定制寧靜：聲學超構材料的噪聲控制新策略

|作者：董睿智 王旭? 李勇??

(同濟大學物理科學與工程學院 聲學研究所）

本文選自《物理》2026年第4期

摘要噪聲污染嚴重影響人居環境與人體健康，其治理長期面臨物理機理與工程應用的雙重挑戰。傳統噪聲控制材料往往依賴于尺寸或質量來實現對聲波的調控，這使得在追求輕薄化的同時難以實現對低頻噪聲的有效控制。聲學超構材料通過設計亞波長的人工結構單元，突破傳統材料在尺寸、重量與性能之間的固有限制，為低頻噪聲高效控制提供了一條新路徑。文章從噪聲控制的基本需求出發，系統介紹聲學超構材料在吸聲、隔聲等方面的研究進展，重點闡述其物理機理、典型結構及獨特性能，并展望該領域未來發展的關鍵問題與主要方向。

關鍵詞噪聲控制，聲學超構材料，吸聲，隔聲

01

引 言

“大音希聲，大象無形”，這句古老箴言道出了聲音的玄妙與深遠。聲音是我們感知與溝通世界的重要媒介，但噪聲作為“不需要的聲音”，則成為影響環境舒適與人體健康的突出問題。噪聲是工業文明發展的“副產品”。隨著其負面影響日益凸顯，自20世紀初起，各國陸續通過立法手段對其進行管控，逐步構建起噪聲治理的法規體系[1]。然而，法規約束并不能完全解決噪聲污染問題，這推動了技術層面的發展，“噪聲控制”這 一交叉學科由此建立[2]。該學科圍繞“聲源—傳播—接收”的全流程，主要通過阻斷傳播路徑來實現降噪。對于聲波傳輸而言，其透射、吸收和反射基于能量守恒滿足關系：T(透射)=1-A(吸收)-R(反射)。可見，吸聲與隔聲是噪聲控制的關鍵手段。然而，傳統材料在低頻噪聲控制中面臨較大限制：吸聲材料的有效厚度通常需與聲波波長相當，使得吸收波長較長的低頻聲所需材料往往過厚；均質隔聲材料的隔聲性能受“質量定律”支配，即隔聲量隨質量面密度增加而提升，因而要實現良好低頻隔聲往往導致材料過重。可見，傳統吸聲材料和隔聲材料在低頻噪聲控制中都存在各自局限，使得這些材料在小型化與輕量化的噪聲控制應用場景中面臨嚴峻挑戰。

近年來，聲學超構材料的興起為突破上述瓶 頸提供了新思路[3]。聲學超構材料由人工設計的、 具有特定聲學響應的亞波長結構單元按有序構型排列而成。通過調節超構材料單元的幾何參數與空間排布，可使其呈現負等效質量密度、負等效 彈性模量等超越常規材料的聲學參數[4，5]，從而實現對聲波傳播行為的靈活調控。研究表明，基于局域共振等機理的聲學超構材料[4]能夠在遠小于波長的尺度下實現對低頻聲波的高效調控，這為發展輕質、薄型的低頻噪聲控制材料開辟了新途徑。 目前，國內外團隊針對實際噪聲的控制需求，設計并實現了涵蓋吸聲、隔聲等功能的多種聲學超構材料[6—10]，展現了其在噪聲控制領域的重要應用潛力。

本文結合噪聲控制的實際需求，綜述了聲學超構材料的前沿進展。首先，闡述該類材料的基礎概念與物理機制；進而，圍繞吸聲與隔聲這兩大噪聲控制手段，系統梳理相關超構材料的典型設計、工作機理與性能表現；在此基礎上，進一步介紹氣流環境下的噪聲控制超構材料，涵蓋適用于低流速環境的通風隔聲超構材料與適用于高流速環境的超構聲襯；最后，總結該領域當前面臨的主要挑戰，并對其未來發展趨勢進行展望。

