图1.磁力调控声学超材料单元结构
图2.磁力调控超材料阵列结构
图3.大面积模块化应用结构设计
在噪声控制领域，轻薄结构实现声波尤其是低频波的耗散一直都是一个颇具挑战性的任务，一个小巧紧凑的亚波长结构的实现对于噪声控制具有重要的理论及实际意义。薄膜型声学超材料因其特殊的物理特性，可实现亚波长声波衰减，且具备轻质和空间紧凑的特点，已逐渐成为国内外声学专家研究的热点。但现有薄膜超材料结构的参数一旦被设计成型，其声学特性则难以改变，且普遍存在频带较窄的缺陷，不能满足复杂多变的环境噪声控制需求。
近日，富联平台城市安全与环境科学研究所的赵俊娟研究团队依托北京市自然科学基金面上项目，引入了非线性磁力吸附作用，自主研发设计了轻薄紧凑且隔声特性可调的非线性薄膜声学超材料，深入分析其调控频率、传递损失、相位等声学性能随磁场参数调节的变化规律，阐明了结构声波的调控作用机理，完成了该超材料的理论建模，结构优化及应用设计等工作。目前该成果已获批专利5项，发表学术论文12篇，其中SCI检索3篇，EI检索9篇。
该团队研发的磁力调控声学超材料，是通过创新性地引入可调控的非线性磁力作用来实现薄膜/板结构的声学特性（吸声、隔声、声场、相位）调制的一类超材料结构。通过膜/板-磁共振耦合机理，磁力调控声学超材料完美解决了现有结构一旦设计成型，声学特性难以改变的难题，实现了轻薄、低频、宽带且特性可调的各类声学结构设计，能够很好地适应声学设计中的变噪声源的声场控制。应用于吸声设计时，其低频吸声几乎不受背腔影响，突破了线性系统削弱低频声波需要可比拟声波波长的巨大尺度的限制，在实现极薄和低频可调吸声结构设计上具有强大的潜力。
由于结构设计简单易行，成本可控，通过不同参数设置、多单元耦合，可在80Hz-1000Hz低频范围内实现噪声控制，通过模块化设计，可快速实现大面积的安装应用。对于空间有限且需要根据噪声源频谱变化而调整吸隔声的场合，具有良好的应用前景，如地铁、飞机、电力系统等的低频噪声控制等。同时，磁力调控声学超材料，因其可调的声学属性，让它具备了控制和重塑任何复杂声场的能力，不仅为研究复杂和混乱介质中波的传播开辟了道路，而且对声学工程的应用具有启发意义。
(赵俊娟 文/图)