241 ընթերցումներ

Շշշ Աղմուկի կառավարման ապագան պտտվում է 3D տպագրված լաբիրինթոսների միջոցով

կողմից Labyrinthine6m2025/02/08

Չափազանց երկար; Կարդալ

Հետազոտողները ստեղծել են 3D տպագրված աղմուկը կլանող վահանակ՝ օգտագործելով լաբիրինթոսային մետանյութեր: Դիզայնը օգտագործում է տիեզերական կծիկ կառուցվածքները՝ բարձրացնելու միջինից ցածր հաճախականության ձայնի կլանումը (800-1400 Հց)՝ պահպանելով թեթև, մոդուլային ձևը: Փորձարարական թեստերը հաստատեցին գրեթե իդեալական կլանումը ռեվերբերացիոն սենյակում՝ առաջարկելով աղմուկի մեղմացման արդյունավետ և հարմարվող լուծումների նոր մոտեցում:

featured image - Շշշ Աղմուկի կառավարման ապագան պտտվում է 3D տպագրված լաբիրինթոսների միջոցով

‘soundproof walls’ Image created by HackerNoon AI Image Generator

Հեղինակներ:

(1) Ֆ. Նիստրի, Կիրառական գիտության և տեխնոլոգիաների բաժին, Թուրինի պոլիտեխնիկական համալսարան, Թուրին, Իտալիա և Միլանի պոլիտեխնիկական համալսարան, Միլան, Իտալիա;

(2) VH Kamrul, Միլանի պոլիտեխնիկական համալսարան, Միլան, Իտալիա;

(3) Լ. Բետտինի, Միլանի պոլիտեխնիկ, Միլան, Իտալիա;

(4) E. Musso, Միլանի պոլիտեխնիկական համալսարան, Միլան, Իտալիա;

(5) D. Piciucco, Միլանի պոլիտեխնիկական համալսարան, Միլան, Իտալիա;

(6) M. Zemello, Միլանի պոլիտեխնիկ, Միլան, Իտալիա;

(7) AS Gliozzi, կիրառական գիտության և տեխնոլոգիաների բաժին, Թուրինի պոլիտեխնիկ, Թուրին, Իտալիա;

(8) AO Krushynska, գիտության և ճարտարագիտության ֆակուլտետ, Գրոնինգենի համալսարան, Գրոնինգեն, Նիդեռլանդներ;

(9) NM Pugno, Laboratory for Bioinspired, Bionic, Nano, Meta Materials & Mechanics, University of Trento, Trento, Italy and School of Engineering and Materials Science, Queen Mary University of London, Միացյալ Թագավորություն;

(10) L. Sangiuliano, Phononic Vibes srl, Միլան, Իտալիա;

(11) Լ. Շտրեպի, Էներգետիկայի բաժին «Գալիլեո Ֆերարիս», Թուրինի պոլիտեխնիկական համալսարան, Թուրին, Իտալիա;

(12) Ֆ. Բոսիա, Կիրառական գիտության և տեխնոլոգիաների վարչություն, Թուրին, Իտալիա, Պոլիտեխնիկա և թղթակից հեղինակ ([email protected]):

