نشریه علمی صوت و ارتعاش

نشریه علمی صوت و ارتعاش

تحلیل فرکانسی فراماده آکوستیکی هلمهولتز-غشایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دانشگاه صنعتی اصفهان
2 دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
در این پژوهش، عملکرد یک فراماده آکوستیکی مبتنی بر تشدیدگر هلمهولتز دوگانه کوپل‌شده با غشا بررسی شده است. این فراماده پتانسیل این را دارد که در زمینه‌هایی مانند سیستم تهویه و یا لوازم خانگی مانند جاروبرقی به‌کار برده شود. یکی از ویژگی‌های ساختار پیشنهادی این است که ضمن تضعیف صوت، مانعی در مسیر جریان هوا ایجاد نمی‌کند. نوآوری اصلی پژوهش، بررسی ارتباط مستقیم میان شکل مود غشا، تغییر حجم محفظه تشدیدگر هلمهولتز و ایجاد قله‌های افت انتقال صوت در یک ساختار هلمهولتز دوگانه-غشایی است. شبیه‌سازی‌ها در نرم‌افزار کامسول در دو مرحله، شامل یک مدل ساده و سپس یک لایه از ساختار پیشنهادی، انجام شد. نتایج نشان داد قله‌های نمودار افت انتقال صوت عمدتاً در فرکانس مودهایی ظاهر می‌شوند که تغییر شکل غشا موجب تغییر حجم محفظه هلمهولتز می‌شود؛ در مدل ساده سه مود و در ساختار پیشنهادی پنج مود مؤثر از این نوع شناسایی شد. اختلاف فرکانس قله‌های نمودار افت انتقال صوت با فرکانس‌های ویژه متناظر در دو مرحله به‌ترتیب حدود 2 و 5/1 درصد بود. همچنین محاسبه 55 فرکانس ویژه در بازه صفر تا 2000 هرتز 9 ثانیه زمان برد، در حالی که تحلیل دامنه فرکانسی با گام 1 هرتز حدود 630 ثانیه طول کشید؛ بنابراین تحلیل فرکانس ویژه با کاهش حدود 70 برابری زمان محاسبات، دقت قابل قبولی برای شناسایی هدفمند قله‌های افت انتقال صوت فراهم کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Frequency Analysis of a Membrane-coupled Helmholtz Acoustic Metamaterial

نویسندگان English

Reza Zolfaghari Nezhad 1
Saeed Ziaei Rad 2
Ali Loghmani 2
Mohammad Hadi Fasihi Harandi 2
1 Student of Isfahan University of Technology
2 Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, IRAN
چکیده English

In this study, the performance of an acoustic metamaterial based on a membrane-coupled dual-Helmholtz resonator is investigated. This metamaterial has the potential to be applied in domains such as ventilation systems or household appliances, such as vacuum cleaners. A key feature of the proposed structure is that it attenuates sound without posing an obstruction to the airflow path. The main innovation of this research lies in investigating the direct correlation between the membrane mode shape, the volume variation of the Helmholtz resonator cavity, and the generation of sound transmission loss (STL) peaks within a dual-Helmholtz coupled membrane structure. Simulations were carried out using COMSOL software in two stages, consisting of a simplified model followed by a unit layer of the proposed structure. The results demonstrated that the peaks in the transmission loss curve predominantly occur at mode frequencies where the deformation of the membrane induces a volume change in the Helmholtz cavity; three effective modes of this type were identified in the simplified model, and five in the proposed structure. The frequency discrepancies between the STL peaks and their corresponding eigenfrequencies across the two stages were approximately 2% and 1.5%, respectively. Furthermore, calculating 55 eigenfrequencies in the range of 0 to 2000 Hz took 9 seconds, whereas the frequency-domain analysis with a 1 Hz step required approximately 630 seconds. Consequently, the eigenfrequency analysis provided acceptable accuracy for the targeted identification of sound transmission loss peaks while reducing computation time by roughly 70-fold.

کلیدواژه‌ها English

Acoustic Metamaterial
Mode Shape
Cavity Volume
Frequency Analysis
Sound Transmission Loss

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 مهر 1405