低い | 温州ベントディフューゾーア株式会社

Scientific Reports volume 12、記事番号: 19034 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

パイプ内の空気の流れを妨げることなく、低周波数帯域の音の伝達を遮断することは困難です。この研究では、パイプ内で 200 ～ 800 Hz の複数の低周波数帯域の音波を遮断するために、小さくて軽い膜ベースの立方体遮音材が作成されます。絶縁体の膜状面の異なる振動モードと、異なる経路に沿って伝わる音波の相互作用により、複数の周波数帯域で大きな音響減衰が達成され、最大伝送損失は 25 dB に達します。さらに、深いサブ波長サイズの遮音材はパイプの断面積よりも小さいため、パイプに沿った通気を妨げません。

確立された質量の法則1に従って、低周波数で利用可能な遮音材には大きなサイズおよび/または大きな質量が必要となるため、低周波数での音の伝達を遮断することは音響分野において依然として困難な問題です。産業分野では大型の遮音材が応用されてきましたが2、応用分野を拡大するには低周波で動作する遮音材の小型化が求められています。別の方法はアクティブノイズコントロール 3 に依存しており、大型または重量の遮音材は必要ありませんが、複雑で高価な装置は避けられません。近年、遮音のためのさまざまな人工構造物4、5、6、7、8、9、10、11が発表され、それらは天然素材や従来の音響装置では得られない驚異的な性能を示しました。したがって、これらの構造に基づいて、遮音のための明確な方法が提示されました。

ブラッグ散乱 5 と局所共鳴 7 は、人工構造物における音響減衰のメカニズムであると考えられており、局所共鳴に基づく遮音材は、体積が小さく構造が多様であるため、より広く研究されています。膜や板は、弾性を低下させることで共振周波数を容易に下げることができるため、共振型遮音材に膜や板が多く採用され、嵩の小さい断熱材を使用することで低周波の音の減衰が実現できました。重量6、8、9。

膜またはプレートが共振周波数付近に動的負の密度を提供し、これを使用して音波の伝達をブロックできることが発表されました10、12、13。さらに、膜に追加の質量を取り付けると、共振周波数と振動モードが変化し、音の減衰が強化されました14、15、16、17。したがって、膜タイプおよびプレートタイプの構造は、オープンスペース14,16およびパイプ18,19,20,21,22,23,24で音を遮断するために使用され、HVAC（暖房、換気、空気）への応用の可能性を示しました。コンディショニング）システム。

大きな音の減衰が達成されましたが、密閉構造の遮音材はパイプに沿った空気の流れを完全に遮断するため、実際の HVAC システムでは使用できませんでした。そこで、音波を遮断し、通気を妨げない開放構造の絶縁体が研究されました。側面構造は当初、換気のためにパイプに沿った音の伝達を遮断するために使用されましたが、遮音材を設置する際にはパイプの壁を開く必要がありました25、26。さらに、複数の折り畳まれたファブリ・ペロー共振器がパイプの内壁に設置され、共振周波数で音響減衰が生じました27。そこで、遮音材の嵩を減らすために、スペースコイル28,29や螺旋構造30,31が採用された。これらの遮音材は、構造の共振周波数に位置する狭い周波数帯域内で減衰を生じます。一方、消音と通気を同時に実現する膜型構造も開発された。ストリップを取り付けた膜をパイプ壁の一部に置き換えるのに使用し、異なるモードの共振周波数で遮音性を生み出します32。 4 つの装飾膜の共鳴場と大きなオリフィスを通過する連続音場との相互作用に基づいて、低周波かつ狭帯域の音響フィルターが作成されました 33。次に、メンブレン型共振器と装飾メンブレンの結合共振を利用することで、500 Hz 以下の周波数で完全な吸収が得られました23。

局所共振を利用した人工構造物により低周波の遮音を実現しましたが、共振の性質により遮音材の動作帯域幅が狭くなってしまいました。数値シミュレーションにより、膜面立方体ボックス (MFCB) が低周波数範囲の複数の周波数帯域で大きな音響減衰を生成する可能性があることが実証されました 34。そこで本研究では、小型軽量のMFCBを3Dプリントにより作製し、MFCBの遮音性能を測定する実験装置を構築する。 MFCB は 200 ～ 800 Hz の複数の低周波数帯域で大きな音響減衰を生成し、211 Hz と 763 Hz で 21 dB を超える大きな損失が得られることが示されています。 4 つの周波数付近での遮音性を解明するために、独特のメカニズムが研究されています。パイプ内に設置された MFCB はパイプの断面積よりも小さいため、パイプに沿った空気の流れに対する MFCB の影響を研究するための実験を計画しました。これは、MFCB がパイプに沿った換気を完全に遮断しないことを示しています。パイプ。さらに、音の減衰を高める一連のMFCBを採用し、伝送損失をさらに増加させ、音の減衰の周波数帯域を拡大します。

