低頻降噪
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2022-08-31
低頻降噪的實例教程
尤其是低頻噪聲（聲波頻率低于 1000Hz），據有關低頻噪聲煩惱度研究表明，人類長期生活在低頻聲波環境周圍受噪聲干擾，會造成惡心、耳鳴、視覺模糊等諸多身體不良反應。但是目前對低頻噪聲尚不能有效控制。
研究內容：
基于目前學者所設計的超材料結構設計了一種薄膜型聲學超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質量塊。支撐框架是固定并張緊薄膜類似彈簧的作用。
圖1.薄膜型聲學超材料的結構示意圖
技術路線：
在comsol中對薄膜聲學超材料低頻降噪進行仿真分析。
1.添加固體力學和壓力聲學多物理場耦合：
圖2.物理場的選擇
2.建立薄膜聲學超材料的幾何模型并完成網格的劃分：
圖3.幾何模型的構建
圖4.網格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數的變量，添加薄膜和質量塊的材料屬性如下圖5.6。
圖5.變量定義
圖6.質量塊和薄膜材料屬性的定義
4.邊界條件的添加：
在入射聲場和透射聲場的端面添加平面波輻射邊界條件，以防止聲波的反射。同時在薄膜的四周添加固定約束邊界條件，用于模擬薄膜被支撐框架固定的邊界條件。
5.添加研究，對吸聲系數的頻率分析：
圖7.薄膜聲學超材料的吸聲系數
圖8.論文中的吸聲曲線
基于以上分析，可改變參數對其參數化掃描，即可得到薄膜型聲學超材料的結構化參數的影響。
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公眾號:320科技工作室
展開 而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強、傳播距離遠等特點，根據質量作用定律，傳統的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果(即打破質量作用定律的限制)是隔聲領域中研究難點
研究內容：
結合薄膜型聲學超材料與聲學超表面在低頻降噪領域的優越性，設計一種薄膜型聲學超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實現低頻寬帶隔聲降噪并實現隔聲帶的可調節性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結構示意圖
技術路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網格。在采用壓力聲學頻域和固體力學兩個物理場接口。
建立薄膜聲學超表面的幾何模型并完成網格的劃分：
圖2.幾何模型的構建
圖3.網格的劃分
圖4.薄膜聲學超表面的預應力對隔聲損失的影響
圖5.論文中的預應力對隔聲損失的影響
基于以上分析，可改變參數對其參數化掃描，即可得到薄膜型聲學超表面的結構化參數的影響。
最后,有相關需求歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯絡
展開 而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強、傳播距離遠等特點，根據質量作用定律，傳統的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果(即打破質量作用定律的限制)是隔聲領域中研究難點
研究內容：
結合薄膜型聲學超材料與聲學超表面在低頻降噪領域的優越性，設計一種薄膜型聲學超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實現低頻寬帶隔聲降噪并實現隔聲帶的可調節性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結構示意圖
技術路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網格。在采用壓力聲學頻域和固體力學兩個物理場接口。
建立薄膜聲學超表面的幾何模型并完成網格的劃分：
圖2.幾何模型的構建
圖3.網格的劃分
圖4.薄膜聲學超表面的預應力對隔聲損失的影響
圖5.論文中的預應力對隔聲損失的影響
