釜山大学开发新型紧凑型元消音器设计 利用声学黑洞和彩虹捕获效应

盖世汽车讯 车辆、电器和工业产生的慢性低频噪音会对心理健康造成损害，导致压力和焦虑。传统的消声器需要笨重的设计才能有效降低低频噪音。

声学超材料的最新进展利用了慢波效应，并有望通过更紧凑的设计降低低频噪音。其中值得注意的是能够产生声学黑洞（ABH）的设备，这种设备会不断减慢声波的速度，直到其速度达到零。另一种选择是声学彩虹捕获（RT），其中声波被限制在结构内的特定路径上，在不同位置分离和捕获不同的频率。

据外媒报道，利用这些效应，韩国釜山大学（Pusan National University）机械工程系教授Kyungjun Song领导的研究团队开发出创新的盘绕式超消音器。

图片来源：釜山大学

“我们的超消音器采用紧凑设计，具有四个平行谐振器，每个谐振器都包含一个盘绕式多缝，利用ABH和RT机制有效降低低频噪声，”Song教授解释道。相关研究发表于期刊《Mechanical Systems and Signal Processing》。

该超消音器设计的特点是四个谐振器平行放置在立方体波导周围。每个谐振器由三部分组成：内部腔体、多缝和入口。其中，多缝的特色是位于谐振器顶部和底部的缝隙呈二次喇叭状，在入口处变宽并逐渐向腔体变窄，逐渐改变声阻抗，促进ABH效应。

此外，随着频率的增加，多缝会根据频率充当独立的谐振器，从而产生RT效应。由于RT效应显示出缝隙长度与频率之间的反比关系，研究人员实施了盘绕缝隙设计，以在低频下实现高效的RT。

研究人员开发了三种不同的谐振器设计，并根据狭缝长度进行分类，并使用模拟和实验验证评估了它们的性能。模型1采用直狭缝，而模型2的顶部狭缝比模型1长1.3倍，底部狭缝比模型1短0.7倍。模型3采用来自模型2结构的盘绕狭缝结构。

结果表明，超消声器在三种主要隔音模式下运行：基础平面波模式、由ABH效应引起的多狭缝局部模式和由RT效应产生的单狭缝局部模式。在模型3中加入盘绕狭缝可通过将声波速度达到零的频率转移到728 Hz来增强其性能。

此外，它在200–1800赫兹（Hz）的宽频带内实现了6.73分贝（dB）的平均实验声音传输损耗（STL），吸收系数为0.49。研究人员还设计了一种双串联阵列元消音器，由两个背靠背排列的元消音器组成，使平均STL几乎翻了一番，达到13.07 dB，最大吸收系数达到0.9。

“与传统的大型消声器不同，这种紧凑型元消声器可以直接集成到微型机器和狭窄空间中，例如发动机舱和机械外壳，从而从源头提供有针对性的低频降噪。该技术可以应用于航空等领域，以实现更安静的机舱，并减少城市地区建筑、交通和工业活动的噪音，使家庭更安静，提高生活质量，”Song教授说。“随着原型开发和测试计划的实施，我们预计将在未来2-3年内看到第一批商业产品进入市场，为更安静的生活和工作环境铺平道路。”