聲學(xué)材料
關(guān)注創(chuàng)建者：HBK聲學(xué)與振動(dòng) 創(chuàng)建時(shí)間：2023-10-10
聲學(xué)材料的視頻教程
聲學(xué)材料測(cè)試研討會(huì)
培訓(xùn)內(nèi)容 · 混響室法吸聲系數(shù)測(cè)量 · 阻抗管法吸聲系數(shù)測(cè)量 · 實(shí)驗(yàn)室法隔聲系數(shù)測(cè)量 · 阻抗管法隔聲系數(shù)測(cè)量 · 阻抗管擴(kuò)展應(yīng)用 適用人群： 對(duì)聲學(xué)材料性能測(cè)量分析感興趣的所有用戶
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聲學(xué)材料測(cè)試研討會(huì)
培訓(xùn)內(nèi)容 · 混響室吸聲系數(shù)測(cè)量 · 基于聲學(xué)房間的隔聲系數(shù)測(cè)量 · 阻抗管法吸聲系數(shù)測(cè)量 · 阻抗管法隔聲系數(shù)測(cè)量 · 推廣應(yīng)用 點(diǎn)擊這里，咨詢B&K產(chǎn)品信息 →：https://www.bksv.com/zh/request-a-quote
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HBK聲學(xué)材料測(cè)試
1. 混響室法吸聲系數(shù)測(cè)量 2. 阻抗管法吸聲系數(shù)測(cè)量 3. 實(shí)驗(yàn)室法隔聲系數(shù)測(cè)量 4. 阻抗管法隔聲系數(shù)測(cè)量 5. 阻抗管擴(kuò)展應(yīng)用 點(diǎn)擊這里，咨詢HBK產(chǎn)品信息：https://www.hbkworld.com/zh/contact-us/request-quote
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聲學(xué)材料的實(shí)例教程
導(dǎo)讀：
金屬-有機(jī)骨架材料 (MOF) 的低頻聲學(xué)特性可以通過(guò)阻抗管實(shí)驗(yàn)測(cè)得。MOF超材料的低頻聲學(xué)衰減作用，可能是由于微孔框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部對(duì)聲音進(jìn)行多次反射，促進(jìn)了聲音的消散和吸收。這可是MOF第一次被證明是聲學(xué)超材料。
阻抗管：用于測(cè)量吸聲材料的垂直入射吸聲系數(shù)的裝置
低頻：100-1250Hz
低頻噪聲的減弱是環(huán)境和建筑工程的目標(biāo)。但是低頻的衰減在噪聲衰減里是最具挑戰(zhàn)性的，通常需要高質(zhì)量和高厚度的屏障。在建筑物、汽車、飛機(jī)和航天器等的建造中，重量和/或燃料效率是需要考慮的問(wèn)題，因此，使用輕質(zhì)材料有效衰減低頻聲音是一直以來(lái)的需求。此外，具有獨(dú)特聲學(xué)特性的材料也是造影劑監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)。
具有異常聲學(xué)特性的材料稱為聲學(xué)超材料。吸收性的聲學(xué)超材料由周期性結(jié)構(gòu)組成，具有可調(diào)的聲學(xué)特性，在傳感、隱形、隔音和地震防護(hù)等方面都具有廣泛的應(yīng)用。
將多孔顆粒用于墻板和其他建筑材料的噪聲衰減已受到密切關(guān)注，納米顆粒也成功應(yīng)用于地下能量提取。受這兩者的啟發(fā)，我們可以想到，金屬-有機(jī)骨架 (MOF) 可能同樣具有潛在的聲學(xué)超材料特性，包括它的微孔結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生MOF納米顆粒的能力、可設(shè)計(jì)和調(diào)整的幾何框架和柔性。MOF的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它可以以不同的形式加入到消聲/監(jiān)測(cè)體系中，例如噴霧劑、添加劑、離散納米粒子、納米流體注射劑等。
雖然MOF的機(jī)械性能和可變形行為已經(jīng)開(kāi)始被研究，并且已經(jīng)在減震和機(jī)械能儲(chǔ)存方面應(yīng)用。但在接下來(lái)這篇報(bào)道發(fā)表之前，這類材料還沒(méi)有被確定為聲學(xué)超材料，也沒(méi)有關(guān)于他們低頻聲學(xué)特性方面的評(píng)估。
ACS Appl. Mater.
