şşşş! Səs-küyə nəzarətin gələcəyi 3D-çap edilmiş labirintlər vasitəsilə bükülür

Bağlantılar Cədvəli

Abstrakt və 1 Giriş

2 Vahid hüceyrə dizaynı və təhlili

3 Vahid hüceyrənin eksperimental və ədədi xarakteristikası

4 Rainbow AM labirint panel

4.1 Panelin dizaynı və istehsalı

AM panelinin 4.2 FE modeli

4.3 AM panelinin xarakteristikası

4.4 AM panel səs udma nəticələri

5 Müxtəlif labirint səs udma panel həllərinin ədədi qiymətləndirilməsi

5.1 Arxa boşluqlu makrosel

5.2 Nəticələr

Nəticələr, Təşəkkürlər və İstinadlar

Əlavə I

mücərrəd

Bu işdə biz müxtəlif ölçülü kosmik qıvrımlı labirint akustik elementar elementar elementar hüceyrələrlə dizayn edilmiş 3-D çap panelinin effektiv səs-küyün udulmasını konsepsiya təcrübəsində nümayiş etdiririk. Labirint vahid hüceyrələri onların udma xüsusiyyətlərini müəyyən etmək üçün analitik və ədədi olaraq təhlil edilir və sonra udma xüsusiyyətlərinin hüceyrə qalınlığından və yan ölçüsündən asılılığını yoxlamaq üçün empedans borusunda hazırlanır və eksperimental sınaqdan keçirilir. Vahid hüceyrənin rezonans tezliyinin nəzərdən keçirilən diapazonda həm qalınlığa, həm də yanal ölçüyə görə təxminən xətti olaraq miqyaslandığı görülür ki, bu da iş tezliyinin asan tənzimlənməsinə imkan verir. Bu məlumatlardan istifadə edərək, akustik "göy qurşağı" effektindən istifadə edərək, müxtəlif ölçülü hüceyrələrin kvazi dövri qəfəsdə düzülməsi, yəni daha geniş udma spektri yaratmaq üçün müxtəlif hüceyrələrin tezlik reaksiyasının üst-üstə düşməsi, hədəf tezlik diapazonunu əhatə etməklə, 800 və 140 Hz-dən daha çox işıq udma arasında seçilən düz panel dizayn edilir və müxtəlif həndəsələrə tətbiq oluna bilmək üçün modul formada hazırlanmışdır. Panelin performansı kiçik miqyaslı reverberasiya otağında eksperimental olaraq təsdiqlənir və istənilən əməliyyat tezliyində ideal dəyərlərə yaxın bir udma nümayiş etdirilir. Beləliklə, bu iş səs-küyün azaldılması panel həlləri üçün dizayn prosedurunu təklif edir və tənzimlənə bilən orta və aşağı tezlikli səs zəifləməsi üçün labirint metamateriallarının çox yönlü və effektivliyinin eksperimental sübutunu təqdim edir.

1 Giriş

Son illərdə akustik metamateriallar (AM) təbii materiallarda tez-tez rast gəlinməyən müstəsna xüsusiyyətlərinə görə geniş diqqət qazanmışdır [1-3]. AM-lər potensial olaraq istənilən tezlik spektri üçün uyğunlaşdırıla bilən dərin dalğa uzunluğunda qalınlığa malik yeni nəsil akustik uducuların və diffuzorların inkişafına yol aça bilər [4]. Onların istifadəsi aşağı tezlikli absorbsiyaya nail olmaq kimi ənənəvi problemə yeni imkanlar gətirir [5]. Bundan əlavə, AM-lər səs-küyün azaldılması, eyni zamanda konstruksiyaların ölçülərinin və çəkisinin azaldılması [6] baxımından bir qatlı kütlə qanunu, ikiqat rezonans tezliyinin tənzimlənməsi və məsaməli absorber qalınlığının optimallaşdırılması [7] əsasında ənənəvi texnologiyaların məhdudiyyətlərindən kənara çıxma imkanı təklif edir. Xüsusilə, bu yeni materiallar perspektivli görünür və bazarın dizayn/texnoloji tələbləri tərəfindən qoyulan qalınlıq və çəki məhdudiyyətlərinə cavab verir, məsələn, aeronavtikada təyyarə salonu dizaynında [8]. Köklənmiş və ya optimallaşdırılmış performans üçün AM-lər məsaməli materiallar [9], Helmholtz rezonatorları [10] və ya gərgin membranlar [11,12] kimi adi həllər ilə birləşdirilə bilər. Məlumdur ki, mükəmməl udma kritik birləşmə vəziyyəti baş verdikdə əldə edilə bilər, burada termoviskoz itkilər enerji sızması ilə tam balanslaşdırılır [13]. Dalğaaltı rejimdə belə mükəmməl udma, məsələn, şaquli Helmholtz rezonatorlarının [14] dövri massivləri ilə, eləcə də boşqab-rezonator/qapalı dalğa ötürücü strukturları ilə [15] əldə oluna biləcəyi göstərilmişdir. Bununla belə, bu AM-lərin işləmə tezlikləri çox vaxt kifayət qədər dar olur və ya genişzolaqlı işləməyi təmin etmək üçün strukturların həcmli olması lazımdır. Bu problemi həll etmək üçün indiyədək dəyişən parametrlərə və deməli iş tezliklərinə malik akustik rezonatorlarda [16,17] və ya asimmetrik məsaməli absorberli sistemlərdə [18] “göy qurşağı tutma” konsepsiyası qəbul edilmişdir.