Հղումների աղյուսակ

Վերացական և 1 Ներածություն

2 Միավոր բջիջների ձևավորում և վերլուծություն

3 միավոր բջիջների փորձարարական և թվային բնութագրում

4 Rainbow AM լաբիրինթոսային վահանակ

4.1 Վահանակի ձևավորում և պատրաստում

AM վահանակի 4.2 FE մոդելը

4.3 AM վահանակի բնութագրում

4.4 AM վահանակի ձայնի կլանման արդյունքները

5 Լաբիրինթոսային ձայնի կլանման վահանակի տարբեր լուծումների թվային գնահատում

5.1 Macrocell հետնամասի խոռոչով

5.2 Արդյունքներ

Եզրակացություններ, շնորհակալագրեր և հղումներ

Հավելված I

Վերացական

Այս աշխատանքում մենք ցույց ենք տալիս հայեցակարգի ապացուցման փորձի արդյունավետ աղմուկի կլանումը 3-D տպագրված վահանակի համար, որը նախագծված է տարբեր չափերի համապատասխան դասավորված տիեզերական ոլորող լաբիրինթոսական տարրական ակուստիկ բջիջներով: Լաբիրինթոսային միավորի բջիջները անալիտիկ և թվային վերլուծվում են՝ որոշելու դրանց կլանման բնութագրերը, այնուհետև արտադրվում և փորձարկվում են իմպեդանսային խողովակի մեջ՝ ստուգելու կլանման բնութագրերի կախվածությունը բջջի հաստությունից և կողային չափից: Միավոր բջիջի ռեզոնանսային հաճախականությունը, ըստ երևույթին, մասշտաբվում է մոտավորապես գծային՝ հաշվի առնելով և՛ հաստությունը, և՛ կողային չափը դիտարկվող տիրույթում, ինչը հնարավորություն է տալիս հեշտ կարգավորել աշխատանքային հաճախականությունը: Օգտագործելով այս տվյալները՝ նախագծվում և ստեղծվում է հարթ վահանակ՝ դասավորելով տարբեր չափերի բջիջները գրեթե պարբերական վանդակում՝ օգտագործելով ակուստիկ «ծիածանի» էֆեկտը, այսինքն՝ ներդնելով տարբեր բջիջների հաճախականության արձագանքը՝ ավելի լայն կլանման սպեկտր ստեղծելու համար, որն ընդգրկում է թիրախային հաճախականության տիրույթը, որն ընտրվում է 800-ից մինչև 1-ի ավելի հաճախականության լուծույթով և նախագծված է մոդուլային ձևով, որպեսզի կիրառելի լինի տարբեր երկրաչափությունների համար: Վահանակի կատարումը փորձարարականորեն վավերացվում է փոքր մասշտաբի ռեվերբերացիոն սենյակում, և ցուցադրվում է իդեալական արժեքներին մոտ ներծծում գործողության ցանկալի հաճախականություններում: Այսպիսով, այս աշխատանքն առաջարկում է աղմուկի նվազեցման վահանակների լուծումների նախագծման ընթացակարգ և ապահովում է լաբիրինթոսային մետանյութերի բազմակողմանիության և արդյունավետության փորձնական ապացույցներ միջին և ցածր հաճախականության ձայնի թուլացման համար:

1 Ներածություն

Վերջին տարիներին ակուստիկ մետանյութերը (ԱՄ) լայն տարածում են գտել իրենց բացառիկ հատկությունների պատճառով, որոնք սովորաբար չեն հանդիպում բնական նյութերում [1-3]: AM-ները կարող են պոտենցիալ ճանապարհ հարթել դեպի նոր սերնդի ակուստիկ կլանիչների և դիֆուզորների ստեղծման խորը ենթաալիքի հաստությամբ, որոնք կարող են հարմարեցվել ցանկալի հաճախականության սպեկտրի համար [4]: Դրանց օգտագործումը նոր հնարավորություններ է տալիս ցածր հաճախականության կլանման հասնելու ավանդական խնդրին [5]: Ի լրումն, AM-ները հնարավորություն են տալիս հասնել բարձր արդյունավետության աղմուկի նվազեցման, և միևնույն ժամանակ կառուցվածքների չափի և քաշի կրճատման առումով [6], դուրս գալով սովորական տեխնոլոգիաների սահմանափակումներից, որոնք հիմնված են մեկ շերտի զանգվածի օրենքի, կրկնակի ռեզոնանսային հաճախականության թյունինգի և ծակոտկեն կլանիչի հաստության օպտիմալացման վրա [7]: Մասնավորապես, այս նոր նյութերը կարծես թե խոստումնալից են և արձագանքում են շուկայի նախագծային/տեխնոլոգիական պահանջներին դրված հաստության և քաշի սահմանափակումներին, օրինակ՝ ավիացիոն խցիկի նախագծման մեջ [8]: AM-ները կարող են համակցվել սովորական լուծումների հետ, ինչպիսիք են ծակոտկեն նյութերը [9], Հելմհոլցի ռեզոնատորները [10] կամ լարված թաղանթները [11,12]՝ կարգավորվող կամ օպտիմիզացված կատարողականության համար։ Հայտնի է, որ կատարյալ կլանումը կարելի է ձեռք բերել, երբ տեղի է ունենում միացման կրիտիկական պայման, որտեղ ջերմային մածուցիկ կորուստները ճշգրիտ հավասարակշռված են էներգիայի արտահոսքի պատճառով [13]: Այսպիսի կատարյալ կլանումը ենթաալիքային երկարության ռեժիմում, օրինակ, ցույց է տրվել, որ հնարավոր է հասնել ուղղահայաց Հելմհոլցի ռեզոնատորների պարբերական զանգվածներով [14], ինչպես նաև ափսե-ռեզոնատոր/փակ ալիքատար կառուցվածքներով [15]: Այնուամենայնիվ, այս ԱՀ-ների գործառնական հաճախականությունները հաճախ բավականին նեղ են, կամ կառուցվածքները պետք է լինեն ծավալուն՝ լայնաշերտ շահագործումը հնարավոր դարձնելու համար: Այս խնդիրը լուծելու համար մինչ այժմ ընդունվել է «ծիածանի թակարդի» հայեցակարգը փոփոխական պարամետրերով և, հետևաբար, աշխատանքային հաճախականություններով ակուստիկ ռեզոնատորներում [16,17] կամ ասիմետրիկ ծակոտկեն կլանիչներով [18] համակարգերում:

