Page 41 - 《应用声学》2025年第3期

第 44 卷 第 3 期 马建刚等： 靶向吸收电力设备有调噪声的声学超构材料设计与实验研究 575

由于下面板表面为刚性壁面，故其体积速度 ൤வॎ
К࠱ܦڤ ծܦӭЋ ᤩ࠱ܦڤ
U 2 = 0，将其代入式 (2)，并通过式 (10) 计算结构的 ߹Ꮏ
Ӝᦡࡏ
表面声阻抗Z s ，
P JO P PVU
Z s = P 1 /(U 1 /S 0 ), (10)
߹Ꮏ P S
其中，S 0 为结构表面尺寸。 Ӝᦡࡏ ቇඡ
ቇඡ
图 3 有限元仿真模型
S 0
Fig. 3 The model of finite element simulation
P i P r
h i 表 1 100 Hz 吸声单元结构参数
Z s
Table 1 Structural parameters of 100 Hz
S i sound absorption unit
ᤰ᥋ i ′
a 1 H 1 h 1 d 1 L 1 L 1 w 1
L i
101.5 mm 30 mm 1 mm 3 mm 630 mm 680 mm 13.2 mm
(a) እӑፇ౞
表 2 200 Hz 吸声单元结构参数
Table 2 Structural parameters of 200 Hz
sound absorption unit

a 2 H 2 h 2 d 2 L 2 L ′ w 2
2
101.5 mm 20 mm 1 mm 3 mm 300 mm 320 mm 13 mm

2 结构设计与吸声性能测量
L i
基于上述理论和仿真模型，通过调整上面板
穿孔孔径、迷宫通道长度、宽度等结构参数，构建
(b) ᤰ᥋Яܦ͜୧᤭य़
100 Hz和200 Hz高效吸声单元，其结构参数分别见
图 2 简化结构示意图及通道内声传播途径 表 1 和表 2，内部构型见图 4。为验证理论计算模型
Fig. 2 The diagram of the simplified structure 和仿真模型的准确性，利用 3D 打印技术制作针对
and the propagation path of acoustic waves in the 100 Hz 高效吸声的实验样品并测定其吸声系数，样
coiled-up channel 品及实验装置照片见图 5。如图 5 所示，样品包含一
1.3 仿真计算模型 个周期单元，尺寸为 102 mm×102 mm×32 mm，材
质为光敏树脂。根据《GB/T 18696.2–2002》 [21] ，采
采用有限元软件进行仿真分析，仿真模型参数
用102 mm×102 mm的方形驻波管测量样品吸声系
与表 1、表 2 中所给参数一致。有限元仿真模型见
数。吸声实验中的实验设备包括功率放大器、驻波
图 3，其中空气域采用压力声学模块进行建模。考
管、扬声器、传声器、采集卡、便携式计算机等。
虑到回旋式通道壁面附近存在热黏性损耗，回旋式
通道内空气域采用狭窄区域声学分析，其中狭窄区
域导管类型为矩形导管。考虑空气在孔壁处的热黏
性损耗，孔内空气采用热黏性声学模块建模。上面
板、中间层 (回旋式迷宫通道层) 和下面板均采用固
体力学模块建模。考虑到实际工程应用中，吸隔声
构件尺寸通常较大，其包含的周期性单元数量较多，
结构单元的边界条件更接近周期性边界条件，因此 (a) 100 Hz (b) 200 Hz
在仿真模型中采用周期性边界条件。为消除模型两 图 4 针对 100 Hz 和 200 Hz 的吸声单元内部构型
端反射声对结果的影响，模型两端最外侧空气域设 Fig. 4 Internal configuration of sound absorption
为完美匹配层。 units for 100 Hz and 200 Hz