Physical Review Applied刊登李勇課題組和毛東興課題組在建筑聲學(xué)寬帶通風(fēng)隔聲窗領(lǐng)域的重要進展
依托于我?！敖ㄖ?聲學(xué)一流學(xué)科共建平臺”，物理科學(xué)與工程學(xué)院聲學(xué)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(xué)通風(fēng)隔聲窗領(lǐng)域再次獲得重要進展。該研究提出了一種以復(fù)合功能超構(gòu)聲學(xué)單元為基礎(chǔ)構(gòu)建的類鏤空薄板狀結(jié)構(gòu)（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(dǎo)致的高流阻和高風(fēng)壓損失及現(xiàn)有超構(gòu)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(fēng)和超寬帶隔聲的通風(fēng)隔聲窗設(shè)計（下圖b）。相關(guān)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(xué)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(zhì)的自由流動是一項極具挑戰(zhàn)性的工作，具體到聲學(xué)中，就是通風(fēng)隔聲屏障問題。現(xiàn)有超構(gòu)通風(fēng)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(nèi)。研究團隊在2020年基于系統(tǒng)表面響應(yīng)理論有效拓寬了超構(gòu)通風(fēng)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(fēng)的前提下實現(xiàn)超寬帶隔聲，研究團隊進一步結(jié)合耗散機理和干涉機理（下圖c），提出了具有復(fù)合功能的超構(gòu)聲學(xué)單元，實現(xiàn)了多角度入射條件下的具備自然通風(fēng)的寬帶隔聲窗設(shè)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(xué)超結(jié)構(gòu)功能器件在航空、交通及環(huán)境等領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用前景。
該項工作得到國家自然科學(xué)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(fēng)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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