Page 265 - 《应用声学》2025年第1期
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第 44 卷 第 1 期 伍守豪等： 薄膜型声学超材料的发展与展望 261
示。该结构有两层约束体薄膜，每层薄膜由薄膜、框 也将不断改进和优化，进一步提高其声学性能。
架和约束体组成，两层薄膜中间空腔填入吸声材料。 尽管薄膜型声学超材料具有理论研究价值，但
吸声材料对层合声学超材料的隔声曲线的改变类 实际应用存在挑战。首先在性能上，虽然目前薄膜
似于阻尼材料，即削弱了隔声尖峰，但有效提高了隔 型声学超材料在中低频范围内具有优异隔声或吸
声低谷。 声性能，但其工作频带往往较窄，不能完全满足不同
场合处理宽带噪声要求。其次在结构上，通常需要
在低质量和结构强度之间进行权衡。大多数声学超
CAM-2 材料质量轻，结构强度低，不适用实际工程应用。此
CAM-1
外，薄膜型声学超材料的制备和加工技术也需要进
ᘙᒛ 一步改进，以提高生产效率和降低成本。
ܳߘծ 目前基于薄膜型声学超材料基础理论已经能
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够对薄膜型声学超材料的隔声性能进行比较精准
(a) ʼ፥ᘙᒛፇ [80] (b) ጞౌیࡏՌᘙᒛፇ [81]
的模拟仿真。在此基础上，未来或许可以结合人工
图 19 其他薄膜结构
智能算法 (如拓扑优化和机器学习等) 有效控制复
Fig. 19 Other membrane structures
合材料特性，缩短计算时间，提高仿真质量等。在隔
4 结论与展望 声效果的控制上，研究者们利用活性超材料 (如压
电陶瓷和热电材料等) 作为薄膜型声学超材料的基
近几十年来，薄膜型声学超材料在低频噪声控 材，这种方法是未来的一个趋势，有利于主动控制在
制方面取得了重大成就，建立了一系列基础理论模 宽频范围内的隔声效果并且保证结构的紧凑性。
型，这些理论模型为准确把控薄膜振动状态、建立 综上所述，薄膜型声学超材料在低频噪声控制
精确仿真模型、提高运算速度和调节隔声性能起到 方面取得了重大进展，并具有广阔的发展前景。通
了重要作用。这些理论模型涉及到薄膜型声学超材 过建立基础理论模型和多样化的结构设计，薄膜型
料的物理性质、结构参数、声学特性等多个方面，为 声学超材料能够实现对声学性能的精确调控。未来，
研究者们提供了重要的理论指导和工具。 随着科技的进步和需求的增加，薄膜型声学超材料
此外，其结构设计也非常多样化，研究者们通过 有望在更多领域展现其应用价值。薄膜型声学超材
改变薄膜的厚度、形状、张力等参数，以及引入多层 料若能不断突破研究中遇到的问题，将有望做到产
结构、微结构等设计，实现了对声学性能的调控。例 业化和工程化，在国防、军事和民生领域体现出更
如，通过设计多层薄膜结构，可以实现更宽频带的隔 多应用价值。
声效果；通过设计质量块结构，可以解决反共振模态
离散问题等。此外，薄膜型声学超材料还可以与其
参 考 文 献
他隔声技术结合，如薄膜结构与空腔共振方式结合、
薄膜结构与孔洞平衡气流原理结合、薄膜结构主动
[1] 丁昌林, 董仪宝, 赵晓鹏. 声学超材料与超表面研究进展 [J].
控制研究等。这些与隔声技术的结合，为薄膜型声 物理学报, 2018, 67(19): 194301.
学超材料的发展提供了广阔的空间。无论是从结构 Ding Changlin, Dong Yibao, Zhao Xiaopeng. Research
advances in acoustic metamaterials and metasurface[J].
设计出发，还是将薄膜与其他隔声技术结合，都表明
Acta Physica Sinica, 2018, 67(19): 194301.
未来薄膜型声学超材料具有发展前景。未来，薄膜 [2] Liu Z, Zhang X, Mao Y, et al. Locally resonant sonic
型声学超材料有望在更多领域展现其发展前景。随 materials[J]. Science, 2000, 289(5485): 1734–1736.
[3] Li J, Chan C T. Double-negative acoustic metamaterial[J].
着科技的不断进步，人们对低频噪声控制的需求也
Physical Review E, 2004, 70(5 Pt 2): 055602.
越来越高。薄膜型声学超材料作为一种有效的低频 [4] 田源, 葛浩, 卢明辉, 等. 声学超构材料及其物理效应的研究
噪声控制材料，将在交通运输、建筑环境、工业设备 进展 [J]. 物理学报, 2019, 68(19): 194301.
Tian Yuan, Ge Hao, Lu Minghui, et al. Research ad-
等领域发挥重要作用。其次，随着材料科学和工程
vances in acoustic metamaterials[J]. Acta Physica Sinica,
技术的发展，薄膜型声学超材料的性能和结构设计 2019, 68(19): 194301.
