Physical Review Applied刊登李勇課題組和毛東興課題組在建筑聲學寬帶通風隔聲窗領域的重要進展
依托于我?！敖ㄖ?聲學一流學科共建平臺”，物理科學與工程學院聲學研究所的李勇教授課題組與毛東興教授課題組合作，在建筑聲學通風隔聲窗領域再次獲得重要進展。該研究提出了一種以復合功能超構聲學單元為基礎構建的類鏤空薄板狀結構（下圖a），突破了傳統(tǒng)隔聲窗因加入吸聲材料和蜿蜒通道導致的高流阻和高風壓損失及現(xiàn)有超構隔聲窗因工作機理單一造成的工作帶寬有限等局限，實現(xiàn)了兼具高效通風和超寬帶隔聲的通風隔聲窗設計（下圖b）。相關研究成果于2021年2月18日以“Ultrabroadband Acoustic Ventilation Barriers via Hybrid-Functional Metasurfaces”為題發(fā)表在國際物理學期刊Physical Review Applied第15卷上 [Phys. Rev. Applied 15, 024044 (2021)]。2019級直博生董睿智和毛東興教授為論文共同第一作者，王旭副教授和李勇教授為論文共同通訊作者。
在經(jīng)典波物理中,如何在阻擋波傳播的同時允許介質的自由流動是一項極具挑戰(zhàn)性的工作，具體到聲學中，就是通風隔聲屏障問題?，F(xiàn)有超構通風隔聲窗基于局域共振或類法諾共振機理，工作頻帶局限在共振頻率附近較窄的范圍內。研究團隊在2020年基于系統(tǒng)表面響應理論有效拓寬了超構通風隔聲窗的頻帶，但有效工作帶寬仍只有約一個倍頻程 [Phys. Rev. Applied 13, 044028 (2020)]。為了在有效通風的前提下實現(xiàn)超寬帶隔聲，研究團隊進一步結合耗散機理和干涉機理（下圖c），提出了具有復合功能的超構聲學單元，實現(xiàn)了多角度入射條件下的具備自然通風的寬帶隔聲窗設計（下圖d），在兩類機理協(xié)同作用下，其工作頻率范圍達到兩個倍頻程以上（650-2000 Hz）。該研究的成果不僅有望為綠色建筑噪聲控制問題提供解決方案，這種兼顧開放空間和寬帶特性的聲學超結構功能器件在航空、交通及環(huán)境等領域也具有巨大的應用前景。
該項工作得到國家自然科學基金及上海市科技創(chuàng)新行動計劃的支持。
論文鏈接： https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.15.024044
圖 (a) 超寬帶通風隔聲窗整體概念圖；(b) 超寬帶隔聲單元樣品圖片與聲能量透射曲線；(c) 超寬帶隔聲單元工作機理示意圖；(d) 不同角度入射條件下的超寬帶隔聲單元的聲能量透射曲線。
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