Page 122 - 应用声学2019年第5期

874 2019 年 9 月

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2 实验准备 ஊܸ٨ ᮠဋѬౢ٨
A B C D
薄膜声学超材料样品由薄膜、刚性底板和刚性 Ҫဋ
ஊܸ٨
质量片构成。其中，薄膜的材料为硅橡胶，材料密度 ͜ܦ٨
3
9
为980 kg/m ，泊松比0.48，杨氏模量为0.2×10 Pa， ͜ܦ٨A BaC ͜ܦ٨D
厚度为 0.2 mm。底板和质量片均由 4430 不锈钢材
料制成，密度为7850 kg/m , 泊松比为0.28，杨氏模 ੴܦ٨ Ғኮ ฾ត߷ᜉኮ Ցኮ Ցቫծܦఴቫ
3
量为2.05 × 10 11 Pa。底板为圆形，直径为99.5 mm，
图 12 测试系统示意图
质量片呈半圆形。
Fig. 12 Test system diagram
制备时需要先在圆形底板上加工出矩形边框，
接着将薄膜在底板上张紧，使其中部区域的预应力 3 实验结果分析
大小及均匀程度满足实验需求，再使用硅胶将加工
图 13 中 实 验 样 品 吸 声 系 数 曲 线 出 现 多 个
完成的底板与张紧的薄膜粘合。待胶凝固后，割去
明 显 的 共 振 吸 收 峰， 吸 收 峰 频 率 范 围 集 中 在
矩形边框外多余的薄膜。质量片按厚度梯度分布的
250∼800 Hz，与仿真中的 200∼700 Hz 基本吻合。
形式粘合在矩形区域薄膜的表面。实验样品的直径
随着频率的升高，共振吸收峰峰值所对应的吸声系
略小于声学阻抗管的内径，因此需要在其四周粘贴
数也有所提高，这与仿真中的变化趋势类似。此外，
一层弹性胶带，提高样品在阻抗管中固定的稳定性，
实验样品在 250 ∼ 520 Hz 的低频范围内的平均吸
并确保其在实验过程中便于安装和取出。样品实物
声系数达到了 0.33，部分共振吸收峰处的吸声系数
如图11所示。
达到0.45，接近单层薄膜超材料吸声最大值，实验样
品达到了低频下宽频吸声的要求。

0.50
0.45 ࠄᰎ
͌ᄾ
0.40
0.35
ܦծஆጇ஝ 0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
图 11 实验样品 0.05
0
Fig. 11 Experimental sample 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
ܦฉᮠဋ/Hz
本实验系统主要由阻抗管、传声器、频率分析 图 13 实验吸声系数与仿真吸声系数曲线对比
器、信号发生器、功率放大器以及扬声器组成，如 Fig. 13 Comparison between experimental sound
图 12所示。 absorption coefficient curve and simulated sound
实验中使用的声学阻抗管由声望公司生产， absorption coefficient
其型号为 SW422。声管总长约为 1.8 m，内径为 图 13 中，实验和仿真的吸声系数曲线存在差
99.8 mm，分为入射管和透射管两个部分。实验时样 异，原因主要有以下几点：(1) 金属片厚度误差，金
品需被放置在两管中间，并将两管中部卡紧，使其固 属片厚度决定金属片质量，直接影响吸声频率的分
定得足够稳定，且确保无漏声。阻抗管的吸声末端 布。由于金属片厚度0.1 ∼ 0.3 mm有一定的加工难
填充有一厚度为2 cm的圆盘状吸声海绵。 度，存在较大的加工误差，从而导致 600∼800 Hz 范
本次实验共制备两个实验样品，每个实验样品 围对应的吸声系数与理论值有较大差距；(2)薄膜张
测试三次，实验结果取三次的平均值。 紧误差；(3) 试验中吸声系数的测量方式，薄膜声学