図 1a は MFCB のモデルと写真を示し、図 1b は MFCB によって生成される音響減衰を測定するために確立された実験装置を示します。 MFCB のフレームは 3D プリントで作られており、フレームの厚さは \(0.5\;{\text{cm}}\) です。フレームは空気伝播音波に対して強いと考えられています。弾性膜が引き伸ばされてフレームを覆い、箱の 6 つの正方形の面が形成され、MFCB が作成されます (MFCB の製造の詳細は、「方法」:「MFCB の製造」に示されています)。 MFCB の重みは単に \({30}\;{\text{g}}\) です。 MFCB はパイプの中央で 4 つの小さなブラケットによって支えられています。 MFCB とパイプの辺の長さは、それぞれ \({7}\;{\text{cm}}\) と \({9}\;{\text{cm}}\) です。この場合、MFCB はパイプを完全には閉塞しません。

実験装置。 (a) MFCB のモデル (左) と写真 (右)。 (b) MFCB による伝送損失を測定するための実験装置。入力端 (または出力端) の隣接するマイク間の距離は \({15}\;{\text{cm}}\) \({s}_{1}={s}_{2}= 15\;\text{cm}\)、マイク 2 (または 3) から MFCB までの距離は 45 cm \({l}_{1}={l}_{2}=45\;\text {cm}\) (図は SOLIDWORKS 2016 を使用して作成されています)。

実験ではプラスチック膜とラテックス膜の 2 種類の膜を採用し、4 マイク法 35 (「方法」の「伝送損失を測定する実験装置」を参照) を使用して測定した伝送損失を図 2a に比較します。プラスチック膜を使用した MFCB は 214 Hz で 20 dB の大きな音響減衰を引き起こし、一方、574 Hz、724 Hz、および 949 Hz の周波数では約 5 dB の伝送損失が得られることが観察されます。ラテックス膜を採用した MFCB では、211 Hz と 763 Hz でそれぞれ 21 dB と 25 dB の大きな伝送損失が得られ、502 Hz と 879 Hz で 2 つの低い減衰ピークが発生します。音響減衰の最低周波数 211 Hz における対応する波長は 1.58 m であり、これは MFCB の辺の長さの 22 倍であることが観察されます。したがって、深いサブ波長のサイズを持つ MFCB は、低周波でかなり大きな遮音性を生み出します。

MFCB とそのメカニズムによって引き起こされる伝送損失。 (a) プラスチックとラテックスの 2 種類の膜で作成された MFCB によって引き起こされる伝送損失の測定値。 (b) ラテックス膜に基づく MFCB によって引き起こされる伝送損失のシミュレーションと測定の比較。 (c) MFCB の面の振動モードと 4 つの音響減衰ピークで得られた MFCB 周囲の音響強度 (赤い矢印)。 (d) MFCB の性能 (青と赤の矢印はそれぞれ MFCB 内とその周囲の音響強度を示します) と HQ パイプの性能の音響強度の比較 (図は MATLAB 2016 と COMSOL 5.5 を使用して作成されています)。

実験結果は、ラテックス膜を備えた MFCB がより優れた遮音性能を示すことを示しています。したがって、MFCB を作成するためにラテックス膜を採用し、膜のパラメーターは元のヤング率 \(E = 1.2 \times 10^{6} \;{\text{Pa}}\), \( {E}_{m}=2\times {10}^{10} \; \mathrm{Pa}\)、\(v = 0.40\) のポアソン比 \({v}_{m}=0.40 \)、密度 \(\rho = 970\;\; \text{kg}/\text{m}^{3}\) \({\rho }_{m}=970 \; \text{ kg}/\text{m}^{3}\) と厚さ \(h = 0.08\;{\text{mm}}\) \({h}_{m}=0.08 \; \text{ mm}\)。これらのパラメータは、AG-X Plus シリーズデュアルカラム電気機械テストフレームによって測定されます。

メンブレンを引き伸ばして MFCB のフレームに貼り付ける場合、メンブレン全体および異なる方向に完全に同一で均一なプレストレスを得るのは困難です (メンブレンは X-Y 平面に位置し、Z が法線方向です)。また、異なる方向のプレストレスを正確に測定することはできません。したがって、延伸された膜のプレストレスに基づいて MFCB によって引き起こされるシミュレートされた伝送損失は、測定結果から逸脱します (詳細については、補足資料のパート 3 を参照)。したがって、MFCB の性能を正確に評価するために、別の方法を使用してフェースの等価ヤング率 36 \(E_{eff}\) を直接測定します (「方法」の「MFCB フェースの等価ヤング率の測定」を参照)。 ")。したがって、理論計算とシミュレーションでは、測定された等価ヤング率 \(E_{eff} = 4.9 \times 10^{10} \;{\text{Pa}}\) を採用します。さらに、膜の機械的損失は、ヤング率の実数部に対する虚数部の比 \(\eta_{s}\) で示され、\(\eta_{s} = 0.011\ と測定されます) ）。

複数の周波数帯域における遮音のメカニズムを研究するために、COMSOL ソフトウェアを使用してラテックス膜に基づく MFCB の性能をシミュレートします。図 2b に示すように、シミュレートされた伝送損失は、210 Hz (A)、488 Hz (B)、756 Hz (C)、および 936 Hz (D) に 4 つのピークを示します。さらに、図2cは、MFCBの6つの面の振動モードとMFCB周囲の音響強度（赤い矢印）を示しており、複数の周波数帯域での伝送損失がMFCBの異なる振動モードによって引き起こされることを示しています。 6 つの面の振動は MFCB の対称性によって決定されることに注意してください。 MFCB がパイプ内に設置されると、音の伝播方向 (x 軸) に沿って回転対称になります。 MFCB を \({\pi/{2}}\) だけ回転させても、パイプ内の性能や音場は変わりません。したがって、音波の伝播方向（ｘ軸）に平行な４つの側面の振動モードは同一となる。一方、x 軸に垂直な表裏面（法線面）の振動モードは \({\pi/{2}}\) 回転対称性を満たす必要があります。したがって、法線面の振動は単極子に似ていますが、双極子モードは励起できません。

図2cに示すように、最初の音響減衰ピークAでは、両方の法線面が正方形の膜の基本モードで振動しますが、4つの側面はわずかに振動します。さらに、MFCB 内およびその周囲の音響強度は閉ループを形成するため、音響エネルギーの大部分は MFCB 内またはその周囲に閉じ込められ、パイプに沿って伝達できません。このメカニズムは、ハーシェルクインケ (HQ) パイプのメカニズムに似ており、2 つの経路に沿って伝わる音波の相互作用によって音の減衰が引き起こされます。 MFCB と HQ パイプの類似性を図 2d に示します。図 2d では、両方の構造における同様の音響強度の場が示されています。

HQ パイプは、次の式で決定される 2 つの一連の周波数で大きな伝送損失を生成することが十分に確立されています 37。

ここで、\(k\) は波数、\(L_{M}\) と \(L_{S}\) はそれぞれメインパイプとサイドループの長さです。 \(S_{M}\) と \(S_{S}\) はそれぞれメインパイプとサイドループの断面積です。この場合、音響減衰周波数は \(k(L_{M} - L_{S} ) = \left( {2n - 1} \right)\pi\) および \(k(L_{M} + L_) と表されます。 {S} ) = 2n\pi\)、\(n\) は整数です。図 2d の類推によれば、辺の長さが \(a = 7\;{\text{cm}}\) のボックスは、 \(L_{M} = 7\ の HQ パイプであると近似的にみなされます) ;{\text{cm}}\) および \(L_{S} = 14\;{\text{cm}}\)。しかし、従来の HQ パイプのメカニズムによれば、MFCB は 210 Hz の低周波付近で減衰を生み出すことができません。従来の HQ パイプによって引き起こされる音響減衰は、2 つの経路に沿って伝播した後の異なる位相を持つ 2 つの音波の相互作用に起因することが確立されています。 MFCB 内では、両方の法線面がボックス内を伝わる音波に余分な位相シフトを誘発するため、音響減衰周波数を決定する方程式は次のように書き換えられます。