展開(kāi) 研究?jī)?nèi)容：
基于目前學(xué)者所設(shè)計(jì)的超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種薄膜型聲學(xué)超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質(zhì)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(xué)超材料的結(jié)構(gòu)示意圖
技術(shù)路線：
在comsol中對(duì)薄膜聲學(xué)超材料低頻降噪進(jìn)行仿真分析。
1.添加固體力學(xué)和壓力聲學(xué)多物理場(chǎng)耦合：
圖2.物理場(chǎng)的選擇
2.建立薄膜聲學(xué)超材料的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖3.幾何模型的構(gòu)建
圖4.網(wǎng)格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數(shù)的變量，添加薄膜和質(zhì)量塊的材料屬性如下圖5.6。
圖5.變量定義
圖6.質(zhì)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(chǎng)和透射聲場(chǎng)的端面添加平面波輻射邊界條件，以防止聲波的反射。同時(shí)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(duì)吸聲系數(shù)的頻率分析：
圖7.薄膜聲學(xué)超材料的吸聲系數(shù)
圖8.論文中的吸聲曲線
基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。
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公眾號(hào):320科技工作室
展開(kāi) 據(jù)sciencedaily.com網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)波士頓大學(xué)工程學(xué)院教授Xin Zhang和機(jī)械工程學(xué)博士生Reza Ghaffarivardavagh在《物理評(píng)論B輯》（Physical Review B）雜志發(fā)文介紹了一種可以屏蔽噪音的新型聲學(xué)超材料。該材料經(jīng)過(guò)“完美”的數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)，具有環(huán)狀開(kāi)放結(jié)構(gòu)，可在切斷噪聲的同時(shí)保持空氣正常流動(dòng)。聲學(xué)超材料經(jīng)數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)、3D打印成型。外圈內(nèi)側(cè)，螺旋狀結(jié)構(gòu)可以對(duì)聲音產(chǎn)生干擾作用，阻止其通過(guò)開(kāi)放的環(huán)狀中心，同時(shí)又能保持空氣的流動(dòng)。
Ghaffarivardavagh說(shuō)：“目前使用的聲屏障主要是厚重的隔音壁，雖然它的確對(duì)噪音有阻隔作用，但當(dāng)空氣流通變得不可或缺時(shí)，這種笨重的方案就不適用了。例如，堵住噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口，雖然噪音消除了，但是飛機(jī)只能呆在地面。因此地勤人員只能佩戴厚重的耳塞來(lái)免受噪音之苦?！?Ghaffarivardavagh和Zhang通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，找到了解決方案。他們對(duì)聲學(xué)超材料的尺寸和規(guī)格進(jìn)行了計(jì)算，希望能找到一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，既能干擾聲波傳輸，也不妨礙空氣流通。Zhang等介紹說(shuō)，設(shè)計(jì)的基本前提是，這種超材料能夠?qū)魅氲穆曇羲突芈曉刺帯?根據(jù)計(jì)算結(jié)果，他們采用3D打印技術(shù)，用塑料制作了一個(gè)開(kāi)放式的降噪結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。Zhang等在PVC管兩端分別固定了揚(yáng)聲器和聲學(xué)超材料。當(dāng)他們按下播放鍵，揚(yáng)聲器竟然“安靜”地啟動(dòng)了。單憑人的聽(tīng)覺(jué)，根本不會(huì)知道揚(yáng)聲器正在發(fā)出刺耳的高音。論文作者之一、Zhang實(shí)驗(yàn)室前成員Jacob Nikolajczyk說(shuō)：“雖然我們一直能在電腦模型中看到類似結(jié)果，但實(shí)際情況還是讓我們大吃一驚?！?通過(guò)對(duì)比，研究人員發(fā)現(xiàn)聲學(xué)超材料幾乎可以阻隔94%的噪音。