基于以上分析，可改變參數對其參數化掃描，即可得到薄膜型聲學超表面的結構化參數的影響。
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展開 在不久的將來，涉及降噪材料自動定位的流程將被引入，以最小的成本和重量代價獲得最優的降噪效果。再往后，新的優化策略（包括材料和結構）將被整合到一起，為低頻結構噪聲提供完整的解決方案。
最后，此次合作不僅著眼于使現有產品和流程的普及。隨著合作的加強和信任的進一步建立，雙方將探索新的機會，借助云計算和人工智能等新興技術，打造革命性的產品。海克斯康和 Autoneum 已邁出了實現這一潛力的第一步，并期待構建下一代 NVH 模擬解決方案，追求 NVH 最佳設計，同時降低成本。
此外，我們全面調查的關鍵幾何參數的影響，例如，手折紙手風琴的高度，二維單元格中梯形上端的長度，二維單元格中梯形上端的高度，基座上穿孔的厚度，基座上打孔的半徑，研究了波導管長度和波導管半徑對OBAM調制器傳輸損耗特性的影響，發現增大H會影響工作頻帶由中頻向低頻偏移，減小rw會大大拓寬工作頻帶。
在271 - 790hz范圍內，工作頻率帶寬可達500Hz，有效衰減90%以上的聲能，其厚度為工作波長的1/18-1/6，表明其在亞波長處具有強大的寬帶低頻消聲能力。強調提出的OBAM允許氣流輸送，并具有其他優點，如高設計靈活性和可編程性，尺度無關，實時調諧，并且不需要復雜的控制算法。我們的設計可以為需要自適應寬帶降噪和中低頻通風的工程應用提供有效的解決方案。
工作頻率帶寬對折紙高度相對不敏感，特別是當波導管半徑較大時。值得強調的是，在本研究中，我們通過氣壓調節高度，主要是為了實現工作頻段的可調性，例如從中頻到低頻的轉換，反之亦然。然而，工作頻率帶寬的可調性或可編程性可以很容易地通過折紙單元的獨特設計和周期性陣列或通過改變波導管的半徑來實現。此外，本文主要研究了利用單自由度手風琴折紙作為亥姆霍茲諧振側腔實現頻率可調和寬帶降噪的潛在物理機制，假設損耗機制僅來自表面的輻射阻抗，如圖3(a)所示。然而，從圖5可以看出，這種假設在大多數情況下是合理的。進一步考慮頸部的耗散(盡管頸部尺寸較大時可以忽略頸部的熱粘損失)，采用腔與空氣耦合振動模型可以得到更準確的結果，可以得到更豐富的降噪機制。我們將在未來探索這一領域。
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最后，將符合空氣傳播噪聲要求的選定組合應用于結構傳播噪聲仿真模型，并進行進一步優化，以提高低頻降噪性能。
Autoneum 針對流程的不同部分開發了各種技術，而這些技術應用上的普及正是 Autoneum 與 海克斯康合作的目標。流程的第一部分是應對阻尼包設計（包括定位和優化）的模塊，稱為 Autoneum SILVER。
致力于實現低頻寬帶隔聲降噪并實現隔聲帶的可調節性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結構示意圖
技術路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網格。
然而，傳統聲學超材料中，低頻降噪方面一直存在頻段固定、頻帶狹窄的問題。本研究將手風琴折紙作為側腔引入亥姆霍茲諧振腔，開發了一種具有可調諧和寬帶消聲能力的新型折紙聲學超材料(OBAM)。 本文通過理論、數值和實驗的方法對OBAM的聲衰減特性進行了廣泛的研究，并用傳輸損耗(TL)來量化OBAM的聲衰減特性。 通過利用手風琴折紙的單自由度特性，可以很容易地通過壓力來調節OBAM的聲音衰減。
致力于實現低頻寬帶隔聲降噪并實現隔聲帶的可調節性。
圖1. 薄膜型聲學超表面的結構示意圖
技術路線：
在COMSOL軟件中對薄膜型聲學超表面的隔聲特性進行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設置薄膜的預應力，模型框架設置邊界固定條件，并劃分自由四面體網格。
圖1.薄膜型聲學超材料的結構示意圖
技術路線：
在comsol中對薄膜聲學超材料低頻降噪進行仿真分析。
1.添加固體力學和壓力聲學多物理場耦合：
圖2.物理場的選擇
2.建立薄膜聲學超材料的幾何模型并完成網格的劃分：
圖3.幾何模型的構建
圖4.網格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數的變量，添加薄膜和質量塊的材料屬性如下圖5.6。
