普信®声学院丨NAIMMTA项目丨声学超材料改进了航空玻璃棉的声传递损耗

New Acoustic Insulation MetaMaterial Technology for Aerospace航空航天声学超构材料隔声新技术项目，简称NAIMMTA项目，是由全球研究项目支持计划下的经济、科学和创新部（MESI）提供的研究经费，支持国际研究和创新活动（PSR-SIIRI）中关于声学超材料在航空航天领域中的应用研究的研究课题。项目成员包括空中客车（AIRBUS）、哈金森航空工业（Hutchinson）、德国应用航空研究中心（ZAL）、加拿大国家研究委员会（NRC）、3M、Mecanum、希尔布鲁克大学声学研究所（GAUS）、魁北克大学高等技术学院（ÉTS）和汉堡应用科技大学（HAM HAMBUNG）。

该项目的目标是基于声学隔音超材料（AIMM：Acoustic Insulation MetaMaterials）概念开发和验证用于航空航天应用的新型隔音技术。这项技术已被融入到当前高性能热-声绝缘材料设计中，并且可以调节与音调和宽带噪声相关的衰减。该项目已于2020年12月正式完成，取得了众多世界级科研与工程成果，将为验证与加速声学超构材料的工业应用提供理论与技术基础和产业转化动能。

项目详情请参考：

普信®声学院将逐期介绍NAIMMTA项目的相关公开论文、成果及信息。本期将介绍NAIMMTA项目成员汉堡应用科技大学（HAM HAMBUNG）汽车与航空工程学院的Felix Langfeldt和Wolfgang Gleine发表在26th International Congress on Sound and Vibration上的论文Improved Sound Transmission Loss of Glasswool with Acoustic Metamaterials，原文请点击阅读原文参考。

导读

众所周知，在噪声控制工程中降低低频声音（低于1kHz）特别具有挑战性。在此频率范围内，单壁隔板主要受所谓的质量定律支配。根据质量定律，当墙壁质量增加一倍时，墙壁的传声损耗（STL）仅增加6dB。近年来，声学超材料作为在低频范围内具有特殊功效的新型隔音材料被广泛应用。汉堡应用科技大学团队通过使用薄板型声学超材料（PAM）嵌入到玻璃纤维内部从而改善玻璃棉的声音传递损耗。

创新研究

该论文提出了关于如何通过添加声学超材料来改善玻璃棉的低频声学性能的研究。研究的概念采用了薄板型声学超材料（PAM），该材料表现出可调的反谐振频率，其传输损耗值远大于相应的质量定律。PAM与轻质的航空级玻璃棉结合在一起并附着在板上，以改善板的传声损耗。分析模型用于预测此项设计的声学性能。最后，使用1.2平方米的测试样本验证了该概念，该样本在实验室中使用声强测量进行了实验表征。

图文速览

图1  具有环形质量的PAM和PAM单元的概述

图2  小型PAM样品的阻抗管测量和分析结果。（a）测得的PAM样品（红色虚线表示五个单元）；（b）比较PAM的实测STL和分析计算的STL；（c）使用不同的单元尺寸a（恒定的PAM表面质量密度）调整反谐振。

图3  带有PAM增强玻璃棉配置的两个测量板的示意图和照片。

（a）     顶端结构；（b）嵌入式结构。

 图4  1m×1.2m PAM样品的实验和分析结果。（a）安装在透射窗内的PAM的照片；（b）扩散入射声传递损失；（c）相对于PC膜的插入损耗。 

图5  PAM增强玻璃棉板的实验和分析结果。（a）扩散入射声传递损失；（b）相对于带有玻璃棉的MDF板的插入损耗。

总结

在该项工作中，已使用实验和分析研究方法研究了使用平板型声学超材料（PAM）改善玻璃棉的STL。在阻抗管和大规模实验室测量中研究的PAM样品的结果证实：超材料的反谐振可以改善板的STL。通过研究两种不同的结构（PAM放在顶部并嵌入在玻璃棉的中间），可以观察到PAM层在玻璃棉毯内部的位置会显着影响STL的提高。通过使用多层设置的分析计算解释了系统多层谐振，如果超材料放置在靠近底板的位置，则可以降低反谐振。