基于声学黑洞结构的宽带降噪超材料结构研究

廖志成^1，2，赵才友^1，2*，张鑫浩^1，2，徐 愿^1，2，杨晓曈^1，2

(1. 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610000; 2. 西南交通大学 高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川 成都 610000)

摘　要：　声学超材料具有负等效质量密度和负体积模量等独特特性，使其成为解决各领域振动与降噪问题的理想候选材料。其中迷宫型超材料与声学黑洞(acoustic black hole，ABH)结构是重要变体类型。因此，通过将对称迷宫结构与ABH结构相结合，设计出一种新型声学超材料结构。需要指出的是，该研究所涉及的ABH结构主要针对空气声传播，其作用机理不同于传统结构声学中基于弯曲波速度趋近于零的ABH效应。此外，创新性地采用尺寸可调的相同结构单元级联设计，实现了高效宽频隔声效果。有限元仿真与阻抗管试验结果表明，该结构在0～4 000 Hz频段内实现了10 dB的最小传递损失，最大传递损失在个别频点处可达到较高数值(超过100 dB)，但该类峰值具有明显窄带特征，主要来源于理想无耗散条件下的阻抗失配与共振增强效应。为进一步优化隔声性能，重点研究了迷宫结构的传播路径宽度、ABH结构的挡板厚度等关键参数的影响规律。研究发现：较窄的迷宫通道可以显著提升整体隔声性能;增加ABH结构的挡板厚度对整体传递损失无显著影响，但会引发隔声峰值的频率偏移——在0～1 000 Hz和2 500～3 000 Hz频段内，峰值频率向高频偏移;在1 000～2 500 Hz频段内峰值频率保持稳定;在3 000 Hz以上频段，峰值频率向较低频段偏移。该研究成果可为宽带隔声提供新的结构设计思路与参数优化策略。

关键词：　声学超材料; 迷宫型结构; 声学黑洞; 宽频降噪; 隔声性能; 参数优化

引文格式： 廖志成，赵才友，张鑫浩，等. 基于声学黑洞结构的宽带降噪超材料结构研究[J]. 市政技术，2026，44(7)：298-309. (Liao Zhicheng，Zhao Caiyou，Zhang Xinhao，et al. Study on an metamaterial structure of broadband noise reduction based on acoustic black hole structure[J]. Journal of Municipal Technology，2026，44(7)：298-309.)