薄膜底面Helmholtz腔声学超材料的隔声性能

摘要

cqvip:针对低频噪声的隔离问题,设计了一种薄膜底面Helmholtz腔声学超材料,该超材料由薄膜底面Helmholtz腔附加质量单元构成.使用有限元法,计算了超材料在20-1200 Hz频段内的传输损失曲线与各阶共振频率,并在实验中验证了数值计算的真实性.研究结果表明,超材料在20-1200 Hz频段内隔声性能良好,出现了6个隔声峰,其中100 Hz以下的2个隔声峰传输损失分别高达44.29 dB与67.43 dB,整个频段内的最高传递损失为90.18 dB.相较于单一的Helmholtz腔、薄膜声学超材料或传统材料,本超材料的隔声性能有了较大提升.结合共振频率与隔声峰处的振动模式图,进一步分析了超材料的隔声机理.计算了超材料的透射系数与反射系数,使用等效参数提取法,得到了超材料的等效模量与等效密度,在隔声峰处发现了负等效密度,同时发现其等效模量接近于零,并由能量角度进一步分析了异常等效参数的产生机理.通过等效电路法,得到了超材料的声阻抗,较精确地计算了超材料的首阶共振频率,并分析了产生误差的原因.研究了附加偏心质量单元对超材料隔声性能的影响,发现附加偏心质量单元可以抑制反对称共振模态的出现,同时大大增加了超材料的隔声峰数量,在实验中这一说法得以验证.