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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19034(2022) 이 기사 인용

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파이프의 공기 흐름을 차단하지 않고 저주파 대역에서 소리 전달을 차단하는 것은 어렵습니다. 본 연구에서는 파이프 내 200~800Hz의 다중 저주파 대역에서 음파를 차단하기 위해 작고 가벼운 멤브레인 기반 입방형 차음재를 제작했습니다. 절연체의 멤브레인형 면의 뚜렷한 진동 모드와 서로 다른 경로를 따라 전송되는 음파의 상호 작용으로 인해 여러 주파수 대역에서 큰 소리 감쇠가 달성되고 최대 전송 손실은 25dB에 이릅니다. 또한 깊은 서브 파장 크기의 차음재는 파이프의 단면적보다 작기 때문에 파이프를 따라 환기를 막지 않습니다.

저주파에서 소리 전달을 차단하는 것은 음향 분야에서 여전히 어려운 문제로 남아 있습니다. 왜냐하면 저주파에서 사용 가능한 차음재는 잘 정립된 질량 법칙1에 따라 큰 크기 및/또는 큰 질량을 요구하기 때문입니다. 산업적으로는 대형 사이즈의 차음재가 적용되어 왔지만, 응용 분야를 확장하기 위해서는 저주파에서 작동하는 차음재의 소형화가 필요합니다. 대체 방법은 크고 무거운 방음 장치가 필요하지 않은 능동형 소음 제어3에 의존하는 반면 복잡하고 값비싼 장치는 불가피합니다. 최근에는 방음을 위한 다양한 인공구조물4,5,6,7,8,9,10,11이 제시되었으며, 이는 천연재료나 전통적인 음향기기로는 얻을 수 없는 탁월한 성능을 보여주었다. 따라서 이러한 구조를 기반으로 방음을 위한 독특한 방법이 제시되었습니다.

브래그 산란5 및 국부 공명7은 인공 구조물의 소음 감쇠 메커니즘으로 간주되며, 국부 공명을 기반으로 한 차음 장치는 작은 벌크와 다양한 구조로 인해 더 광범위하게 연구됩니다. 공진 기반 차음재에는 멤브레인 및/또는 플레이트가 자주 사용되는데, 그 이유는 멤브레인 또는 플레이트의 공명 주파수가 탄성을 감소시켜 쉽게 감소할 수 있고, 작은 부피의 절연체를 사용함으로써 저주파에서의 소음 감쇠가 가능하기 때문입니다. 그리고 무게6,8,9.

멤브레인이나 플레이트는 공진 주파수 근처에서 동적 음 밀도를 제공하여 음파의 전송을 차단하는 데 사용할 수 있는 것으로 나타났습니다. 또한 멤브레인에 추가 질량을 부착하면 공명 주파수와 진동 모드가 변경되어 소리 감쇠가 향상되었습니다. 따라서 개방된 공간14,16과 파이프18,19,20,21,22,23,24의 소리를 차단하기 위해 멤브레인형 및 판형 구조가 사용되었으며 HVAC(Heating, Ventilating and Air) 분야에 적용 가능성을 보였습니다. 컨디셔닝) 시스템.

큰 소음 감쇠가 달성되었음에도 불구하고 밀봉된 구조의 방음 장치는 파이프를 따라 공기 흐름을 완전히 차단하기 때문에 실제 HVAC 시스템에서는 사용할 수 없었습니다. 이에 음파를 차단하고 환기를 차단하지 않는 개방형 구조의 단열재에 대한 연구가 이루어졌다. 측면 구조물은 환기를 위해 파이프를 따라 소리 전달을 단열하기 위해 먼저 사용되었으며, 방음 장치를 설치할 때 파이프 벽을 열어야 합니다25,26. 또한 공진 주파수에서 소리 감쇠를 생성하기 위해 여러 개의 접힌 Fabry-Perot 공진기를 파이프 내벽에 설치했습니다. 그런 다음 차음재의 부피를 줄이기 위해 공간 코일링28,29 및 나선형 구조30,31을 채택했습니다. 이러한 차음재는 구조물의 공진 주파수에 위치한 좁은 주파수 대역 내에서 감쇠를 생성합니다. 한편, 소음감쇠와 환기를 동시에 구현하기 위한 멤브레인형 구조도 개발됐다. 스트립이 부착된 멤브레인은 파이프 벽의 일부를 대체하는 데 사용되었으며, 이는 서로 다른 모드의 공진 주파수에서 방음을 생성합니다32. 4개의 장식된 막의 공명 장과 큰 구멍을 통과하는 연속 음장의 상호 작용을 기반으로 저주파 및 협대역 음향 필터가 생성되었습니다. 그런 다음 막형 공진기와 장식된 막의 결합 공진을 활용하여 500Hz 이하의 주파수에서 완벽한 흡수를 얻었습니다.