02

聲學超構材料

聲波調控技術早期主要依賴于天然材料的固有特性。近年來，固體物理中的能帶理論為聲學研究者帶來了啟示。如晶體中周期性勢場對電子運動的調制，周期性排列的人工結構也可與聲波相互作用，形成聲波傳播的能帶及帶隙，由此催生了聲子晶體這一概念[11]。然而，聲子晶體的帶隙主要源于布拉格散射機制，要求其晶格常數必須與聲波波長相當。這導致在可聽聲頻段(尤其是低頻段)所需的結構尺寸過大，從而嚴重限制了其實際應用。

聲學超構材料的出現突破了上述尺寸瓶頸，其關鍵在于利用“局域共振”機制——通過設計亞波長甚至深亞波長尺度的結構單元并按序排列，使聲波與材料在遠小于波長的尺度內發生強烈相互作用。這類具有介觀尺度復雜結構的聲學超構材料可以從宏觀上被視為等效均勻材料[4，5]。此時，材料的聲學特性可由動態等效質量密度、動態等效體積模量之類等效參數來描述。局域共振的引入，使得這些等效參數能夠突破自然材料的物性范圍，在特定頻段呈現負值、零值等非常規狀態，從而為聲波操控提供了全新手段。例如，Liu等人利用硅橡膠包覆鉛球構成的局域共振單元，首次在實驗中觀測到負等效質量密度，從而成功構建了低頻聲波帶隙[4]。這標志著聲學超構材料可實現“以小控大”，即用深亞波長結構調控大波長低頻聲波，由此克服了聲子晶體在低頻應用中結構龐大的缺點。

盡管如此，三維的聲學超構材料整體體積仍然偏大。為此，研究人員進一步提出了聲學超構表面[12]。聲學超構表面是一種二維的超構材料，通常由單層或少數幾層超構單元組成，從而在厚度上實現數量級的壓縮(圖1)，結構的緊湊性與集成度得以大幅提升。過去十年間，聲學超構表面憑借其出色的聲波調控能力迅速成為研究前沿。它不僅在異常聲透射/反射控制、聲學全息成像等多個方面展現出超越傳統方法的突出性能[3，12]，更在噪聲控制領域顯現出廣闊的應用前景[6—10]。

圖1 兩種典型的聲學超構材料示意圖：具有負等效密度的三維聲學超構材料以及具有逆反射功能的二維聲學超構表面

03

吸聲超構材料

在噪聲控制中，吸聲材料通過熱傳導與粘滯效應將聲能轉化為熱能。傳統吸聲材料主要包括多孔材料[13]和微穿孔板[14]。玻璃棉、三聚氰胺泡沫等多孔材料依靠內部大量相互聯通的微小孔洞來增大聲波與材料的接觸面積。聲波在其中傳播時，能量通過粘滯與熱傳導效應得以有效耗散。然而，多孔材料的低頻吸聲性能強烈依賴于厚度，往往需要與低頻聲波波長相當的尺寸，才能實現有效吸聲。微穿孔板則利用板上微孔與背后空腔構成共振系統，可在特定頻率實現高效吸聲，但其低頻吸聲同樣受限于背腔深度，為實現低頻降噪仍需較大結構厚度。因此，發展輕薄高效的吸聲材料和結構一直是該領域的關鍵挑戰。吸聲超構材料的出現為上述難題提供了突破途徑。它基于人工設計的深亞波長共振單元，能在厚度遠小于波長的條件下，于目標頻段實現接近完美的吸聲效果(即吸聲系數趨近于1)，從而在低頻噪聲控制領域展現出巨大潛力。

3.1 低頻吸聲超構材料

為突破傳統材料的低頻吸聲局限，研究者提出了一系列共振型低頻吸聲超構材料[15—21]。其中以薄膜共振型[15，16]、卷曲法布里—珀羅共振型[17—20]和內嵌管式亥姆霍茲共振型[21]最具代表性，如圖2所示。這三類吸聲超構材料的低頻吸聲性能優于等同厚度下的傳統多孔材料和微穿孔板結構。例如，Ma等人設計了一種帶質量塊的薄膜共振吸聲體，在152 Hz處實現了吸聲系數大于0.99的強吸收峰(聲能量吸收大于99%)，而其厚度僅為波長的1/133[16]。Li等人結合卷曲法布里—珀羅共振腔與穿孔板，構建了厚度僅為波長1/233的高效吸聲體[17]。另一方面，Huang等人提出的內嵌管式設計可將傳統亥姆霍茲共振器的厚度壓縮至波長的1/50左右[21]。這種設計可在保持吸聲體外部幾何與峰值吸聲系數不變的同時，通過調整內嵌管的長度靈活調節吸聲頻帶。

