聲波是一種機械波，它是由空氣或其他介質中的分子振動產生的。聲音的頻率決定了它的音調，而聲音的振幅決定了它的響度。我們人類可以聽到的聲音頻率大約在20赫茲到20千赫茲之間，超出這個范圍的聲音稱為超聲波和次聲波。

有時候，我們不想聽到某些聲音，比如噪音或干擾，因為它們會影響我們的生活質量或工作效率。這時候，我們就需要一種方法來隔絕或吸收這些不想聽到的聲音。這種方法就是聲學隔音。

聲學隔音有兩種基本原理：一種是反射，就是利用一些硬質或密度大的材料來反射入射的聲波，使其不能進入目標區域；另一種是吸收，就是利用一些軟質或密度小的材料來吸收入射的聲波，使其轉化為熱能或其他形式的能量，從而減小其強度。

反射原理比較簡單，但是有一個缺點，就是反射出去的聲波可能會造成其他地方的噪音污染。而吸收原理比較復雜，但是有一個優點，就是可以有效地消除噪音。因此，在本文中，我們主要關注吸收原理。

要實現吸收原理，我們需要一種特殊的材料，叫做聲學超材料。這種材料不是自然存在的，而是人工設計和制造的。它具有一些非常奇特和有趣的性質，這些性質使得聲學超材料可以實現一些常規材料無法實現的功能，比如完美吸收器。

在本文中，我們要介紹的是一種基于亥姆霍茲共振器的聲學超材料表面。亥姆霍茲共振器是一種簡單而古老的裝置，它由一個空腔和一個開口組成。當空氣通過開口進入或出去時，空腔內部會產生一個壓力變化，從而導致空氣振動。如果入射的聲波頻率與空腔內部振動頻率相匹配，那么就會發生共振現象，即空腔內部振動幅度增大，并且消耗入射聲波的能量。這樣就實現了對特定頻率聲波的吸收。

Helmholtz共振器可以用來制造各種形狀和大小的聲學超材料表面。發表在《應用物理學雜志》（Journal of Applied Physics）的一篇論文中，作者使用了一個非常便宜且容易獲取的材料——乒乓球，來制作了一個亥姆霍茲共振器。他們在每個乒乓球上鉆了一個小孔，并將它們排列成一個二維數組。每個乒乓球都可以看作一個亥姆霍茲共振器，其空腔就是球內部，其開口就是小孔。這樣，整個數組就構成了一個聲學超材料表面。

作者使用了有限元方法來數值模擬這個聲學超材料表面的聲學性能，并且在一個聲學混響箱中進行了實驗驗證。他們發現，這個聲學超材料表面可以實現對低頻聲波的寬帶隔音效果。具體來說，他們發現了以下幾個有趣的現象：

• 當兩個相鄰的乒乓球之間有一定的距離時，它們之間會產生耦合作用，從而導致兩個共振頻率的出現。這樣就增加了吸收頻帶的數量和寬度。

• 當在乒乓球數組后面加上一個厚度為1厘米的亞克力板時，可以進一步增強吸收效果。這是因為亞克力板可以阻止反射波的干擾，并且可以提供一個剛性支撐。

• 當改變乒乓球上小孔的直徑時，可以調節共振頻率的位置和強度。這樣就可以根據需要設計出不同的隔音方案。

總之，作者展示了一種用乒乓球做聲學隔音的創新方法，它既簡單又有效，既便宜又靈活。這種方法為低頻聲波的控制和操縱提供了一種新的途徑，也為聲學超材料表面的設計和應用提供了一種新的思路。