低頻聲衰減的案例
用于寬帶低頻聲衰減的復合聲學超材料
結論
總之，我們從理論和實驗上證明了由Mie諧振腔和亥姆霍茲諧振腔陣列組成的復合聲學超材料的聲衰減效應。應用傳遞矩陣法和集總元模型對構件的聲學行為進行了理論預測。實驗測量結果與仿真結果吻合較好。通過復合設計，采用深亞波長結構，我們成功地實現了寬帶低頻聲衰減，在1250 Hz的頻率范圍內阻擋了90%以上的入射聲能。 SMR晶胞相對較薄的尺寸提供了通過在超材料中堆疊額外的晶胞來進一步加強低頻區域衰減的可能性。這項工作建立了一類結構的基礎，使得在低頻區域實現高性能的噪聲衰減，同時保持氣流，這些結構的實際應用是廣泛和多樣的。
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Composite Acoustic Metamaterial for Broadband Low-Frequency Acoustic Attenuation；Physical Review Applied ( IF 4.6 ) Pub Date : 2023-07-07 , DOI: 10.1103/physrevapplied.20.014011
展開 吸聲材料的結構作用及低頻聲陷井
沒有經過聲陷處理的房間，某些頻率的衰減時間達到300ms之多，這會給其他低頻音調產生很大的影響，破壞清晰度，甚至使聲音不和Xie。
一般來說，一個房間需要盡可能多的聲陷。雖然他可能會把房間變的很“死”，但是房間內決不能有太多混雜的低頻。聲陷可被安裝在房間角落、墻面、地板以及天花板，處理面積越大，低頻效果越理想。
常用的低頻聲陷
赫爾姆霍茲共鳴器：是一種低頻聲陷，不同于玻璃棉構成的聲陷，其可以吸收更低的低頻成分。其擁有可調節的空腔結構，對某一頻段的吸收非常有效。吸收頻率范圍與品質因數Q有關，赫爾姆霍茲共鳴器的空腔結構吸收帶寬公式為：f2-f1=fr/Q，fr 為共鳴頻率也就是最大吸收頻率。通過添加玻璃棉或者增加幾個不同大小的開口，可以使吸收頻段變寬。赫爾姆霍茲共鳴器的種類有很多，通常的設計是使用一個大盒子，內部填充玻璃棉，前端覆蓋一連串間距不同尺寸不同的薄木板，這種設計稱為狹板共鳴器。雖然赫爾姆霍茲共鳴器可以有效吸收某一頻段，但是它的可吸收范圍有限，并且使用多個共鳴器拓寬其頻率吸收范圍會對聲場的活躍產生影響，所以使用起來必須非常小心。
面板聲陷：是一種窄帶聲陷，其可吸收帶寬為大約一個倍頻程，它可以使用一連串一平米左右的面板聲陷去覆蓋整個低頻，而不必使用非常厚重的材料去增加吸音范圍。由于低頻成分有將近4個八度，所以可以通過不同厚度的面板聲陷的組合來吸收不同頻率的低頻，并且由于高頻成分可以被其面板反射，所以安裝多個面板聲陷亦不會使得聲能被全部吸收造成聲場過于沉寂。前面板也可以是其他形狀或者組合，若安置在后墻上可以達到一定的擴散作用。
展開 基于comsol模擬微穿孔板和卷曲通道的混合吸聲器低頻吸聲
研究背景：
具有深亞波長厚度（5cm）的吸收器對低頻聲音（<500Hz）的衰減在噪聲控制工程中引起了極大的興趣。然而，由于低頻聲音的強穿透性和普通材料的弱固有分散性，這是一項具有挑戰性的任務。傳統的吸聲材料，如多孔材料，已被證明對高頻吸聲（>1000Hz）有效，但如果厚度有限，在低頻時會有缺點。近年來，聲學超材料的概念為低頻吸聲器的設計提供了新的思路。許多亞波長吸聲材料或設備是基于諧振結構開發的，如裝飾膜諧振器、亥姆霍茲諧振器。帶有背腔的傳統微孔板也是低頻吸聲器的良好候選者。
研究內容：
提出了一種基于微穿孔板和卷曲法布里-珀羅通道的混合聲學超材料吸收器，它可以有效地吸收非常低頻率（<500 Hz）的入射聲波能量，具有較寬的相對吸收帶寬。分析檢驗了所提吸收器的高效可調吸收特性，并通過數值模擬和實驗驗證了該吸收體的吸收特性。
