近日，2016年诺贝尔物理学奖获得者、我校讲席教授J. Michael Kosterlitz与苏州大学物理科学与技术学院/量子研究院杭志宏团队、香港静音科技集团有限公司（Acoustic Metamaterials Group Ltd，简称AMG），在通风声学超材料研究中取得新进展。团队提出基于单极子—偶极子简并的宽带声波调控方案，在允许空气通过的条件下实现高效吸声与隔声。相关成果以“Broadband Sound Manipulation via Monopole-Dipole Degeneracy in Ventilated Metamaterials”为题，在《物理评论应用》（Physical Review Applied）发表。

1.协同调控两类声学响应实现宽带准完美吸声

通风与降噪之间的矛盾，是家电、机械设备及建筑通风系统面临的共同挑战。特别是在低频范围，传统吸声结构往往需要较大的空间，而厚重的隔声屏障又容易妨碍空气流动。如何在有限空间内兼顾宽带降噪与通风，是声学超材料研究的重要问题。针对这一挑战，团队设计了镜面对称的“三明治”结构，在中央微穿孔板两侧布置法布里–珀罗共振器阵列。在对称激励下，两侧阵列形成整体单极响应；在反对称激励下，中央微穿孔板与两侧阵列共同参与整体偶极响应。通过单独调节此两类响应，团队建立了统一描述声波反射、透射与吸收的理论框架，并实现宽带了准完美吸声。实验结果表明，装置在200—2000 Hz范围内的平均吸声率约为99%，平均声传输损失约为25 dB。样品的声传播长度仅200 Hz声波波长的1/107，为有限空间内的宽带声波调控提供了灵活的结构方案。

图1．基于单极子—偶极子简并的通风声学超材料结构。（a）整体装置；（b）中央微穿孔板；（c）侧置的法布里–珀罗共振器阵列。

2.科斯特利兹教授参与合作推动基础物理与应用研究融合

科斯特利兹教授因其在拓扑相变与物质拓扑相方面的理论发现获得2016年诺贝尔物理学奖，其研究深刻改变了人们对低维物质及相变机制的认识。他于2017年受聘为我校讲席教授，现任苏州大学量子研究院荣誉院长，持续与我校开展科研合作。在本项研究中，科斯特利兹教授以苏州大学第一单位与杭志宏教授（苏州大学），杨旻博士（AMG）共同担任论文通讯作者，将基础物理分析转化为器件设计的理论框架，体现了其与苏州大学在应用物理研究中的持续合作。

3.携手静音科技集团有限公司促进产学研融合

AMG是专注于声学超材料及其产品应用的科技企业，在声学阻抗设计、宽带吸声结构和制造技术方面积累了研究与开发经验，展示了声学超材料从基础研究走向消费产品的实践路径。此次合作将高校的理论研究与企业的声学技术积累相结合，贯通物理机制、结构设计、实验验证与应用探索。研究建立的阻抗调控方法，为根据目标噪声频谱和设备空间设计消声结构提供了依据。

4.面向通风系统与设备降噪的应用前景

本方案有望应用于家电气流通道、低流速通风管路及其他空间受限设备，通过共振通道布局与声学阻抗调节，可适配不同的噪声控制需求。论文共同第一作者为苏州大学傅财星、汪靖博，研究也获得国家重点研发计划、国家自然科学基金及江苏高校优势学科建设工程等支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/w6p4-ylqz