学术前沿 | 迷宫式亥姆霍兹薄膜复合声学超材料低频隔声性能

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-09-19 09:10

正文

本文提出了一种声学超材料，将迷宫通道与亥姆霍兹腔和薄膜相结合。迷宫式开口设计和薄膜组合使得超材料具有卓越的隔音性能。经过综合研究发现，这种声学超材料在20-1200Hz的频率范围内呈现出多个隔音峰，表现出较高的整体隔音质量。具体来说，第一隔音峰值为26.3Hz，带宽为13Hz，传输损耗为56.5dB，表现出优异的低频隔音性能。为了进一步理解低频隔声机理，本文采用等效模型方法进行声电类比，构建声学超材料的等效模型，并深入研究首次隔声时的隔声机理。顶峰。为了证实理论计算的有效性，通过3D打印实验样品进行了物理实验。对实验数据的分析得到了与模拟数据一致的结果，为理论模型的准确性提供了经验证据。该材料具有重要的实际应用价值。最后，基于建立的等效模型对各种因素进行了深入研究，可以为声学超材料的设计和实际工程应用提供有价值的见解。

在本文中，设计了一种带有单个双侧开口亥姆霍兹腔的声学超材料：

(1) 通过有限元分析，对超材料在20-1200 Hz频率范围内的隔音性能进行了全面评估。分析结果显示，隔音性能存在多个显著的峰值，反映了超材料整体隔音效率的高效性。其中一个值得注意的特点是在26.3 Hz的最小频率下存在隔音峰值，表明该材料具有出色的隔音能力。这些实验结果与理论计算完全一致，验证了理论模型的准确性，进一步支持将超材料作为潜在隔音材料的使用。

(2) 为了更好地了解超材料的隔声机理，对第一隔声峰频率处的声压和振动模式进行了综合分析。采用等效模型法构建相应的模型。利用等效模型法计算结果与有限元法计算结果的一致性，验证了等效模型的准确性，进一步深入了解隔声机理。