ここで、 \(Z_{n} = {{S_{S} Z_{MA} }/{\rho_{0} }}c_{0}\) は膜の正規化された音響インピーダンスであり、 \(\rho_{ 0}\) と \(c_{0}\) を空気の密度と音速として使用します (詳細な導出については、補足資料のパート 1 を参照してください)。膜のインピーダンス \(Z_{MA}\) は \(Z_{MA} = j\omega M_{MA} + {1/{j\omega C_{MA} }}\) によって計算できます。 \(M_{MA} = 2.06{{\rho h}/{a^{2} }}\) および \(C_{MA} = 3.73 \times 10^{ - 4} {{a^{6} } /D}\)、\(D = {{E_{eff} h^{3} }/{12(1 - \nu^{2} )}}\)10,38 です。次に、式から、 (2) より、204 Hz と 219 Hz の 2 つの解が得られます。両方の周波数が互いに近くに位置し、210 Hz で大きな音響減衰を伴うピーク A が生じることが観察されます。したがって、\(Z_{n}\) によって引き起こされる追加の位相シフトにより、辺の長さが \(a = 7\;{\text{cm}}\) の小さな MFCB は、低域内で大きな音響減衰を生成する可能性があります。周波数帯域。従来の HQ パイプの場合、210 Hz の低周波数での音の減衰は同じサイズでは達成できません。さらに、膜の基本共振周波数は 211 Hz と計算され、これは式 (1) の解の近くに位置します。 (2)、204 Hz および 219 Hz。したがって、膜がピーク A の音響減衰において支配的であることが実証されています。

図2cから、2番目の音響減衰ピークBはMFCBの4つの側面の共振に関連していることが観察され、したがって、音響伝達に対する側面の弱い影響により低いピークBが得られます。正方形の面の共振周波数は \(\omega a^{2} \sqrt {{\rho/D}} = \lambda\)39 で表すことができます。ここで、\(\omega\) は円周周波数、\ (\lambda\) は定数です。第 2 共振モードの周波数は \(\lambda = 73.42\)39 で 429 Hz であると計算できます。これはピーク B の周波数 488 Hz に近いです。図 2c に示すように、音響減衰ピーク C 756 Hz にある振動は 6 つの MFCB 面の同じモードの共振に関連していますが、垂直面の振動は側面の振動よりもはるかに強力です。このモードの共振周波数は、\(\lambda = 132.18\)39 により 777 Hz と計算されます。ピーク A とピーク C の両方で、垂直面で集中的な共振が発生し、大きな音響減衰が発生します。ピーク D については、両法線面の振動モードと 4 つの側面の振動モードが異なるため、異なる共振モードの混成によって引き起こされます。

図 2b のシミュレーションされた伝送損失と測定された伝送損失の違いは、主に 3 つの要因に関連しています。まず、実験では MFCB は 4 つの小さなブラケットで支持されており、これが 4 つの側面の対称性に影響を与えます。第二に、膜を手で伸ばしたとき、膜全体の応力は X 方向と Y 方向で均一ではありません。最後に、MFCB の 6 つの面に均等かつ同一の応力を加えるのは難しいため、MFCB の 6 つの面は完全に同一ではありません。図2bに示すように、測定されたピークBおよびDはシミュレーションされたピークから派生しています。図2cで観察できるように、ピークBとDでは、4つの側面が同様の振動モードを示し、したがって非対称な側面により音響減衰ピークの偏りが生じます。

1 つの MFCB は複数の周波数帯域で音響減衰を生成できますが、これらの周波数帯域は MFCB 面の共振に関連しているため狭いです。そして、複数のMFCBを使用することで遮音性を高め、周波数帯域を拡大します。

図3aに示すように、複数のMFCBがパイプに沿って確立されます。これらの MFCB のパラメータが同一であれば、一連の MFCB はフォノニック結晶とみなされます。図3bは、格子定数\(d = 15\;{\text{cm}}\)の周期構造の分散を示しています。各MFCBのパラメータは実験で使用したものと同じです。図3bでは820から920 Hzの禁制帯が観察されており、これはブラッグ散乱によって引き起こされます。さらに、1 kHz 以下で 4 つのフラットバンドが発生していることが観察できます。これらは 4 つの音響減衰ピークと一致しています。これらのフラットバンドは局所共鳴40に関連していることが実証されており、これは遮音ピークのメカニズムと一致しています。周期的に確立された5つのMFCBによって引き起こされる伝送損失が図3cに示されており、音響減衰周波数が1つの単一MFCBで得られるものと同じであることが示されています。複数の MFCB の性能が重なっているため、ピークは図 2b に示されているものよりもはるかに高くなります。ただし、これらのピークの幅は、ブラッグ散乱によって引き起こされる禁制帯を除いて広がりません。

複数の MFCB のパフォーマンス。 (a) パイプ内に確立された一連の MFCB。 (b) 一連の MFCB からなる周期構造の分散。格子定数は \(d = 15\;{\text{cm}}\) であり、MFCB の同等のヤング係数は同一であり、 \(E = 4.9 \times 10^{10} \;{\text {パ}}\)。 (c) 同一のパラメータを持つ一連の 5 つの MFCB によって引き起こされる伝送損失のシミュレーション。 (d) ヤング率が異なる 3 つの MFCB によって引き起こされる伝送損失のシミュレーション。 (e) \(E_{1} = 6.1 \times 10^{10} \;{\text{Pa}}\)、\(E_{ 2} = 7.1 \times 10^{10} \;{\text{Pa}}\) および \(E_{3} = 8.9 \times 10^{10} \;{\text{Pa}}\) (図は MATLAB 2016 と COMSOL 5.5 を使用して作成されています)。

音の減衰の周波数帯域を拡張するには、弦内の各 MFCB のパラメーターを調整します。音響減衰の周波数帯域は、MFCB の膜のパラメーターを調整することでシフトできます (補足資料のパート 2 を参照)。 3 つの MFCB で得られた透過損失を図 3d に示します。ここで、各 MFCB の面のヤング係数は \(E_{1} = 4 \times 10^{10} \;{\text{Pa }}\)、\(E_{2} = 5 \times 10^{10} \;{\text{Pa}}\)、および \(E_{3} = 6 \times 10^{10} \;{ \text{Pa}}\)。この場合、MFCB のストリングは周期構造であると考えることはできません。図 3d では、伝送損失がストリング内の各 MFCB によって引き起こされる音響減衰の重ね合わせであることが観察されます。このため、伝送損失の高いピークが広がり、さらにその帯域内の伝送損失が増加する。複数のMFCBの性能を評価するために、3つのMFCBで得られた伝送損失を測定し、それを図3eのシミュレーション結果と比較します。 210 Hz と 290 Hz の間の低周波数範囲における測定された音響減衰ピークがシミュレーション値とよく一致していることが示されています。高周波でのピークはシミュレーション結果とは異なりますが、これは実験で使用した 3 つの MFCB の面に同一のプレストレスを正確かつ均一に加えることが困難であるためです。複数のMFCBの相互作用により、単体のMFCBの性能に比べて大幅に音の減衰が向上し、より大きな伝送損失で広帯域な遮音性を実現します。

最後に、空気流中での MFCB の性能を研究します。まず、パイプに沿った換気に対するMFCBの影響を評価するために、図4aに示す実験装置を確立します。エアコンプレッサーを使用してパイプの入口で一定の空気流を生成し、MFCB によって引き起こされる圧力降下 \(\Delta P\) を気圧計で測定します。結果を図4bに示します。圧力損失 \(\Delta P\) が入力空気流速 \(u_{0}\) とともに増加することが観察され、これは COMSOL の乱流モジュールを使用して得られたシミュレーション結果とよく一致しています。さらに、パイプの不連続性によって生じる圧力降下は次の式で表されることが確立されました41。

空気の流れの影響。 (a) MFCB が配管に沿った換気に及ぼす影響を評価するための実験装置。 (b) 異なる入力空気流速度による MFCB によって引き起こされる圧力損失の測定結果とシミュレーション結果の比較。 (c) 空気流下で MFCB によって引き起こされる伝送損失を測定するための実験装置。 (d) 空気流がある場合とない場合の測定された伝送損失 (図は SOLIDWORKS 2016、MATLAB 2016、COMSOL 5.5 を使用して作成されています)。

ここで \(K_{e}\) は無次元係数です。図 4b から、 \(\Delta P\) が \(u_{0}\) に二次関数的に関係していることがわかります。これは式 4 と一致しています。 (3)。次に、私たちの実験では、図4bに示すシミュレートされた曲線をフィッティングすることにより、係数 \(K_{e} = 2.02\) を取得できます。

さらに、MFCB によって引き起こされる遮音に対する空気の流れの影響を研究します。図 4c は実験装置を示し、図 4d は空気流がある場合とない場合で得られた伝送損失を示します。音の減衰のピークの周波数は空気流によってシフトされないことが観察できますが、空気流の下では伝送損失に谷が生じ、MFCB によって余分なノイズが誘発されることがわかります。騒音は、空気の流れによって励起された軽いMFCBの振動によって発生します。パイプの入口で測定された流速 \(4.8\;{\text{m/s}}\) では、MFCB によって余分な騒音が誘発されることが示されており、これは 263 Hz および 1.91 Hz で 6.86 dB です。 562 Hz で dB。遮音材と比較すると、誘導騒音ははるかに低く、住宅用 HVAC システムでは許容可能です。

要約すると、パイプに沿った音の伝達を遮断するための MFCB の構造を示します。 2 つの経路に沿って伝わる 2 つの音響波と MFCB の膜型面の異なる振動モードの相互作用により、200 ～ 800 Hz の複数の周波数帯域で大きな音響減衰が達成されます。音響波の波長と比較すると、MFCB はサブ波長の深さのサイズを持っています。さらに、MFCB はパイプの断面積よりも小さいため、パイプに沿った空気の流れを完全に遮断することはできません。さらに、パイプ内に一連の MFCB を配置することにより、音響減衰周波数帯域が拡大され、伝送損失がさらに増加します。したがって、MFCB は、HVAC システムとしてパイプ内の遮音に応用できる可能性を示します。

MFCB のフレームは 3D プリントで作られており、フレームの厚さは \({0}{\text{.5}}\;{\text{cm}}\) です。フレームは空気伝播音波に対して強いと考えられています。 MFCB の面の製造には、一辺の長さが 8 cm の正方形の膜が使用されます。まず、MFCBのフレームに接着剤を塗布してメンブレンを固定します。次に、膜の X 方向と Y 方向 (Z 方向が法線方向) に \(N = {2}0\;{\text{N/m}}\) の応力を加えてフレームに貼り付けます。 MFCBの。最後に、メンブレンの縁を切り取ります。この工程を繰り返すことでフレームの6面に膜を張り付けMFCBを作り上げます。

4 マイク法 35 を適用して、MFCB によって引き起こされる音響減衰を測定します。この研究では、1 kHz 未満の低周波数範囲で MFCB によって引き起こされる音響減衰を研究します。入力端 [または出力端 (3、4)] における両方のマイクロフォン (1、2) 間の距離は 15 cm に設定されており、臨界周波数は 1.1 kHz になります。この場合、4 マイク法の臨界周波数は、実験の周波数範囲である 100 Hz ～ 1 kHz に含まれていません。また、50秒間の記録データを50グループに分け、平均化することでランダムノイズの影響を低減しています。

\(M{ = }20\;{\text{g}}\) の質量の粉末を膜上に均等に振りかけ、平均変形 \(\Delta x_{avg} \およそ 1.44 \times 10^{ - 4} \;{\text{m}}\) をレーザー距離計で測定します。次に、膜の剛性を \(K \about 1.36 \times 10^{3} \;{\text{N/m}}\) と計算できます。次の関係によると、\(C_{a} = {{S_{M}^{2} } / K}\)、\(C_{a} = 3.73 \times 10^{ - 4} {{a ^{6} } /D}\) および \(D = {{E_{eff} h^{3} } /{12(1 - \nu^{2} )}}\)10,38、ここで \ (a\) と \(S_{M}\) は MFCB の面の辺の長さと面積であり、同等のヤング率 \(E_{eff} = 4.9 \times 10^{10} \; を計算できます。 MFCB 面の {\text{Pa}}\) を理論計算とシミュレーションに採用しました。さらに、膜の機械的損失は、ヤング率の実部に対する虚部の比 \(\eta_{s}\) で示され、\(\eta_{s} = 0.011\) と測定されます。中国国家規格 GB/T 18258-2000「制振材料 - 制振特性の試験方法」に基づいています。次に、COMSOL の Acoustic-Shell Interaction モジュールを使用して、MFCB のパフォーマンスをシミュレートします。

Tadeu, A. & Antonio, JMP 質量法則に対する解析式によって提供される単一パネル壁の防音。 J.サウンドバイブ。 257、457–475 (2002)。

記事 ADS Google Scholar

Fuchs、HV 応用音響学: 音響の快適さと騒音制御のための概念、吸収材、サイレンサー: 代替ソリューション - 革新的なツール - 実践例 (Springer、2013)。