Վերջին տարիներին ի հայտ եկած ԱՄ-ի հատկապես հետաքրքիր տեսակը «լաբիրինթոսային» կամ «ոլորված» կառուցվածքներն են [19]: Դրանք հիմնված են ենթաալիքի երկարության խաչմերուկի կոր ալիքներում ակուստիկ ալիքի տարածման շահագործման վրա, ինչը հանգեցնում է չափազանց բարձր արդյունավետ բեկման ինդեքսին (և հետևաբար ալիքի արդյունավետ արագության նվազմանը) և «կրկնակի նեգատիվության», այսինքն՝ միաժամանակ բացասական արդյունավետ խտության և զանգվածային դիսպերսիայի [20] ձեռքբերման հնարավորության։ Ցույց է տրվել, որ նեղ 2-D լաբիրինթոսային նմուշները հասնում են լայնաշերտ դիմադրության օպտիմալ համապատասխանության, ինչը հիմնարար է արդյունավետ կլանման համար [21]: Հայեցակարգը նաև ընդլայնվել է 2-D-ից մինչև 3-D տիեզերական ոլորող լաբիրինթոսային կառուցվածքներ [22]: Տեսականորեն կանխատեսված լայնաշերտ բացասական բեկման ինդեքսի փորձարարական ցուցադրությունները ձեռք են բերվել արտացոլման կամ փոխանցման չափումների և երկչափ պրիզմայի վրա հիմնված չափումների միջոցով 3-D տպագրված ջերմապլաստիկ լաբիրինթոսային նմուշների վրա [23]: Հիլբերտի նման ֆրակտալ ակուստիկ մետանյութերը նույնպես նախագծվել են, արտադրվել են 3-D տպագրության միջոցով և փորձարարականորեն բնութագրվել են ցածր հաճախականությամբ ակուստիկ ալիքների արդյունավետ թուլացման համար [24,25]: Առաջարկվել են նաև 3-D «մեկ նավահանգիստ» լաբիրինթոսային կառույցներ՝ մեծ հաճախականությունների միջակայքում (և անկման տարբեր անկյուններում) ձայնի կլանման բարձր մակարդակի հասնելու համար՝ օգտագործելով տարբեր կապուղիների երկարություններ՝ գործող տիրույթները կարգավորելու համար [26]: Լաբիրինթոս AM-ի մեկ այլ օրինակ, որն ապահովում է մեծ կարգավորելիություն, սարդոստայնից ներշնչված կառույցներն են, որոնցում եզրային խոռոչների ավելացումը կարող է ավելի մեծացնել ցրման հատկությունները շահարկելու հնարավորությունները, վերահսկել գոտիների բացերի կամ բացասական խմբի արագությունների տեսքը և հարմարեցնել փոխանցման/արտացոլման բնութագրերը [27]: Մի քանի ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ տարածությունը լցնող կառույցների օգտագործումը, ինչպիսիք են Wunderlich կորերը, կարող են արդյունավետորեն վերահսկել փոխանցումը, արտացոլումը և կլանումը տարբեր ալիքների ոլորանման միջոցով, որպեսզի ընդհանուր լայնաշերտ արտացոլումը/կլանումը հնարավոր լինի հասնել, օրինակ, կարգավորելով ալիքի երկարությունը [28,29]:

