Page 172 - 《应用声学》2022年第4期

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薄膜、格栅等系统损耗，STL 曲线在 250 Hz 附近出 ε = σ/Y, (4)
现全透射点。
其中，σ 表示应力，单位为Pa；Y 表示杨氏模量，单位
100 200 为Pa；ε表示预应变。
STL
80 ρ 160
60 120 设计并制作了尺寸为 0.3 m × 0.3 m 的薄膜型
40 80 声学超材料的低频隔声装置实验样件，实验样件主
40
20
STL/dB -20 0 -40 ρ/(kgSm -2 ) 要由格栅一、格栅二、弹性薄膜、质量块和紧固件等
0
组成 (图 4)。弹性薄膜夹设在格栅一和格栅二之间，
-40 -80 弹性薄膜预先张紧；格栅一和格栅二均为正方形布
-60 -120 局，将弹性薄膜划分为多个张力不连续的弹性薄膜
-80 -160
-100 -200 单元，设置 196 个单独隔声模块；通过质量块工装，
100 200 300 400 500
可以将质量块固定在每个独立隔声单元的中心，每
ᮠဋ/Hz
个独立的隔声单元尺寸为 19.5 mm × 19.5 mm；紧
图 3 有限元仿真中样品隔声特性与样品等效面密度
固件实现格栅一和格栅二连接。
Fig. 3 Sound insulation characteristics of samples
and equivalent areal density of samples in finite ele-
ment simulation

1.4 实验方案
根 据 仿 真 结 果 可 知 在 60 Hz 时 隔 声 量 为
31.4 dB，考虑仿真与实验结果有一定差异性，按
20%误差测算，设置实验噪声衰减量为25 dB。其中
噪声衰减量为环境噪声频率和目标噪声频率的差 5
1 2 3 4
值，环境中的噪声频率范围可采用相关声学仪器直 1.ጋڍ͈; 2.ुভᘙᒛ;
3.ಫಕʷ; 4.ಕಫ̄; 5.᠏᧚ڱ
接测量获得。实验中噪声衰减量和插入损失的测量
(a) ӭ˔ᬦܦӭЋ (b) ࠄᰎನ͈
只需用声级计测量相关点的声压级并求它们的差
值。不同于 STL，从测试效果来看，噪声衰减量和 图 4 单个隔声单元和实验样件示意图
插入损失的测量结果是综合了现场环境、侧向传声、 Fig. 4 Schematic diagram of a single sound insu-
系统漏声等现场实际因素，能通过人耳感受实际环 lation unit and experimental samples
境中噪声强度来较好地表征隔声效果。
构建了实验平台，实验装置原理图如图5所示。
薄膜型声学超材料低频隔声装置主要由支撑
实验装置主要依托高效共振混合机箱体，尺寸为
框架、弹性薄膜、质量块和紧固螺钉等组成。支撑框
700 mm(长)×600 mm(长)×380 mm(高)，P 1 为声
架主要为上下两层格栅，格栅材料为聚乳酸，密度
源，P 2 和 P 3 为声级计测量位置，其中 P 2 位于 P 1
为 1250 kg/m 、弯曲模量为 135 MPa、弹性模量为
3
正上方 380 mm 处，P 3 位于 P 1 正上方 1000 mm 处
3.6 GPa、洛氏硬度为 88；聚乳酸格栅由 3D 打印机
(图 5)。
快速打印成型，便于实验方案的快速调整和工程化
应用推广；弹性薄膜选用硅橡胶薄膜，厚度0.05 mm；
质量块材质为烧结钕铁硼，密度为 7.5 kg/m ，直径 P 
3
4 mm，高度2 mm，质量0.2 g。 P 
根据仿真计算的结果，可以确定弹性硅橡胶薄
膜的预应力和质量片的面密度；质量片的面密度可
以通过调整质量片的厚度来确定。根据弹性硅橡胶
P 
薄膜的预应力，计算出弹性硅橡胶薄膜的预应变，并
张紧弹性硅橡胶薄膜。其中，弹性硅橡胶薄膜的预 图 5 实验装置原理图
应变根据式(4)得出： Fig. 5 Schematic diagram of experimental device