圖2 共振型吸聲超構單元示意圖

這些工作表明，通過深亞波長共振單元的精巧設計，可在保持結構極度輕薄的同時實現低頻噪聲的高效吸收。上述設計適用于發動機、變壓器等產生的單頻或窄帶噪聲問題。鑒于實際環境噪聲普遍具有寬頻特性，發展兼具輕薄化與寬頻吸收能力的聲學超構材料已成為該領域應對現實挑戰的核心研究方向。

3.2 吸收因果律約束及寬帶吸聲超構材料

在探索寬帶吸聲超構材料之前，需要先提及吸聲領域的關鍵科學問題：吸聲超構材料是否存在性能極限？其吸聲性能極限又受何約束？研究指出，傳統被動吸聲結構作為線性時不變系統，若將吸聲系數視作其系統響應函數，在結構底部為剛性邊界的條件下，其吸聲系數必須滿足嚴格的因果律約束[22]。經理論推導，該因果關系約束在復波數平面上可表達為

其中，?為吸聲體內部的空氣體積分數，Lmin為因果約束要求的最小結構厚度，λ為聲波波長，γ為比熱比。需要指出，不僅是共振吸聲結構，多孔材料的吸聲性能同樣受該因果律的約束。如上式所示，該約束在數學上體現為一個厚度極限Lmin，其與材料的吸聲譜α(λ)緊密相關。這意味著，在有限的結構厚度內追求寬頻吸收，本質上是讓吸聲譜盡可能逼近因果律所允許的理論極限。

為實現這一目標，研究人員提出了多種策略。最直觀的是集成多個不同諧振頻率的吸聲單元，通過共振峰“拼接”來拓寬吸收頻帶。例如，Yang等人將16個不同頻段的卷曲法布里—珀羅共振單元進行組合，并在其表面覆蓋一層多孔材料用于阻尼調制，由此構建了一個整體厚度接近因果律極限的寬帶吸聲體(圖3(a))[23]。不同于這一策略，Huang等人提出了“非完美單元耦合”機制，利用多個弱共振吸收單元的協同作用實現了優異的寬帶吸收效果(圖3(b))[24]。這些研究使吸聲超構材料的設計思路從依賴各個單元的完美共振吸收(α≈1)轉向了利用單元間的耦合效應。

圖3 寬帶吸聲超構材料 (a)由16個卷曲通道構成的超構吸聲體[23]，其結構頂部覆蓋的多孔材料能夠有效調節系統聲阻，進而使吸聲系數曲線更加平滑。右側展示了耦合共振結構(藍色)、厚度為3 mm的多孔材料(綠色)以及覆蓋3 mm多孔材料的耦合共振結構(紅色)的吸聲譜；(b)由25個弱吸聲單元構成的超構吸聲體[24]，右側彩色線條代表25個單一腔體的吸收系數(呈現弱吸聲狀態)，綠色填充線代表整體吸聲系數(呈現近完美吸聲狀態)

進一步，Zhou等人通過協同串聯與并聯耦合，使單個結構單元具備多階共振模態；通過結合“過阻尼”、“降低冗余響應”等設計準則，實現了吸聲超構材料寬帶性能的顯著提升(圖4(a))[25]。近期，Wang等人在此基礎上，利用“品質因子加權模態密度”的設計理念更是實現了從100 Hz到12800 Hz、跨越7個倍頻程的近完美寬帶聲吸收(圖4(b))[26]。值得注意的是，吸聲因果律約束[23]通常基于聲波絕熱傳播假設，但實際結構中，流體—固體界面處的無滑移邊界條件會引發速度與溫度梯度，進而形成粘性和熱邊界層。Ge等人分析了不同熱力學過程在聲傳播中的作用，提出了一種基于等溫過程的因果關系視角[22]。研究發現吸聲結構的厚度極限在該框架下小于傳統絕熱假設，有望為突破現有理論限制提供新的思路。除此之外，吸聲因果律的研究往往基于單端口系統假設，導致其對偶對稱性常被忽視。為解決這一問題，Qu等人研究了雙端口諧振器的反射與透射特性，定義了廣義因果約束，確認了對稱性與散射因果律的內在聯系[27]。這些工作共同完善了吸聲超構材料的理論體系。

圖4 寬帶吸聲超構材料 (a)由36個多階共振單元構成的超構吸聲體[25]，右側給出了其對應階數的相對帶寬和整體吸聲系數。該系統在320—6400 Hz頻率范圍內表現出近完美聲吸收特性；(b)基于“品質因子加權模態密度”準則設計的超構吸聲體[26]，右側展示了其共振階數、品質因子以及系統的吸聲系數

總之，研究者通過深亞波長共振結構設計，突破了傳統材料在低頻吸聲中“厚度換性能”的固有限制，成功實現了兼具輕薄與高性能的吸聲超構材料。從窄帶完美吸聲到因果律約束下的極限寬帶聲吸收，該領域已建立起較為清晰的理論框架與設計方法，為面向實際復雜噪聲環境的吸聲器件開發奠定了重要基礎。

04

隔聲超構材料

在噪聲控制中，隔聲材料通過阻斷聲傳播路徑來降低透射聲。傳統勻質隔聲材料的性能受質量定律支配：隔聲量(即傳聲損失)隨頻率和材料質量面密度增加而提升，頻率或面密度每提高一倍，隔聲量提高約6 dB(透射聲能約為初始值的25%)。質量定律表明，輕薄結構的低頻隔聲效果較差。要改善低頻隔聲，往往需要使用厚重的材料，這與輕薄化的工程需求形成矛盾。基于布拉格散射機制的聲子晶體雖能在特定頻段形成隔聲帶隙，但其晶格尺寸需與聲波波長相當，在低頻段仍面臨體積過大的問題。因此，發展具備高效低頻隔聲的新型輕薄材料，成為該領域的重要研究方向。

4.1 單頻隔聲超構材料

隔聲超構材料[6]的設計目標是在特定頻段內實現顯著高于質量定律的隔聲量。根據基本結構形式，此類材料主要包含薄膜型[28]與薄板型[29]兩種(圖5)。薄膜型超構材料通常極為輕薄，但往往需要對薄膜施加預應力，因而面臨耐久性的挑戰。薄板型結構則依賴薄板的振動模態，其在保持一定剛度的同時更易于工程實現與集成。

圖5 典型隔聲超構材料示意圖

另一方面，從工作機理來看，典型隔聲超構材料主要基于兩種核心機制：輻射相位干涉[30]與表面振動抑制[31](圖5)。輻射相位干涉機制依賴于結構表面不同區域的反相振動(此時結構處于反共振模式)，這使得透射聲波在遠場實現干涉抵消，從而形成高隔聲峰。例如，Varanasi等人提出了一種由薄板與格柵框架構成的超構材料，該材料實現了在特定低頻段內隔聲量相對于質量定律曲線的顯著提升[30]。表面振動抑制機制則是通過在基板(如薄板)上附加局域共振子單元(如彈簧振子)來實現。這些子單元作為微型吸振器，在諧振頻率附近高效吸收基板的振動能量，從而降低聲波向透射端的輻射。例如，Xiao等人通過在薄板上周期性地布置共振子單元并將其諧振頻率調諧至特定的低頻段，實現了該頻段內隔聲量的有效提升[31]。

盡管基于上述機理的隔聲設計能在低頻實現高于質量定律預測的隔聲量，但其有效頻帶通常較窄，屬于窄帶隔聲超構材料。同時，對于典型隔聲超構材料，反共振頻率附近通常會伴隨著共振頻率。此時薄膜/薄板強烈振動會帶來隔聲低谷，導致其效果反而遜于質量定律所描述的傳統 均質材料。因此，拓展工作頻帶、實現寬帶高效隔聲成為該領域研究的關鍵。

4.2 寬帶隔聲超構材料

為實現低頻寬帶隔聲，研究者初期借鑒了寬帶吸聲材料設計中多單元并聯的思路。具體做法包括在單層結構上集成多個不同諧振頻率的共振子單元[32]，或在超構材料的基板上引入不同質量塊[33]。這類方法雖能一定程度上拓寬隔聲頻帶，但由于共振與干涉機制導致的能量重新分配特性，其隔聲峰值往往被壓低，整體寬帶隔聲增強效果有限。

圖6 寬帶隔聲超構材料 (a)夾層中構建有亥姆霍茲共振腔(HR)的雙層超構材料的示意圖、實物照片以及傳聲損失曲線[34]。由于引入了共振腔體，該系統在200—600 Hz頻率范圍內的傳遞損失得到有效增強；(b)中間層添加多孔材料的雙層超構材料的示意圖，以及其在擴散場條件下傳聲損失曲線[35]。數據顯示，多孔材料與雙層結構協同作用，使系統在248—1624 Hz頻率范圍內，相較于等質量面密度的質量定律結果，傳遞損失得到有效提升

與“并聯”思路相比，“串聯”的設計理念在拓寬隔聲頻帶方面展現出更大潛力。經典的雙層墻結構正是這一理念的典型代表，它利用中間空氣層和兩層墻板的串聯實現“1+1>2”的隔聲效果提升。類似地，研究者將這種理念應用于隔聲超構材料設計之中，由此構建了多層復合超構材料。例如，Langfeldt等人在雙層板之間的空氣夾層中嵌入亥姆霍茲共振腔，并通過激發和調控夾層內的特定聲學模態，顯著提升了結構在目標低頻段的隔聲性能(圖6(a))[34]。Wang等人則通過將雙層板與多孔吸聲材料層結合，構建了帶有聲學耗散內襯的復合隔聲結構，該設計不僅在248—1624 Hz的低頻寬帶范圍內隔聲量相較于質量定律有明顯提升，同時在高頻段也保持了優異的隔聲性能(圖6(b))[35]。這類基于多層串聯的復合超構材料設計，為發展兼具輕質特性與寬頻性能的新型隔聲結構提供了有效方案。

隔聲超構材料通過采用新穎物理機制，在輕薄型條件下實現了特定頻段內隔聲量的提升，為低頻噪聲隔絕提供了一種輕薄高效的解決方案。當前，隔聲超構材料的研究重點正從單一機理、窄帶設計向多機理融合、多層復合設計的方向發展。未來，通過結合“串聯”的隔聲理念與超構材料的定制化結構設計，有望進一步發展出兼具輕薄化與高效寬帶性能的新一代隔聲結構。

05

面向氣流環境的噪聲控制超構材料

城市化與工業化的交織發展使得噪聲污染日益嚴峻，對其控制的需求趨于多元。這一發展趨勢對下一代噪聲控制材料與結構提出了新的、更高的要求。例如，傳統隔聲措施(聲屏障、隔聲窗等)在隔絕噪聲的同時也阻斷了空氣流通；而綠色建筑設計則面臨著自然通風和外界噪聲隔絕的雙重需求。又比如，現有吸聲結構設計往往針對靜態環境，然而在航空發動機、通風系統中，氣流(特別是高速氣流)的存在會顯著改變聲傳播特性，甚至破壞傳統多孔或共振吸聲材料的原本性能。因此，發展能在氣流條件下保持高效聲學性能并兼具通風功能的新型噪聲控制材料，成為當前噪聲控制領域的關鍵需求之一。以下將分別介紹兩類代表性技術：面向低速通風條件的通風隔聲超構材料[8，9]，以及面向高速氣流環境的超構聲襯[36]。

