普信®声学院：『声学超材料』民用和国防车辆舱内噪声控制的潜景。

自19世纪以来，在汽车工业中，机械技术和电气技术都有了巨大的发展。持续不断的尖端发展使制造商可以获得技术优势并在竞争中脱颖而出。但是，这些事态发展的速度有所下降，近来或多或少达到了一个稳定的时期。在大多数消费者看来，现有技术和规格现在仅仅是一个基线。因此，在制造商之间的购买考虑中，对其他因素的需求越来越大。这些因素之一包括乘客的声振舒适度。这方面与人为因素工程的考虑以及对车厢内的噪声和振动的研究有关。此外，不断改进现有汽车技术的工作促使人们需要在车厢中寻求更好的噪音解决方案，以减轻重量损失。

除了商业考虑之外，国防工业还强调在装甲车设计阶段需要提高驾乘人员的舒适度。这已经被广泛讨论，因为装甲车辆（尤其是履带车辆）的机舱噪声幅度远高于商用车辆。实际上，安全设计要求是根据国防标准定义的，在连续暴露8小时的情况下，为最大允许的机舱噪声设置了限制（<85 dBA）。原因是在执行任务或任何日常操作时不会对机组人员的战备状态产生不利影响。因此，机组人员的声振舒适度已成为国防制造商要比其竞争对手立于不败之地的营销资产。

减少机组人员受噪声影响的最常见、最简单的方法是为他们提供作战车辆乘员头盔。这些头盔通常带有内置的主动降噪控制（ANC）模块，以增强降噪效果。在某些情况下，还建议他们在必要时装备耳塞以增强噪声衰减。但是，这些解决方案在更高的频率范围（> 200 Hz）中更有效。因此，机组人员可能仍会暴露于过多的机舱噪声中，特别是在出现称为“嗡嗡声”的现象时。

通常，汽车驾驶室由诸如门、挡风玻璃和窗户的薄结构面板构成。这样，尽管每个汽车的车厢形状可能是独特的，但是这些结构构件的基频通常会低于200Hz。舱室噪声高度依赖于腔体的声学模态与围护板的结构模态之间的性能。如果特定的结构模态与特定的声学模态耦合，则由于振动声学，车厢噪声很可能会显著放大，以前称为轰隆声。这种现象通常被人类的听觉系统视为响亮的低音单调。取决于个人对特定隆隆频率的敏感性，可能会感到不适，例如恶心或晕眩，这显然是不希望的。

根本上，如果声学模态和结构模态解耦，则可以将振动声学问题最小化，这通常通过结构修改或声学处理来实现。这看起来很容易，因为可以在设计阶段以数字方式进行此类研究。但是，由于紧密间隔的声学模态，可能需要对特定的面板进行过多的处理。不可避免地，将超过汽车的重量限制；更不用说增加重量对若干因素的不利影响，例如燃油效率、轮胎/履带板的里程寿命和车辆加速。鉴于此，探索轮胎重量的可行性非常重要。声学超材料的新兴研究-希望能改善汽车和装甲车的车厢噪音。

声学超材料（Acoustic Metamaterials）是一个从本世纪初才发展起来的新兴的研究主题，在工业应用中还处于初始应用期。声学超材料的机械性能基本上取决于其精心设计的物理结构，而不是其化学组成，后者在天然材料中就是这种情况。它们的结构类似于由周期性晶胞组成的传统蜂窝板。此外，每个晶胞都具有局部共振结构，在共振时会表现出特别性能。负有效体积模量或负有效质量密度。如果设计合理，则可以同时实现这两个特性，并且将禁止通过AM传播声波。

鉴于当前工业实践的弊端，由于声学超材料特殊的性能，它的潜力被强调为低频机舱噪声控制的一种可能替代方案。目前全球许多研究论文和文案已经证明了它在较低频率范围内的声学性能，而无需与目标波长可比的非常厚的样本。主要挑战是将现有工作扩展到实验室之外，以探索实际应用的可行性。迄今为止，由于低频客舱噪声仍是一个令人关注的问题，因此AM的前期工作可能会揭示出其作为改善汽车和装甲车机舱噪声的替代解决方案的潜力，带来更好的乘客舒适度。除了在低频范围（<500 Hz）中仅获得诱人的结果外，还应考虑一些与可制造性和可靠性有关的基本因素。因此，如果在AM的设计过程中综合考虑这些因素，将来可能会出现潜在的汽车和装甲车车厢噪声控制方法。