像音箱耳机这样的传统声学领域，发展到现在，创新，尤其是实质性的创新，可以说是难上加难、屈指可数的。但声学超材料则是近些年来，个人认为真正可以做出显著效果的创新点。

所谓声学超材料，简单来说就是一种特殊设计的声学材料。而所谓的特殊设计并非是设计特定的材料材质，而是特殊的结构设计。比如说特殊尺寸、特定排列的共振腔阵列。特定波长的声波会在这些结构内发生局域共振或布拉格散射，进而改变声波的传播路径和方式。

声学超材料基于不同的构型排列，往往具有一下特性：

• 负折射率：声波入射时，折射方向与自然材料相反，可用于声波聚焦或隐身；
• 带隙效应：通过周期性结构设计，在特定频率范围内形成禁带，阻断声音传播；
• 亚波长特性：结构尺寸远小于波长时，依旧可以调控声波；
• 非互易传输：声波在超材料中的传播方向具有不对称性，可实现单向透射或声学二极管效应。

其中，亚波长特性是对于声学处理非常有意义的特性之一。即声学超材料的单个腔体远远小于声波波长时，仍可以起到控制声波的功能。也就是声学超材料对声音的控制能力不受到材料的宏观尺寸制约。这会极大地有助于声学处理材料的小型化。

举个更通俗的例子。传统的声阻式声学材料，其截止频率/有效频率与材料的尺寸有关。想要有更低频率的吸声效果，就需要更大尺寸的吸声材料。通常，吸声材料的厚度大概需要声音波长的1/4。也就是如果要吸收1000Hz的声音，大概需要85mm厚的传统吸声材料。但如果使用局域共振型声学超材料，由于其亚波长特性，大概只需要9mm的厚度即可达到对1000Hz声音的吸声。反之，如果使用85mm厚的声学超材料，可以完成对约120Hz声音的吸声。

这是整整一个数量级的突破。可以说是质变。

对于这类材料更加实际的应用，例如用一定厚度的声学超材料附着在吸尘器的管壁以及关键位置，可以实现“静音”吸尘器。目前业内有类似的产品样机，我亲自体验过，就像是魔法一样。

说到这里可能就有小伙伴要问，这么厉害的技术为什么不快点端上来呢？

这就牵扯到声学超材料目前最大的缺点——价格贵。目前常见的声学超材料成本差不多是传统吸声材料的10倍，这还不包含开模和加工等费用。我刚才所讲的静音吸尘器，家电行业头部企业预估售价要将近两万元才能盈利。所以一直没有家电厂家推出量产成品。

声学超材料也是汽车声学领域非常火热的方向。这里就举另一个实际的案例。

遥遥领先的问界M9采用了所谓散射体中置单元，但其采用的是常规材料。我们上面已经讲过，传统的声学处理材料受限于材料本身的宏观尺寸。也就是声学处理材料的有效频率越低，需要的尺寸也就越大。扩散材料的最低有效频率或者说最低扩散频率与扩散体的凸起尺寸有关，通常来说扩散体的凸起越多，可以有效扩散的频率越低。从下图中不难看出，单个30cm的柱状扩散体具有非常低频率的良好扩散特性。

然而Huawei Sound的散射体中置结构只有几厘米，无法有效控制中高频部分的声音辐射。

所以实际的测试结果就是，遥遥领先M9的中置单元，空间辐射频响曲线和指向性表现都不尽如人意。

其实这个问题很好理解，不论是家用还是剧院所使用的散射体，往往都是数十厘米尺度的。

而对于放置在高音单元附近的真正有意义的指向性控制结构，通常是waveguide和号角，而非散射体，更不是尺寸如此小的散射体。

而如果将散射体材料换为声学超材料，例如苏州·中国声谷·声学产业技术研究院与奇瑞汽车联合设计的声超构散射体，由于我们前面所讲的亚波长特性，则可以在即便如此小的尺寸下仍然起到对声波的有效控制作用。

此外，就是我们都比较熟悉的KEF，早在几年前就产品化应用声学超材料以改善产品的声学特性。

总之，声学超材料是近些年来整个声学界非常大的热点。如果将其赋能给传统家用音箱和车载音频领域，也绝对是音箱行业发展不可多得的有实质性意义的创新点和着力点。期待未来有越来越多的产品能够通过声学超材料实现质的突破～