शशश! शोर नियंत्रण का भविष्य 3D-मुद्रित भूलभुलैया से होकर गुज़र रहा है

लिंक की तालिका

सार और 1 परिचय

2 यूनिट सेल डिजाइन और विश्लेषण

3 यूनिट सेल प्रयोगात्मक और संख्यात्मक लक्षण वर्णन

4 रेनबो एएम भूलभुलैया पैनल

4.1 पैनल डिजाइन और निर्माण

4.2 एएम पैनल का एफई मॉडल

4.3 एएम पैनल लक्षण वर्णन

4.4 AM पैनल ध्वनि अवशोषण परिणाम

5 विभिन्न भूलभुलैया ध्वनि अवशोषण पैनल समाधानों का संख्यात्मक मूल्यांकन

5.1 बैकिंग कैविटी के साथ मैक्रोसेल

5.2 परिणाम

निष्कर्ष, आभार और संदर्भ

परिशिष्ट I

अमूर्त

इस कार्य में, हम एक अवधारणा प्रयोग के प्रमाण में 3-डी मुद्रित पैनल के कुशल शोर अवशोषण को प्रदर्शित करते हैं, जिसे विभिन्न आकारों के उचित रूप से व्यवस्थित अंतरिक्ष-कुंडलित भूलभुलैया ध्वनिक प्राथमिक कोशिकाओं के साथ डिज़ाइन किया गया है। भूलभुलैयानुमा इकाई कोशिकाओं का विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक विश्लेषण करके उनके अवशोषण विशेषताओं का निर्धारण किया जाता है और फिर कोशिका की मोटाई और पार्श्व आकार पर अवशोषण विशेषताओं की निर्भरता को सत्यापित करने के लिए प्रतिबाधा ट्यूब में उनका निर्माण और प्रयोगात्मक परीक्षण किया जाता है। इकाई सेल की अनुनाद आवृत्ति को विचारित सीमा में मोटाई और पार्श्व आकार दोनों के संबंध में लगभग रैखिक रूप से स्केल करते हुए देखा जाता है, जिससे कार्यशील आवृत्ति की आसान ट्यूनेबिलिटी संभव हो जाती है। इन आंकड़ों का उपयोग करके, एक फ्लैट पैनल को अर्ध-आवधिक जाली में विभिन्न आयामों की कोशिकाओं को व्यवस्थित करके डिज़ाइन और निर्मित किया जाता है, ध्वनिक "इंद्रधनुष" प्रभाव का दोहन करते हुए, यानी विभिन्न कोशिकाओं की आवृत्ति प्रतिक्रिया को एक व्यापक अवशोषण स्पेक्ट्रम उत्पन्न करने के लिए सुपरइम्पोज़ करना, जो 800 और 1400 हर्ट्ज के बीच चुनी गई लक्ष्य आवृत्ति रेंज को कवर करता है। पैनल पारंपरिक ध्वनि अवशोषण समाधानों की तुलना में पतला और अधिक हल्का है और मॉड्यूलर रूप में डिज़ाइन किया गया है, ताकि विभिन्न ज्यामिति पर लागू हो सके। पैनल के प्रदर्शन को प्रयोगात्मक रूप से एक छोटे पैमाने के प्रतिध्वनि कक्ष में मान्य किया गया है, और संचालन की वांछित आवृत्तियों पर आदर्श मूल्यों के करीब अवशोषण का प्रदर्शन किया गया है। इस प्रकार, यह कार्य शोर-शमन पैनल समाधान के लिए एक डिजाइन प्रक्रिया का सुझाव देता है और ट्यूनेबल मध्य से निम्न आवृत्ति ध्वनि क्षीणन के लिए भूलभुलैया मेटामटेरियल की बहुमुखी प्रतिभा और प्रभावशीलता का प्रायोगिक प्रमाण प्रदान करता है।

