1/4 공진기 기반 음향 메타물질의 광대역 차음성능 평탄화를 위한 내부 구조 설계 (Parametric Design for the Broadband Flatness of Acoustic Metamaterial Based on a 1/4 Resonator)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 33권 / 4호 / 179 ~ 189페이지
· 저자명 : 백승호, 박상후

초록

가청영역(20~20000 Hz)의 차음을 위한 전통적인 차음구조는 통상적으로 작동 영역이 좁고 차음구조에 따른 부피가 커지는 단점이 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 다양한 음향 메타물질이 제시되었으며, 그중 한 사례가 유로 주위로 다수의 QR을 배열하여 연속적인 공진을 통해 전송손실을 평탄화한 사례가 있다. 이를 통해 단일 가지 공진 구조에 비하여 최대-최소 전송손실 차이가 2.15 dB 감소하고, 표준편차는 0.22 가량 감소한 반면 평균 전송손실은 1.1 dB 증가하여 차음 전송손실의 평탄화와 차음성능의 향상을 동시에 달성하였다.
본 논문은 이러한 기존 사례에 기반을 두고 음향 메타물질 구조 내부에 구조를 형성하여 전송손실의 평탄성 및 전송손실을 향상시키고자 하였다. 이를 위하여 내부 구조 적용을 위한 5가지 파라미터(장애물 유형, 크기, 모양, 간격, 배치 유형)를 선정하고 2단계에 걸쳐 파라미터 분석을 수행하였다. 결과적으로 반경 0.25 mm의 원과 면적이 같은 정사각형의 구멍이 유로 간에 수직/수평 교차로 뚫려있을 때(Horizontal-Vertical-Cross_05) 기존 음향 메타물질과 비교하여 평균 전송손실 0.03 dB 감소로 동일 수준, 표준편차가 0.25 감소, 최대-최소 전송손실 차이 1.18 dB를 감소시켜 평균적으로 기존안과 유사한 차음량을 보장하면서도 우수한 평탄성을 보이는 음향메타물질을 설계하였다. 향후 실험을 통해 본 논문에서 제시한 최적안을 통한 성능 향상을 임피던스 튜브 실험을 통해 검증하고자 한다.

영어초록

For low-frequency sounds, within the audible region (20~20000 Hz), an insulation plate is traditionally used in order to control for the sounds’ resonance. This method has some disadvantages however, due to its narrow operating frequency zone, and the thickness of an insulation plate’s volume, which varies according to the operating sound wavelength. Recently, acoustic metamaterials have been developed in order to overcome such limitations. In this work, we have studied the design parameters of a 1/4 resonator in order to design a modified 1/4 resonator which flattens transmission loss by shaping its inside structures. The resonator consists of continuous resonance arrangements around a central sound flow path, with this resonator having been originally designed in a previous study. Five design parameters for internal structure application were selected, and then parameter analyses were performed via two steps. As a result, through the formation of the internal structure, we can achieve a new acoustic metamaterial structure which has smaller standard deviation and a smaller difference between the maximum and minimum transmission loss compared to those of the previous one. Through this work, we optimized the 1/4 resonator to be the higher broadband flatness of transmission loss.

참고자료

· 없음