미세 천공판과 배후 공기층을 적층한 음향메타물질

Abstract

공조 시스템이나 유체기계의 흡/배기계에서는 유체 이송을 위한 파워플랜트의 작동 소음과 난류 소음이 유체의 흐름과 함께 전파된다. 덕트 내에서 전파되는 고주파수 대역의 소음은 일반적으로 흡음재를 이용하여 쉽게 저감할 수 있지만 그 적용 깊이가 주소음원의 특성에 맞아야 하며, 재료가 고온에 견뎌야 하고, 기류에 소실되는 문제점을 안고 있다. 중-저주파수 대역의 소음을 저감시키기 위해서는 반사형 소음기 형태를 띠어야 하므로, 큰 면적과 부피의 변화가 요구되어서, 일반적으로 공간이 제한된 응용분야가 대다수임을 고려하면, 실용적이지 못하다는 한계점이 있다. 음향메타물질 (AMM)은 얇고 가벼워서 소음기에 적용이 가능하나, 아직까지 실용적인 형태가 제시되지 못하고 있다 [1]. 소형의 주기적 구조물로 구성된 AMM 은 중-고주파수 소음 저감에 적용 될 수 있으나, 대개 미리 지정된 공명대역에서만 작동하며, 좁은 대역폭에서 큰 전달손실을 갖는 한계점이 있다. 본 연구에서는 AMM 의 실제적 활용을 위해, 500-3000 Hz 에 해당하는 중저주파수 대역에서 최소 5 dB 의 전달손실을 갖는 광대역 소음저감을 목표로 하였다. 공명 저지대역의 대역폭을 넓히기 위하여, 다중의 미세천공판(MPP)과 배후 공기층을 적층하여 6 mm 두께의 공명 격자를 설계하였다 [2]. 사용된 MPP 는 0.2, 0.6 mm 의 천공지름과 1.57, 10 %의 개공율을 가진다. 설계된 공명격자를 30x30 mm2 크기의 주관로의 상/하판에 각 10 개씩 부착하여, 격자상수 75 mm 를 갖는 AMM 을 구현하였다. 이를 통해 500-3000 Hz 의 광대역에서 6 dB 이상의 전달손실을 만드는 소음기를 구현하였다.