科技导报

作者：余智君, 常道庆, 程晓斌

单位：1中国科学院声学研究所噪声与音频声学实验室，北京100190；2中国科学院大学，北京100049；

关键词：弹性腔噪声,噪声控制,压电换能器,机电耦合

基金：国家自然科学基金项目(11374326)

随着生活水平不断提高，人们越发关注生产和生活中的噪声问题，例如高铁噪声[1]、电力设备振动噪声[2]等。弹性腔体振动噪声是生活和工业环境中十分常见的噪声源。弹性板腔结构常与压缩机、螺旋桨[3]、变压器[4]等周期性设备共同工作，并且腔体自身拥有共振频率，因此弹性腔噪声通常有较强的窄带特征。而窄带噪声辐射对生理和心理健康具有一定不良影响，因此需要对弹性腔的振动进行有效控制。分析全弹性腔的振动噪声耦合特点，有助于提升噪声控制效率，优化控制器布局。单个弹性面板和腔体的振动研究开始较早，Dowell等[5]将含有弹性板的腔体速度势用无穷傅里叶级数进行展开，从而分析背腔对面板的作用效果。在此之后，Dowell等[6]又提出面板的模态和腔内声场的模态不是完全无关的，存在一个描述二者关系的耦合系数矩阵。Pan等[7]研究了矩形面板和一个腔体的物理建模，分别分析了板和腔振动模态的规律，同时也对力控制下的辐射声功率进行了研究。Kim等[8]引入阻抗导纳法分析了包含5个刚性面板和1个弹性板简单隔声罩模型。当弹性腔体的弹性面数量增多时，系统的振动将更为复杂。姚昊萍等[9]分析了2块弹性板矩形腔的结构声耦合特性，并验证2板之间存在弱耦合。而Du等[10]将阻抗边界引入矩形腔声场研究中，进行了腔内声压的傅里叶展开和模态声学分析。Cui等[11]利用刚性腔模态分析了6个面都是弹性板的矩形腔体的声场模态方程。Shi等[12]增加了弹性腔模态修正项保证弹性面的连续边界条件，结合点声源激励获得了弹性矩形腔的振动方程，并与有限元方法进行比较。Wyrwal等[13]将矩形腔体的壁面拓展为双板结构，进行了数学建模和仿真，并研究了腔体分布参数系统的流固耦合。可以看出，全弹性腔是一种6个面板都是弹性面板的腔体，6个面之间的振动通过腔内声场相互耦合，振动特点相对复杂。而控制系统引入后，振动规律会发生变化，还需要结合控制系统的阻抗特点对弹性腔振动进行研究。

来源：2026年第4期

《科技导报》期刊编辑部

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