Google スカラー

Kuo、SM および Morgan、DR アクティブノイズコントロール: チュートリアルのレビュー。手順 IEEE 87、943–973 (1999)。

記事 Google Scholar

Fang, N. et al. 負の弾性率を持つ超音波メタマテリアル。ナット。メーター。 5、452–456 (2006)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Lu、MH、Feng、L.、Chen、YF フォノニック結晶と音響メタマテリアル。メーター。今日、12、34–42 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Lee、SH、Park、CM、Seo、YM、Wang、ZG、Kim、CK 負の密度を持つ音響メタマテリアル。物理学。レット。 A 373、4464–4469 (2009)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Liu、ZY 局所的に共鳴する音響材料。サイエンス 289、1734–1736 (2000)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Naify、CJ、Chang、CM、McKnight、G.、Nutt、S. 同軸リング質量を備えた膜型音響メタマテリアルの伝送損失。Ｊ．Ａｐｐｌ．物理学。 110、124903 (2011)。

記事 ADS Google Scholar

Naify、CJ、Chang、CM、McKnight、G.、Scheulen、F.、Nutt、S. 膜型メタマテリアル: マルチセルアレイの透過損失。Ｊ．Ａｐｐｌ．物理学。 109、104902 (2011)。

記事 ADS Google Scholar

Huang, TY、Shen, C. & Jing, Y. 質量が付加されていないプレート型および膜型の音響メタマテリアルの実効密度の評価について。 J.アコースティック。社会午前。 140、908–916 (2016)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Badreddine, A. et al. 音響メタサーフェス。ナット。メーター牧師。 3、460–472 (2018)。

記事 Google Scholar

Yang, Z.、Mei, J.、Yang, M.、Chan, NH & Sheng, P. 負の動的質量を持つ膜型音響メタマテリアル。物理学。レット牧師。 101、204301 (2008)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Lee、SH、Park、CM、Seo、YM、Wang、ZG & Kim、CK 負の密度と弾性率を同時に持つ複合音響媒体。物理学。レット牧師。 104、054301 (2010)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Yang, M.、Ma, GC、Yang, ZY & Sheng, P. 二重負の質量密度と体積弾性率を備えた結合膜。物理学。レット牧師。 110、134301 (2013)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Yang, Z.、Dai, HM、Chan, NH、Ma, GC & Sheng, P. 50 ～ 1000 Hz 領域の音響減衰用の音響メタマテリアルパネル。応用物理学。レット。 96、041906 (2010)。

記事 ADS Google Scholar

Mei, J. et al. 低周波音の超吸収体としてのダーク音響メタマテリアル。ナット。共通。 3, 756 (2012)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Chen, YY, Huang, GL, Zhou, XM, Hu, G. & Sun, CT 膜型音響メタマテリアルの解析結合振動音響モデリング: 膜モデル。 J.アコースティック。社会午前。 136、969–979 (2014)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

ヤン、M.ら。サブ波長膜構造による吸音: 幾何学的な視点。 CRメック。 343、635–644 (2015)。

記事 ADS Google Scholar

ファン、L.ら。低周波遮音用の多層膜コーティングされた多孔板で構成される音響メタマテリアル。応用物理学。レット。 106、151908 (2015)。

記事 ADS Google Scholar

Huang, TY & Jing, Y. 質量を付加していない任意形状のプレート型音響メタマテリアルの有効密度の調査。ウェーブモーション 74、124–133 (2017)。

記事 MathSciNet MATH Google Scholar

チェン、Z.ら。電磁石によって駆動される二重負性を備えた調整可能な音響メタマテリアル。科学。議員 6、30254 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ma、GC、Yang、M.、Xiao、SW、Yang、ZY、Sheng、P。ハイブリッド共鳴を備えた音響メタサーフェス。ナット。メーター。 13、873–878 (2014)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

ヤン、M.ら。縮退共振器によるサブ波長の全音響吸収。応用物理学。レット。 107、104104 (2015)。

記事 ADS Google Scholar

Ao、W.、Ding、J.、Fan、L.、Zhang、SY 堅牢でアクティブに調整可能な完璧な吸音材。応用物理学。レット。 115、193506 (2019)。

記事 ADS Google Scholar

Shen, C. & Jing, Y. 広帯域の負の体積弾性率を持つ側枝ベースの音響メタマテリアル。応用物理学。 A 117、1885 ～ 1891 年 (2014)。

記事 ADS CAS Google Scholar

チェン、Z.ら。低周波および広帯域の音響波に対する開放構造の遮音材です。応用物理学。特急 8 号、107301 (2015)。

記事 ADS Google Scholar

チェン、S.ら。超低密度のメタマテリアル吸収材により、自由な通気性を備えた広帯域の低周波サウンドを実現します。 J.アコースティック。社会午前 150 年、1044 ～ 1056 年 (2021 年)。