1 परिचय

हाल के वर्षों में, ध्वनिक मेटामटेरियल्स (एएम) ने अपने असाधारण गुणों के कारण व्यापक ध्यान आकर्षित किया है, जो आमतौर पर प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पदार्थों में नहीं पाए जाते हैं [1–3]। एएम संभावित रूप से गहरी-उप-तरंगदैर्ध्य मोटाई के साथ ध्वनिक अवशोषक और डिफ्यूज़र की एक नई पीढ़ी के विकास का मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं, जिसे वांछित आवृत्ति स्पेक्ट्रम के लिए तैयार किया जा सकता है [4]। उनका उपयोग कम आवृत्ति अवशोषण प्राप्त करने की पारंपरिक समस्या में नई संभावनाएँ लाता है [5]। इसके अलावा, एएम शोर में कमी के मामले में उच्च प्रदर्शन प्राप्त करने की संभावना प्रदान करते हैं, और साथ ही संरचनाओं के आकार और वजन को कम करते हैं [6], एकल परत द्रव्यमान कानून, डबल लेयर अनुनाद आवृत्ति ट्यूनिंग और छिद्रपूर्ण अवशोषक मोटाई अनुकूलन [7] पर आधारित पारंपरिक प्रौद्योगिकियों की सीमाओं से परे जाते हैं। विशेष रूप से, ये नई सामग्रियाँ आशाजनक प्रतीत होती हैं और बाजार की डिज़ाइन/तकनीकी आवश्यकताओं द्वारा लगाए गए मोटाई और वजन की बाधाओं का जवाब देती हैं, उदाहरण के लिए वैमानिकी में विमान केबिन डिज़ाइन में [8]। एएम को पारंपरिक समाधानों जैसे कि छिद्रपूर्ण सामग्रियों [9], हेल्महोल्ट्ज़ रेज़ोनेटर [10] या तनावग्रस्त झिल्ली [11,12] के साथ जोड़ा जा सकता है ताकि ट्यून या अनुकूलित प्रदर्शन किया जा सके। यह सर्वविदित है कि जब एक महत्वपूर्ण युग्मन स्थिति उत्पन्न होती है, तो पूर्ण अवशोषण प्राप्त किया जा सकता है, जहां थर्मोविस्कस नुकसान ऊर्जा रिसाव द्वारा बिल्कुल संतुलित होते हैं [13]। उदाहरण के लिए, उप-तरंगदैर्ध्य शासन में इस तरह के पूर्ण अवशोषण को ऊर्ध्वाधर हेल्महोल्ट्ज़ अनुनादकों [14] की आवधिक सरणियों के साथ-साथ प्लेट-अनुनादक / बंद वेवगाइड संरचनाओं [15] के साथ प्राप्त करने योग्य दिखाया गया है। हालाँकि, इन एएम की परिचालन आवृत्तियाँ अक्सर काफी संकीर्ण होती हैं, या ब्रॉडबैंड संचालन को सक्षम करने के लिए संरचनाओं को भारी होना पड़ता है। इस समस्या को हल करने के लिए, चर मापदंडों के साथ ध्वनिक अनुनादकों में “इंद्रधनुष फँसाने” की अवधारणा, और इसलिए काम करने वाली आवृत्तियों, [16,17] या असममित झरझरा अवशोषक [18] वाली प्रणालियों को अब तक अपनाया गया है।

हाल के वर्षों में उभरे एएम का एक विशेष रूप से दिलचस्प प्रकार “भूलभुलैया” या “कुंडलित” संरचनाएं हैं [19]। ये उप-तरंगदैर्ध्य क्रॉस-सेक्शन के घुमावदार चैनलों में ध्वनिक तरंग प्रसार का दोहन करने पर आधारित हैं, जो एक अत्यंत उच्च प्रभावी अपवर्तक सूचकांक (और इस प्रकार प्रभावी तरंग गति में कमी) और "दोहरी नकारात्मकता" प्राप्त करने की संभावना को जन्म देता है, यानी एक साथ नकारात्मक प्रभावी घनत्व और थोक मापांक, या शंक्वाकार फैलाव [20]। टेपर्ड 2-डी लेबिरिंथिन डिज़ाइन को इष्टतम ब्रॉडबैंड प्रतिबाधा मिलान प्राप्त करने के लिए भी दिखाया गया है, जो कुशल अवशोषण के लिए मौलिक है [21]। इस अवधारणा को 2-डी से 3-डी अंतरिक्ष कुंडलित भूलभुलैया संरचनाओं तक भी विस्तारित किया गया है [22]। सैद्धांतिक रूप से अनुमानित ब्रॉडबैंड नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक के प्रायोगिक प्रदर्शनों को 3-डी मुद्रित थर्माप्लास्टिक भूलभुलैया नमूनों पर प्रतिबिंब या संचरण माप और दो-आयामी प्रिज्म-आधारित माप के माध्यम से प्राप्त किया गया है [23]। हिल्बर्ट-जैसे फ्रैक्टल ध्वनिक मेटामटेरियल को भी डिज़ाइन किया गया है, 3-डी प्रिंटिंग के माध्यम से निर्मित किया गया है, और प्रयोगात्मक रूप से विशेषता दी गई है, ताकि कुशल कम आवृत्ति ध्वनिक तरंग क्षीणन [24,25] प्राप्त किया जा सके। 3-डी “वन-पोर्ट” भूलभुलैया संरचनाओं को भी बड़ी आवृत्ति श्रेणियों (और विभिन्न घटना कोणों के लिए) पर ध्वनि अवशोषण के उच्च स्तर को प्राप्त करने के लिए प्रस्तावित किया गया है, ऑपरेटिंग बैंड को ट्यून करने के लिए विभिन्न चैनल लंबाई का उपयोग किया जाता है [26]। बड़ी ट्यूनेबिलिटी प्रदान करने वाली भूलभुलैया एएम का एक और उदाहरण स्पाइडर-वेब प्रेरित संरचनाएं हैं, जिसमें किनारे की गुहाओं को जोड़ने से फैलाव गुणों में हेरफेर करने, बैंड अंतराल या नकारात्मक समूह वेगों की उपस्थिति को नियंत्रित करने और ट्रांसमिशन / प्रतिबिंब विशेषताओं को दर्जी करने की संभावनाओं को बढ़ाया जा सकता है [27]। कई अध्ययनों से पता चला है कि वंडरलिच वक्र जैसे स्पेस फिलिंग संरचनाओं का उपयोग चैनल की टेढ़ी-मेढ़ी स्थिति को बदलकर संचरण, परावर्तन और अवशोषण को कुशलतापूर्वक नियंत्रित कर सकता है, ताकि चैनल की लंबाई को ट्यून करके कुल ब्रॉडबैंड परावर्तन/अवशोषण प्राप्त किया जा सके [28,29]।

