شش! شور کنٹرول کا مستقبل تھری ڈی پرنٹ شدہ بھولبلییا کے ذریعے گھوم رہا ہے

لنکس کی میز

خلاصہ اور 1 تعارف

2 یونٹ سیل ڈیزائن اور تجزیہ

3 یونٹ سیل تجرباتی اور عددی خصوصیات

4 رینبو AM بھولبلییا پینل

4.1 پینل ڈیزائن اور فیبریکیشن

AM پینل کا 4.2 FE ماڈل

4.3 AM پینل کی خصوصیت

4.4 AM پینل آواز جذب کے نتائج

5 مختلف بھولبلییا آواز جذب کرنے والے پینل کے حل کی عددی تشخیص

5.1 بیکنگ گہا کے ساتھ میکرو سیل

5.2 نتائج

نتائج، اعترافات، اور حوالہ جات

اپینڈکس I

خلاصہ

اس کام میں، ہم تصور کے تجربے کے ثبوت میں 3-D پرنٹ شدہ پینل کے موثر شور جذب کا مظاہرہ کرتے ہیں جو مختلف سائز کے مناسب طریقے سے ترتیب شدہ اسپیس کوائلنگ لیبرینتھائن صوتی ابتدائی خلیوں کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے۔ بھولبلییا یونٹ کے خلیات کو ان کی جذب کی خصوصیات کا تعین کرنے کے لیے تجزیاتی اور عددی طور پر تجزیہ کیا جاتا ہے اور پھر خلیے کی موٹائی اور پس منظر کے سائز پر جذب کی خصوصیات کے انحصار کی تصدیق کے لیے ایک مائبادی ٹیوب میں من گھڑت اور تجرباتی طور پر تجربہ کیا جاتا ہے۔ یونٹ سیل کی گونج کی فریکوئنسی سمجھی گئی رینج میں موٹائی اور پس منظر دونوں سائز کے حوالے سے تقریباً لکیری پیمانے پر نظر آتی ہے، جس سے کام کرنے کی فریکوئنسی کی آسانی سے ٹیون ایبلٹی ہوتی ہے۔ ان اعداد و شمار کا استعمال کرتے ہوئے، ایک فلیٹ پینل کو مختلف طول و عرض کے خلیات کو نیم متواتر جالیوں میں ترتیب دے کر تیار کیا گیا ہے، جس میں صوتی "رینبو" اثر کا استحصال کیا گیا ہے، یعنی وسیع تر جذب سپیکٹرم پیدا کرنے کے لیے مختلف خلیوں کی فریکوئنسی ردعمل کو سپرمپوز کرتے ہوئے، ٹارگٹ فریکوئنسی کا انتخاب کیا گیا ہے اور H40 کے درمیان زیادہ فریکوئنسی کا انتخاب کیا گیا ہے۔ روایتی آواز کو جذب کرنے والے حل کے مقابلے ہلکا پھلکا اور ماڈیولر شکل میں ڈیزائن کیا گیا، تاکہ مختلف جیومیٹریوں پر لاگو ہو۔ پینل کی کارکردگی کو تجرباتی طور پر چھوٹے پیمانے پر ریوربریشن روم میں توثیق کیا جاتا ہے، اور آپریشن کی مطلوبہ تعدد پر مثالی اقدار کے قریب جذب کا مظاہرہ کیا جاتا ہے۔ اس طرح، یہ کام شور کم کرنے والے پینل کے حل کے لیے ڈیزائن کے طریقہ کار کی تجویز کرتا ہے اور ٹیون ایبل وسط سے کم تعدد آواز کی کشندگی کے لیے بھولبلییا میٹامیٹریلز کی استعداد اور تاثیر کا تجرباتی ثبوت فراہم کرتا ہے۔

1 تعارف

حالیہ برسوں میں، صوتی میٹا میٹریلز (AMs) نے اپنی غیر معمولی خصوصیات کی وجہ سے بڑے پیمانے پر توجہ حاصل کی ہے، جو عام طور پر قدرتی طور پر پائے جانے والے مواد [1–3] میں نہیں پائی جاتی ہیں۔ AMs ممکنہ طور پر گہری سب ویو لینتھ موٹائی کے ساتھ صوتی جذب کرنے والوں اور ڈفیوزر کی نئی نسل کی ترقی کی راہ ہموار کر سکتے ہیں، جسے مطلوبہ فریکوئنسی سپیکٹرم [4] کے لیے تیار کیا جا سکتا ہے۔ ان کا استعمال کم تعدد جذب کے حصول کے روایتی مسئلے میں نئے امکانات لاتا ہے [5]۔ اس کے علاوہ، AMs شور کی کمی کے معاملے میں اعلی کارکردگی حاصل کرنے کا امکان پیش کرتے ہیں، اور بیک وقت ڈھانچے کے سائز اور وزن کو کم کرتے ہیں [6]، سنگل لیئر ماس لا، ڈبل لیئر ریزوننس فریکوئنسی ٹیوننگ اور غیر محفوظ جاذب موٹائی کی اصلاح پر مبنی روایتی ٹیکنالوجیز کی حدود سے آگے بڑھتے ہوئے [7]۔ خاص طور پر، یہ نیا مواد امید افزا لگتا ہے اور مارکیٹ کے ڈیزائن/ٹیکنالوجیکل تقاضوں کی طرف سے عائد کردہ موٹائی اور وزن کی رکاوٹوں کا جواب دیتا ہے، جیسے کہ ایروناٹکس میں ہوائی جہاز کے کیبن کے ڈیزائن میں[8]۔ AMs کو روایتی حل کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے جیسے غیر محفوظ مواد [9]، ہیلم ہولٹز ریزونیٹرز [10] یا تناؤ والی جھلیوں [11,12] کو ٹیون یا بہتر کارکردگی کے لیے۔ یہ بات اچھی طرح سے معلوم ہے کہ کامل جذب اس وقت حاصل کیا جا سکتا ہے جب جوڑے کی نازک حالت ہوتی ہے، جہاں تھرمووسکوس نقصانات توانائی کے رساو سے بالکل متوازن ہوتے ہیں [13]۔ مثال کے طور پر ایک ذیلی طول موج کے نظام میں اس طرح کے کامل جذب کو عمودی ہیلم ہولٹز ریزونیٹرز کی متواتر صفوں کے ساتھ ساتھ پلیٹ ریزونیٹر/بند ویو گائیڈ ڈھانچے [15] کے ساتھ حاصل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، ان AMs کی آپریٹنگ فریکوئنسی اکثر کافی تنگ ہوتی ہے، یا براڈ بینڈ آپریشن کو فعال کرنے کے لیے ڈھانچے کو بھاری ہونے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، متغیر پیرامیٹرز کے ساتھ صوتی ریزونیٹرز میں "رینبو ٹریپنگ" کا تصور، اور اس وجہ سے کام کرنے والی فریکوئنسیز، [16,17] یا غیر متناسب غیر محفوظ جاذب [18] والے سسٹمز کو اب تک اپنایا گیا ہے۔

AM کی ایک خاص طور پر دلچسپ قسم جو حالیہ برسوں میں ابھری ہے وہ ہیں "بھولبلی" یا "کوائلڈ" ڈھانچے [19]۔ یہ سب ویو لینتھ کراس سیکشن کے مڑے ہوئے چینلز میں صوتی لہر کے پھیلاؤ کے استحصال پر مبنی ہیں، جس سے ایک انتہائی اعلیٰ موثر اضطراری انڈیکس (اور اس طرح موثر لہر کی رفتار میں کمی) اور "ڈبل نیگیٹیویٹی" حاصل کرنے کا امکان ہے، یعنی بیک وقت منفی اور موثر کثافت یا منفی کثافت۔ ٹاپرڈ 2-D بھولبلییا کے ڈیزائن کو زیادہ سے زیادہ براڈ بینڈ مائبادا مماثلت حاصل کرنے کے لیے بھی دکھایا گیا ہے، جو موثر جذب کے لیے بنیادی ہے [21]۔ تصور کو 2-D سے 3-D خلائی کوائلنگ بھولبلییا ڈھانچے تک بھی بڑھا دیا گیا ہے [22]۔ نظریاتی طور پر پیش گوئی شدہ براڈ بینڈ منفی ریفریکٹیو انڈیکس کے تجرباتی مظاہرے 3-D طباعت شدہ تھرمو پلاسٹک بھولبلییا کے نمونوں پر عکاسی یا ٹرانسمیشن پیمائش اور دو جہتی پرزم پر مبنی پیمائش کے ذریعے حاصل کیے گئے ہیں [23]۔ ہلبرٹ جیسے فریکٹل ایکوسٹک میٹا میٹریلز کو بھی ڈیزائن کیا گیا ہے، 3-D پرنٹنگ کے ذریعے من گھڑت بنایا گیا ہے، اور تجرباتی طور پر خصوصیت کی گئی ہے، تاکہ موثر کم فریکوئنسی صوتی لہر کشینا حاصل کیا جا سکے [24,25]۔ 3-D "ون پورٹ" بھولبلییا کے ڈھانچے کو بھی تجویز کیا گیا ہے کہ وہ آپریٹنگ بینڈز [26] کو ٹیون کرنے کے لئے مختلف چینل کی لمبائی کا استحصال کرتے ہوئے بڑی فریکوئنسی رینجز (اور مختلف واقعات کے زاویوں کے لئے) آواز جذب کی اعلی سطح حاصل کریں۔ لیبرینتھائن اے ایم کی ایک اور مثال جو بڑی ٹون ایبلٹی فراہم کرتی ہے وہ اسپائیڈر ویب سے متاثر ڈھانچے ہیں، جس میں کناروں کی گہاوں کا اضافہ بازی کی خصوصیات میں ہیرا پھیری کے امکانات کو مزید بڑھا سکتا ہے، بینڈ گیپس یا منفی گروپ کی رفتار کو کنٹرول کرتا ہے، اور ٹیلر ٹرانسمیشن/ریفلیکشن خصوصیات [27]۔ متعدد مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ جگہ بھرنے والے ڈھانچے کا استعمال، جیسے کہ ونڈرلِچ منحنی، مختلف چینلز کے ذریعے ٹرانسمیشن، عکاسی اور جذب کو مؤثر طریقے سے کنٹرول کر سکتا ہے، تاکہ کل براڈ بینڈ ریفلیکشن/جذب حاصل کیا جا سکے مثلاً چینل کی لمبائی [28,29]۔

اس طرح، بھولبلییا اور اسپیس فلنگ AMs نے بڑی فریکوئنسی رینجز میں صوتی کنٹرول حاصل کرنے کے لیے ایک بہت ہی آسان اور موثر طریقہ فراہم کیا ہے، خاص طور پر سب ویو لینتھ رجیم میں، جیومیٹریکل ڈیزائن کے پیرامیٹرز کو ٹیوننگ کر کے (مثلاً، چینل ٹورٹوسٹی یا لمبا اور گہا کا سائز)۔ اس قسم کی موافقت چھوٹے سے درمیانے پیمانے پر شور جذب کرنے والی ایپلی کیشنز کو بڑے پیمانے پر فائدہ پہنچا سکتی ہے، جہاں جذب کرنے والوں کے ساختی سائز پر پابندیاں کارکردگی اور بوجھ کے درمیان تجارت کو مسلط کرتی ہیں۔ کافی موٹا روایتی صوتی جذب کرنے والا مواد، جیسے شیشے کی اون یا سینڈوچ پینلز کے اندر جھاگ جس کی اوسط کثافت 75 کلوگرام/m3 [30] ہے وسیع فریکوئنسی رینج میں صوتی لہر کی توانائی جذب کر سکتی ہے، لیکن ان کی بڑی خصوصیات کم تعدد جذب کے لیے ان کے وسیع اطلاق کو محدود کرتی ہیں۔ مزید برآں، ایرو اسپیس اور آٹوموٹیو انڈسٹری یا دیگر تکنیکی ڈومینز میں آلات کے ساتھ کام کرتے وقت ہلکی پھلکی خصوصیات اہم ہو جاتی ہیں [8]۔ فی الحال، ادب میں کچھ مطالعات [31] نے ہمارے بہترین علم کے مطابق بڑے ڈھانچے جیسے کہ میٹا میٹریل پر مبنی پینلز پر تفصیلی صوتی خصوصیات کے مطالعہ پیش کیے ہیں، اور بھولبلییا والے پر کوئی بھی نہیں۔ مزید برآں، ضرورت اس بات کی ابھرتی ہے کہ ایسے ڈھانچے پر بھولبلییا AM کارکردگی کی چھان بین کی جائے جو ممکنہ آپریٹنگ حالات کے قریب ہوں، یعنی پھیلا ہوا فیلڈ کے حالات میں۔

اس بات کو ذہن میں رکھتے ہوئے، موجودہ مطالعہ کوائلڈ لیبرینتھائن ایکوسٹک ریزونیٹرز کے ڈیزائن کی چھان بین کرتا ہے، 3-D پرنٹ شدہ "رینبو" پینل میں ان کے مناسب امتزاج اور موثر براڈ بینڈ شور جذب کو ظاہر کرنے کے لیے تصور کے ثبوت کا تجربہ پیش کرتا ہے۔ کاغذ مندرجہ ذیل ورک فلو کی وضاحت کرتا ہے۔ بھولبلییا یونٹ سیلز (UCs) کے ڈیزائن اور ان کے جذب سپیکٹرا کے تجزیاتی ماڈل کو سیکشن 2 میں بیان کیا گیا ہے۔ ڈیزائن کردہ UC کے تجزیاتی ماڈل کے ساتھ تجرباتی اور عددی خصوصیت اور موازنہ سیکشن 3 میں فراہم کیا گیا ہے۔ مکمل پیمانے کے پینل کا ڈیزائن اور 3-D پرنٹنگ، اس کے مختلف تجرباتی نمونوں کے ساتھ، اس کے مختلف نمونوں کا انتخاب کیا گیا ہے۔ ریوربریشن روم میں سیکشن 4 میں بیان کیا گیا ہے۔ آخر میں، روایتی جذب کرنے والے مواد کے ساتھ پینل کے جوڑے کی عددی تحقیقات کو سیکشن 5 میں بیان کیا گیا ہے۔