車両、電化製品、産業からの慢性的な低周波騒音は精神的健康に悪影響を及ぼし、ストレスや不安を引き起こします。従来の音響サイレンサーは、低周波数での効果的な騒音低減を実現するために、かさばる設計を必要としました。

音響メタマテリアルの最近の進歩は遅波効果を利用しており、よりコンパクトな設計で低周波ノイズを低減できる可能性が示されています。中でも注目に値するのは、継続的に速度を低下させながら音響ブラック ホール (ABH) を生成できるデバイスです。音波速度がゼロになるまで。もう 1 つの代替方法は、音響レインボー トラッピング (RT) です。これは、音波が構造内の特定の経路に閉じ込められ、異なる周波数を別々の場所で分離してトラップします。

これらの効果を利用して、機械工学科のソン・キョンジュン教授率いる韓国の釜山大学の研究チームは、革新的なコイル状メタサイレンサーを開発しました。

「当社のメタサイレンサーは、4 つの並列共振器を備えたコンパクトな設計を特徴としています。各共振器には、低周波ノイズを効率的に低減するために ABH および RT 機構を利用するコイル状のマルチスリットが含まれています」と Song 教授は説明します。彼らの研究は、出版されたで機械システムと信号処理ジャーナル。

メタサイレンサーの設計は、立方体導波路の周りに並列に配置された 4 つの共振器を特徴としています。各共振器は、内部空洞、マルチスリット、入口の 3 つのセクションで構成されています。マルチスリットは、二次的なホーン状のプロファイルで共振器の上部と底部に配置されたスリットを特徴とし、入口で広がり、キャビティに向かって徐々に狭くなり、音響インピーダンスを徐々に変化させ、ABH効果を促進します。

さらに、周波数が増加すると、マルチスリットが周波数に基づいて独立した共振器として機能し、RT 効果が生じます。RT 効果はスリットの長さと周波数の間に反比例の関係を示すため、研究者らはコイル状に巻いたスリット設計を実装して、効率的な RT を達成しました。低周波。

研究者らは、スリットの長さによって分類された 3 つの異なる共振器設計を開発し、シミュレーションと実験による検証を使用してその性能を評価しました。モデル1はストレートスリット、モデル2はモデル1に比べて上部のスリットが1.3倍、下部のスリットが0.7倍短くなりました。モデル3はモデル2の構造をコイル状に巻いたスリット構造を取り入れています。

結果は、メタサイレンサーが 3 つの主要な遮音モードで動作することを示しました。つまり、基本平面波モード、ABH 効果によって引き起こされる複数スリット局在モード、および RT 効果によって生成される単一スリット局在モードです。モデル 3 にコイル状に巻いたスリットを組み込むことで、音波の速度がゼロに達する周波数が 728 Hz にシフトし、性能が向上しました。

さらに、200 ～ 1800 ヘルツ (Hz) の広い帯域にわたって平均実験音透過損失 (STL) 6.73 デシベル (dB) と吸収係数 0.49 を達成しました。研究者らはまた、背中合わせに配置された2つのメタサイレンサーで構成されるデュアルシリーズアレイメタサイレンサーを設計しました。これにより、平均STLが13.07 dBとほぼ2倍になり、最大吸収係数が0.9になりました。

「従来の大型サイレンサーとは異なり、このコンパクトなメタサイレンサーは、小型化された機械や、エンジンルームや機械の筐体などの狭いスペースに直接組み込むことができ、発生源でターゲットを絞った低周波騒音の低減を実現します。この技術は、次のような分野に応用できます。」航空業界では、より静かな客室を実現し、建設、交通、騒音などの騒音も軽減します。産業活動で都市部、家が静かになり、生活の質が向上します」とソング教授は言います。「プロトタイプの開発とテストの計画はすでに進行中で、今後 2 ～ 3 年以内に最初の商用製品が市場に投入され、より静かな生活環境と作業環境への道が開かれると予想しています。」

詳細情報:

Soo-Seong Lee 他、コイル状メタサイレンサーにおける音響減衰の強化: レインボー トラップによる広帯域低周波ノイズ制御、機械システムと信号処理（2024年）。DOI: 10.1016/j.ymssp.2024.111744引用: