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为解决声学噪声影响生活与工作问题，研究人员开展 “可切换声学陷波滤波器” 研究。利用 3D 打印双稳态结构的亥姆霍兹共振器（HR）阵列，实现双频降噪。该研究为噪声控制提供新方案，有重要应用价值。
在生活和工作中，声学噪声就像一个无处不在的 “小恶魔”，时刻影响着人们的生活质量。想象一下，在一个嘈杂的工厂里，机器的轰鸣声震耳欲聋，不仅干扰人们之间的正常交流，长期处于这样的环境中，还会对听力等健康方面造成损害。传统的主动噪声控制（ANC）虽然在低频段表现出色，但在 1kHz 以上的频率，其效果大打折扣，而且还依赖电力，使得设备变得复杂。被动噪声控制（PNC）虽然不依赖电力，可传统方法缺乏频率选择性，就像一个 “一刀切” 的工具，不能精准地消除特定频率的噪声。在这样的背景下，开展能够选择性阻断特定声音频率的研究显得尤为重要。
来自未知研究机构的研究人员进行了一项极具创新性的研究。他们致力于设计一种可切换声学陷波滤波器，最终成功制备出使用 3D 打印双稳态结构的亥姆霍兹共振器（HR）阵列的滤波器。该研究成果意义重大，为噪声控制领域开辟了新的道路，相关论文发表在《Extreme Mechanics Letters》上。
研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。首先是 3D 打印技术，使用硅胶材料通过 3D 打印机制造双稳态结构和 HR 阵列，这一技术使得复杂结构的一次性成型成为可能。其次是有限元法，利用 COMSOL Multiphysics 6.2 软件进行模拟，评估 HR 阵列在不同状态下的降噪效果。最后通过拉伸和压缩试验，测试双稳态结构的机械性能；进行声学实验，验证 HR 阵列的降噪能力。
下面来详细看看研究结果：
- 制作过程：利用硅胶 3D 打印机（SILICOM SS - 01）一步打印出双稳态结构，无需模具。HR 阵列则通过切换双稳态结构状态制作出两种不同配置，HR 基板使用立体光刻 3D 打印机（Form3）和透明树脂材料制成。
- 机械双稳态：对双稳态结构进行拉伸和压缩试验，结果表明该结构具有双稳态特性，但在压缩过程中从 B 到 C 状态转换时存在不稳定的力变化，这可能是由于设计和 3D 打印工艺导致的。
- 声学特性：声学实验评估了 HR 阵列的降噪效果。实验结果显示，在凹面和凸面状态下，增益分别在 6.6kHz 和 4.1kHz 的特定共振频率处急剧下降，降噪效果分别约为 10dB 和 20dB，优于传统基于膜的可变 HR 设备。
- 讨论：研究发现凸面形状比凹面形状降噪效果更好，这与双稳态结构的设计有关。同时，模拟和实验结果在共振频率上存在 1kHz 的差异，可能是由于双稳态结构的材料特性和形状影响了 HR 内的空气行为。此外，研究人员还提出可将双稳态结构发展为多稳态结构，探索混合或梯度配置，以及添加同时切换所有双稳态结构的机制等改进方向。
在研究结论和讨论部分，该研究成功制备的可切换声学陷波滤波器，通过 3D 打印双稳态结构与 HR 阵列的结合，实现了在不同状态下对两个不同频率的有效降噪。尽管研究存在一些不足，如双稳态结构转换时的不稳定和模拟与实验的频率差异，但这些发现为后续研究提供了方向。未来，通过改进结构设计、探索更多配置和优化切换机制，有望进一步提高滤波器的性能，使其在更广泛的领域得到应用，如工业降噪、城市环境噪声控制等，为人们创造更安静、舒适的生活和工作环境。
