Page 49 - 《应用声学》2025年第2期

第 44 卷 第 2 期 王可等： 摆臂式薄膜型声学超材料隔声性能 309

50 ͌ᄾ஝૶ 50 ͌ᄾ஝૶ 50
ࠄᰎ஝૶ ࠄᰎ஝૶
40 40 40
ᬦܦ᧚/dB 30 ᬦܦ᧚/dB 30 ᬦܦ᧚/dB 30

20
20
20
10 10 10 ͌ᄾ஝૶
ࠄᰎ஝૶
0 0 0
0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) M  STLజጳ (b) M  STLజጳ (c) M  STLజጳ

50 ͌ᄾ஝૶ 50
ࠄᰎ஝૶
40 40
ᬦܦ᧚/dB 30 ᬦܦ᧚/dB 30

20
20
10 10 ͌ᄾ஝૶
ࠄᰎ஝૶
0 0
0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(d) M  STLజጳ (e) M  STLజጳ

图 14 实验与仿真 STL 曲线对比
Fig. 14 Comparison of STL curves between experiment and simulation

由实验数据可知，M 1 的均值为 13.32 dB，S 带 果在隔声峰值和隔声谷值处所对应的频率不一致。
宽为 387 Hz，隔声量峰值为 27.66 dB，隔声量峰值 此外，在实际测试过程中，难以完全满足仿真时设
对应的频率是 272.5 Hz。M 2 相比于 M 1 来说，与仿 置的边界条件，而不同的边界条件会对结构的隔声
真结果类似少了一个隔声峰，M 2 的均值和 S 值在 5 性能产生影响。在实验过程中也会存在声音泄露的
个模型中都是最低的，其峰值略高于 M 1 。M 3 在均 情况，即使采用凡士林对结构进行密封，由于框架
值、峰值和 S 值上都要比 M 1 表现好，所以在整体上 与阻抗管之间的间隙，仍然存在声波泄漏的可能性。
M 3 的隔声性能较好，与仿真结果相符。M 4 的 S 带 虽然存在差异，但二者的 STL 曲线在趋势上吻合良
宽为 398 Hz，比十字型摆臂外加四质量块更宽，且 好，证明有限元仿真的正确性。
均值一样有提升，和仿真数据表现类似。M 5 在均
5 结论
值、峰值和S值上都表现出最佳水平，与仿真表现类
似，整体上该样品的隔声性能在5个样品中最好。
本文基于十字型摆臂外加四质量模型，通过改
观察图 14 可以发现，5 个结构的仿真数据 STL 变摆臂结构和质量块数量，设计了 4 种不同结构的
曲线和实验数据STL曲线走势大致相同。各模型中 摆臂式 MAMs：十字型摆臂末端外加四质量块、米
仿真结果表现的更为平滑，且在大多数情况下，隔声 字型摆臂外加四质量块、十字型摆臂外加八质量块
峰处的隔声量要高出实验结果，在隔声谷处的隔声 和米字型摆臂外加八质量块。本文分析了MAMs在
量也要明显低于实验结果。出现这种情况的原因在 振动过程中薄膜的隔声机理，薄膜系统可以当成一
于，薄膜材料夹紧的过程中使用胶水粘贴的限制，无 个 “弹簧 -质量” 系统，当受到外界弹性波的作用时，
法实现薄膜与框架的完全贴合，从而间接影响了薄 系统将在谐振力作用下做简谐振动，分析这个过程
膜的有效振动面积，进而导致结构固有频率发生变 即可了解 MAMs 的隔声机理。从 MAMs 隔声机理
化。这最终导致实验测得的STL曲线与仿真计算结 出发，利用COMSOL Multiphysics软件建立了参考