圖1. 混合超材料吸收器示意圖
圖2.論文中數值模擬的吸聲系數曲線
數值模擬：
在comsol中利用壓力聲學接口對聲學超材料的聲學特性進行仿真分析。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖4.物理場的設置
（3）求解吸聲系數
圖5.數值分析的吸聲系數
通過數值分析計算得到的吸聲系數曲線與文獻的結果基本一致。兩個吸收器使用相同的螺旋形通道構建，但使用不同的MPP，其中一種情況的參數為d=0.9 mm、t0=0.64 mm、p=0.018（左圖），另一種情況下的參數為d=0.4mm、t0 =0.64 mm和p=0.048（右圖）。
展開 揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
通常的Bl(x)都是通過靜態掃描得到的，和激勵信號無關。
在實際運動過程中，音圈在磁場中運動會生成感應電流，且磁路中的鐵件也會生成感應電流。根據楞次定律，感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，即感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。
所以在實際運動過程中感應電流會略微影響磁場，從而影響Bl值。所以Bl（x）和激勵信號的頻率相關。
可以采用Comsol或者Ansoft Maxwell軟件（屬于Ansys公司）來進行仿真。
為減少計算規模，且只考慮揚聲器低頻段。在軟件中仿真磁路，同時耦合運動微分方程，導入Kms（x）的曲線。 需要采用移動網格，否則很難收斂。
得到幅值1A，100Hz的激勵電流下的Bl（x）循環。可以看到Bl（x）上下循環時變化較小，也就是運動過程中感應電流對磁場影響很小。
由此，也可以衍生出另一種揚聲器低頻失真仿真的方法。
得到位移的時域曲線
做快速傅里葉變換FFT。可以計算二次/三次諧波失真，最大位移，直流偏移等。如下圖100Hz的激勵信號，200Hz和300Hz的幅值/100Hz的幅值就是二次/三次諧波失真的數值。
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展開 
【每日新文】基于折紙的可調寬帶聲衰減聲學超材料
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。 采用傳遞矩陣法對OBAM的TL進行了解析計算，并與有限元法和聲阻抗法的計算結果進行了比較。結果表明，理論方法、數值方法和實驗方法具有良好的一致性，并且在中低頻段內可以通過壓力來方便地定量地調諧TL。 工作頻帶帶寬（TL大于10 dB)，有效衰減聲能90%以上，在271-790 Hz范圍內可達500 Hz,其中以λ為工作波長的OBAM厚度僅為1/18-1/6λ，顯示了OBAM在亞波長下強大的寬帶低頻消聲能力。此外，所提出的OBAM允許氣流滲透，具有很高的設計靈活性和可編程性，并且保持尺度無關、實時調整和不需要復雜的控制算法。 本研究為高效通風的有效可調諧寬頻帶隔聲衰減設備奠定了基礎。
OBAM的幾何設計：(A)聲學超材料的兩個主要部分，包括折紙諧振腔和波導管;(B)折紙諧振器的組成，由手風琴折紙、剛性上板、底座、密封腔組成；(C)手風琴折紙單元格的二維折痕圖和三維拓撲構型，左面板為二維折痕圖，右面板為三維拓撲構型。
OBAM原型的制作：(A)制作工藝，主要包括八個步驟。前7步是制作折紙諧振器原型，最后8步是形成OBAM原型；(B)一個典型的折紙諧振器原型的放大視圖，頂部有一個進氣軟管；(C)組裝折紙諧振器和波導管，形成OBAM原型。
展開 轎車聲固耦合低頻噪聲的有限元分析
轎車聲固耦合低頻噪聲的有限元分析
