KR20230076619A - Metaliner for reducing duct noise - Google Patents

Metaliner for reducing duct noise Download PDF

Info

Publication number
KR20230076619A
KR20230076619A KR1020210163725A KR20210163725A KR20230076619A KR 20230076619 A KR20230076619 A KR 20230076619A KR 1020210163725 A KR1020210163725 A KR 1020210163725A KR 20210163725 A KR20210163725 A KR 20210163725A KR 20230076619 A KR20230076619 A KR 20230076619A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metaliner
neck
resonator
resonators
duct
Prior art date
Application number
KR1020210163725A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102613018B1 (en
Inventor
전원주
김지완
오태석
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020210163725A priority Critical patent/KR102613018B1/en
Publication of KR20230076619A publication Critical patent/KR20230076619A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102613018B1 publication Critical patent/KR102613018B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/02Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance
    • F01N1/023Helmholtz resonators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/12Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
    • F02M35/1255Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance
    • F02M35/1261Helmholtz resonators
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10Applications
    • G10K2210/112Ducts
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/321Physical
    • G10K2210/3214Architectures, e.g. special constructional features or arrangements of features
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/321Physical
    • G10K2210/3227Resonators
    • G10K2210/32272Helmholtz resonators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

The present invention relates to a metaliner for reducing a noise of a duct. In order to reduce the noise of the duct having a hollow part, the metaliner for reducing the noise of the duct of the present invention comprises: a plurality of resonators having a neck wherein one end is open to the hollow part of the duct, and a cavity connected to the other end of the neck; and a dividing member dividing the hollow part of the duct into a plurality of unit hollow parts. According to the present invention, the dividing member includes the resonator, and the plurality of resonators are disposed along the inner peripheral surface of the unit hollow part. Therefore, noise reduction performance of the duct is excellent while flow resistance is minimized.

Description

덕트의 소음을 저감하는 메타라이너{METALINER FOR REDUCING DUCT NOISE} Metaliner for reducing duct noise {METALINER FOR REDUCING DUCT NOISE}

본 발명은 메타라이너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 덕트 내부에서 발생되는 소음을 차단하도록 복수의 헬름홀츠 공명기를 포함하는 메타라이너에 관한 것이다.The present invention relates to a metaliner, and more particularly, to a metaliner including a plurality of Helmholtz resonators to block noise generated inside a duct.

차량의 배기구, 비행체의 엔진, 가전제품, 냉각탑 및 발전소에 이르기까지 여러 제품과 설비에서는 흡기, 배기, 냉각, 압축 등의 과정에서 덕트 내에서 유체가 흐르도록 형성된다. 이에 따라 상기 덕트에서는 유체 뿐만 아니라 소음이 전파가 되는 문제가 발생함에 따라, 종래에는 소음 저감 설비가 덕트에 설치되어 소음을 저감하도록 제공되었다. In many products and facilities, from vehicle exhausts, aircraft engines, home appliances, cooling towers and power plants, fluids are formed to flow in ducts during intake, exhaust, cooling, and compression processes. Accordingly, in the duct, as well as the fluid, there is a problem in that noise is propagated. Conventionally, a noise reduction facility is installed in the duct to reduce noise.

상기 소음 저감 설비는 크게 반사형과 흡음형으로 나뉠 수 있다. 이때 머플러와 같은 반사형 소음 저감 설비는 음향 임피던스의 변화를 이용해 소음을 음원 쪽으로 반사하는 기술로, 작동 주파수의 범위가 좁고 발생한 소음이 음원 쪽으로 반사되어 반사파의 크기를 감소시키지 못하는 단점이 있다. 그리고 흡음 루버, 음향라이너와 같은 흡음형 소음 저감 설비는 전파되는 소음을 흡수한 뒤 열 에너지로 소산시키는 기술로, 파장이 긴 저주파수 소음을 저감하기 위해서는 두꺼운 재료의 사용이 불가피하다. 그리고 이러한 종래의 소음 저감 설비들은 덕트에 설치되는 경우에 유동 저항이 가중되는 문제가 있었다.The noise reduction equipment can be largely divided into a reflective type and a sound absorption type. At this time, reflection-type noise reduction equipment such as a muffler is a technology that reflects noise toward a sound source using a change in acoustic impedance, and has a disadvantage in that the operating frequency range is narrow and the generated noise is reflected toward the sound source and does not reduce the size of the reflected wave. In addition, sound-absorbing noise reduction equipment such as sound-absorbing louver and acoustic liner is a technology that absorbs propagated noise and then dissipates it as thermal energy. In order to reduce low-frequency noise with a long wavelength, the use of thick materials is inevitable. And, when these conventional noise reduction facilities are installed in a duct, there is a problem in that flow resistance is increased.

