基于声学黑洞的声学迷宫结构的优化设计

来源：振动与冲击杂志2025年第1期北京时间：

作者：程祎博,王晓明,梅玉林meiyulin@dlut

单位：大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024

摘要：结合理论计算、有限元仿真和实验测量，研究了基于声学黑洞的声学迷宫结构的优化设计方法，给出了具有5.01和7.75个倍频程的小尺寸、宽频吸声结构。首先，基于传递矩阵法，建立声学黑洞的数学模型，计算声学黑洞的反射系数，并将理论计算结果与有限元仿真结果进行对比。然后，基于声学黑洞的导纳变化规律，设计单、双旁支管声学迷宫结构，通过优化设计，实现迷宫结构和声学黑洞导纳的匹配。最后，基于声学迷宫结构导纳的匹配结果，应用模拟退火算法构造优化模型，获得了宽频吸声的小尺寸声学迷宫结构，并打印3D样件进行实验验证。研究结果表明：应用双旁支管声学迷宫代替声学黑洞管道中的环腔，经优化设计，旁支管迷宫和声学黑洞的导纳可以实现完美匹配，并可以在保持吸声性能不变的前提下，实现结构的小尺寸设计，优化后的结构有效吸声带宽是优化前的13.36倍，倍频程是优化前的3.64倍。<br>

关键词：声学黑洞；声学迷宫；传递矩阵；有限元；实验测量；反射系数