dB和8.2 dB。提高降噪能力的频率范围与BLM面板有效吸收的频率范围相匹配。本工程为工程应用提供了理论参考和实用指导

为了应对低频宽带吸声的研究挑战，本研究提出了一种超薄的弯曲迷宫超表面（BLM），能够实现准完美的宽带吸声。考虑到BLM单元内部的热损失和粘性损失，基于传递矩阵法建立了BLM单元吸声系数的理论模型。通过采用临界耦合原理和复频平面法（CFPM），设计了一个在562 Hz频率下表现出完美吸收的BLM单元。通过有限元法验证了所提模型的有效性，同时证明了BLM单元在低频下表现出完美的吸声性能。为了充分利用BLM单元在xoy平面中的空间，并通过减少z方向的厚度来实现低频宽带噪声控制，研究了12个在完美吸声频率上合理分布的BLM单元。这些单元以共面并行方式排列，形成了等高和变高的BLM面板。在200–1000 Hz频率范围内，采用等高和变高BLM的声学封闭体的平均噪声降低分别提高了8.3 dB和8.2 dB，相比于没有BLM的刚性墙面环氧声学封闭体。此外，在500到1000 Hz的1/3倍频程带中心频率下，变高和等高BLM的声学封闭体的平均噪声降低改善均超过了3 dB(A)。本研究中研究的BLM单元具有许多优点，如亚波长特性、轻质、高度可调性和易于制造等。