展開(kāi) 薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲原理主要涉及到聲波在材料中的傳播和反射。 當(dāng)聲波進(jìn)入薄膜型聲學(xué)超材料時(shí)，它們會(huì)遇到由多層薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元。由于這些單元的尺寸接近于聲波波長(zhǎng)，聲波會(huì)產(chǎn)生與材料中的結(jié)構(gòu)單元相互作用的效應(yīng)，這種效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生反射、衍射和干涉等現(xiàn)象。 通過(guò)合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化材料結(jié) 構(gòu)，薄膜型聲學(xué)超材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率范圍內(nèi)聲波的反射和吸收，從而達(dá)到隔聲的效果。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)聲波遇到薄膜型聲學(xué)超材料時(shí)，一部分聲波會(huì)被反射回去，另一部分聲波則會(huì)被吸收或繼續(xù)穿透材料，但其強(qiáng)度會(huì)受到一定程度的衰減。通過(guò)層層反射和吸收，材料可以將聲波的傳播和干擾效應(yīng)降到最小，從而實(shí)現(xiàn)隔聲的目的。
薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲效果受到材料結(jié)構(gòu)、厚度、孔徑大小以及聲波入射角度等因素的影響，因此需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，才能達(dá)到最佳的隔聲效果。
一、搭建模型
中間位置為薄膜包覆的質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)
二、網(wǎng)格劃分
應(yīng)力分布
傳遞損失曲線
透射系數(shù)曲線
在隔聲谷位置的透射系數(shù)很高。
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展開(kāi) 研究?jī)?nèi)容：
傳統(tǒng)的聲學(xué)吸收器被用于具有與工作波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)暮穸鹊慕Y(jié)構(gòu)，這在低頻范圍的實(shí)際應(yīng)用中造成了主要障礙。我們提出了一種基于超表面的完美吸收體，能夠在極低頻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)聲波的完全吸收。具有深亞波長(zhǎng)厚度至特征尺寸k＝223的超表面由多孔板和螺旋共面氣室組成?；谕耆詈系?em>聲學(xué)熱力學(xué)方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎(chǔ)物理和聲學(xué)性能，顯示出極好的一致性。
圖1.傳統(tǒng)微穿孔板與聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2.論文中阻抗分析和數(shù)值模擬的吸聲系數(shù)曲線
數(shù)值模擬：
在comsol中利用熱黏性聲學(xué)接口對(duì)聲學(xué)超材料的聲學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。
圖3.幾何模型的構(gòu)建
吸聲系數(shù)曲線的數(shù)值模擬值如下所示：
圖4.數(shù)值模擬中的吸聲系數(shù)
理論計(jì)算：
通過(guò)聲電類比法計(jì)算得到聲學(xué)超表面的吸聲系數(shù)，其理論計(jì)算如下：
首先由經(jīng)典的微穿孔理論得到吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗和吸聲系數(shù)：
yc為環(huán)繞型腔體的等效聲阻抗：
在計(jì)算軟件中導(dǎo)入吸聲系數(shù)理論計(jì)算的公式，從而計(jì)算出吸聲系數(shù)曲線
吸聲系數(shù)曲線的理論計(jì)算值如下所示
圖5.理論計(jì)算得到的吸聲系數(shù)
綜上，理論計(jì)算和數(shù)值分析的吸聲系數(shù)曲線具有很好的一致性，同時(shí)與論文中的結(jié)果完全相同。
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聲學(xué)材料的最新內(nèi)容
當(dāng)面對(duì)非鐵磁性、形狀復(fù)雜或極薄的容器（如塑料瓶、玻璃安瓿瓶）時(shí)，超聲波技術(shù)可能會(huì)遇到耦合或波長(zhǎng)限制的難題，此時(shí)，Wabtec提供的Magna-Mike 8600霍爾效應(yīng)測(cè)厚儀成為黃金標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)利用磁場(chǎng)感應(yīng)原理，將一個(gè)小鋼球（磁性目標(biāo)）放入容器內(nèi)壁，探頭置于外壁，探頭內(nèi)的霍爾傳感器通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，精確計(jì)算出探頭與鋼球之間的距離，從而得出壁厚，這種方法完全不受材料聲學(xué)特性或表面曲率的影響，測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)且重復(fù)性極高
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研討會(huì)內(nèi)容
混響室法吸聲系數(shù)測(cè)量
阻抗管法吸聲系數(shù)測(cè)量
