近日，南京大学现代工程与应用科学学院陈延峰教授、卢明辉教授团队，在Electrical Materials and Applications期刊上发表了以"New trends on noise reduction for power grid by acoustic metamaterials"为题的综述论文，本文介绍了不同声学超材料在吸声、隔声、振动控制方面的物理机制和最新发展情况，并简要描述了基于人工智能技术的最新设计方法。最后讨论了声学超材料在电网设施设备降噪方面的潜在应用。
轻质低频声学材料已成为声学防护材料发展的重要方向，常规的声学材料难以满足电力设备降噪要求中关于低频、选频、轻量化、防火等特殊要求。设备噪声的影响是电力设施质量的重要指标，随着城市化进程的加快和电力需求的猛增，电网噪声带来的污染问题日益凸显。随着噪声污染防治法规的变化，噪声的污染防治逐渐成为国家政策重点。现有的对电网设施的噪声控制通常采用辅助措施，如图中的利用吸声或隔声材料所建造的声屏障或隔声箱等，通过这些建筑来覆盖电气设备从而阻挡噪声。这类降噪措施往往导致散热不良、加速老化、火灾隐患等问题，同时这类设备会产生高额的建造和安装成本，并且利用传统声学材料来进行降噪难以解决400Hz以下的低频噪声。因此，迫切需要轻质低频吸声隔热材料来解决电网噪声污染。
(a)声屏障 (b)隔声罩 (c)吸声壁面 (d)吸隔声门
受电磁超材料的启发，声学超材料发展于20世纪末21世纪初，具有广阔的应用前景，声学超材料能够通过微观结构的设计从而在不改变原材料固有性能的情况下打破质量定律，实现较好的低频吸声和隔声效果。本文主要介绍了不同声学超材料用于吸声、隔声和振动控制的进展，并简要介绍了基于人工智能技术的超材料设计方法，讨论了声学超材料在电力设备降噪方面的潜在应用。
一、用于吸声的声学超材料
传统吸声材料多为多孔材料，但多孔材料因其本身物理特性的限制，其在低频段吸声效果较差，而声学超材料能够在超薄的厚度范围内实现低频段较好的吸声效果。一般来说，吸声超材料可以根据谐振单元的结构情况进行分类，主要有薄膜型、亥姆霍兹共鸣腔型（HR）、法布里-珀罗共鸣腔型（FP）
二、用于隔声的声学超材料
常规隔声结构的隔声效果一般受到质量定律的限制。当结构面密度增加一倍时，低频隔声量仅增加6dB，超材料作为一种新型复合人工结构材料，具有体积小、结构轻的特点，可以打破质量定律，实现宽带低频隔声。主要结构有两种：膜式隔声超材料和谐振腔式隔声超材料。
(a)膜型隔声超材料 (b)谐振腔型隔声超材料
三、用于振动控制的声学超材料
传统的隔振装置和减振技术对于中频振动是有效的。然而在低频范围内，它们往往需要更大的安装空间或更复杂的结构设计才能达到预期的效果。声子晶体作为一种典型的声学超材料，由于其独特的带隙特性，能够作为振动控制的优秀手段。主要应用有两种：一种是选频减振超材料还有一种是宽频减振超材料。
(a)选频减振超材料 (b)宽频减振超材料
四、声学超材料的智能设计
借助仿真软件重复迭代消耗了大量的时间和计算成本，随着计算机运算能力的提高，基于神经网络的深度学习进一步加速了声学超材料的发展。根据降噪问题的类型，各种神经网络架构被提出并用于声学超材料的逆向设计。
声学超材料的智能设计
五、应用场景
利用声学超材料，电气设备设计人员可以掌握更加灵活的降噪方法，可以进一步提高电气设备产品的质量，缓解城市规划的矛盾。声学超材料必将在声学领域发挥更加关键的作用，为电网设施设备的噪声防治提供新的思路和可能。
本综述论文为李星、黄唯纯、余勇花、潘鑫荣、沈晓海、陈经伦、仇俊杰、王嘉伟、邹林洋、钱斯文、聂京凯、卢明辉、陈延峰合作撰稿，相关成果以"New trends on noise reduction for power grid by acoustic metamaterials”为题，近期发表于Electrical Materials and Applications期刊上。敬请期待论文相关内容解析。
