Page 34 - 《应用声学》2022年第6期

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声频带变宽。 对于多质量块分布的薄膜型声学超材料，质量
质量块高度变化本质上也是质量块质量的变 块受激励后的振动位移与其在薄膜上的径向位置
化，也会改变系统的振动固有频率。在其他参数不 zp 有关，质量块所处位置不同，单胞被分割的区域
变的情况下，取质量块高度 zh 分别为 2 mm、4 mm 就不同，单胞的振动模态也会因此而不同。为考察
和6mm，研究质量块高度对 MAM单胞隔声性能的 质量块位置变化对单胞隔声性能的影响，在其他参
影响，其结果如图 7 所示。由图 7 可以看出，随着质 数不变的情况下，取质量块位置参数 zp 为 30 mm、
量块高度增加，MAM 单胞的 STL 曲线整体向低频 35 mm和40 mm，基于所建立的隔声性能分析模型，
区域移动。 计算其 STL，计算结果如图 8 所示。从图 8 总体来

70 看，随着质量块至薄膜中心点距离的增加，MAM单
zr =4 mm 胞的 STL 曲线整体向高频区域移动，但该位置参数
60 zr =6 mm
zr =8 mm 对STL 峰值大小和数量的影响没有明显的规律，这
50 主要因为改变质量块的位置意味着改变了薄膜上
͜ܦ૯ܿ/dB 40 的质量分布，从而改变了声波激励下 MAM 单胞的

反共振形态，继而形成不同的STL曲线。
30
20 70
zp =30 mm
10 60 zp =35 mm
zp =40 mm
0 50
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ᮠဋ/Hz 40
图 6 质量块半径对 STL 的影响 ͜ܦ૯ܿ/dB 30
Fig. 6 Influence of mass block radius on STL
20
70
zh =2 mm 10
60 zh =4 mm
zh =6 mm 0
50 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
͜ܦ૯ܿ/dB 40 图 8 质量块位置对 STL 的影响
ᮠဋ/Hz
30

20 Fig. 8 Influence of mass block position on STL
4.2 薄膜参数对STL的影响
10
改变薄膜预应力即是改变薄膜平面上张力的
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 大小，也即是改变薄膜的等效刚度，进而改变薄
ᮠဋ/Hz
膜型声学超材料的整体刚度。为考察薄膜预应力
图 7 质量块高度对 STL 的影响 变化对 MAM 单胞隔声性能的影响，在其他参数不
Fig. 7 Influence of mass block height on STL
变的情况下，取薄膜预应力分别为 1 MPa、2 MPa
综合图 6 和图 7 的 STL 曲线可以看出，虽然增 和 3 MPa，基于所建立的隔声性能分析模型，计算
加质量块半径及高度都可以增加质量块质量，从而 MAM单胞的STL，结果如图9所示。由图9可知，随
减小系统振动的一阶固有频率，使STL 曲线整体向 着薄膜预应力的增加，MAM 单胞的 STL 曲线整体
低频区域移动，但由于质量块半径的变化还影响到 向高频区域移动，STL峰值略有下降，但MAM单胞
质量块与薄膜间接触面积的变化，所以增加质量块 的有效隔声频带变宽。
半径，不仅使整个 STL 曲线向低频区域移动，而且 在 MAM 单胞中，薄膜相当于振动系统中的弹
在一定程度上拓宽了高频区域的隔声频带。而增加 簧，薄膜厚度增加将引起单胞振动系统的等效质量
质量块高度，只能使整个STL曲线向低频区域移动， 和等效弹性系数都发生变化。为考察薄膜厚度变
从而提高中低频区域的隔声能力，但对高频的隔声 化对 MAM 单胞隔声性能的影响，取薄膜厚度 mh
能力没有明显影响。 分别为 0.2 mm、0.3 mm 和 0.4 mm，其他参数不变，