2021年3月13日19：00，由西安建筑科技大学力学技术研究院（IMT）开展的力学家访谈，在腾讯会议线上进行。本期访谈的嘉宾是香港理工大学机械工程系成利教授。
线上访谈掠影
力学家访谈源于对力学家的致敬，希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想，以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下：
问：请问声学黑洞与声学超材料中的声子晶体的构造有什么异同点？目前对于声学黑洞的有限元数值研究中，其模拟方法的缺陷或难点是什么？
答：
声学黑洞（Acoustic Black Hole,ABH）是一种结构的特性，严格来说，并不是一种材料。当然，随着ABH结构设计尺度的减小，从材料形式上来说，ABH和声子晶体的结构构造形式具有一定的相似性。在ABH结构设计过程中，也借鉴了声子晶体和周期结构中比较重要的原理：局部共振、布拉格反射，通过对其薄壁结构厚度的改变，并进行适当的设计，使得ABH结构具有丰富的动态特性，可以产生较多的局部共振,其频谱分量也非常丰富。如何把结构尺度降低同时保证低频特性是ABH设计中的关键。当然，ABH结构最终也很难完全做到和超材料的尺度相当，但是其设计理念和物理原理是可以借鉴的。
ABH结构的有限元数值分析难点主要有两个：第一个是网格数目；原因是在ABH结构薄弱处，其声速越来越慢，相应的波长也越来越小，波速越来越小，在极小的波长下，要想保证足够的计算精度，这就使得网格的单元数目较大，对其计算求解较为困难。第二个主要是结构的奇异变化；通常对于完整的装置结构而言，波长由均匀段（波长相对较大）到ABH段（波长越来越小），其空间波长尺度的变化给有限元的计算带来很大的困难。
问：您能简单分享一下双层幕墙系统中的噪声问题是如何控制的吗？
答：
目前，这种双层幕墙（Double Skin Façade, DSF）结构在欧洲使用较为广泛。主要从热的角度考虑，其能量是否能够更加有效地利用，而从声的角度考虑较少。实际上，对于这种DSF结构，不只是噪声从室外到室内的传播，而且在不同的楼层内部，其能量传播途径十分复杂，其噪音也难以预测。尤其对于复杂的建筑结构，其动态特性也非常复杂，特别是不同结构具有耦合效应，需要进行复杂的噪声及振动控制元件的设计。从模拟分析来说，需要对整体的建筑设计提供有效的指导方案，这一点目前还没有很好地做到。比如通风窗户。主要有气体和固体传播渠道，目前有室内吸音、微传播板等有效控制手段。总之，噪音控制需综合进行控制，无论是流动噪声还是结构噪音，都需要结合实际问题，并有效结合结构设计甚至超材料特性，比如超材料中的晶体结构，才能更好地控制噪声问题。
问：噪声问题在交通、建筑 、工业、军事等众多领域一直广泛存在，您认为对于噪声问题的研究，当前的研究热点以及未来的发展趋势主要集中在什么方向上？
答：
首先，科学研究应当要以工程需求为主，研究其中有意义、有价值的科学问题。当然，对于当前的研究热点也不应当盲目追求，一定要结合自己的知识积累，专攻的方向以及研究兴趣，还有周围的环境和整个社会的需求综合考虑。对于初学者，必须扎实地掌握基础专业知识和基本的数学知识，才能更好地理解物理现象背后的科学原理。然后，根据自己的科研兴趣，紧密的追踪国际上前言研究的发展动态，这有利于帮助研究人员提炼适合自己的研究方向和研究问题。
相对来说，声学是一个比较古老的学科，有很多物理专业的研究人员进行大量的研究工作，对于我们来说，应当从实际工程的应用角度考虑，要更加注意新的机遇，比如振动与噪声控制中的主动控制这个概念，以前提的较少，但是现在由于计算能力、超材料制备加工等技术的发展，可以很好解决以前遇到的许多难题。总而言之，应当综合考虑如下因素：基础知识的掌握；科学前言研究的进展；实际工程问题的需求；注意到新的机遇；才能更好提炼出最适合自己的研究方向。
问：噪声控制方式中主要是对噪声源以及噪声传播路径的控制，那么对于建筑设备中长期存在的结构噪声、流动噪声而言，您认为比较有效的解决途径是什么？
答：
一般来说，噪声控制主要从声源、传播路径、接收三个方面进行考虑。按照重要程度，如果可以有效地控制声源或者振源，噪声问题就能够很好地解决。对于复杂的建筑设备，特别是在低频情况下，如果对声源控制不是非常有效的话，其能量的传播路径非常丰富，传播效率非常高，衰减非常弱，很难对噪声进行有效地控制。因而应该先从振动源和噪声源上考虑是否可以控制其噪声的产生，即使是对声波的传播路径上进行考虑，也是在离声源传播比较近的位置进行控制才是最有效的。比如声学黑洞（ABH）现象，是把分散的能量非常有效的集中在特定的部位，这样的话，使用少量的阻尼材料、吸音材料就可能把声音有效地吸收。
问：对于初学者而言，应当如何学习以及快速入门声学及噪声控制这个领域？
答：
基础知识、基础理论的学习和掌握是必不可少的。尤其在入门一个新的领域时，对其基础知识的掌握，不要急于求成，要循序渐进，踏实打好基础，在学习理论的同时，一定要思考其物理意义，这一点对实际工程问题的解决也是十分重要的，科学研究最后都要服务于实际问题本身。再者，在基础建立之后，要追寻国际上前言的研究结果，借鉴他人的成果和思想服务于自己的研究问题。最后，任何一个人做科研很难单打独斗的，要注重团队合作精神，注重学科交叉，借鉴他人的成功经验，同时善于运用自己以前积攒的知识，总而言之，无论从物理上、数学上还是实际工程上来说，扎实的理论和数学功底是非常必要的。
撰稿人：刘哲
采访人：刘哲
校对：宋广凯
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