声学超材料的概念一提出,就渗透到传统声学研究的各个分支中。科学家们提出的潜在应用场景也各不相同。文章篇幅有限,笔者在此简要介绍两个主要应用领域:减振降噪和声场调节。划分音响超材料领域的“明星”选手——声学超材料隐身技术。
声学超材料有助于传统的隔音和降噪。
这是吸声隔音、减振降噪、声学领域长期以来的主流研究方向,也是声学技术广泛应用的方向。传统的多孔材料更喜欢高频部分(500Hz以上),因为它满足线性响应理论,对低频声波的消耗能力下降。事实上,为了解决低频段吸声效率和阻抗不平衡问题,提出了有名的微穿孔板理论(MPP),大大提高了低频段吸声效果,但所需的结构尺寸并不是深阿法场。声学超材料是一种解决低波段吸声隔音问题的新思路,科学家们找到了较薄、较轻的共振结构,并将其用于声学超材料的结构设计中,实现了低波段吸声隔音。之前实现的是语音膜(Membrane)结构。2008年,杨等人提出膜类型的声吸收体,指出只要0.28毫米厚的膜,就可以得到频率为146Hz的共振。Mei等人第一次使用弹性薄膜夹具来确定半环形质量块,在实验中得到深阿帕场的声学黑体。弹性薄膜厚度在接近完美吸收的3个波长以下。这种膜结构尺寸很薄,声学性能很好,但膜材料本身的预应力很难控制。