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低频噪声因其波长较长,不易衰减的特点,一直是噪声控制领域的难点之一,对其进行有效控制也是声学领域的研究热点之一。声学超材料是一种人工合成的周期性亚波长范畴的复合材料或结构,在低频范围存在负等效特性且可以用小尺寸控制大波长,因此在低频减振降噪方面,声学超材料具有广阔的应用前景。本文设计和制备了一种基于Helmholtz腔和薄膜耦合的声学超材料结构,并通过理论计算、数值模拟和实验验证等对其声学性能进行了系统分析研究。主要研究内容如下:1、设计了一种基于Helmholtz腔和薄膜耦合的声学超材料结构,此超材料由一顶端开小孔的圆柱形空腔和薄膜组合而成,建立了该声学超材料的几何模型,运用有限单元软件模拟分析了此声学超材料的振动特性和隔声性能,并对比分析了本课题所设计的一种带薄膜的Helmholtz腔声学超材料和无薄膜的Helmholtz腔声学超材料在低频范围内的隔声性能与声压场的分布。2、研究了声学超材料的结构几何参数对隔声性能的影响,优化了结构的几何参数。运用单因素法系统研究了声学超材料透射系数曲线在低频范围的频率值及频率宽度等方面的变化规律:一方面是透射系数曲线最低值所对应的频率值变化规律;另一方面是透射系数曲线值低于0.6时所对应的频率宽度变化规律。研究结果表明:Helmholtz腔的空腔高度、小孔半径和孔径的长度,薄膜的厚度以及薄膜上下空腔高度是影响声学超材料声学性能的主要结构几何参数。3、设计实验方案研究所设计的声学超材料声学性能,主要采用阻抗管对不同类型的声学超材料结构进行隔声量测试实验,通过四传感器测量法测量出两种声学超材料结构的隔声量,并且将实验测量结果与数值仿真模拟结果进行对比分析研究,实验结果验证了本文设计的声学超材料具有良好的隔声性能。4、声学超材料的几何参数可通过不同部件的组合装配来获得,进一步通过实验方法研究了结构的几何参数改变对声学超材料隔声性能的影响,并且对薄膜施加预应力和在薄膜上粘贴质量块时,研究了声学超材料结构在低频范围内传声损失曲线的变化。分析了结构几何参数、薄膜施加预应力和薄膜粘贴质量块时对声学超材料隔声量的影响,将声学超材料结构的隔声性能达到理想值。