Page 173 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 陆志猛等： 薄膜型声学超材料对低频振动的隔声特性分析 671

大差异，在特定频率的声波激励下，质量块处与薄膜
2 结果与讨论
四周振动方向相反，基于局域共振原理出现隔声频
从仿真分析的结果 (图 3) 中可以看到，STL 有 带。薄膜型声学超材料具有一定大的尺寸，此时包
一个波谷、一个波峰。由于有限元仿真中并未设置 含多个单元结构，因此其有限元仿真模型和实验研
薄膜的阻尼变量，因此仿真得出的最小 STL 比实际 究需要进行一定的修正，以使得仿真结果更加贴近
值更小，而仿真得出的最大 STL 比实际值大。样品 工程应用环境下的实际隔声特性。P 2 处的噪声插入
的等效面密度在隔声峰频率 (345 Hz) 处出现了负 损失的仿真分析和试验测试结果如图8所示。
值，根据牛顿第二定律，可知样品等效加速度 (振动 50
方向) 与声波方向 (声波推力的方向) 相反，所以起 45
到极大的隔声效果。另一方面，样品的等效面密度
在隔声谷频率 (250 Hz) 处的绝对值几乎为 0，同样 35
30
根据牛顿第二定律，可知样品等效加速度的绝对值 ٪ܦᛰѓϙ/dB 40
达到最大值 (振动幅度最大)，所以此频率处的 STL 25
20
最小。在60 Hz 时隔声量为 31.4 dB，与传统隔声罩
15 P 
隔声措施相比，薄膜型声学超材料低频隔声效果更 P 
10
加明显。 100 200 300 400 500
ᮠဋ/Hz
系统 (隔声材料) 内外某两特定点的声压级差
图 6 P 2、P 3 处的噪声衰减量
为噪声衰减量，声波透射侧的某一特定点在隔声材
Fig. 6 The amount of noise attenuation at P 2 and P 3
料安装前后的声压级差为插入损失。噪声衰减量和
插入损失的测量比 STL 测量容易，只需用声级计测 25

量相关点的声压级并求它们的差。不同于 STL，从
测试效果来看，噪声衰减量和插入损失的测量结果
15
是综合了现场环境、侧向传声、系统漏声等现场实 ٪ܦଣК૯ܿ/dB 20
际因素，能更好地表征人耳在实际环境中感受到的 10
噪声强度。
5
隔声装置的噪声衰减量如图 6 所示。噪声频率
范围为 50∼500 Hz，步长 5 Hz。P 3 由于距离声源较 0 100 200 300 400 500
ᮠဋ/Hz
P 2 远，因此整体噪声衰减量数值较大。在60 Hz 处，
P 2 处的噪声衰减量为 27 dB，P 3 处的噪声衰减量为 图 7 隔声装置的噪声插入损失
Fig. 7 Noise insertion loss of sound insulation device
38 dB，优于设置的试验噪声衰减量 25 dB，但由于
隔声装置工作时存在能量损耗，且仿真时未考虑单 25
胞的损耗，因此隔声装置在 60 Hz 处的实际噪声衰 20
减量小于理想情况下的仿真值。
隔声装置的插入损失如图 7 所示。测量距离隔 P ܫଣК૯ܿϙ/dB 15
声装置 5 mm 远处，隔声装置几何中心处的噪声插 10
入损失。噪声频率范围为50∼500 Hz，步长5 Hz。噪 5
声频率为 90 Hz 时，隔声装置的噪声插入损失值最 0 ᝠካϙ
ࠄᰎϙ
小，为9.1 dB；噪声频率为 480 Hz 时，隔声装置的噪 -5
100 200 300 400 500
声插入损失值最大，为23.2 dB。在隔声装置一定情 ᮠဋ/Hz
况下，噪声插入损失值与噪声频率关联紧密。 图 8 P 2 处插入损失的仿真分析和试验测试结果
薄膜型声学超材料是将质量块的弹性薄膜固 Fig. 8 Simulation analysis and experimental test
定在支撑框架上形成，由于质量块与薄膜密度的巨 results of insertion loss at P 2