基于超表面的超薄吸声器件的机理与特性研究

In the fields of the space engineering and national defense, it is highly desired to realize a high absorption performance for low frequency noise using deep sub-wavelength scaled structures. The emergent metasurface-based acoustic absorbers take advantages of excellent absorption performance in low frequency and ultra-thin thickness, however still encounter some limitations, such as narrow band, non-applicability under complex noise environments. In this project, we will investigate intensively the absorption feature of metasurface-based acoustic absorber: 1. Realize the perfect absorption for single low frequency by considering the viscous effects inside the perforated holes and coplanar labyrinthine channels. 2. Realize high absorption performance using the coupling mechanism between different metasurface blocks. 3. Combining the advantages of the metasurface-based absorbers and conventional absorbing materials, design acoustic devices capable of absorbing noise from low frequency range to high frequency domain under complex noise circumstances, such as random incidence, broadband noise.

在航天、国防等领域，利用小尺度结构实现对低频声波的高效吸收是急需解决的问题。基于超表面的吸声结构具有超薄厚度和高效吸收低频声等特征，但存在工作频段窄、不适用于复杂噪声环境等局限性。本项目拟通过理论分析、数值模拟和实验表征相互结合的方法，对基于超表面结构的吸声特性开展深入研究：1、联合穿孔板和共振腔内的粘滞和热传导效应探讨低频区单频完美吸声机制；2、基于超表面单元间声场耦合探讨低频区宽带高效吸声机制；3、结合传统吸声材料和超表面吸声结构，设计适用于复杂噪声环境下（如随机入射，宽带噪声等）的高性能吸声器件。

在航天、国防等领域，利用小尺度结构实现对低频声波的高效吸收是急需解决的问题。本项目通过理论分析、数值模拟和实验表征相互结合的方法，对基于超表面结构的吸声特性开展深入研究：1、联合穿孔板和共振腔内的粘滞和热传导效应探讨低频区单频完美吸声机制；2、基于超表面单元间声场耦合探讨低频区宽带高效吸声机制；3、结合传统吸声材料和超表面吸声结构，设计适用于复杂噪声环境下(如随机入射、宽带噪声等) 的高性能吸声器件。经过项目组系统研究，取得了重要研究成果：1、提出了厚度为波长百分之一的内嵌管和迷宫背腔超构表面，实现了可控的吸收峰及带宽；2、提出了内嵌管亥姆赫兹共振吸声结构，在厚度固定的情况下实现了吸声频率和带宽的有效调控；3、提出了弱吸声单元共振耦合机制，通过强化单元间耦合作用实现了轻薄宽带超构表面吸声器件。基于超构表面的吸声结构由于其尺寸小，易加工，高吸声性能等优势，在噪声控制领域展现了巨大的应用价值。