Page 43 - 《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 577

100 Hz 和 200 Hz 处的归一化表面声阻 Re(Z s /Z 0 ) 图 10 给出了散射声场下 100 Hz 吸声单元的吸
约为 2.2 和 2.4，归一化表面声抗 Im(Z s /Z 0 ) 均等于 声系数。由图 10 可知，在散射声场下，空间回旋式
0，表明此时结构的声阻抗与空气的声阻抗基本匹 迷宫型吸声结构仍能保持共振吸声频率不变，相比
配，大部分声能量可进入到结构内部。图8给出了两
1.0
种结构分别在 100 Hz 和200 Hz 处的回旋式通道内
θ=0°
声压级分布情况。由图 8 可知，在 100 Hz 和 200 Hz 0.8 θ=15°
θ=30°
吸声单元吸声峰处，声能量被局域在通道内部并通 θ=45°
θ=60°
过结构的共振作用耗散。 0.6
ծܦጇ஝
dB 0.4
116
114 0.2
112
0
110 60 80 100 120 140
ᮠဋ/Hz
108
(a) ο̈́ᝈ
106
1.0
(a) 100 Hz (b) 200 Hz
ϕ=0°
ϕ=15°
图 8 100 Hz 和 200 Hz 回旋式通道内声压级分布 0.8 ϕ=30°
ϕ=45°
Fig. 8 The distribution of sound pressure level in ϕ=60°
coiled-up channels at the frequency of 100 Hz and 0.6
200 Hz ծܦጇ஝ 0.4
上述结果及其分析讨论均针对声波垂直入射
情况，考虑到实际应用中声波为无规入射，结合 0.2
仿真进一步研究了空间回旋式迷宫型吸声结构在
0
散射声场下的吸声性能。以 100 Hz 吸声单元为例， 60 80 100 120 140
图 9(a) 和图 9(b) 分别给出了其吸声系数随俯仰角 ᮠဋ/Hz
(b) வͯᝈ
和方位角的变化曲线。由图 9(a) 可知，随着俯仰角
图 9 100 Hz 吸声单元吸声系数随俯仰角和方位角的变化
θ 的增加，尽管 100 Hz 吸声单元的吸声系数略微降
Fig. 9 Sound absorption coefficient of 100 Hz sound ab-
低，但其吸声带宽增加，且共振频率不发生偏移。同
sorption unit with different elevation and azimuth angles
时，图 9(b) 表明，方位角 φ 对吸声系数无影响。可
见，该吸声单元在斜入射情况下仍能较好地靶向吸 1.0
ங࠱ܦڤ
收100 Hz处声能。此外，进一步计算了散射声场(如 ۇᄰК࠱
0.8
混响室内) 下的吸声系数，其可定义为在所有俯仰
角 θ 和方位角 φ 上吸声系数的加权平均。考虑到方 0.6
位角 φ 对吸声系数无贡献，散射声场下吸声系数可 ծܦጇ஝
表示为 0.4
∫
θ lim
α(θ) sin θ cos θdθ 0.2
α diff = 0 , (11)
∫
θ lim
sin θ cos θdθ 0
60 80 100 120 140
0
其中，θ lim 为极限俯仰角，即当俯仰角高于该上限 ᮠဋ/Hz
值时，可认为无声波入射到面板上。通常，θ lim 在实 图 10 散射声场下 100 Hz 吸声单元吸声系数
验室条件下的取值范围为 70 ∼ 85 ◦ [22] 。本研究中 Fig. 10 Sound absorption coefficient of 100 Hz
◦
θ lim 取78 ◦ [23] 。 sound absorption unit in a diffuse sound field