記事 ADS Google Scholar

Huang、SBら。開口部が埋め込まれたスパイラルメタサーフェスによる完全な音響吸収体。応用物理学。レット。 113、233501 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

Li、Y. & Assouar、BM 深いサブ波長の厚さを備えた音響メタサーフェスベースの完全な吸収体。応用物理学。レット。 108、063502 (2016)。

記事 ADS Google Scholar

Ghaffarivardavagh, R.、Nikolajczyk, J.、Anderson, S. & Zhang, X. Fano のような干渉に基づく超オープン音響メタマテリアルサイレンサー。物理学。 Rev. B 99、024302 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Sun, M.、Fang, XS、Mao, DX、Wang, X. & Li, Y. 広帯域音響換気バリア。物理学。 Rev.Appl. 13、044028 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Liu, Y. & Du, J. ストリップマスと結合したダクト膜システムの振動音響特性と音響減衰解析。Ｊ．Ｖｉｂ．コントロール 25、2910–2920 (2019)。

記事 MathSciNet Google Scholar

Ma、GC、Yang、M.、Yang、ZY、Sheng、P. 大きなオリフィスを備えた低周波狭帯域音響フィルター。応用物理学。レット。 103、011903 (2013)。

記事 ADS Google Scholar

Yu、WW、Fan、L.、Ma、RH、Zhang、H. & Zhang、SY 膜タイプの面を備えた中空ボックスを使用した低周波および複数帯域の遮音。応用物理学。レット。 112、183506 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

米国試験材料協会。伝達行列法に基づく吸音材料の垂直入射音響透過測定の標準試験方法、https://www.astm.org/DATABASE.CART/HISTORICAL/E2611-09.htm。（2009年）。

Li、JF、Zhou、XM、Huang、GL、Hu、GK 遮音とエネルギーハーベスティングの両方が可能な音響メタマテリアル。スマートメーター。構造体。 25、045013 (2016)。

記事 ADS Google Scholar

Selamet, A.、Dickey, NS & Novak, JM ハーシェル・クインケ管: 理論的、計算的、実験的研究。 J.アコースティック。社会午前。 96、3177–3185 (1994)。

記事 ADS Google Scholar

Frédéric, B.、Hervé, L.、Juan, RM 負/ゼロ/正の屈折率を持つ音響伝送線メタマテリアル。物理学。 Rev. B 82、094306 (2010)。

記事 Google Scholar

Leissa、AW Vibration of Plates 60–62 (米国航空宇宙局科学技術情報部門、1969 年)。

Google スカラー

Chen, YY & Wang, LF 局所共鳴バンドギャップとブラッグバンドギャップが重なる周期的な共連続音響メタマテリアル。応用物理学。レット。 105、191907 (2014)。

記事 Google Scholar

アブデラル、FF 他。小さな流路内での急激な流路面積の変化によって生じる圧力降下。経験値サーム。流体科学。 29、425–434 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

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この研究は、中国国家重点研究開発プロジェクト、番号 2020YFA0211400、中国国家自然科学財団、番号 12274218 および 11774169 によって支援されています。安徽省自然科学財団、第 1908085QA39。

現代音響学研究室、南京大学音響研究所、南京、210093、中国

Zi-jian Zhou、Wei Ao、Li Fan、Shu-yi Zhang、Li-ping Cheng、Xiaodong Xu、Hui Zhang

安徽省高等教育機関の建築音響環境の主要研究室、安徽建柱大学、合肥、230601、中国

趙金宇

東南大学機械工学部、南京、211189、中国

張恵

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ZZは実験と図の作成を行いました。 ZZ と LF が執筆に貢献しました。 LF は理論モデルと分析に貢献しました。 ZZ と WA は数値シミュレーションに貢献しました。 LF がプロジェクトを発案し、主導しました。 ZZ、LF、SZ、LC、XX、JZ、HZ が改訂に貢献しました。

Li Fan または Shu-yi Zhang への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Zhou、Zj.、Ao、W.、Fan、L. 他パイプ沿いの通気を妨げずに低周波のマルチバンド遮音材です。 Sci Rep 12、19034 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-21673-8

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受信日: 2021 年 8 月 18 日

受理日: 2022 年 9 月 29 日

公開日: 2022 年 11 月 8 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-21673-8

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