来自车辆、电器和工业的慢性低频噪音会损害心理健康，导致压力和焦虑。传统的消声器需要笨重的设计才能实现低频噪声的有效降低。

声学超材料的最新进展利用了慢波效应，并显示出通过更紧凑的设计降低低频噪声的前景。其中值得注意的是能够产生持续减速的声学黑洞（ABH）的设备声波直到它们的速度达到零。另一种替代方案是声学彩虹捕获 (RT)，其中声波被限制在结构内的特定路径，在不同位置分离和捕获不同频率。

利用这些效应，韩国釜山国立大学机械工程系 Kyungjun Song 教授领导的研究小组开发了一种创新的线圈元消音器。

“我们的元消音器采用紧凑设计，具有四个并联谐振器，每个谐振器都包含一个卷绕多缝，利用 ABH 和 RT 机制来有效降低低频噪声，”宋教授解释道。他们的研究是发表在机械系统和信号处理杂志。

元消音器设计的特点是四个谐振器平行放置在立方体波导周围。每个谐振器由三部分组成：内腔、多缝和入口。多狭缝特征的狭缝以二次方、喇叭状的轮廓放置在谐振器的顶部和底部，在入口处变宽，并向腔体逐渐变窄，逐渐改变声阻抗，促进ABH效应。

此外，随着频率的增加，多缝充当基于频率的独立谐振器，从而产生RT效应。由于 RT 效应显示狭缝长度与频率之间存在反比关系，因此研究人员实施了卷绕狭缝设计，以在低频。

研究人员开发了三种不同的谐振器设计，按狭缝长度分类，并通过模拟和实验验证评估了它们的性能。模型 1 具有直缝，而模型 2 的顶部缝长是模型 1 的 1.3 倍，底部缝短 0.7 倍。模型 3 采用了模型 2 结构的卷绕缝结构。

结果表明，元消音器以三种主要的隔音模式工作：基础平面波模式、ABH效应引起的多缝局域模式和RT效应产生的单缝局域模式。Model 3 中采用的卷绕狭缝通过将声波速度达到零时的频率移至 728 Hz 来增强其性能。

此外，它在 200-1800 赫兹 (Hz) 宽频带内的平均实验声音传输损失 (STL) 为 6.73 分贝 (dB)，吸收系数为 0.49。研究人员还设计了一种双串联阵列元消音器，由两个背靠背排列的元消音器组成，其平均STL几乎翻倍至13.07 dB，最大吸收系数达到0.9。

“与传统的大型消音器不同，这种紧凑型元消音器可以直接集成到小型机器和狭窄空间中，例如发动机舱和机械外壳，从源头提供有针对性的低频降噪。该技术可应用于以下领域：航空业将实现更安静的机舱，并减少建筑、交通和运输产生的噪音工业活动在城市地区，让家庭更安静，提高生活质量，”宋教授说。“原型开发和测试计划已经开始，我们预计在未来 2 至 3 年内会在市场上看到第一批商业产品，为更安静的生活和工作环境铺平道路。”

更多信息：

Soo-Seong Lee 等人，线圈式元消音器中的增强声衰减：通过彩虹捕获进行宽带低频噪声控制，机械系统和信号处理（2024）。DOI：10.1016/j.ymssp.2024.111744引文: