Гибридные фрактальные акустические метаматериалы для низких частот.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 20444 (2022) Цитировать эту статью

1642 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В предлагаемой работе перечислены гибридные тонкие акустические метаматериалы с глубокой субволновой длиной (2 см), действующие как совершенно новый тип звукопоглотителя, демонстрирующие множественные эффекты широкополосного звукопоглощения. На основе фрактального распределения структур резонатора Гельмгольца (HR), интегрированных с тщательным дизайном и созданием гибридной перекрестной микроперфорированной панели (CMPP), которая демонстрирует широкополосное низкочастотное звукопоглощение примерно в одну октаву. Для определения коэффициента звукопоглощения этого нового типа метаматериала используются как эквивалентная модель импеданса для фрактальной полости, так и модель микроперфорированного Маа для CMPP. Мы проверяем эти новые конструкции материалов с помощью численных, теоретических и экспериментальных данных. Показано, что конструкция материала обладает превосходным звукопоглощением, что в первую очередь связано с потерями конструкции на трение, вызванными энергией акустических волн. Пики различных явлений звукопоглощения можно настраивать путем регулирования геометрических параметров фрактальных структур, таких как толщина полости «t», диаметр поперечной перфорации микроперфорированной панели и т. д. Фрактальные структуры и их перфорационная панель оптимизированы по размерам для максимального поглощения широкополосного звука. что оценивается численно. Этот новый вид фрактальной полости, интегрированный с акустическим метаматериалом CMPP, имеет множество применений, например, в многофункциональных материалах с широкополосным поглощением и т. д.

Многочисленные применения толстополосного широкополосного низкочастотного звукопоглотителя с глубокой субволновой длиной можно найти в акустической маскировке и шумоподавлении. Акустический метаматериал является отличным кандидатом для решения всех задач путем тщательного проектирования конструкций, которые могут обладать исключительными акустическими свойствами, такими как поглощение широкополосного шума1,2,3,4,5, звукоизоляция6,7,8, свойства маскировки шума9,10, акустическая струя. свойства11 и т. д. Акустические метаматериалы хорошо известны как искусственные или искусственные структуры, которые можно запрограммировать посредством отрицательной эффективной плотности12,13, отрицательного эффективного модуля14,15 и одновременного отрицательного модуля и плотности16,17,18. Недавно исследователи предложили 2D-фрактальные акустические метаматериалы19 и 3D-лабиринтные фрактальные акустические метаматериалы20, которые могут обладать многополосными свойствами блокировки звука в низкочастотной области. Еще один широкополосный низкочастотный звукоизолятор создан на основе метаматериала мембранного типа, напоминающего паутину21. Исследователи могут попытаться найти легкие конструкции из различных материалов, обладающие отличным звукопоглощением для решения проблем, связанных с контролем шума22,23. Кроме того, долгое время было непросто обеспечить широкополосное звукопоглощение, сохраняя при этом тонкость и легкость в качестве структурных свойств. Конструкция метаматериала, такая как многоспиральные структуры24, может обеспечить идеальное поглощение экстремально низкой частоты 50 Гц при толщине 1,3, но не может быть настроена после изготовления. Исследователи также опробовали обычные микроперфорированные панели (MPP)25,26,27,28 с задней полостью, каскадные резонаторы Гельмгольца со встроенными в шею резонаторами Гельмгольца на основе метаматериалов29, MPP со встроенным в шейку резонатором Гельмгольца30 и успешно достигли в целом хорошего уровня звукопоглощения. на низких частотах. Однако толщина опорной полости обычно составляет более 5 см для достижения широкополосного звукопоглощения. Ультратонкие мембранные метаматериалы (ММ)31,32 являются очень хорошими кандидатами на широкополосное звукопоглощение, но проблема ММ заключается в эффекте разрыхления мембраны, который может проявиться со временем после многократного использования.

В этой статье разработан новый тип настраиваемой конструкции лицевой панели с микроперфорацией (с диаметром перфорации ≤ 1 мм), подкрепленный фрактальной геометрией, как показано на рис. 1, с субволновыми размерами, которые демонстрируют превосходное широкополосное звукопоглощение. Толщина этой классической конструкции из метаматериала составляет менее 2 см, и ее можно легко запрограммировать/настроить в соответствии с промышленными потребностями и областью применения в различных областях.