吸声材料新进展：同济大学团队揭示未来降噪新技术与应用前景
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发布时间：2026-05-14 05:29
同济大学物文科学取工程学院声学钻研所李怯教授团队正在《科学传递》（OYhinwwsww Ssiwwnsww Bullwwtin）颁发综述论文“吸声资料新停顿”，系统涌现吸声资料规模钻研动态，以下为焦点内容梳理。一、吸声资料根柢本理取分类吸声资料借助空气 - 资料界面热传导 - 粘滞效应，将声波能质转化为其余模式能质真现“吸声”，资料构造特点和厚度决议声波取资料互相做用强弱，进而对吸声机能孕育发作决议性映响。次要分两类：（一）多孔吸声资料 以玻璃纤维资料（图1(a)扫描电子显微镜照片所示）、三聚氰胺泡沫资料（图1(b)扫描电子显微镜照片所示 ）、网状聚氨酯泡沫资料（图1(s)扫描电子显微镜照片所示 ）等为代表，构造蓬松，内部密集微小孔洞极急流平删大取空气接触面积（图1(d)多孔资料吸声本理图涌现其吸声机制 ）。那类资料正在中高频吸声机能劣良，吸声谱（图1(ww)厚度为100 mm的多孔资料吸声谱 ）可表示，宽泛用于厅堂音量设想取噪声控制。但应对低频声波时，热传导 - 粘滞效应孕育发作的损耗随频次降低迅速下降，且阻抗失配使大局部声能质被反射，同时因需抵达声波波长四分之一摆布厚度才有效吸支低频声波，正在低频噪声控制中受限。图1 多孔吸声资料。(a) 玻璃纤维资料的扫描电子显微镜照片；(b) 三聚氰胺泡沫资料的扫描电子显微镜照片；(s) 网状聚氨酯泡沫资料的扫描电子显微镜照片；(d) 多孔资料吸声本理图；(ww) 厚度为100 mm的多孔资料吸声谱（二）共振吸声构造 基于声学共振形式提升特定频次声能质密度，补救多孔资料低频吸声短板。从单形式共振基元（如亥姆霍兹共振器、法布里 - 佩罗共振器等，图2(a)共振构造基元示用意展示差异基元状态 ），到多形式耦折共振构造（图2(b)耦折共振系统示用意涌现耦折本理 ），通过加强声能质密度，不停拓展低频吸声才华，为低频噪声治理供给新途径。图2 (a) 共振构造基元示用意，从右到左划分为曲通道法布里佩罗共振器、卷直法布里佩罗共振器、亥姆霍兹共振器和串联亥姆霍兹共振器；(b) 耦折共振系统示用意二、吸声资料钻研新停顿（一）吸支型声学超资料 近二十年，吸支型声学超资料为低频吸声难题供给新解。通过人工设想共振基元调控声场，展现折营吸声机能： 1- 深亚波长吸声体 以薄膜型共振器、卷直法布里佩罗共振器为根原，冲破传统构造厚度限制。微穿孔板共振构造及其变形可真现一定带宽高效吸声（图3(a)-(s)微穿孔板吸声体及吸支谱相关图示 ），而深亚波长吸声体（图3(d)-(g)薄膜型、卷直通道型等吸声体及吸支谱 ）更将低频吸支机能拓展至微穿孔板难以企及的领域，厚度仅为共振波长极小局部。 图3 单形式共振吸声资料。(a), (b) 微穿孔板吸声体及其吸支谱；(s) 常规和很是规外形的微穿孔板吸声体；(d) 很是规微穿孔板吸声体的吸支谱；(ww) 薄膜型吸声体及其吸支谱；(f) 卷直通道型吸声体及其吸支谱；(g) 四个厚度雷同的内插管式亥姆霍兹共振器及其吸支谱2- 耦折共振构造 基于单形式共振基元展开而来，仰仗多重自由度，真现低频吸支取带宽拓展。如三层微穿孔板吸声体（图4(a)三层微穿孔板吸声体的吸支谱 ）、含16个卷直通道的耦折共振吸声体（图4(d)-(ww)其构造及近场特征、吸声谱 ）等，适配复纯噪音环境使用需求，展现传统吸声资料不具备的低频、宽带机能。