ຊຶ່! ອະນາຄົດຂອງການຄວບຄຸມສິ່ງລົບກວນແມ່ນບິດເບືອນຜ່ານ 3D-Printed Labyrinths

ຜູ້ຂຽນ: (1) F. Nistri, ພະແນກວິທະຍາສາດແລະເຕັກໂນໂລຢີ, Polytechnic of Turin, Turin, Italy ແລະ Polytechnic ຂອງ Milan, Milan, Italy; (2) VH Kamrul, ມະຫາວິທະຍາໄລ Polytechnic ຂອງ Milan, Milan, ອິຕາລີ; (3) L. Bettini, Polytechnic ຂອງ Milan, Milan, ອີຕາລີ; (4) E. Musso, ມະຫາວິທະຍາໄລ Polytechnic ຂອງ Milan, Milan, ອີຕາລີ; (5) D. Piciucco, Polytechnic University of Milan, Milan, ອີຕາລີ; (6) M. Zemello, Polytechnic ຂອງ Milan, Milan, ອີຕາລີ; (7) AS Gliozzi, ພະແນກວິທະຍາສາດແລະເຕັກໂນໂລຢີ, Polytechnic ຂອງ Turin, Turin, ອິຕາລີ; (8) AO Krushynska, ຄະນະວິທະຍາສາດ ແລະວິສະວະກຳສາດ, ມະຫາວິທະຍາໄລ Groningen, Groningen, ປະເທດເນເທີແລນ; (9) NM Pugno, ຫ້ອງທົດລອງສໍາລັບ Bioinspired, Bionic, Nano, Meta Materials & Mechanics, University of Trento, Trento, Italy ແລະໂຮງຮຽນວິສະວະກໍາແລະວິທະຍາສາດວັດສະດຸ, Queen Mary University of London, United Kingdom; (10) L. Sangiuliano, Phononic Vibes srl, Milan, Italy; (11) L. Shtrepi, ພະແນກພະລັງງານ "Galileo Ferraris", Polytechnic University of Turin, Turin, ອິຕາລີ; (12) F. Bosia, ພະແນກວິທະຍາສາດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີ, Politecnico di Torino, Turin, ອິຕາລີ ແລະຜູ້ຂຽນທີ່ສອດຄ້ອງກັນ (federico.bosia@polito.it). ຕາຕະລາງການເຊື່ອມຕໍ່ Abstract ແລະ 1 ບົດແນະນໍາ 2 ການອອກແບບແລະການວິເຄາະຫ້ອງ 3 ໜ່ວຍການທົດລອງເຊລ ແລະ ການກຳນົດລັກສະນະຕົວເລກ 4 Rainbow AM labyrinthine panel 4.1 ການອອກແບບແລະການຜະລິດແຜງ 4.2 ຮູບແບບ FE ຂອງແຜງ AM 4.3 AM ລັກສະນະແຜງ ຜົນການດູດສຽງຂອງແຜງ 4.4 AM 5 ການປະເມີນຜົນເປັນຈໍານວນຂອງການແກ້ໄຂກະດານການດູດຊຶມສຽງ labyrinthine ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ 5.1 Macrocell ທີ່ມີຊ່ອງຄອດຮອງ 5.2 ຜົນໄດ້ຮັບ ບົດສະຫຼຸບ, ການຮັບຮູ້, ແລະເອກະສານອ້າງອີງ ເອກະສານຊ້ອນທ້າຍ I ບົດຄັດຫຍໍ້ ໃນວຽກງານນີ້, ພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຫຼັກຖານສະແດງຂອງການທົດລອງແນວຄວາມຄິດການດູດຊຶມສິ່ງລົບກວນປະສິດທິພາບຂອງກະດານພິມ 3-D ອອກແບບທີ່ມີການຈັດລຽງທີ່ເຫມາະສົມຊ່ອງ-coiling labyrinthine acoustic ຈຸລັງປະຖົມຂອງຂະຫນາດຕ່າງໆ. ຈຸລັງຫນ່ວຍ labyrinthine