[发明专利]一种利用亥姆霍兹共鸣器的非线性特性改变声学超构材料通频带的方法

摘要

一种利用亥姆霍兹共鸣器的非线性特性改变声学超构材料通频带的方法，所述的超构材料由亥姆霍兹共鸣器构成，将声波从超构材料的一端输入，输入声波的声压级范围为130dB至180dB，从超构材料的另一端获取输出声波；所述的输出声波满足：随着入射声波的幅值的升高，亥姆霍兹共鸣器的谐振频率f₀降低，声波的禁带扩大、声波的通带减小。本发明利用亥姆霍兹共鸣器的非线性特性，来改变由其构成的超构材料的通频带特性，实现对通频带宽度的调控。

主权项

1.一种利用亥姆霍兹共鸣器的非线性特性改变声学超构材料通频带的方法，其特征是所述的超构材料由亥姆霍兹共鸣器构成，将声波从超构材料的一端输入，输入声波的声压级范围为130dB至180dB，从超构材料的另一端获取输出声波；所述的输出声波满足：随着入射声波的幅值的升高，亥姆霍兹共鸣器的谐振频率f₀降低，声波的禁带扩大、声波的通带减小；该方法具体为：S1、通过调整入射声波的幅值，改变亥姆霍兹共鸣器的有效非线性阻抗，前述输入声压的幅值和有效非线性阻抗满足下述公式：其中，j为虚单位；ω是入射声波的角频率，p_a是入射声波的幅值；B₀＝ρ₀c₀²是空气的体积模量，ρ₀是空气的密度，c₀是空气中的声速；s＝25mm²是亥姆霍兹共鸣器颈部的截面积，V₀＝s_cl₂是单个亥姆霍兹共鸣器腔体的体积，s_c＝2500mm²，l₂＝50mm；是亥姆霍兹共鸣器的共振角频率，C_m＝V₀/s²ρ₀c₀²是腔体的等效力顺，M_m＝ρ₀l₁s是颈部空气的质量，l₁＝13.5mm；D(ω)＝ω²‑ω₀²+jδω，δ＝R_m/M_m是衰减因子，R_m＝R_vis+R_rad是亥姆霍兹共鸣器颈部的电阻，a₁是颈部的半径，η＝1.5×10^‑5m²/s是粘滞系数，R_rad＝(1/4)ρ₀c₀(ka₁)²/s，k为波数；c＝aC_m，d＝bC_m²，a＝(γ+1)s/2V₀，b＝(γ+1)(γ+2)s²/6V₀²，此处γ≈1.4是空气的定压比热与定容比热之比；S2、结合前述有效非线性阻抗Z_NHR，采用声传输线方法，得到声能传输频谱；使得输入不同的声压幅值p_a，进而改变Z_NHR的值，从而达到改变声能传输频谱的目的。