Այսպիսով, լաբիրինթոսային և տարածություն լցնող AM-ները շատ հարմար և արդյունավետ միջոց են ապահովել ձայնի վերահսկման մեծ հաճախականությունների միջակայքում, հատկապես ենթաալիքային երկարության ռեժիմում, կարգավորելով երկրաչափական նախագծման պարամետրերը (օրինակ՝ ալիքի ոլորունությունը կամ երկարացումը և խոռոչի չափը): Այս տեսակի հարմարվողականությունը կարող է մեծապես օգուտ քաղել փոքր և միջին մասշտաբով աղմուկի կլանման հավելվածներին, որտեղ կլանիչների կառուցվածքային չափերի սահմանափակումները փոխզիջում են առաջացնում արդյունավետության և ծանրաբեռնվածության միջև: Բավական հաստությամբ սովորական ակուստիկ կլանող նյութերը, ինչպիսիք են ապակե բուրդը կամ 75 կգ/մ3 միջին խտությամբ սենդվիչ վահանակների փրփուրները, կարող են կլանել ակուստիկ ալիքի էներգիան լայն հաճախականությունների միջակայքում, սակայն դրանց ծավալուն բնութագրերը սահմանափակում են դրանց լայն կիրառումը ցածր հաճախականության կլանման համար: Ավելին, թեթևության բնութագրերը դառնում են վճռորոշ, երբ գործ ունենք օդատիեզերական և ավտոմոբիլային արդյունաբերության կամ այլ տեխնոլոգիական ոլորտների սարքերի հետ [8]: Ներկայումս գրականության մեջ [31] քիչ ուսումնասիրություններ են ներկայացրել ակուստիկ բնութագրման մանրամասն ուսումնասիրություններ խոշոր կառույցների վերաբերյալ, ինչպիսիք են մետանյութերի վրա հիմնված պանելները, և ոչ մեկը լաբիրինթոսայինների վրա՝ մեր իմացությամբ: Ավելին, անհրաժեշտություն է առաջանում ուսումնասիրել լաբիրինթոսային AM-ի կատարումը կառույցների վրա, որոնք ավելի մոտ են շահագործման հնարավոր պայմաններին, այսինքն՝ ցրված դաշտային պայմաններում:

Սա նկատի ունենալով, ներկա ուսումնասիրությունը ուսումնասիրում է ոլորված լաբիրինթոսային ակուստիկ ռեզոնատորների դիզայնը, դրանց համապատասխան համադրությունը 3-D տպագրված «ծիածան» վահանակում և ներկայացնում է հայեցակարգի ապացուցման փորձ՝ ցույց տալու լայնաշերտ աղմուկի արդյունավետ կլանումը: Թուղթը նկարագրում է հետևյալ աշխատանքային ընթացքը. Լաբիրինթոսային միավորի բջիջների (UC) ձևավորումը և դրանց կլանման սպեկտրների անալիտիկ մոդելը նկարագրված են Բաժին 2-ում: Փորձարարական և թվային բնութագրումը և նախագծված UC-ի անալիտիկ մոդելի հետ համեմատությունը տրված է Բաժին 3-ում: Ամբողջամասշտաբ վահանակի ձևավորումը և 3-D տպագրությունը՝ փոփոխական, համապատասխան ընտրված չափման C բաղադրամասով և փորձարկման սենյակում: 4. Վերջապես, 5-րդ բաժնում նկարագրված է վահանակի միացման թվային հետազոտությունը սովորական կլանող նյութի հետ: