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조정 가능한 음향 메타물질 기반 저주파 광대역 음향 흡수체
대표 URL https://doi.org/10.1063/5.0038940
작성자 관리자 게시일 2021.06.28 조회수 514

조정 가능한 음향 메타물질 기반 저주파 광대역 흡음체

 

현재의 흡음 재료는 그것의 국소적인 공명 특성을 조정할 수 없어 고정된 흡음 스펙트럼을 갖는다. 이러한 조정 불가능한 공명 특성은 소음 제어가 필요한 환경에서 고려할 수 있는 많은 잠재적인 응용 기술을 어렵게 한다. 따라서 재구성 가능한 기하학적 구조를 가지며 파장 이하의 두께만으로 실제 소음 스펙트럼에 부합하는 흡음 대역을 갖는 음향 흡수체를 개발할 필요성이 있다. 이러한 맥락 가운데 난징 대학교의 Jing Yang 교수 연구팀은 파장보다 매우 작은 두께를 갖고, 마이크로 슬릿을 갖는 여러 개의 튜브가 동심원 모양으로 배치됨으로써 구성된 다층 링 구조의 조정 가능한 저주파 음향 흡수체를 제안했다. 이 기술은 작동 주파수를 낮추고 동시에 흡음 효율을 크게 증가시킨다. 제안된 메타구조를 해석하기 위한 이론적 모델은 마이크로 슬릿 흡수체 이론이 기반한 음향 등가 회로로부터 얻어졌다. 이 구조에서는 중간에 삽입된 마이크로 슬릿 튜브를 0°부터 180°까지 회전시킴으로써 우수한 임피던스 조절 능력을 확보하였다. 이 구조는 넓은 작동 주파수 대역에서 메타물질 흡수체의 연속적인 조정을 가능하게 한다. 시뮬레이션 결과와 측정 결과 모두 280–572 Hz 범위에서 매우 효율적인 흡음 성능(최소 0.9)을 가짐을 보여주었다. 입사각에 따른 흡음 성능은 경사 입사 시뮬레이션을 통해 확인되었다. 또한 본 연구팀은 제안된 조정 가능한 흡음 메커니즘을 기반으로 조정 가능한 광대역 흡음 대역을 갖는 하이브리드 메타물질 음향 흡수체를 설계하였다. 이 기술은 흡음 대역 조정의 용이함, 체적의 작음, 고효율성, 넓은 입사각에서의 높은 흡음 성능 및 제조의 용이함 등의 이점으로 인해 소음 제어와 같은 실제 공학 응용 분야에 적용되는 흡음 메타물질을 구현하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

 

출처: Xu, Z. X., Meng, H. Y., Chen, A., Yang, J., Liang, B., & Cheng, J. C. (2021). Tunable low-frequency and broadband acoustic metamaterial absorber. Journal of Applied Physics, 129(9), 094502.
 

[담당자: 최해진(haejin_choi_1120@kimm.re.kr, 7997)]

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