實(shí)驗(yàn)室法隔聲系數(shù)測(cè)量
阻抗管法隔聲系數(shù)測(cè)量
阻抗管擴(kuò)展應(yīng)用
研討會(huì)時(shí)間
2026年1月20日（周二）下午2:00-3:00
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備注
研討會(huì)將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直播的方式進(jìn)行，請(qǐng)自備具備上網(wǎng)條件的電腦
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上層100%覆蓋兩層聲學(xué)材料：中間層為泡沫材料，上表面覆蓋重層。
圖4. 板件隔聲結(jié)構(gòu)示意圖。
上述研究模型中，泡沫層的厚度可變范圍為0.002m-0.01m，重層的變化范圍為0.001m-0.006m，泡沫層孔隙率可變范圍為0.9-0.98。
軟件內(nèi)置涵蓋多孔吸聲材料、纖維復(fù)合材料、彈性體等 120 + 類材料的聲學(xué)特性數(shù)據(jù)庫(kù)，支持自定義材料參數(shù)擬合，結(jié)合 1D/2D/3D 多維度單元庫(kù)（含無(wú)限元、邊界元、周期性結(jié)構(gòu)單元），可高效處理復(fù)雜邊界條件（如非均勻聲場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)邊界、聲阻抗邊界），計(jì)算精度滿足 ISO 3744/3745 等國(guó)際聲學(xué)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求。
上層100%覆蓋兩層聲學(xué)材料：中間層為泡沫材料，上表面覆蓋重層。
圖4. 板件隔聲結(jié)構(gòu)示意圖。
上述研究模型中，泡沫層的厚度可變范圍為0.002m-0.01m，重層的變化范圍為0.001m-0.006m，泡沫層孔隙率可變范圍為0.9-0.98。
多年來(lái)，海克斯康不斷拓展其技術(shù)邊界，構(gòu)建了涵蓋多體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)NVH、非線性有限元、流固耦合、復(fù)合材料、聲學(xué)與噪聲等多個(gè)領(lǐng)域的仿真解決方案。旗下的Adams軟件作為虛擬樣機(jī)技術(shù)的杰出代表，提供了專業(yè)的多體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)，能夠幫助研發(fā)人員在無(wú)樣機(jī)階段對(duì)人形機(jī)器人的機(jī)械性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，快速實(shí)現(xiàn)控制策略檢測(cè)和模型迭代。
培訓(xùn)費(fèi)用：培訓(xùn)免費(fèi)，上機(jī)培訓(xùn)參加請(qǐng)自帶電腦
培訓(xùn)咨詢：沈老師 18561302360
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培訓(xùn)課程：
培訓(xùn)時(shí)間：4月17日-18日
培訓(xùn)地點(diǎn)：上海市閔行區(qū)華中路6號(hào)七寶德必易園A316室
適用人群：針對(duì)汽車行業(yè)聲學(xué)內(nèi)飾NVH仿真工程師、汽車行業(yè)NVH設(shè)計(jì)人員以及其他行業(yè)關(guān)注聲學(xué)材料特點(diǎn)及仿真技術(shù)的相關(guān)人員。
（6）噪聲優(yōu)化：基于第五步的聲場(chǎng)貢獻(xiàn)量分析，對(duì)貢獻(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使用反推出的結(jié)構(gòu)載荷進(jìn)行新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下的振動(dòng)和噪聲驗(yàn)算，比如加筋優(yōu)化或阻尼優(yōu)化；也可以對(duì)輻射噪聲較強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行聲學(xué)封裝材料的設(shè)計(jì)，并使用格林分析模型進(jìn)行噪聲驗(yàn)算。
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研討會(huì)主題：
聲學(xué)材料測(cè)試
研討會(huì)內(nèi)容：
混響室法吸聲系數(shù)測(cè)量
阻抗管法吸聲系數(shù)測(cè)量
實(shí)驗(yàn)室法隔聲系數(shù)測(cè)量
阻抗管法隔聲系數(shù)測(cè)量
阻抗管擴(kuò)展應(yīng)用
研討會(huì)時(shí)間
2025年3月18日（周二）下午14:00-15
圖片來(lái)源：翱坤科技
香港科技大學(xué)eVTOL低噪聲研究
香港科技大學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)與噪聲控制技術(shù)中心AANTC擁有領(lǐng)先的靜音風(fēng)洞、高精度低速風(fēng)洞、大型消聲室和混響室和先進(jìn)的噪聲測(cè)試設(shè)備，如高精度的傳聲器、聲級(jí)計(jì)、聲學(xué)材料測(cè)試系統(tǒng)等，能夠準(zhǔn)確測(cè)量eVTOL在不同飛行狀態(tài)下的噪聲水平。