惠巍，劉史，吳立臺
〔西北工業人學機電學院，西安710072)
[摘要】建立結構載荷激勵卜乘坐室空腔聲學系統和聲固禍合系統的有限元模型利用有限元軟件ANSYS
和IM S V irtual l}對某轎車乘坐室結構與空腔聲模態的頻率和振型進行分析.采用自接法和模態疊加法對該轎車
車內噪聲仿真結果進行比較.指出采用模態疊加法計算聲固禍合問題時.對于結構模態階數的提取要求通過計算
仿真分析該模型低頻噪聲在頻域中的分布情況.為降低山結構振動引起的車內低頻噪聲提供結構修改和聲學修改
依抓
關鍵詞:乘坐室，有限元模型，聲固藕合，模態疊加法
轎車聲固耦合低頻噪聲的有限元分析.rar
展開 揚聲器系統低頻諧波失真仿真 V1.0發布
01
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揚聲器系統低頻諧波失真仿真工具
整體軟件界面如下圖所示
參數輸入
查看非線性曲線
輸出諧波失真等結果
可以仿真BL(x）,Kms(x)，Le(x)以及閉箱容積等非線性對揚聲器和音箱諧波失真的影響。
軟件下載地址 “揚聲器系統諧波失真仿真 V1.0.exe”
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1thiDPnZnFZuMt8WvZ1rtLw 密碼：ghn7
02
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使用說明
首先同樣需要安裝matlab運行環境。
下載并運行“MyAppInstaller_web.exe”
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1eTrAQtW 密碼：jgkh
參數輸入
若希望計算揚聲器單元的諧波失真。可以把閉箱容積設置成較大數值，比如1e10 L。
非線性項按4階多項式表達式進行擬合
BL(x)=BL0+BL1*x+BL2*x^2+BL3*x^3+BL4*x^4
Kms(x)=Kms0+Kms1*x+Kms2*x^2+Kms3*x^3+Kms4*x^4
Le(x)=Le0+Le1*x+Le2*x^2+Le3*x^3+Le4*x^4
可以選擇手動輸入非線性項的系數，或直接導入非線性曲線。當導入曲線后，對應的系數輸入項將禁止輸入以進行區別。每一項都可以自由選擇輸入參數或導入曲線。
數據來源可以是Klippel或有限元模擬軟件的結果。
展開 用于有限空腔空間外殼中低頻吸聲的翻轉雙層微穿孔板
研究背景：
低頻噪聲衰減是噪聲控制工程中日益增長和富有挑戰性的課題之一。在實際工程應用中，通常使用傳統的纖維和多孔吸聲材料來降低噪聲。然而，由于低頻范圍內的聲波長較長，此類吸聲材料在低頻噪聲控制應用中的有效性受到限制。20世紀70年代，微穿孔板（MPP）被引入作為中低頻噪聲控制的替代吸聲器。MPP通常由具有分布亞毫米通孔的薄面板制成，并與背襯空氣腔耦合。MPP可以產生類似于亥姆霍茲諧振器的吸聲機制。最高可用性構架介紹了多點定位系統的理論分析和設計原理。MPP由于其重量輕、無纖維和環境友好的特點，自誕生以來一直被視為下一代吸聲材料。然而，由于吸聲帶寬較窄，以及在低頻時需要較大的背腔深度，傳統MPP的應用受到限制。
研究內容：
本文提出了一種新型吸聲結構，該結構基于雙層微穿孔板（DLMPP）和類似于卷曲空間的翻轉空間概念，以改善具有有限背襯空氣腔空間的外殼中的低頻到中頻吸聲。結果表明，新設計可以產生類似于傳統DLMPP的寬帶吸聲，空腔翻轉可以實現有限背腔空間外殼的低頻吸聲。對新設計的吸聲系數進行了理論分析和有限元模擬。還討論了設計參數對新設計吸聲系數的影響。
圖1. DLMPP的示意圖（a）傳統的系列安排的DLMPP;（b）新的 T-DLMPP 設計.
