用于低频隔声的类Fano共振型声学超材料设计

由于当前铁路声屏障存在低频降噪效果差、降噪量较低及通风性能不佳的情况,本文研究创新设计了一种基于类Fano共振原理的声学超材料,旨在显著提升对低频噪声的隔绝效果。利用基于离散状态的共振散射和连续状态的背景散射之间的干扰,从而诱导出类Fano的非对称传输剖面。该超材料单胞为环绕型迷宫结构,将其周期性排列后得到类Fano共振的低频隔声型超材料声屏障,本结构设计为兼顾隔声效果和可通风全向性的几何形状,中空部分还能够节省成本。首先介绍了超材料单胞的几何构型以及传声理论,分析了结构参数对所提出声学超材料性能的影响,为优化其声学特性提供了重要依据。另外对超材料性能进行数值模拟与仿真分析,深入探究其声学特性,计算出结构在[20, 2900]Hz时,平均声传输损失达到50 dB左右。将超材料单元周期性排列嵌套在单元板内组成声屏障模型,发现超材料单元个数的增加不会影响声屏障隔声性能。最后将3D打印的声学超材料进行声学实验验证了仿真结果的准确性,为声屏障设计与工程应用提供了思路。