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Physical Review Applied刊登物理学院李勇课题组和毛东兴课题组在建筑声学宽带通风隔声窗领域的重要进展
发布时间:2021-04-07        浏览次数:10

依托于我校“建筑-声学一流学科共建平台”,物理科学与工程学院声学研究所的李勇教授课题组与毛东兴教授课题组合作,在建筑声学通风隔声窗领域再次获得重要进展。该研究提出了一种以复合功能超构声学单元为基础构建的类镂空薄板状结构(下图a),突破了传统隔声窗因加入吸声材料和蜿蜒通道导致的高流阻和高风压损失及现有超构隔声窗因工作机理单一造成的工作带宽有限等局限,实现了兼具高效通风和超宽带隔声的通风隔声窗设计(下图b)。相关研究成果于2021年2月18日以“Ultrabroadband Acoustic Ventilation Barriers via Hybrid-Functional Metasurfaces”为题发表在国际物理学期刊Physical Review Applied第15卷上 [Phys. Rev. Applied 15, 024044 (2021)]。2019级直博生董睿智和毛东兴教授为论文共同第一作者,王旭副教授和李勇教授为论文共同通讯作者。

在经典波物理中,如何在阻挡波传播的同时允许介质的自由流动是一项极具挑战性的工作,具体到声学中,就是通风隔声屏障问题。现有超构通风隔声窗基于局域共振或类法诺共振机理,工作频带局限在共振频率附近较窄的范围内。研究团队在2020年基于系统表面响应理论有效拓宽了超构通风隔声窗的频带,但有效工作带宽仍只有约一个倍频程 [Phys. Rev. Applied 13, 044028 (2020)]。为了在有效通风的前提下实现超宽带隔声,研究团队进一步结合耗散机理和干涉机理(下图c),提出了具有复合功能的超构声学单元,实现了多角度入射条件下的具备自然通风的宽带隔声窗设计(下图d),在两类机理协同作用下,其工作频率范围达到两个倍频程以上(650-2000 Hz)。该研究的成果不仅有望为绿色建筑噪声控制问题提供解决方案,这种兼顾开放空间和宽带特性的声学超结构功能器件在航空、交通及环境等领域也具有巨大的应用前景。

该项工作得到国家自然科学基金及上海市科技创新行动计划的支持。

论文链接: https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.15.024044


图 (a) 超宽带通风隔声窗整体概念图;(b) 超宽带隔声单元样品图片与声能量透射曲线;(c) 超宽带隔声单元工作机理示意图;(d) 不同角度入射条件下的超宽带隔声单元的声能量透射曲线。


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