5.1 通風隔聲超構材料

通風隔聲超構材料是一種兼具自然通風和噪聲隔絕的特殊隔聲結構[8，9]。不同于傳統通風隔聲窗依賴雙層玻璃間曲折的氣流通道“過濾”噪聲(該方法流阻大，因而存在通風效率低的問題)，通風隔聲超構材料是一種開放式超構表面，允許氣流直接、順暢地通過。其利用周期性排列的局域共振單元對特定頻段聲波進行高效反射或吸收，從而抑制聲波透射。典型的通風隔聲超構材料根據機理可分為局域共振型與干涉型兩類[9]。局域共振型超構單元通常為帶有旁支共振結構的通風通道，其利用旁支共振單元的吸聲或反射實現聲透射隔絕；干涉型則利用其單元內不同組成部分的聲程差，使聲波在透射端發生相消干涉。然而，這兩種機理往往僅在窄帶內起效，導致早期的通風隔聲超構材料與吸聲或隔聲超構材料一樣，都存在工作帶寬不足的問題。為此，研究人員發展了多共振單元耦合、非局域設計等拓寬隔聲頻帶的策略[37—43]。例如，對于干涉型通風隔聲超構材料，Sun等人[38]及后續研究[39]基于螺旋構型實現了持續聲波干涉相消，在610—1120 Hz頻段內展現出高效隔聲性能(圖7(a))；對于局域共振型，Dong等人通過耦合多個法布里—珀羅共振腔，利用吸收和反射的協同作用在650—2000 Hz范圍內實現了有效隔聲(圖7(b))[40]。這些研究成果可為建筑及設備的常規通風系統提供高效的被動式通風隔聲方案。相較于有源噪聲控制，該方案無需消耗額外能源，為實現“通風且安靜”的綠色人居環境奠定了技術基礎。

圖7 寬帶通風隔聲超構材料 (a)干涉型超構材料的示意圖、單元結構及其傳聲損失情況[39]：該結構由中心通風通道和螺旋通道組成，在610—1120 Hz的頻率范圍內，能夠實現聲傳遞損失大于10 dB的有效隔聲；(b)局域共振型超構材料的示意圖、單元結構及其聲能透射系數情況[40]：該結構由中心通風通道和旁支的64個共振腔體組成，在650—2000 Hz的頻率范圍內，能夠實現聲功率傳輸系數小于0.1(即聲傳遞損失大于10 dB)的有效隔聲

5.2 超構聲襯

聲襯是一種緊貼于管道或腔體壁面安裝的噪聲控制材料，其典型應用包括航空發動機消聲短艙、通風排氣系統等[36]。航空發動機在高速氣流環境下的噪聲往往呈現低頻、寬頻、高聲壓級及多模態傳播等復雜特征，對傳統噪聲控制措施構成了嚴峻挑戰。基于多孔材料或微穿孔板的傳統聲襯存在明顯局限：多孔材料的環境適應性差、在復雜條件下易失效，而微穿孔板僅對窄帶噪聲有效。超構聲襯基于深亞波長共振單元陣列，利用多重耦合共振機制，在有限厚度內實現寬頻吸聲，并表現出優于傳統聲襯的氣流魯棒性[44，45]。例如，Huang等人提出了一種由微穿孔板和內插管式亥姆霍茲共振器組合的陣列結構[45]。基于單元間非局域耦合實現的寬帶阻抗調制效果，該結構能在0.6馬赫(約200 m/s)的高速掠射流下，于800—3200 Hz頻段維持近20 dB的平均插入損失(圖8)。而針對高聲強下的有流工況，Wu等人提出了一種由穿孔板與卷曲式法布里—珀羅通道組合而成的超構聲襯[43]。實驗表明，該結構在無流及30—98 m/s掠射流、90—130 dB入射聲壓級的寬泛條件下，在500—3000 Hz的寬帶范圍內均能保持高達0.9的吸聲系數。目前，超構聲襯在高速、高溫等極端服役環境下展現出較傳統聲襯更加優秀的綜合性能。然而，真實復雜流場及寬溫域下的長效穩定性仍是制約其工程應用的關鍵瓶頸，相關機理認知與驗證體系亟待進一步完善。

