차량, 가전제품, 산업계에서 발생하는 만성 저주파 소음은 정신 건강에 큰 타격을 주어 스트레스와 불안을 유발합니다.기존의 음향 소음기는 저주파에서 효과적인 소음 감소를 달성하기 위해 부피가 큰 설계가 필요했습니다.

음향 메타물질의 최근 발전은 서파 효과를 활용하고 보다 컴팩트한 설계로 저주파 소음을 줄일 수 있는 가능성을 보여주었습니다.그 중 주목할 만한 것은 음향 블랙홀(ABH)을 지속적으로 느리게 생성할 수 있는 장치이다.음파속도가 0이 될 때까지.또 다른 대안은 음파가 구조 내의 특정 경로에 국한되어 서로 다른 위치에서 서로 다른 주파수를 분리하고 트래핑하는 음향 레인보우 트래핑(RT)입니다.

이러한 효과를 활용하여 한국 부산대학교 기계공학과 송경준 교수가 이끄는 연구팀은 혁신적인 코일형 메타 소음기를 개발했습니다.

"우리의 메타 소음기는 효율적인 저주파 소음 감소를 위해 ABH 및 RT 메커니즘을 활용하는 코일형 다중 슬릿을 각각 포함하는 4개의 병렬 공진기로 구성된 컴팩트한 디자인을 특징으로 합니다."라고 Song 교수는 설명합니다.그들의 연구는출판됨에서기계 시스템 및 신호 처리신문.

메타 소음기 설계는 입방체 도파관 주위에 병렬로 배치된 4개의 공진기를 특징으로 합니다.각 공진기는 내부 공동, 다중 슬릿 및 입구의 세 부분으로 구성됩니다.멀티 슬릿은 2차 뿔 형태의 프로파일로 공진기 상단과 하단에 배치된 슬릿을 특징으로 하며 입구에서 넓어지고 캐비티 쪽으로 점차 좁아지며 음향 임피던스를 점진적으로 변경하여 ABH 효과를 촉진합니다.

또한, 주파수가 증가함에 따라 다중 슬릿은 주파수에 따라 독립적인 공진기 역할을 하여 RT 효과를 발생시킵니다.RT 효과는 슬릿 길이와 주파수 사이에 반비례 관계를 나타내기 때문에 연구진은 효율적인 RT를 달성하기 위해 코일형 슬릿 설계를 구현했습니다.저주파.

연구원들은 슬릿 길이에 따라 분류된 세 가지 서로 다른 공진기 설계를 개발하고 시뮬레이션과 실험적 검증을 사용하여 성능을 평가했습니다.Model 1은 직선 슬릿을 특징으로 하는 반면, Model 2는 Model 1보다 상단 슬릿이 1.3배 더 길고 하단 슬릿이 0.7배 더 짧습니다. Model 3은 Model 2의 구조에서 코일형 슬릿 구조를 통합했습니다.

결과는 메타 소음기가 기본 평면파 모드, ABH 효과에 의해 유도된 다중 슬릿 국지화 모드, RT 효과에 의해 생성된 단일 슬릿 국지화 모드의 세 가지 주요 사운드 차단 모드에서 작동한다는 것을 보여주었습니다.Model 3에 코일형 슬릿을 통합하면 음파 속도가 0에 도달하는 주파수를 728Hz로 이동하여 성능이 향상되었습니다.

또한 넓은 200~1800헤르츠(Hz) 대역에서 평균 실험적 음향 전송 손실(STL) 6.73데시벨(dB)과 흡수 계수 0.49를 달성했습니다.또한 연구원들은 연속적으로 배열된 2개의 메타 소음기로 구성된 듀얼 시리즈 어레이 메타 소음기를 설계했는데, 이는 평균 STL을 13.07dB로 거의 두 배, 최대 흡수 계수를 0.9로 두 배 높였습니다.

"기존의 대규모 소음기와는 달리 이 소형 메타 소음기는 소형화된 기계와 엔진실 및 기계 인클로저와 같은 좁은 공간에 직접 통합될 수 있어 소스에서 목표로 하는 저주파 소음 감소 기능을 제공합니다. 이 기술은 다음과 같은 분야에 적용될 수 있습니다.더 조용한 객실을 구현하고 건설, 교통 및 소음을 ​​줄이기 위한 항공산업 활동~에도시 지역, 집을 더 조용하게 만들고 삶의 질을 향상시킵니다."라고 송 교수는 말합니다."이미 진행 중인 프로토타입 개발 및 테스트 계획을 통해 우리는 향후 2~3년 내에 시장에 최초의 상용 제품이 출시되어 보다 조용한 생활 및 작업 환경을 위한 길을 열 것으로 기대합니다."

추가 정보:

이수성 외, 코일형 메타 소음기의 향상된 음향 감쇠: 레인보우 트래핑을 통한 광대역 저주파 소음 제어,기계 시스템 및 신호 처리(2024).DOI: 10.1016/j.ymssp.2024.111744소환: