관내 유동 및 고음압을 고려한 공명기와 그 배열 연구

Abstract

헬름홀쯔 공명기는 상대적으로 흡음재의 성능이 떨어지는 저주파 대역에서도 해당 공명주파수에서 높은 투과손실을 가진다. 하지만 공명주파수의 좁은 대역에서만 그 성능을 나타낸다. 보다 넓은 대역에서 우수한 투과손실을 얻기 위해 다수의 공명기 배열을 이용하는 소음기에 대한 연구가 수행된 바 있다. 이는 오직 임피던스 특성이 변하지 않는 저음압하에서의 연구로 제한적이다. 고음압이 입사되면 좁은 공명기 목 입구에서의 비선형 거동으로 인하여 목의 유효 길이와 음향 에너지 소실 과정에 영향을 주게 되어, 결국 레지스턴스는 증가하고 리액턴스는 감소하게 된다. 추가적으로 유동이 존재하는 환경에서는 평균 유동 역시 공명기 목의 유효 단면적의 변화에 영향을 주어 임피던스가 변화하게 된다. 본 연구에서는 기존의 경험식을 바탕으로 고음압과 유동의 영향을 동시에 고려한 임피던스 모델을 제안하였다. 단일 공명기의 임피던스와 투과손실 측정 실험을 통하여 제안된 임피던스 모델과 비교하였다. 음압 레벨과 유속에 의한 임피던스 변화는 원하는 투과손실 성능을 얻기 위한 공명기의 개수를 결정하기 위하여 고려되어야 한다. 뿐만 아니라 각각의 공명기들의 공명주파수를 고려한 배열 순서와 투과손실의 중첩효과 또한 중요한 설계 변수로 작용하게 된다. 따라서 저감하고자 하는 소음 특성에 맞는 투과손실을 얻기 위한 설계 변수들을 결정하기 위해 관심 주파수 범위 내에서 적절한 목적 함수를 이용하는 공명기의 배열 설계 방법을 제안하였다. 본 연구는 고음압과 유동이 존재하는 환경에서 설계 변수들의 최소화를 통하여 공명기 배열형 소음기의 효율적인 배열 방법에 대한 가능성을 보여주었다.