Page 17 - 《应该声学》2022年第2期
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第 41 卷 第 2 期 全飞熊等： 复合声子结构的声场模拟及噪声 -压电转化设计 185
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图 2 拟设计系统方案
Fig. 2 Design system schematic diagram
2.1 声子晶体结构部分 dB
100
利用仿真软件对声子晶体结构对于声压的增
90
强效果进行仿真，如图 3 所示。在声子晶体结构点
80
缺陷处有着明显的声压增强，所以可以将 PVDF 发
70
电模块放置在声子晶体结构点缺陷处。
60
Pa 50
3.53
3.00 40
2.48 (a) ಏیܦߕఃʹፇܦԍጟ
1.93
5
1.44 /(10 NSm -2 )
0.92
0.40 1.0
-0.12
-0.64 0.8
-1.16
0.6
0.4
0.2
(b) ܦߕఃʹፇऄҧѬ࣋
图 3 声压等值面
Fig. 3 Isosurface of sound pressure 图 4 声子晶体结构仿真
进一步考虑声子晶体结构对于高频噪声的吸 Fig. 4 Simulation of the phonon crystal structure
收效果，设置声压为 2 Pa、频率从 50∼5000 Hz 的 2.2 压电部分
入射噪声进行仿真，得到了声子晶体结构对于不 根据声子晶体结构仿真结果，在点缺陷处有较
同频率噪声的吸收曲线图，并通过对声波波矢的参 为明显的声压聚集效果，将PVDF 压电片放置于点
数化扫描，得到声子晶体结构的带隙在 1∼2 kHz 与 缺陷处可以有效实现声能到电能的转化利用。由于
4∼5 kHz，并对其他高频段噪声也有不错的吸收效 PVDF 的极化薄膜压电系数大约为 6∼7 pC·N −1 ，
果，如图4(a)所示，应力分布如图4(b)所示。本结构 几乎 10 倍于其他聚合物中观察到的压电系数 [11] ，
使用 3D 打印技术可以便捷地实现声子晶体结构柔 本结构采用有优异压电效应的 β 晶型 PVDF，此种
性基板和短柱结构的实现，并通过柔性基板对内部 晶型的 PVDF 因形变形成的极化强度较大，具有极
电路进行保护作用。 强的压电特性。薄膜状的结构使得其本身具有柔性，
