Page 35 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 王亚琴等： 薄膜型声学超材料的结构设计与隔声特性 881

基于所建立的隔声性能分析模型计算 MAM 单胞 MAM 结构的厚度，这都不利于工程实现。因此，实
的 STL，结果如图 10 所示。由图 10 可以看出，随着 现MAM隔声特性调节较为可行的调整参数是薄膜
薄膜厚度增加，STL 曲线整体向高频区域移动，第 上的质量块半径和位置，以及薄膜的预应力。故而，
一谷值和第一峰值所对应的频率均增大。由于所 以这 3 个调整参数为优化参数，以 1000 Hz 以内的
观察的频率范围主要在 1000 Hz 以内，所以未能观 平均 STL 值为隔声性能评价指标，采用极差分析法
察到 0.3 mm 厚 MAM 单胞 STL 曲线的第三峰值和 对 MAM 单胞开展优化设计。优化后的 MAM 单胞
0.4 mm 厚 MAM 单胞 STL 曲线的第二峰值。但总 参数为：质量块半径为 8 mm、质量块至薄膜中心点
体来看，增加薄膜厚度提高了 MAM 单胞的高频隔 距离为30 mm、薄膜预应力为3 MPa，此时MAM单
声能力，拓宽了MAM单胞的中高频隔声频带。 胞在 1000 Hz 以内的平均 STL 值最大，其优化前后
的STL曲线如图11所示。
70
T =1 MPa
80
60 T =2 MPa
T =3 MPa
70 ͖ӑҒ
50 60 ͖ӑՑ
͜ܦ૯ܿ/dB 40 50
30
20 ͜ܦ૯ܿ/dB 40
30
10 20
0 10
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
ᮠဋ/Hz
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ᮠဋ/Hz
图 9 薄膜预应力对 STL 的影响
Fig. 9 Influence of the membrane pre-stress on STL 图 11 优化前后 MAM 单胞的 STL
Fig. 11 STL of the MAM cell before and after
70 optimization
mh =0.2 mm
60 mh =0.3 mm 由图 11 可以看出，除 520 ∼ 670 Hz 频率范围
mh =0.4 mm
50 外，设计参数经优化后的 MAM 单胞的 STL 均明显
͜ܦ૯ܿ/dB 40 大于优化前，MAM单胞在1000 Hz以内的平均STL
可达 30.1 dB，比优化前的 21.4 dB 高了 40.7%。之
30
20 所以在 520 ∼ 670 Hz 频率范围内出现优化后单胞
的 STL 低于优化前，是因为本研究以 1000 Hz 以内
10
的平均 STL 为隔声性能评价指标，根据优化目标得
0 到的设计参数并不能确保每一个频率段内的 STL
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ᮠဋ/Hz 均大于优化前。
汽车前围钣金位于驾驶室和发动机舱之间，能
图 10 薄膜厚度对 STL 的影响
隔绝发动机舱的一部分辐射噪声，然而，仅依靠前
Fig. 10 Influence of the membrane thickness on STL
围钣金隔声将达不到车内降噪水平要求，在前围钣
5 面向汽车前围声学包的应用研究 金的两侧附加声学处理可以有效吸收或隔离发动
机舱噪声，降低其传递到车内的噪声。传统的前围
由上述分析可知，质量块的半径、高度和位置， 声学包分为内前围和外前围，其中，内前围在驾驶
以及薄膜的预应力和厚度都对MAM单胞的隔声特 室一侧，一般由吸声层和隔声层组成，吸声层通常
性具有较明显的影响，但要调节 MAM 的隔声特性， 选择吸声材料耗散噪声，如 PU 泡沫、毛毡、吸声棉
若通过调整薄膜的厚度来实现，则需重新更换薄 等，隔声层选用高致密的隔声材料 [18] 。汽车前围钣
膜；若通过调整质量块高度来实现，则会影响整个 金一般采用厚度约为0.8 mm的DC04钢板，为简便