学术前沿 | 用于集成通风和隔音的超薄超表面超屏障

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-26 10:00

正文

传统的通风超屏障无法隔离低频噪音。针对传统通风超屏障低频隔声性能不足、频带窄、结构厚度大、通风性能与隔声性能矛盾等问题，本文提出了一种超薄空间移位超表面元屏障，在保持低至约 20 mm 的厚度和保证高通风效率的同时，实现了优异的宽带隔声性能。超屏障的非通风区域配备了梯度长度的折叠迷宫谐振吸声单元，可产生宽带连续吸收峰。通过使用吸收而不是绝缘，超屏障实现了宽带声音衰减。吸音装置具有一定的吸收半径，它覆盖了通风区域。它吸收周围的声能，并通过克服阻力摩擦来消散它。因此，它可以克服强声波衍射引起的声音泄漏问题，在保持通风的同时有效隔离声音。通风面积比达到 25%，在 900-2000 Hz 的宽频率范围内平均隔音 14 dB。所提出的超屏障结构具有更薄的厚度、更大的通风面积和更宽的工作带，彰显了其广泛的工程应用价值。

本文提出了一种创新设计的通风隔音超表面超屏障，在低厚度和宽频带操作范围内展示了出色的性能，同时还能实现较大的通风面积。本文提出了两种适用于不同频率的通风隔音超材料，分别为S1和S2。当α值保持在25%时，S1在900 Hz至2000 Hz的宽频范围内实现了至少14 dB的平均声隔离损失（STL），而S2在200 Hz至800 Hz的频段内实现了至少5 dB的平均STL。通过采用最新的空间维度传递设计方法，S1的厚度仅为波长的1/8，而S2的厚度仅为波长的1/23。结构的厚度显著减少，使得该结构适用于较小的空间。该方案通过用声吸收替代声隔离来实现结构设计。通过排列不同长度的折叠迷宫共振吸声单元，该结构获得了连续的宽带吸收峰，在广泛的频率范围内展示了出色的隔声效果，且不局限于特定频率范围。基于声学虹吸效应，吸声单元表现出足够的吸声半径，覆盖通风区域，并通过特定区域的吸声结构吸收整个区域的声能。这解决了由于声波衍射引起的声音泄漏问题，在通风过程中有效阻挡声波。与现有的通风和隔音方案相比，本研究提出的结构在显著减少结构厚度的同时，保持了较大的通风面积和更宽的工作频率带，进一步促进了其在通风和降噪领域的潜在应用。例如，在建筑领域，超材料可以应用于窗户、通风口和空调系统，以实现安静舒适的室内环境，同时提高建筑的能源效率和环保性能。在工业领域，这项技术可以用于减少生产线和机器的噪音，创造更舒适的工作环境，提高员工的工作效率和生活质量。

学术前沿 | 用于集成通风和隔音的超薄超表面超屏障

正文

请到「今天看啥」查看全文