Page 174 - 《应用声学》2022年第4期

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样品仿真分析的隔声峰值位于345 Hz附近，而 参 考 文 献
实际高效共振混合机噪声频率基频为 60 Hz 附近。
[1] 张玉光. 薄膜型声学超材料隔声特性研究 [D]. 长沙: 国防科
由于第一隔声谷 (隔声效果最差的频率区间) 总在 学技术大学, 2014.
第一隔声峰 (隔声效果最好的频率区间) 之前，同时 [2] 肖学楷. 蜂窝型薄膜声学超材料的隔声特性研究 [D]. 广州:
华南理工大学, 2020.
由于在 60 Hz 频率附近无法既插入隔声谷又插入隔
[3] 吴九汇, 马富银, 张思文, 等. 声学超材料在低频减振降噪中
声峰，则设计的薄膜超材料的第一隔声峰必定大于 的应用评述 [J]. 机械工程学报, 2016, 52(13): 68–78.
60 Hz。因此，使所设计薄膜超材料的第一隔声谷尽 Wu Jiuhui, Ma Fuyin, Zhang Siwen, et al. Applica-
tion of acoustic metamaterials in low-frequency vibration
量远离 (大于)60 Hz，以保证 60 Hz 处依然具有较高
and noise reduction[J]. Journal of Mechanical Engineer-
的STL。 ing, 2016, 52(13): 68–78.
仿真分析和试验分析，可知适当增加硅橡胶薄 [4] 方鑫. 非线性声学超材料中弹性波传播理论及其减振应用研
究 [D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2018.
膜材料的层数可以提高隔声装置抗老化、抗撕裂能
[5] Liu Z, Zhang X, Mao Y, et al. Locally resonant sonic
力，同时通过更大的阻尼作用，提升隔声效果；每一 materials[J]. Science, 2000, 289(5485): 1734–1736.
个隔声模块应有自身独立性，主要体现在紧固件应 [6] Kriegsmann G, Norris A, Reiss E. Acoustic scattering by
baffled membranes[J]. The Journal of the Acoustical So-
具有足够的预应力强度；为了保证隔声效果，格栅一
ciety of America, 1984, 75(3): 685–694.
和格栅二的面积有最小值，最小值应由噪声频率范 [7] Kriegsmann G, Norris A, Reiss E. Scattering of low-
围和现场环境共同决定；根据仿真计算结果，可以确 frequency acoustic waves by baffled membranes and
plates[J]. The Journal of the Acoustical Society of Amer-
定硅橡胶弹性薄膜的预应力和质量块的面密度；质
ica, 1985, 78(2): 682–687.
量块的面密度可以通过调整烧结钕铁硼的厚度来 [8] Naify C, Chang C, Mcknight G, et al. Scaling of
确定，其规律是面密度越大，厚度、直径越小，隔声效 membrane-type locally resonant acoustic metamaterial ar-
rays[J]. The Journal of the Acoustical Society of America,
果越好。 2012, 132(4): 2784–2792.
[9] Zhang Y, Wen J, Zhao H, et al. Sound insulation property
3 结论 of membrane-type acoustic metamaterials carrying differ-
ent masses at adjacent cells[J]. Journal of Applied Physics,
2013, 114(6): 063515.
利用有限元法和试验分析法，本文研究了一种
[10] Ma F, Wu J, Huang M, et al. Cochlear bionic acoustic
硅橡胶薄膜超材料在60 Hz 频率附近减振降噪中的 metamaterials[J]. Applied Physics Letters, 2014, 105(21):
隔声特性，得到以下结论： 213702.
[11] 康太凤, 孙小伟, 宋婷, 等. 二维空心散射体声子晶体板的低频
(1) 薄膜声学超材料面密度增加可以改善弹性 带隙特性及其形成机理 [J]. 声学学报, 2020, 45(4): 601–608.
膜的抗撕裂性能、防老化性能和阻尼耗散性能，能 Kang Taifeng, Sun Xiaowei, Song Ting, et al. Low-
够有效提升薄膜型声学超材料的隔声性能；整个声 frequency band gap characteristics of two-dimensional hol-
low scatterer phonon crystal and its formation mecha-
学超材料的隔声性能与每个独立的隔声单元薄膜 nism[J]. Acta Acustica, 2020, 45(4): 601–608.
尺寸呈现反向相关性；随着独立单元薄膜尺寸的增 [12] 江卫锋, 殷鸣, 向召伟, 等. 含内部连接体的二维声子晶体弹
加或薄膜张紧力的增加，整个薄膜型声学超材料的 性波宽频带隙特性 [J]. 声学学报, 2018, 43(3): 392–398.
Jiang Weifeng, Yin Ming, Xiang Zhaowei, et al. Prop-
特征频率向高频移动。 erties of large elasticwave bandgaps in two-dimensional
(2) 通过多物理场有限元仿真分析，可以确定 phononic with internal connectors[J]. Acta Acustica, 2018,
硅橡胶弹性薄膜的预应力和质量块的面密度，为试 43(3): 392–398.
[13] Romilly N. Transmission of sound through a stretched
验分析提供了技术支撑；隔声装置中硅橡胶薄膜格 ideal membrane[J]. The Journal of the Acoustical Society
栅采用 3D 打印机快速成型，便于试验方案的优化 of America, 1964, 36(6): 1104–1109.
[14] Norris A, Rebinsky D. Acoustic and membrane wave inter-
和工程化应用推广。
action at plate junctions[J]. The Journal of the Acoustical
(3) 文章基于人耳在实际环境中感受到的噪声 Society of America, 1995, 97(4): 2063–2073.
强度，提出了噪声衰减量和插入损失的简化测试及 [15] Yang Z, Mei J, Yang M, et al. Membrane-type acous-
tic metamaterial with negative dynamic mass[J]. Physical
对比分析，相比传统的 STL 测试分析，具有测试方
Review Letters, 2008, 101(20): 204301.
便、效果直观等优点。 [16] Yang Z, Dai H M, Chan N H, et al. Acoustic metamaterial