유체투과를 고려한 차음용 음향메타패널 설계

Abstract

본 연구에서는 음향메타물질을 이용하여 유체는 투과시키면서 목표주파수 대역에서 소음을 효과적으로 차단시키는 패널 구조를 제시한다. 유체투과가 불가능한 방음패널은 강풍에 의해 파손되는 문제가 야기되고 있다. 이를 방지하고자 방음용 패널에 구멍을 뚫으면, 유체투과성을 확보할 수 있지만 이 구멍을 통해 소음도 같이 투과된다는 문제점이 발생한다. 그래서 유체는 투과되지만 소음을 차단시키는 음향메타물질 패널구조를 제시하고자 한다. 음향메타패널의 단위체는 유체투과가 가능한 원형파이프에 Chamber형상의 Resonator가 연결된 구조이고, 이 단위체들이 주기적 반복되어 음향메타물질을 형성한다. 소음이 차단되는 주파수 대역에서 패널의 유효체적탄성률이 음이 된다는 메타물질의 특징을 이용하여 패널을 설계한다. 먼저 전달 행렬과 Retrieve method를 이용해 유효체적탄성률 계산식을 유도한 뒤, 이 계산식을 이용하여 목표주파수 대역에서 유효체적탄성률이 음의 값을 갖는 치수를 결정한다. 그리고 패널의 소음 차단 성능을 검증하기 위해, 설계된 음향 메타물질 패널에 대해 음향 유한 요소 해석과 음향 실험을 진행하였다.