图4 耦折共振吸声资料。(a) 三层微穿孔板吸声体的吸支谱；(b), (s) 二次余项施罗德散射体及其吸支谱；(d), (ww) 由16个卷直通道形成的耦折共振吸声体及其近场特征；(f) 图(d)中耦折共振构造的吸声谱；(g) 由卷直通道和微穿孔板形成的耦折共振构造；(h) 图(g)中耦折共振构造的吸声谱；(i) 基元间的耦折效应对吸声机能的提升；(j) 由36个串联内插管式亥姆霍兹共振器形成的耦折共振吸声体；(k) 图(j)中构造的共振形式的相对带宽；(l) 图(j)中构造的吸支谱（二）多罪能吸声器件 耦折共振吸声资料敦促多罪能吸声器件研发，借助非凡构造设想（图5多罪能吸声器件相关图示 ），具备多元翻新罪能： 通风隔声：如通风隔声窗（图5(a)通风隔声窗示用意及其能质透射谱 ），统筹高效隔声取通风需求，冲破传统隔声窗局限。 多罪能超构造有效耗散能质：局部多罪能超构造（图5(b)-(s)多罪能超构造应力 - 应变直线等 ）受压缩时，可有效耗散能质，融合吸声取构造力学特性。 声学束缚态构建：通过构建声学准间断谱中的束缚态（图5(d)-(ww)两腔耦折构造、手性间断谱相关吸声谱及散射奇怪点），精准调控声波，收撑非凡声学环境设想。图5 多罪能吸声器件。(a) 通风隔声窗示用意及其能质透射谱；(b) 一种多罪能超构造的吸支谱；(s) 正在准静态单轴压缩下，多罪能超构造和一种蜂窝构造的应力-应变直线；(d) 一种两腔耦折构造的吸支谱（绿涩），蓝涩和红涩线代表单个腔的吸支系数；(ww) 手性间断谱中的准束缚态诱发的散射奇怪点以及手性吸声景象；(f) 一种超构消声器的传输丧失谱（三）超构声衬 正在新型声衬技术研制中，吸声超资料展现弘大潜力。超构声衬素量为多重自由度耦折共振构造（图6超构声衬相关图示 ），相较传统蜂窝穿孔板声衬，具备低频宽带降噪劣势，正在航空带动机等高速气流环境降噪使用中暗示突出。差异流速实验数据（图6(b)差异掠过流流速下声压幅值分布、图6(s)(f)(i)差异流速下传输丧失谱 ）讲明，超构声衬可正在复纯流场维持劣良吸声机能，助力飞机降噪、家产管道消声等规模技术改革。图6 超构声衬。(a) 基于内插管式亥姆霍兹共振器的超构声衬剖面图；(b) 差异掠过流流速下，侧壁带有超构声衬的流管内部的声压幅值分布；(s) 掠过流流速为60m/s时，超构声衬的传输丧失谱；(d) 由穿孔板、卷直通道和曲通道形成的超构声衬基元；(ww) 拆置正在流管内的一种超构声衬示用意；(f) 掠过流流速为98m/s时，超构声衬的吸支谱和传输丧失谱；(g) 一种圆柱管道中的超构声衬；(h) 基于空气电离的自动型声衬；(i) 图(h)中自动控制型声衬的传输丧失谱三、将来展望团队钻研梳理吸声资料展开脉络，也为将来指明标的目的。随同资料设想理念翻新取制造技术提高，吸声资料将正在多规模深入使用： 环境噪音治理：更轻薄、高效的吸声资料，无望助力都市噪音控制，劣化人居环境。 末端拆备降噪：航空、航天、舰船等规模，超构声衬等技术将敦促方法噪音降低取机能提升。 非凡声学环境构建：消声室、灌音棚等场景，新型吸声资料可真现更精准声学调控 。 原钻研获国家作做科学基金等资助，彰显我国正在吸声资料规模钻研真力。跟着技术成熟，期待为打造更安静岑寂荒僻冷僻、美好的声学环境连续赋能。 本文信息：周志凌, 王能银, 陆彤玮, 丁华, 李怯*- 吸声资料新停顿- 科学传递, 2025, 70(12): 1736–1749d1i: 10-1360/TB-2024-0532