ໄດ້ຖືກວິເຄາະແລະຕົວເລກການວິເຄາະເພື່ອກໍານົດລັກສະນະການດູດຊຶມຂອງມັນແລະຫຼັງຈາກນັ້ນ fabricated ແລະທົດລອງໃນທໍ່ impedance ເພື່ອກວດສອບການເພິ່ງພາອາໄສລັກສະນະການດູດຊຶມຂອງຄວາມຫນາຂອງຈຸລັງແລະຂະຫນາດຂ້າງ. ຄວາມຖີ່ຂອງ resonance ຂອງຫ້ອງຫນ່ວຍແມ່ນເຫັນໄດ້ວ່າຂະຫນາດປະມານເສັ້ນກົງກັບຄວາມຫນາແລະຂະຫນາດຂ້າງຄຽງໃນຂອບເຂດທີ່ພິຈາລະນາ, ເຮັດໃຫ້ມັນສາມາດປັບຄວາມຖີ່ຂອງການເຮັດວຽກໄດ້ງ່າຍ. ການນໍາໃຊ້ຂໍ້ມູນເຫຼົ່ານີ້, ແຜງຮາບພຽງຖືກອອກແບບແລະຜະລິດໂດຍການຈັດຈຸລັງທີ່ມີຂະຫນາດທີ່ແຕກຕ່າງກັນຢູ່ໃນເສັ້ນດ່າງບາງໄລຍະ, ນໍາໃຊ້ຜົນກະທົບສຽງ "rainbow", i.e. superimposing ຄວາມຖີ່ຂອງການຕອບສະຫນອງຂອງຈຸລັງທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອສ້າງສະເປກຕາການດູດຊຶມທີ່ກວ້າງຂຶ້ນ, ກວມເອົາຂອບເຂດຄວາມຖີ່ຂອງເປົ້າຫມາຍ, ລະດັບການດູດຊຶມສຽງ 140 Hz ແລະບາງໆ ວິທີແກ້ໄຂແລະອອກແບບໃນຮູບແບບ modular, ເພື່ອທີ່ຈະໃຊ້ກັບເລຂາຄະນິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ການປະຕິບັດຂອງຄະນະກໍາມະໄດ້ຖືກທົດລອງໃຊ້ໃນຫ້ອງ reverberation ຂະຫນາດນ້ອຍ, ແລະການດູດຊຶມທີ່ໃກ້ຊິດກັບຄ່າທີ່ເຫມາະສົມແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຄວາມຖີ່ຂອງການດໍາເນີນງານທີ່ຕ້ອງການ. ດັ່ງນັ້ນ, ວຽກງານນີ້ແນະນໍາຂັ້ນຕອນການອອກແບບສໍາລັບການແກ້ໄຂກະດານຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງລົບກວນແລະສະຫນອງຫຼັກຖານທົດລອງຂອງຄວາມຍືດຫຍຸ່ນແລະປະສິດທິພາບຂອງ metamaterials labyrinthine ສໍາລັບການຫຼຸດຜ່ອນສຽງກາງຫາຄວາມຖີ່ຕ່ໍາທີ່ສາມາດປັບໄດ້. 1 ບົດແນະນຳ ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, Acoustic Metamaterials (AMs) ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຢ່າງກວ້າງຂວາງເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດພິເສດຂອງມັນ, ເຊິ່ງບໍ່ພົບທົ່ວໄປໃນວັດສະດຸທີ່ເກີດຂື້ນຕາມທໍາມະຊາດ [1-3]. AMs ສາມາດປູທາງໄປສູ່ການພັດທະນາເຄື່ອງດູດສຽງ ແລະເຄື່ອງກະຈາຍສຽງລຸ້ນໃໝ່ທີ່ມີຄວາມໜາເລິກຂອງຄື້ນຄື້ນຍ່ອຍ, ເຊິ່ງສາມາດປັບແຕ່ງໄດ້ຕາມຄວາມຖີ່ທີ່ຕ້ອງການ [4]. ການນໍາໃຊ້ຂອງພວກເຂົານໍາເອົາຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃຫມ່ໃຫ້ກັບບັນຫາພື້ນເມືອງຂອງການບັນລຸການດູດຊຶມຄວາມຖີ່ຕ່ໍາ [5]. ນອກຈາກນັ້ນ, AMs ສະເຫນີຄວາມເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະບັນລຸປະສິດທິພາບສູງໃນແງ່ຂອງການຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງລົບກວນ, ແລະພ້ອມກັນຫຼຸດຜ່ອນຂະຫນາດແລະນ້ໍາຫນັກຂອງໂຄງສ້າງ [6], ເກີນຂອບເຂດຈໍາກັດຂອງເຕັກໂນໂລຢີແບບດັ້ງເດີມໂດຍອີງໃສ່ກົດຫມາຍມະຫາຊົນຊັ້ນດຽວ, ການປັບຄວາມຖີ່ resonance ຊັ້ນສອງແລະການເພີ່ມປະສິດທິພາບຄວາມຫນາ absorber porous [7]. ໂດຍສະເພາະ, ວັດສະດຸໃຫມ່ເຫຼົ່ານີ້ເບິ່ງຄືວ່າມີແນວໂນ້ມແລະຕອບສະຫນອງຄວາມຫນາແຫນ້ນແລະຂໍ້ຈໍາກັດຂອງນ້ໍາຫນັກທີ່ກໍານົດໂດຍຄວາມຕ້ອງການຂອງການອອກແບບ / ເຕັກໂນໂລຢີຂອງຕະຫຼາດ, e.g. ໃນການອອກແບບ cabin ເຮືອບິນໃນ aeronautics [8]. AMs ສາມາດຖືກລວມເຂົ້າກັບວິທີແກ້ໄຂແບບດັ້ງເດີມເຊັ່ນ: ອຸປະກອນທີ່ມີ porous [9], Helmholtz resonators [10] ຫຼື tensioned membranes [11,12] ສໍາລັບ tuned ຫຼື optimized ປະສິດທິພາບ. ມັນເປັນທີ່ຮູ້ກັນດີວ່າການດູດຊຶມທີ່ສົມບູນແບບສາມາດໄດ້ຮັບໃນເວລາທີ່ສະພາບການເຊື່ອມໂຍງທີ່ສໍາຄັນເກີດຂື້ນ, ບ່ອນທີ່ການສູນເສຍ thermoviscous ແມ່ນມີຄວາມສົມດູນຢ່າງແທ້ຈິງໂດຍການຮົ່ວໄຫຼຂອງພະລັງງານ [13]. ຕົວຢ່າງການດູດຊຶມທີ່ສົມບູນແບບດັ່ງກ່າວໃນລະບົບຄວາມຍາວຂອງຄື້ນຍ່ອຍໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສາມາດບັນລຸໄດ້ກັບອາເຣແຕ່ລະໄລຍະຂອງ resonators Helmholtz ແນວຕັ້ງ [14], ເຊັ່ນດຽວກັນກັບໂຄງສ້າງຂອງແຜ່ນ resonator / ປິດ waveguide [15]. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຄວາມຖີ່ຂອງການເຮັດວຽກຂອງ AMs ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງແຄບ, ຫຼືໂຄງສ້າງຈໍາເປັນຕ້ອງມີຄວາມຫນາແຫນ້ນເພື່ອໃຫ້ສາມາດດໍາເນີນການບໍລະອົດແບນໄດ້. ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫານີ້, ແນວຄວາມຄິດຂອງ "ກັບດັກຮຸ້ງ" ໃນ resonators acoustic ທີ່ມີຕົວກໍານົດການປ່ຽນແປງ, ແລະເພາະສະນັ້ນຄວາມຖີ່ການເຮັດວຽກ, [16,17] ຫຼືລະບົບທີ່ມີເຄື່ອງດູດ porous asymmetric [18] ໄດ້ຖືກຮັບຮອງເອົາມາເຖິງຕອນນັ້ນ. ປະເພດທີ່ຫນ້າສົນໃຈໂດຍສະເພາະຂອງ AM ທີ່ເກີດຂື້ນໃນຊຸມປີທີ່ຜ່ານມາແມ່ນ "labyrinthine" ຫຼືໂຄງສ້າງ "coiled" [19]. ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນອີງໃສ່ການຂະຫຍາຍພັນຂອງຄື້ນສຽງໃນຊ່ອງໂຄ້ງຂອງ subwavelength cross-section, ເຮັດໃຫ້ມີດັດຊະນີ refractive ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ (ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ຄວາມໄວຂອງຄື້ນທີ່ມີປະສິດຕິຜົນຫຼຸດລົງ) ແລະຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການບັນລຸ "double negativity", i.e. ໃນເວລາດຽວກັນກັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຜົນກະທົບທາງລົບ [0. ການອອກແບບ labyrinthine 2-D Tapered ຍັງໄດ້ຮັບການສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການຈັບຄູ່ impedance broadband ທີ່ດີທີ່ສຸດ, ເຊິ່ງເປັນພື້ນຖານສໍາລັບການດູດຊຶມທີ່ມີປະສິດທິພາບ [21]. ແນວຄວາມຄິດຍັງໄດ້ຮັບການຂະຫຍາຍຈາກ 2-D ກັບ 3-D ໂຄງສ້າງ labyrinthine coiling ຊ່ອງ [22]. ການທົດລອງການສາທິດດັດຊະນີສະທ້ອນທາງລົບທາງລົບຂອງບໍລະອົດແບນທີ່ຄາດຄະເນທາງທິດສະດີໄດ້ບັນລຸໄດ້ຜ່ານການວັດແທກການສະທ້ອນຫຼືການສົ່ງຕໍ່ແລະການວັດແທກສອງມິຕິຂອງ prism ໃນຕົວຢ່າງ 3-D ພິມ thermoplastic labyrinthine [23]. Hilbert-like fractal metamaterials acoustic ຍັງໄດ້ຮັບການອອກແບບ, fabricated ໂດຍຜ່ານການພິມ 3-D, ແລະລັກສະນະການທົດລອງ, ເພື່ອບັນລຸປະສິດທິພາບການຫຼຸດຜ່ອນຄື້ນສຽງຄວາມຖີ່ຕ່ໍາປະສິດທິພາບ [24,25]. ໂຄງສ້າງ labyrinthine 3-D "ຫນຶ່ງ-port" ຍັງໄດ້ຖືກສະເຫນີເພື່ອໃຫ້ບັນລຸລະດັບການດູດຊຶມສຽງໃນລະດັບສູງໃນໄລຍະຄວາມຖີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່ (ແລະສໍາລັບມຸມສາກຕ່າງໆ), ການນໍາໃຊ້ຄວາມຍາວຊ່ອງທາງທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອປັບແຖບປະຕິບັດງານ [26]. ຕົວຢ່າງອີກອັນຫນຶ່ງຂອງ labyrinthine AM ສະຫນອງການປັບຕົວຂະຫນາດໃຫຍ່ແມ່ນໂຄງສ້າງທີ່ຖືກດົນໃຈຈາກ spider web, ເຊິ່ງການເພີ່ມຊ່ອງຫວ່າງຂອງຂອບສາມາດເພີ່ມຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນການຈັດການຄຸນສົມບັດການກະຈາຍ, ຄວບຄຸມຮູບລັກສະນະຂອງຊ່ອງຫວ່າງແຖບຫຼືຄວາມໄວຂອງກຸ່ມລົບ, ແລະຄຸນລັກສະນະການສົ່ງ / ການສະທ້ອນ [27]. ການສຶກສາຈໍານວນຫນຶ່ງໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການນໍາໃຊ້ໂຄງສ້າງການຕື່ມຊ່ອງ, ເຊັ່ນເສັ້ນໂຄ້ງ Wunderlich, ສາມາດຄວບຄຸມການສົ່ງ, ການສະທ້ອນແລະການດູດຊຶມໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບໂດຍການປ່ຽນ tortuosity ຊ່ອງ, ດັ່ງນັ້ນການສະທ້ອນ / ການດູດຊຶມຂອງບໍລະອົດແບນທັງຫມົດສາມາດບັນລຸໄດ້ເຊັ່ນ: ການປັບຄວາມຍາວຂອງຊ່ອງທາງ [28,29]. ດັ່ງນັ້ນ, labyrinthine ແລະ space-filling AMs ໄດ້ສະຫນອງວິທີການທີ່ສະດວກແລະປະສິດທິພາບຫຼາຍເພື່ອບັນລຸການຄວບຄຸມສຽງໃນລະດັບຄວາມຖີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່, ໂດຍສະເພາະໃນລະບົບ subwavelength, ໂດຍປັບຕົວກໍານົດການການອອກແບບ geometrical (ເຊັ່ນ: tortuosity ຊ່ອງຫຼືການຍືດຕົວແລະຂະຫນາດຕາມໂກນ). ປະເພດຂອງການປັບຕົວນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ຈະເປັນປະໂຫຍດຕໍ່ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກການດູດຊຶມສຽງໃນຂະຫນາດນ້ອຍເຖິງຂະຫນາດກາງ, ບ່ອນທີ່ຂໍ້ຈໍາກັດກ່ຽວກັບຂະຫນາດໂຄງສ້າງຂອງເຄື່ອງດູດຊຶມເຮັດໃຫ້ການຄ້າ offs ລະຫວ່າງປະສິດທິພາບແລະ encumbrance. ວັດສະດຸດູດຊຶມອາລູສະຕິກແບບທຳມະດາທີ່ມີຄວາມໜາພຽງພໍ, ເຊັ່ນ: ຂົນແກ້ວ ຫຼື ໂຟມພາຍໃນແຜ່ນແຊນວິດທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສະເລ່ຍ 75 ກກ/ມ3 [30] ສາມາດດູດຊຶມພະລັງງານຄື້ນສຽງໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່ກວ້າງ, ແຕ່ຄຸນລັກສະນະອັນກວ້າງໃຫຍ່ຂອງພວກມັນຈຳກັດການນຳໃຊ້ກວ້າງຂອງພວກມັນສຳລັບການດູດຊຶມຄວາມຖີ່ຕໍ່າ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຄຸນລັກສະນະທີ່ມີນ້ໍາຫນັກເບົາກາຍເປັນສິ່ງສໍາຄັນໃນເວລາທີ່ຈັດການກັບອຸປະກອນໃນການບິນແລະອຸດສາຫະກໍາຍານຍົນຫຼືໂດເມນເຕັກໂນໂລຢີອື່ນໆ [8]. ໃນປັດຈຸບັນ, ການສຶກສາຈໍານວນຫນ້ອຍ [31] ໃນວັນນະຄະດີໄດ້ນໍາສະເຫນີລາຍລະອຽດການສຶກສາລັກສະນະສຽງກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂະຫນາດໃຫຍ່ເຊັ່ນ: ກະດານທີ່ອີງໃສ່ metamaterial, ແລະບໍ່ມີຢູ່ໃນ labyrinthine, ເພື່ອຄວາມຮູ້ຂອງພວກເຮົາທີ່ດີທີ່ສຸດ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຄວາມຕ້ອງການເກີດຂື້ນເພື່ອສືບສວນການປະຕິບັດ labyrinthine AM ກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງທີ່ໃກ້ຊິດກັບເງື່ອນໄຂການດໍາເນີນງານທີ່ມີທ່າແຮງ, i.e. ໃນສະພາບພາກສະຫນາມທີ່ແຜ່ກະຈາຍ. ດ້ວຍຄວາມຄິດນີ້, ການສຶກສາໃນປະຈຸບັນຈະສືບສວນການອອກແບບຂອງ resonators acoustic labyrinthine coiled, ການປະສົມປະສານທີ່ເຫມາະສົມຂອງພວກມັນຢູ່ໃນກະດານ "rainbow" ພິມ 3-D ແລະນໍາສະເຫນີການທົດລອງແນວຄວາມຄິດເພື່ອສະແດງໃຫ້ເຫັນການດູດຊຶມສຽງ Broadband ທີ່ມີປະສິດທິພາບ. ເອກະສານອະທິບາຍຂັ້ນຕອນການເຮັດວຽກຕໍ່ໄປນີ້. ການອອກແບບຂອງ labyrinthine Unit Cells (UCs) ແລະແບບຈໍາລອງການວິເຄາະຂອງ spectra ການດູດຊຶມຂອງພວກມັນໄດ້ຖືກອະທິບາຍໄວ້ໃນພາກ 2. ການທົດລອງແລະຕົວເລກແລະການປຽບທຽບກັບແບບຈໍາລອງການວິເຄາະສໍາລັບ UC ທີ່ຖືກອອກແບບແມ່ນສະຫນອງໃຫ້ຢູ່ໃນພາກທີ 3. ການອອກແບບແລະການພິມ 3-D ຂອງແຜງຂະຫນາດເຕັມທີ່ມີຂະຫນາດຕົວແປ, ການຄັດເລືອກທີ່ເຫມາະສົມໃນຫ້ອງທົດລອງ UC 4. ສຸດທ້າຍ, ການສືບສວນຕົວເລກຂອງການເຊື່ອມຂອງຄະນະກໍາມະກັບອຸປະກອນການດູດຊຶມແບບດັ້ງເດີມແມ່ນໄດ້ອະທິບາຍຢູ່ໃນພາກທີ 5. ເອກະສານນີ້ ພາຍໃຕ້ໃບອະນຸຍາດ CC BY-NC-ND 4.0 DEED. ມີຢູ່ໃນ arxiv