技術路線：
在Comsol中對這兩種DLMPP結構進行有限元仿真分析。
1. 幾何模型的構建及網格劃分：
圖2.T-DLMPP幾何模型構建及網格劃分
2. 添加研究，對結構化參數對吸聲系數的影響進行頻率分析：
圖3.孔徑大小對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
圖4.穿孔率對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
圖5.板厚對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
展開 一種新的揚聲器單元低頻非線性模型的迭代求解法
很早之前我有寫過一篇關于揚聲器低頻失真仿真的文章。【揚聲器系統設計與仿真】揚聲器失真仿真
匯總了行業內主要的揚聲器失真仿真方法，主要都是采用的數值仿真方法。
今天要提到的是一種新的思路。
GGEC（國光電器）的Wei, Shaolin等三人在AES上發表過一篇題為“Low Frequency Nonlinear Model for Loudspeaker Transducers”的論文。
http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=17708
嘗試了一種揚聲器單元低頻非線性模型的迭代求解法。最終模擬出來的揚聲器位移/頻響/二三次諧波失真等都可以用非線性的系數來表示。是一個新的貢獻。 最初的時候，我還和魏老師探討過這個問題。
最終得到用系數表示的基波/二次三次諧波
頻響曲線/二三次諧波失真的計算/測試對比
這種求解方法的缺陷：非線性系數目前只計算到2階，主流是采用3階或4階，這樣才能擬合得比較好。從最后的計算/測試對比也可以看出來，對頻響曲線的吻合得還是很好的，但諧波失真的吻合程度還不夠。
展開 基于comsol的壓力聲學-熱黏性聲學模塊模擬一種具有多階吸聲的低頻寬帶薄超表面
研究背景：
由于傳統材料的能量耗散較弱，低頻吸聲一直是研究人員面臨的一個具有挑戰性的課題。近年來，聲學超材料發展迅速，具有前所未有的優異低頻性能。已經設計了一系列亞波長厚度的超材料，以實現對低頻聲音的100%吸收。例如，由彈性膜和剛性盤組成的膜型超材料可以吸收某些頻率下幾乎所有的入射聲能，其厚度甚至比峰值吸收波長小兩個數量級。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學超材料，它可以通過增加聲路來實現極端的吸聲性能。然而，由于諧振特性，大多數超材料只能在窄頻帶內獲得良好的吸收性能，這限制了實際應用。
研究內容：
我們提出了一種具有多級吸聲的薄多單元超表面的理論和實驗實現，該超表面在450 Hz–1360 Hz的寬帶范圍內表現出連續的近乎完美的吸收光譜。超表面單元是穿孔復合亥姆霍茲諧振器（PCHR），其通過將一個或多個帶有小孔的分離板插入亥姆霍茨諧振器（HR）的內部來構造。可以實現多階吸聲機制，使得在原始吸收峰值和結構尺寸不變的情況下，通過PCHR單元在更高的頻率下獲得多個接近完美的峰值。
圖1.PCHR裝置的三維視圖及xy平面截面圖
圖2.二階PCHR單元（藍色）和原始HR（紅色）的吸聲系數
數值模擬：
為了驗證這一理論模型，使用商業軟件COMSOL Multiphysics開發了一個數值模擬模型。由于粘性摩擦和熱傳導對聲能量耗散有很大影響，本模型采用壓力聲學-熱黏性聲學相互作用模塊。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖4.物理場的設置
（3）吸聲系數計算
圖5顯示了PCHR仿真復現的吸聲系數，數值模型計算的吸聲系數與原文中結果相比顯示出了良好的一致性。
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