음향메타물질을 적용한 송풍기 덕트 시스템의 소음 저감 - 장성호 (The Graduate School, Ajou University, 2022)
본 연구에서는 송풍기 덕트의 소음을 저감시키기 위해 음향 메타 물질 구조를 설계하고, 설계한 구조의 유효성을 실험으로 검증하였다. 기존에는 블로워 모터의 구조를 변경하여 소음원에서 발생하는 소음의 크기를 줄이거나, 능동/수동 제어 기법을 이용하여 소음 저감 대책을 수립하였다. 그러나, 모터 구조 변경에는 많은 제약이 따르고, 저주파수 대역의 소음을 줄이기 위해 사용되는 능동 제어 기법은 많은 비용을 요구하며, 흡음재를 사용하는 수동 제어 기법은 중/고주파 대역에서는 효과를 발휘하지만 저주파수 대역에서는 장착을 위한 많은 공간을 요구한다. 따라서, 본 연구에서는 이런 단점 들을 극복하면서 송풍기 덕트 소음을 저감시키기 위해 음향메타 물질 개념을 사용한다. 음향 메타물질 구조의 음파 투과 특성은 설계된 단위체를 반복 배열하여 얻게 되는데, 단위체의 분산 곡선이 해당 음향 메타물질 구조의 주파수 특성을 잘 나타낸다. 음향 메타물질 구조에 의해 소음이 차단되는 주파수 대역은 분산 곡선의 밴드갭과 일치하게 때문에, 목표 주파수 대역에 밴드갭이 생성되도록 단위체를 설계하면 된다. 본 연구에서는 1/4 파장관과 공명방을 기본 단위체로 사용하였다. 표준 모델에 대해 설계된 기본 단위체는 장착성을 고려하여 검증 모델에서는 부분적으로 변경된다. 이런 변경에 의해 발생하는 소음 저감 대역의 감소를 보상하기 위해, 단위체 추가 설계하여 장착하였다. 이렇게 설계한 단위체를 주기적으로 최적 배열하여 목표 주파수 대역에서 소음을 저감 시킬 수 있는 음향 메타구조를 획득하였다. 이렇게 개발한 음향 메타구조의 소음 저감 성능은 3 차원 프린팅 기술로 제작된 음향 메타구조에 대한 음향 실험으로 그 유효성을 파악하였다. 이 연구 결과는 그 간 가능성만 보여왔던 음향 메타물질 구조의 산업적 적용 가능성을 충분히 보여 주었다고 할 수 있다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :기계공학과,2022. 8
Keywords: 분산 곡선; 소음 저감; 음향 메타물질; 차량용 공조덕트; 투과 손실