來自車輛、電器和工業的慢性低頻噪音會損害心理健康，導致壓力和焦慮。傳統的消音器需要笨重的設計才能實現低頻噪音的有效降低。

聲學超材料的最新進展利用了慢波效應，並顯示出透過更緊湊的設計降低低頻噪音的前景。其中值得注意的是能夠產生持續減速的聲學黑洞（ABH）的設備聲波直到它們的速度達到零。另一種替代方案是聲學彩虹捕獲 (RT)，其中聲波被限制在結構內的特定路徑，在不同位置分離和捕獲不同頻率。

利用這些效應，韓國釜山國立大學機械工程系 Kyungjun Song 教授領導的研究小組開發了一種創新的線圈元消音器。

「我們的元消音器採用緊湊設計，具有四個並聯諧振器，每個諧振器都包含一個捲繞多縫，利用 ABH 和 RT 機制來有效降低低頻噪聲，」宋教授解釋道。他們的研究是發表在機械系統和訊號處理雜誌。

元消音器設計的特點是四個諧振器平行放置在立方體波導周圍。每個諧振器由三個部分組成：內腔、多縫和入口。多狹縫特徵的狹縫以二次方、喇叭狀的輪廓放置在諧振器的頂部和底部，在入口處變寬，並向腔體逐漸變窄，逐漸改變聲阻抗，促進ABH效應。

此外，隨著頻率的增加，多縫可作為基於頻率的獨立諧振器，從而產生RT效應。由於 RT 效應顯示狹縫長度與頻率之間存在反比關係，因此研究人員實施了捲繞狹縫設計，以在低頻。

研究人員開發了三種不同的諧振器設計，按狹縫長度分類，並透過模擬和實驗驗證評估了它們的性能。模型 1 具有直縫，而模型 2 的頂部縫長是模型 1 的 1.3 倍，底部縫短 0.7 倍。

結果表明，元消音器以三種主要的隔音模式工作：基礎平面波模式、ABH效應引起的多縫局域模式和RT效應產生的單縫局域模式。Model 3 中採用的捲繞狹縫透過將聲波速度達到零時的頻率移至 728 Hz 來增強其性能。

此外，它在 200-1800 赫茲 (Hz) 寬頻帶內的平均實驗聲音傳輸損失 (STL) 為 6.73 分貝 (dB)，吸收係數為 0.49。研究人員還設計了一個雙串聯陣列元消音器，由兩個背靠背排列的元消音器組成，其平均STL幾乎翻倍至13.07 dB，最大吸收係數達到0.9。

「與傳統的大型消音器不同，這種緊湊型元消音器可以直接整合到小型機器和狹窄空間中，例如引擎室和機械外殼，從源頭提供有針對性的低頻降噪。該技術可應用於以下領域：航空業將實現更安靜的機艙，並減少建築、交通和運輸產生的噪音工業活動在都市地區，讓家庭更安靜，提高生活品質，」宋教授說。“原型開發和測試計劃已經開始，我們預計在未來 2 至 3 年內會在市場上看到第一批商業產品，為更安靜的生活和工作環境鋪平道路。”

更多資訊：

Soo-Seong Lee 等人，線圈式元消音器中的增強聲衰減：透過彩虹捕獲進行寬頻低頻噪音控制，機械系統和訊號處理（2024）。DOI：10.1016/j.ymssp.2024.111744引文: