随着经济社会不断的发展和人们对生态环境质量要求的提高,噪声问题逐渐走进国内外研究学者的视野并已经成为研究热点。在噪声控制方面,由于受限于质量定律,传统降噪材料或结构难以对低频噪声进行有效控制,无法满足有效降低低频噪声的需求。因此,需要研发出针对低频声波控制的新型降噪材料。声学超材料的出现为控制低频声波提供了新的途径,有效的解决了低频噪声难以控制的问题。通过人工复合结构,可以在小体积、轻质的情况下实现低频宽带隔声效果。本文基于神经网络设计了一种螺旋颈Helmholtz共振腔管道消声器,该结构可以在保证完美通风的同时有效衰减中低频段噪声。本文的主要研究内容包括以下几个方面:首先,基于声学理论和有限元仿真原理建立螺旋颈Helmholtz共振腔模型并验证该模型。用COMSOL Multiphysics仿真验证螺旋结构的添加可以有效降低共振频率并改变螺旋部分声速,在降低了隔声峰值频率的同时提高了热粘性损耗。添加螺旋结构可以使隔声曲线峰值频率从248Hz降低到138Hz,其隔声量仍保持较高水平,说明添加螺旋结构在保证体积不变的情况下,实现了降低隔声峰值频率并提高隔声量的目的。系统仿真分析螺旋颈Helmholtz共振腔串并联以及结构几何尺寸对隔声性能的影响,为后续设计组合宽带消声器提供设计依据。初步设计由7个腔体构成的组合结构,并通过仿真及实验分析得出,在290Hz～425Hz和550Hz～1255Hz可以实现20d B以上隔声量,达到较好隔声效果。其次,通过神经网络对预设带宽消声器进行设计,并进行仿真与实验分析。确定以设计中低频宽带高隔声量消声器为目的,通过神经网络在满足3D打印条件并考虑组合要求的前提下,设计由8个腔体构成的组合消声器。结果表明,在400Hz～1800Hz均能实现20d B以上隔声量,其中在450Hz～1600Hz的范围除680Hz附近产生谷值,均能实现30d B以上隔声量,基本实现设计宽带高隔声量消声器的目的。再次,通过提高腔体间的耦合作用对基于神经网络设计的组合结构再次进行优化。通过仿真发现,在300Hz到700Hz腔体间开取5mm缝隙,可以有效提高耦合作用,既能改善680Hz位置谷值,又能通过2000Hz附近的二阶隔声峰拓展隔声带宽,仿真与实验结果表明,在400Hz～2300Hz都能实现20d B以上隔声量,在430Hz～2220Hz可以实现30d B以上隔声量,从而实现了设计中低频段宽带高隔声量管道通风消声器的目的。最后,对所设计管道消声器结构的通风性能以及串联后隔声性能进行研究。分析通风性能发现通风速率均保持在99.9%以上,能实现完美通风效果。其次对优化后两个组合结构进行串联设计,实验结果表明在287Hz～2344Hz,可以实现20d B以上隔声,1/3倍频带测试结果显示,在255Hz～6300Hz均能实现20d B以上隔声量,在442Hz～1990Hz均能实现50d B以上隔声量,表明所设计的螺旋颈Helmholtz共振腔可通过串联来提高隔声性能,达到宽带高隔声的目的,为解决管道隔声问题提供新方案。