在这项研究中,我们提出了一种元声阻器,利用RT现象有效地阻挡声波。基于简单亥姆霍兹共振器的传统声阻器无法实现宽带噪声衰减,因为STL峰值数量有限。此外,为了实现低频噪声衰减,需要较大的尺寸设计。然而,通过采用多缝和腔体配置,所提出的元声阻器在低频下实现了声波阻挡,并且通过多缝层内的多种模式实现了宽带声隔离。此外,声阻器的设计简单,可以通过增材制造技术制造,这有助于其实际应用。在使用4个麦克风的阻抗管(100毫米×100毫米)中进行了模拟和实验,该阻尼器的截止频率约为1800赫兹,并通过TMM计算进行了验证。
在声阻器中出现了三种不同的模式:平面波模式,对应于共振器的第一本征模式;由于ABH现象引起的多缝局域模式;以及为了实现上述性能,提出了三种谐振器设计(模型1,2和3),根据狭缝长度进行分类。研究涵盖了STL、反射系数、多狭缝群速度和模式。将狭缝长度增加1.3倍后,随着频率的增加,群速度的下降更加明显,RT效应从1384赫兹开始出现。这导致低频下单狭缝局域模式的频繁出现,产生许多重叠的STL峰值和宽带声隔绝。在谐振器中应用卷绕结构将群速度为零的频率移至728赫兹。在这种情况下,由模型3组成的元件型消声器在200-1800赫兹频带内实现了平均实验STL约为6.73分贝的性能。
此外,还研究了三种消声器的吸声系数:最大吸声条件,在模型1中,在群速度接近零时,在约1800赫兹处发现了该结构,而在模型2中,在将狭缝长度增加1.3倍时,在1384赫兹处发现了该结构。当缠绕结构与增加的狭缝长度相匹配时,在728赫兹处出现了单一狭缝定位模式,并与RT效应相符,满足了最大声吸收的条件。模型3中金属吸声器在200-1800赫兹频带的平均实验吸声系数约为0.49。
进一步优化后,通过使用3和4号谐振器的双系列阵列设计了金属吸声器。STL峰值出现在与每个狭缝形成的单狭缝定位模式相对应的频率上,形成了一个宽阔的声隔离带,其峰值约为每个模型相同特征值隔离带峰值的两倍。实验中发现的平均STL为13.07 dB。此外,峰值吸声系数达到0.9,超过了单系列阵列的0.5限值。
本研究的结果展示了降低低频噪声的潜力。具体来说,该方法可用于设计适用于汽车、飞机和工厂的小型、高效消音器。
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