Page 170 - 《应用声学》2022年第4期

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of sound insulation characteristics such as independent sound insulation units, areal density, and film size.
Based on the noise intensity felt by the human ear in the actual environment, an analysis method of noise
attenuation and insertion loss is proposed. At a distance of 380 mm and 1000 mm from the sound source,
the sound insulation at 60 Hz is 27 dB and 38 dB respectively. The research results enrich the theory of
low-frequency sound insulation characteristics and provide a technical support for the engineering design and
optimization of membrane-type acoustic meta-materials.
Keywords: Membrane-type acoustic meta-materials; Low frequency vibration; Sound insulation characteris-
tics; Super-efficiency resonance mixer
2008 年，Yang 等 [15] 介绍了一种在 100∼1000 Hz 的
0 引言
频率范围内工作，具有负动态质量特性的膜型超材
低频噪声一般具有较高的穿透力，是一种有害 料。2010 年，Yang 等 [16] 通过使用每个单元膜反射
的环境污染形式。在工业生产中，低频噪声非常普 器赋予权重的简单堆叠，可以实现一个重量轻、相对

遍，主要由机械振动产生。近年来，随着科技进步和 较薄的声学衰减面板，在 50∼1000 Hz 的宽频率范
国民经济快速发展，传统环境污染问题 (例如大气 围内显示有效性，平均隔声量 (Sound transmission
污染、水污染等) 得到了较大的改善。但是随着一些 loss, STL)大于40 dB。2010年，Naify等 [17] 研究发
高新技术 (例如高铁、航空航天、汽车等) 产业的快 现低频隔声可以在一个狭窄的频率范围内实现，并
速发展，低频噪声污染日益严重。 通过改变超材料的特性来调节共振频率。2011 年，
《社会生活环境噪声排放标准》(GB 22337– Naify 等 [18] 等采用有限元分析和实验技术，对附加
2008) 中对频率范围为 22∼707 Hz 的噪声排放标准 环质量的膜型局部共振声学超材料的传输损耗进
进行了规范。目前噪声控制可以从声源控制、传播 行了分析。2015年，Ma等 [19−20] 分析了方形晶格薄
途径上控制和受害者保护 3 个方面进行 [1] 。隔声技 膜型声学隔声超材料的隔声机理，提出了谐振模态
术能够有效阻碍噪声的传播。传统的隔声方法常常
群理论，研究表明在 200 Hz 以上的频率范围内，隔
采用钢板等硬度较大的材料进行吸隔声。这些隔声 声效果主要影响因素为局部膜的连续垂直共振模
材料遵循质量控制定律，在其密度不变的前提下，只
式。2019年，张忠刚等 [21] 制备了能够实现低频宽带
能通过增加材料自身的厚度来提高隔声效果 [2−4] ，
吸声效果的薄膜声学超材料样品，在 100∼1000 Hz
且一般仅能够有效隔离噪声中的中高频成分。而低
频率范围内的平均吸声系数达 0.25。2020 年，陈龙
频噪声具有传播距离远、透声能力强、隔离难度大
虎 [22] 、米永振等 [23] 以局域共振型声学超材料薄板
等特点，一直是噪声控制的一项难题。
为研究对象，提出了一种基于能量泛函变分原理及
2000年，Liu等 [5] 提出了局部共振声子晶体，采
正交多项式级数展开的带隙计算方法，设计了亥姆
用小尺寸结构实现了低频和大波长机械波的调节，
霍兹共振腔与声学超材料薄膜耦合的消声结构，丰
为低频范围的振动和降噪提出了新的思路。声学超
富了声学超材料的理论体系。
材料内所包含的局域共振单元或其他特征单元，使
近几年，基于低频高加速度的高效共振混合机
其可以产生一些“超常”的物理特性，如负折射、负
广泛用于各个领域，但设备工作时，由于利用共振
质量密度等，能够解决传统隔声材料在低频隔声方
面的难题。近年来，声子晶体和薄膜型声学超材料 特点，自身产生较大噪声。针对高效共振混合机工
已成为一个热门话题，为轻质低频隔声材料的实现 作特点，分析了高效共振混合机的工作原理和低
和应用掀开了新的篇章 [6−12] 。 频声波特点，开展了窄带宽低频率隔声特性调控
1964 年，Romilly [13] 给出了刚性圆柱管中理想 规律以及仿真分析，从人耳环境适应角度分析了所
拉伸膜结构的解析解，获得了平面波入射条件下结 设计的薄膜型声学超材料成品的隔声特性并与仿
构的共振和反共振频率的精确方程；1995年，Norris 真结果做比较。研究成果适用于规模化生产，为推
等 [14] 对两个连接平板和声波的声固耦合相互作用 动薄膜型声学超材料的工程应用具有重要的促进
进行了研究，得出了衍射系数随声波频率的表达式。 作用。