JPhysD编辑优选：超散射体实现噪声源的被动非接触式全向抑制
文章介绍
Yue Bai（白玥）, Limin Gu（谷立敏）, Xiaole Wang（王晓乐） and Zhenyu Huang（黄震宇）
通讯作者：
- 王晓乐，上海交通大学
从边界作用的角度可以洞察声源向邻近空气域辐射声波的完整物理图像。接触式噪声控制策略本质上通过降低声源辐射边界的振幅来抑制声能辐射。因此，在真实空间和动态空间，接触式噪声控制策略所涉及的作用边界与辐射边界均重合。如果作用边界与辐射边界在真实空间中分离而在动态空间中重叠，则可以构建能够“远距作用”的非接触式噪声控制策略。幸运的是，变换介质理论为这种“远距作用”的实现打开了一扇窗。根据变换介质理论，由被动的双负声学超材料（即质量密度和体积模量均为负值）制成的涂层包覆内部芯体可构造所谓的声学超散射体，其通过在动态空间移动或放大内部芯体边界，形成超出真实空间边界的虚拟边界。一旦声学超散射体的虚拟边界与声源辐射边界重合，可以显著增强两者之间的多重散射作用，并由此降低声源的辐射能力。通过镜像法理论分析与有限元全波数值模拟，作者验证了单个或多个声学超散射体对于理想的无横截面积点声源以及不同横截面积振动杆的辐射抑制效果，并发现声学超散射体具备良好的性能鲁棒性。研究成果在远距离降噪、检测精度提高、目标声隐身等应用领域具有广泛的应用前景。
图1 声学超散射体对声源辐射抑制的镜像法分析概念视图
图2 声学超散射体对理想的无横截面积点声源辐射抑制的效果验证
图3 单个声学超散射体对不同横截面积振动杆的辐射抑制效果
图4 多个声学超散射体对振动杆的辐射抑制效果
研究背景：
在快节奏的现代生活中，室内噪声、机器噪声、交通噪声等噪声问题一直困扰着我们。经典的振动声学理论所建立的“声源-传播路径-接收对象”模型为噪声控制方案的实施提供了一个核心主线，声源控制方案是从根本上解决噪声问题的唯一选择。然而，声源控制方案在实施过程中面临着诸多困难。例如对于往复运动或高速旋转的噪声源，接触式噪声控制策略（粘贴阻尼材料、安装动力吸收器）几乎无法实施或收效甚微；而基于“以声消声”原理的非接触式主动噪声控制策略则因为作用范围小、鲁棒性不佳和造价成本高等原因，迟迟得不到大范围应用。因此，探索一种非接触式的全被动声源控制策略不仅是一个非常有趣的研究课题，而且具有巨大的潜在应用价值。
作者介绍
王晓乐 助理研究员
上海交通大学
- 王晓乐，上海交通大学感知科学与工程学院助理研究员，硕士生导师。主要研究方向为人工波动调控介质与器件设计。在Physical Review Research、Applied Physics Letters、Journal of Applied Physics、Smart Materials and Structures、Journal of Physics D: Applied Physics、Composite Structures等重要学术期刊发表第一作者和通讯作者论文近30篇。承担国家自然科学基金青年项目1项，研究成果入选国家“十二五”科技创新成就展。
期刊介绍
- 2021年影响因子：3.409 Citescore：5.7
- Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。