इस प्रकार, भूलभुलैया और स्थान-भरने वाले एएम ने ज्यामितीय डिजाइन मापदंडों (जैसे, चैनल टेढ़ापन या विस्तार और गुहा आकार) को समायोजित करके, बड़ी आवृत्ति श्रेणियों में, विशेष रूप से उप-तरंगदैर्ध्य शासन में, ध्वनि नियंत्रण प्राप्त करने के लिए एक बहुत ही सुविधाजनक और कुशल तरीका प्रदान किया है। इस प्रकार की अनुकूलनशीलता छोटे से मध्यम पैमाने पर ध्वनि अवशोषण अनुप्रयोगों के लिए काफी हद तक लाभकारी हो सकती है, जहां अवशोषक के संरचनात्मक आकार पर प्रतिबंध के कारण दक्षता और भार के बीच समझौता करना पड़ता है। पर्याप्त रूप से मोटी पारंपरिक ध्वनिक अवशोषित सामग्री, जैसे कि 75 किग्रा/एम3 [30] के औसत घनत्व वाले सैंडविच पैनलों के भीतर ग्लास ऊन या फोम व्यापक आवृत्ति श्रेणियों में ध्वनिक तरंग ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं, लेकिन उनकी भारी विशेषताएँ कम आवृत्ति अवशोषण के लिए उनके व्यापक अनुप्रयोग को सीमित करती हैं। इसके अलावा, एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योग या अन्य तकनीकी डोमेन में उपकरणों के साथ काम करते समय हल्के वजन की विशेषताएँ महत्वपूर्ण हो जाती हैं [8]। वर्तमान में, साहित्य में कुछ अध्ययनों [31] ने मेटामटेरियल-आधारित पैनलों जैसे बड़े संरचनाओं पर विस्तृत ध्वनिक लक्षण वर्णन अध्ययन प्रस्तुत किया है, और हमारे सर्वोत्तम ज्ञान के अनुसार भूलभुलैया वाले पर कोई भी नहीं है। इसके अलावा, उन संरचनाओं पर भूलभुलैया AM प्रदर्शन की जांच करने की आवश्यकता उत्पन्न होती है जो संभावित परिचालन स्थितियों के करीब हैं, यानी बिखरे हुए क्षेत्र की स्थितियों में।

इसे ध्यान में रखते हुए, वर्तमान अध्ययन में कुंडलित भूलभुलैया ध्वनिक अनुनादकों के डिजाइन, 3-डी मुद्रित "इंद्रधनुष" पैनल में उनके उपयुक्त संयोजन की जांच की गई है और कुशल ब्रॉडबैंड शोर अवशोषण को प्रदर्शित करने के लिए एक अवधारणा-प्रमाण प्रयोग प्रस्तुत किया गया है। इस पेपर में निम्नलिखित कार्यप्रवाह का वर्णन किया गया है। भूलभुलैया इकाई कोशिकाओं (यूसी) का डिज़ाइन और उनके अवशोषण स्पेक्ट्रा का विश्लेषणात्मक मॉडल अनुभाग 2 में वर्णित है। डिज़ाइन किए गए यूसी के लिए विश्लेषणात्मक मॉडल के साथ प्रयोगात्मक और संख्यात्मक लक्षण वर्णन और तुलना अनुभाग 3 में प्रदान की गई है। परिवर्तनीय, उचित रूप से चुने गए घटक यूसी आयामों के साथ एक पूर्ण-पैमाने के पैनल के डिजाइन और 3-डी प्रिंटिंग, इसके संख्यात्मक मॉडल और एक प्रतिध्वनि कक्ष में प्रयोगात्मक परीक्षण अनुभाग 4 में वर्णित है। अंत में, पारंपरिक अवशोषित सामग्री के साथ पैनल के युग्मन की एक संख्यात्मक जांच अनुभाग 5 में वर्णित है।