薄膜型声学超表面设计与可调节性研究

研究背景：

在隔声领域，高频噪声属于易于隔离的频段噪声，使用隔音板或隔音墙便可达到良好的隔声效果。而低频噪声由于具有波长大、穿透性强、传播距离远等特点，根据质量作用定律，传统的隔声材料需要通过不断增加材料的重量、体积来提升低频隔声效果，一方面显著增加了隔声成本，另一方面也占用了大量有效空间，因此，如何在不显著增加材料重量和体积的前提下提升低频隔声效果(即打破质量作用定律的限制)是隔声领域中研究难点

研究内容：

结合薄膜型声学超材料与声学超表面在低频降噪领域的优越性，设计一种薄膜型声学超表面，研究超宽带低频隔声的可能性。致力于实现低频宽带隔声降噪并实现隔声带的可调节性。

图1. 薄膜型声学超表面的结构示意图

技术路线：

在COMSOL软件中对薄膜型声学超表面的隔声特性进行仿真分析。首先建立有限元仿真几何模型，然后设置变量和定义材料属性，建立圆柱形空气域，对入射口出射口积分，计算入射、出射声功率。设置薄膜的预应力，模型框架设置边界固定条件，并划分自由四面体网格。在采用压力声学频域和固体力学两个物理场接口。

建立薄膜声学超表面的几何模型并完成网格的划分：

图2.几何模型的构建

图3.网格的划分

图4.薄膜声学超表面的预应力对隔声损失的影响

图5.论文中的预应力对隔声损失的影响

基于以上分析，可改变参数对其参数化扫描，即可得到薄膜型声学超表面的结构化参数的影响。