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综述|用于降噪的声学超材料

综述|用于降噪的声学超材料 声学楼论坛
2025-07-21
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文章概述

  本文以降噪为重点,探讨了超材料现有技术的不足,并预测了未来的发展趋势。

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摘要


      近年来,噪声污染已成为全球性难题。遗憾的是,传统声学材料在降噪方面难以取得显著进展。然而,声学超材料为声波控制提供了新的解决方案,尤其在抑制噪声传播方面具有巨大的潜力。近年来,由于声学超材料的快速发展,用于声学降噪的超材料引起了全球研究人员的关注。这些超材料通常轻巧紧凑,并且能够有效降低传统声学材料难以控制的低频噪声。最近的研究进展表明,声学超材料能够有效地控制声波,优化其结构可以基于新的物理现象实现功能。本文介绍了声学超材料的发展,并总结了被动和主动降噪超材料的基本分类、潜在物理机制、应用场景和新兴研究趋势。本文以降噪为重点,探讨了现有技术的不足,并预测了未来的发展趋势。随着在该领域知识的不断拓展,预计声学超材料将不断改进,并在新兴领域找到更多实际应用。

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总结


  与传统声学材料相比,声学超材料的研究在低频噪声控制方面取得了实质性突破,并发展了一系列理论模型,为更好地控制声波提供了见解。然而,在工作频带、样品测试、结构强度和有源/无源复合材料方面仍然存在一些障碍,需要更深入地研究。

      1)声学超材料的工作频带需要进一步加宽。虽然目前的降噪声学超材料在中低频范围内提供了优异的噪声隔离或吸收,但是工作频带通常很窄,不能完全满足处理宽带噪声的要求。

      2)虽然样本量通常较小,但在以前的研究中已经报道了一些大样本。小样本仅适用于研究垂直入射的声波,而大样本的缺乏为研究声学超材料对倾斜入射声波的有效性提供了不充分的数据。声学超材料在真实噪声环境中的特性仍然需要更详细的研究。

      3)所提出的结构通常在低重量和结构强度之间进行权衡。目前,大多数提出的声学超材料重量轻,具有亚波长厚度,但具有有限的宽带吸声或隔声性能。这种声学超材料的结构强度还没有得到很好的解决,并且大多数材料不容易用于实际工程应用。

      4)主被动复合声学超材料的研究有待加强。一旦制造出被动声学超材料,它的声学特性就不能再改变了。虽然有源声学超材料的工作频带可以在一定范围内调节,但该频带较窄,生产成本较高。

       基于超材料的声学功能器件在噪声控制方面表现优异,具有广阔的应用前景。随着研究的深入,声学超材料的性质可以调整,以满足噪声传播过程中控制声波的要求。此外,努力实现具有亚波长厚度、高承载能力、高吸声和隔音行为的轻质超材料。

内容来源:COMSOL超材料仿真

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“声学楼”创办于2005年,致力于促进声学领域技术交流与应用。历经多年发展,声学楼已从一个单纯声学工程师交流平台,成长为音频企业上下游多方参与音频技术专业论坛之一,每年还通过举办技术研讨会、年会等活动,搭建起与会的行业供需双方沟通的桥梁。
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