寬頻化吸音型超穎介面設計、分析與實驗

Project: Research project

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"低頻噪音的消除仍是很具挑戰的課題,常見的吸音材料在低頻的吸音效率不佳,而吸音結構在低頻的使用上常需占用較大的體積。近年來聲學超穎材料或超穎介面的發展使得實現利用小尺寸結構有效的調控低頻聲波開始成為可能,超穎材料為具有週期性微結構或含共振器的人造材料,可以表現與自然材料截然不同的行為,是近年來廣受學術界注目的領域,如果將人造微結構布置於表面用以調整入射波的相位或振幅達成聚焦、散射或吸音等效果,則稱為聲學超穎介面,聲學超穎介面常由次波長長度的週期結構組成,常見的有空間迷宮結構、類荷姆霍茲共振器、薄膜型結構等。
設計一個好的吸音超穎介面是一個複雜的問題,需要考慮可用的頻寬、結構尺寸及介面的等效阻抗必須與背景阻抗相近,本研究將以四分之一波長管為基礎,一方面由於串、並聯管於基頻與倍頻時的局部寬頻吸音率具有發展成寬頻吸音的潛力,將以最佳化方法設計串、並聯管的尺寸達到最佳化的吸音率,之後嘗試利用串、並聯管的彎折縮減厚度,設計出厚度更小、管數更少之寬頻共振型吸音界面;另一方面則嘗試採用Voigt錐狀管、從仿生的觀點採用貝殼形狀管、在吸音管壁表面增加週期性結構或結合荷姆霍茲共振腔與四分之一波長管等方式,期望可以突破窄頻吸音的限制,並透過空間堆疊或共平面捲繞方式達到降低介面厚度的效果。此外也將嘗試結合3D列印的特性,以網狀支撐材作為管內吸音結構取代吸音棉,測試其可行性。吸音超穎介面設計將先以有限元素法進行模擬分析,考慮空氣的摩擦與熱傳,計算在各頻率下的吸音率,並將以3D列印製作原型組合,在自製的阻抗腔或阻抗管中進行量測分析,期望透過本研究可設計出在低頻下可寬頻使用之高吸音型超穎介面。"
StatusFinished
Effective start/end date20-08-0121-07-31