Son illərdə ortaya çıxan AM-nin xüsusilə maraqlı növü “labirint” və ya “buruqlu” strukturlardır [19]. Bunlar, son dərəcə yüksək effektiv sındırma indeksinə (və beləliklə, effektiv dalğa sürətinin azalmasına) və “ikiqat mənfiliyə” nail olmaq imkanı verən dalğa uzunluğunun en kəsiyinin əyri kanallarında akustik dalğanın yayılmasından istifadə etməyə əsaslanır, yəni eyni zamanda effektiv mənfi sıxlıq və ya həcmli dispersiya [2]0. Konik 2-D labirint dizaynlarının səmərəli udma üçün əsas olan optimal genişzolaqlı empedans uyğunluğuna nail olduğu da göstərilmişdir [21]. Konsepsiya həmçinin 2-D-dən 3-D kosmik qıvrımlı labirint strukturlarına qədər genişləndirilmişdir [22]. Nəzəri cəhətdən proqnozlaşdırılan genişzolaqlı mənfi sındırma indeksinin eksperimental nümayişi əks etdirmə və ya ötürmə ölçmələri və 3 ölçülü termoplastik labirint nümunələrində iki ölçülü prizma əsaslı ölçmələr vasitəsilə əldə edilmişdir [23]. Hilbertə bənzəyən fraktal akustik metamateriallar da aşağı tezlikli akustik dalğanın zəifləməsinə nail olmaq üçün dizayn edilmiş, 3-D çap vasitəsilə hazırlanmış və eksperimental olaraq xarakterizə edilmişdir [24,25]. Geniş tezlik diapazonlarında (və müxtəlif enmə bucaqları üçün) yüksək səviyyəli səs udulmasına nail olmaq üçün 3 ölçülü “bir portlu” labirint strukturları təklif edilmişdir [26]. Böyük tənzimləmə qabiliyyətini təmin edən labirint AM-nin başqa bir nümunəsi hörümçək torundan ilhamlanmış strukturlardır ki, bu strukturlarda kənar boşluqların əlavə edilməsi dispersiya xassələrini manipulyasiya etmək, bant boşluqlarının və ya mənfi qrup sürətlərinin görünüşünü idarə etmək və ötürmə/əksetmə xüsusiyyətlərini uyğunlaşdırmaq imkanlarını daha da artıra bilər [27]. Bir sıra tədqiqatlar göstərdi ki, Wunderlich əyriləri kimi boşluq doldurma strukturlarının istifadəsi kanalın əyilmə qabiliyyətini dəyişdirməklə ötürülmə, əksetmə və udulmanı səmərəli şəkildə idarə edə bilər ki, ümumi genişzolaqlı əksetmə/udma, məsələn, kanal uzunluğunu tənzimləməklə əldə edilə bilər [28,29].

Beləliklə, labirint və boşluq dolduran AM-lər həndəsi dizayn parametrlərini (məsələn, kanalın əyriliyi və ya uzanması və boşluq ölçüsü) tənzimləməklə böyük tezlik diapazonlarında, xüsusən də dalğa uzunluğu rejimində səsin idarə edilməsinə nail olmaq üçün çox rahat və səmərəli üsul təmin etmişdir. Bu cür uyğunlaşma, uducuların struktur ölçüsünə qoyulan məhdudiyyətlərin səmərəlilik və yüklülük arasında uyğunlaşmalar tətbiq etdiyi kiçik və orta miqyasda səs-küy udma tətbiqlərinə böyük fayda verə bilər. Orta sıxlığı 75 kq/m3 [30] olan sendviç panellərdəki şüşə yun və ya köpüklər kimi kifayət qədər qalın adi akustik uducu materiallar geniş tezlik diapazonlarında akustik dalğa enerjisini udmaq qabiliyyətinə malikdir, lakin onların həcmli xüsusiyyətləri onların aşağı tezlikli udma üçün geniş tətbiqini məhdudlaşdırır. Bundan əlavə, yüngül xüsusiyyətlər aerokosmik və avtomobil sənayesində və ya digər texnoloji sahələrdə cihazlarla işləyərkən mühüm əhəmiyyət kəsb edir [8]. Hal-hazırda ədəbiyyatda az sayda tədqiqat [31], bildiyimiz qədər metamaterial əsaslı panellər kimi böyük strukturlar üzrə ətraflı akustik xarakteristikası tədqiqatları təqdim etmişdir, lakin labirint tipli panellər üzrə heç bir tədqiqat yoxdur. Bundan əlavə, potensial iş şəraitinə daha yaxın olan strukturlarda, yəni diffuz sahə şəraitində labirint AM performansını araşdırmaq ehtiyacı yaranır.

Bunu nəzərə alaraq, hazırkı tədqiqat bükülmüş labirint akustik rezonatorların dizaynını, onların 3-D çap edilmiş “göy qurşağı” panelində uyğun birləşməsini araşdırır və səmərəli genişzolaqlı səs-küyün udulmasını nümayiş etdirmək üçün konsepsiya sübutu təcrübəsi təqdim edir. Sənəd aşağıdakı iş prosesini təsvir edir. Labirint Vahid Hüceyrələrin (UC) dizaynı və onların udma spektrlərinin analitik modeli Bölmə 2-də təsvir edilmişdir. Layihələndirilmiş UC üçün eksperimental və ədədi xarakteristikalar və analitik modellə müqayisə 3-cü bölmədə verilmişdir Bölmə 4-də təsvir edilmişdir. Nəhayət, panelin ənənəvi uducu material ilə birləşməsinin ədədi tədqiqi Bölmə 5-də təsvir edilmişdir.