圖8 基于內插管式亥姆霍茲共振器的超構聲襯[45] (a)結構示意圖；(b)在1600 Hz時，不同掠射流速下側壁帶有超構聲襯的流管內部的聲壓幅值分布情況。可以看出，在不同流速下，流管下游均保持低聲壓狀態；(c)流速為60 m/s時超構聲襯的傳聲損失譜線，該系統在800—3000 Hz頻率范圍內維持近20 dB的平均插入損失

06

總結與展望

聲學超構材料通過對亞波長單元結構的精細設計，實現了聲學性能“定制化”的靈活調控，從而在噪聲控制領域展現出重要的應用潛力。隨著技術發展與實際需求的深入，聲學超構材料在噪聲控制領域的機遇與挑戰并存。在此背景下，本文列舉了未來研究值得關注的幾個方向。

(1)目前，吸聲超構材料已形成以因果律為核心的理論框架，而隔聲超構材料尚缺乏與之對應的普適性理論。雖然傳統質量定律可為勻質材料的隔聲性能提供基礎解釋，但其難以準確描述具有非均勻、周期性等特征的超構材料。未來需從質量定律的物理本質出發，發展適用于隔聲超構材料的因果律或等效理論，為其逆向設計與性能優化提供明確的物理邊界。

(2)噪聲控制超構材料往往由復雜的多個共振單元耦合而成，同時還較多涉及到聲—固—流等多物理場耦合，理論上難以建立精確的解析模型，而依賴有限元仿真的傳統優化方法耗時耗力。機器學習方法能夠從現有數據中挖掘設計規律，顯著提升聲學結構的設計效率與性能預測能力。未來可進一步開發適用于復雜構型與多目標優化的智能算法，實現高效、精準的超構材料逆向設計。

(3)主動噪聲控制技術與被動噪聲控制材料的融合，是突破現有噪聲控制瓶頸的手段之一。鑒于超構材料和傳統材料各自在中低頻和高頻噪聲抑制上的高效性，以及主動控制在低頻降噪上的不可替代性，三者的互補可實現全頻段的覆蓋。一方面，利用超構材料和傳統材料作為被動基座預處理中高頻噪聲，以降低主動系統負荷；另一方面，通過功能化設計將主動模塊集成為主動執行器，借助精準聲場調控提升控制精度。這種融合有望為復雜噪聲環境提供系統的解決方案。

(4)噪聲控制超構材料的制造正經歷從實驗室精密加工向規模化工業生產的轉型。當前，3D打印等增材制造技術為復雜亞波長結構的精準構筑提供了關鍵支撐，然而成本控制與批量制備仍是其產業化的核心瓶頸。構建模塊化與標準化生產模式將成為推動聲學超構材料大規模應用的關鍵。

(5)未來噪聲控制超構材料的應用將側重于提升極端環境適應性以及功能集成化。在航空航天及高速軌道交通領域，針對高溫、高馬赫數流場及強振動環境，開發兼具結構承載能力與寬頻降噪性能的輕質超構材料是研究趨勢。在手機、VR眼鏡等緊湊型電子設備設計中，微型化與功能集成化將成為緊湊空間下噪聲控制的必然選擇。

(6)未來研究中還應推動噪聲控制材料與景觀設計的融合，將其作為聲景構建的核心要素。探索超構材料的頻率選擇特性：使其在高效屏蔽交通低頻噪聲的同時，保留鳥鳴、流水等中高頻自然聲的傳播。這種“選擇性降噪”策略不僅能解決傳統隔聲帶來的封閉感，還能將降噪設施轉化為兼具美學價值的景觀裝置，從而在保障聲環境安全的基礎上，顯著提升人居環境的聲舒適度與生態感知。

總之，聲學超構材料的研究正處于從原理突破邁向工程化、實用化的重要階段。隨著對其物理機理的持續探索、設計手段的不斷革新以及多學科交叉融合的日益深入，聲學超構材料有望在噪聲控制領域發揮更重要的作用，為支撐“寧靜中國”建設，營造健康、舒適、寧靜的聲環境提供關鍵技術支撐。

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