Page 30 - 《应用声学》2025年第2期

290 2025 年 3 月

声衬具有宽频的效果，对工况不敏感。非设计工况 为5.5 ∼ 27.4 dB，与设计值 (2.3 ∼ 48.4 dB)基本吻
的一些特殊点甚至比设计工况降噪效果还要优越 合，达到预期，验证了管道内狭小空间声环境降噪声
(非设计工况 2700 r/min 2 BPF 1800 Hz 实测降噪 衬设计模型的准确性。
效果达到 31.6 dB)，这体现了本设计的超构表面降 (2) 该 降 噪 声 衬 在 设 计 的 宽 频 带 (300∼
噪声衬具有多工况宽频降噪的优势。 6000 Hz) 降噪效果明显，在宽频带总声压级下降
表 4 非设计工况下各个频率的降噪量 12.6 dB以上，具有很好的宽频降噪能力。
Table 4 Comparison of the predicted and (3) 此外在非设计工况下，BPF发生偏移，降噪
measured under off-design condition 声衬也具有很好的降噪效果，总声压级下降明显，体
现了其多工况宽频降噪能力。
BPF 阶数 1 2 3 4 5
频率/Hz 900 1800 2700 3600 4500
实测降噪量/dB 18.6 31.6 3.5 5.1 5.1 参 考 文 献

本实验误差主要由实验件的加工误差和测试 [1] Assouar B, Liang B, Wu Y, et al. Acoustic metasur-
误差两部分组成，声衬结构的加工误差会造成一定 faces[J]. Nature Reviews Materials, 2018, 3(12): 460–472.
[2] Li Y, Liang B, Gu Z M, et al. Reflected wavefront manipu-
的测量结果误差。通过在理论计算中引入 5% 的随
lation based on ultrathin planar acoustic metasurfaces[J].
机偏差，比较声衬声阻抗的变化，如图10所示。 Scientific Reports, 2013, 3(1): 2546.
[3] 李澔翔, 梁彬, 程建春. 声人工结构的声场调控研究进展 [J].
3
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2022, 52(4): 6–33.
Li Haoxiang, Liang Bin, Cheng Jianchun. Recent ad-
2
vances in the artificial structure-based manipulation of
the acoustic field[J]. Scientia Sinica Physica, Mechanica
1 & Astronomica, 2022, 52(4): 6–33.
ܦ᫾ઈ [4] 李勇. 声学超构表面 [J]. 物理, 2017, 46(11): 721–730.
0 Li Yong. Acoustic metasurfaces[J]. Physics, 2017, 46(11):
721–730.
ေ᝷ܦ᫾
-1 ေ᝷ܦઈ [5] 白宇, 郁殿龙, 张振方, 等. 一种基于声学超表面的管道消声
ေ᝷ܦ᫾5%ᬤ఻Ϡࣀ 声衬设计研究 [J]. 振动与冲击, 2023, 42(8): 289–295.
ေ᝷ܦઈ5%ᬤ఻Ϡࣀ
Bai Yu, Yu Dianlong, Zhang Zhenfang, et al. An engine
-2
700 1300 2600 3900 5000 acoustic liner based on acoustic metasurface[J]. Journal of
ᮠဋ/Hz Vibration and Shock, 2023, 42(8): 289–295.
[6] 曹礼云, 杨智春, 徐艳龙. 弹性波超构表面研究进展 [J]. 中国
图 10 考虑加工偏差时声阻抗对比图 科学: 技术科学, 2022, 52(6): 911–927.
Fig. 10 Acoustic impedance comparison diagram Cao Liyun, Yang Zhichun, Xu Yanlong. Advances in the
considering machining deviation study of elastic metasurfaces[J]. Scientia Sinica Techno-
logica, 2022, 52(6): 911–927.
从计算可知加工误差会小幅度改变声阻抗，从 [7] 宋爱玲, 孙超彧, 陈天宁, 等. 声学超表面的非对称声分束特
而导致降噪量发生变化，进而导致实验结果小幅度 性研究 [J]. 人工晶体学报, 2021, 50(7): 1362–1370.
Song Ailing, Sun Chaoyu, Chen Tianning, et al. Asym-
偏离理论值。除此之外，声波在管道末端的反射、传
metric beam splitting of acoustic metasurface[J]. Journal
声器的幅值及相位的失配也会带来一定的误差。 of Synthetic Crystals, 2021, 50(7): 1362–1370.
[8] 陈帝超. 基于声学超表面的聚焦效应研究 [D]. 南京: 南京师
5 结论 范大学, 2021.
[9] Ma G, Yang M, Xiao S, et al. Acoustic metasurface
本文根据单级风扇在 2100 r/min 的频谱和模 with hybrid resonances[J]. Nature Materials, 2014, 13(9):
873–878.
态特性，设计了一套适用于管道内狭小空间声环境
[10] Cai X, Guo Q, Hu G, et al. Ultrathin low-frequency
的超构表面降噪声衬，并在单级风扇压气机实验实 sound absorbing panels based on coplanar spiral tubes
验平台上进行了验证，结论如下： or coplanar Helmholtz resonators[J]. Applied Physics Let-
ters, 2014, 105(12): 121901.
(1) 超构表面降噪声衬在设计工况下 (2100
[11] Jiménez N, Huang W, Romero-García V, et al. Ultra-thin
r/min)具有很好的降噪效果，1∼6 BPF实测降噪量 metamaterial for perfect and quasi-omnidirectional sound