이를 해결하기 위해 한국공개특허공보 제10-2005-0013325호("공명기배열을 이용한 소음저감장치", 2005.02.04. 공개)에서는 도 1에서 도시된 바와 같이 배관(1)을 통해 전파되는 소음을 제거하는 소음저감장치로서, 상기 배관(1)에 설치되는 각기 다른 주파수영역을 갖는 복수의 공명기(2)를 포함하고, 이 공명기(2)가 배관(1)의 길이방향(직렬)과 둘레방향(병렬)으로 배치된 기술이 개시되어 있다. 이는 설치공간을 최소화하면서도 보다 넓은 주파수대역에서의 소음을 저감할 수 있는 장점이 있다.To solve this problem, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0013325 (“Noise Reduction Apparatus Using Resonator Array”, published on February 4, 2005) reduces noise propagating through the pipe 1 as shown in FIG. A noise reduction device for removing, including a plurality of resonators (2) having different frequency ranges installed in the pipe (1), the resonators (2) in the longitudinal direction (serial) and circumferential direction of the pipe (1) A (parallel) arrangement technique is disclosed. This has the advantage of reducing noise in a wider frequency band while minimizing the installation space.

다만, 덕트는 설치되는 장소나 제품에 따라 다양한 크기로 형성되며, 덕트 내부의 유로 단면적이 큰 경우에는 흡음률 및 투과 손실 감소로 인해 소음 저감 성능이 저하가 되는 문제점으로 이어졌다. 이에 현재는 흡음형 소음 저감 설비에서 두께가 얇아 부피가 작으면서도 넓은 면적의 덕트에 적용하여도 소음 저감 성능이 우수한 설비가 요구되고 있는 실정이다. However, the duct is formed in various sizes depending on the place or product where it is installed, and when the cross-sectional area of the passage inside the duct is large, the noise reduction performance is deteriorated due to the reduction in sound absorption and transmission loss. Accordingly, there is a current demand for a sound-absorbing noise reduction facility having excellent noise reduction performance even when applied to a duct having a small volume and a large area due to its thin thickness.

KRKR 10-2005-0013325 10-2005-0013325 AA (2005.02.04.(2005.02.04. 공개)open)

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 분할부재를 이용하여 덕트의 중공을 복수의 단위중공부로 분할하되, 복수의 단위중공부의 내주면과 길이를 따라 복수의 공명기를 배치되어 유동 저항을 최소화하면서 소음 저감 기능을 극대화 시키는 메타라이터를 제공하기 위한 목적을 가진다.The present invention is an invention made to solve the above-described problems of the prior art, and divides the hollow of the duct into a plurality of unit hollows using a dividing member, but a plurality of resonators along the inner circumferential surface and length of the plurality of unit hollows. It has the purpose of providing a meta writer that maximizes the noise reduction function while minimizing the flow resistance.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 중공부를 가지는 덕트의 소음을 저감하는 메타라이너에 있어서, 상기 덕트의 중공부로 일단이 개구된 목과 상기 목의 타단에 연결되는 캐비티를 가지는 복수의 공명기; 및 상기 덕트의 중공부를 복수의 단위중공부로 분할하는 분할부재;를 포함하고, 상기 분할부재가 공명기를 포함하여 상기 단위중공부의 내주면을 따라 복수의 공명기가 배치될 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a meta liner for reducing noise of a duct having a hollow portion, comprising: a plurality of resonators having a neck having one end opened to the hollow portion of the duct and a cavity connected to the other end of the neck; and a dividing member dividing the hollow part of the duct into a plurality of unit hollow parts, wherein the dividing member includes a resonator and a plurality of resonators may be disposed along an inner circumferential surface of the unit hollow part.

또한, 본 발명에 따른 메타라이너는, 상기 분할부재가 제1단위중공부 및 제2단위중공부를 포함하도록 상기 덕트의 중공부를 양측으로 분할하되, 상기 분할부재는 상기 제1단위중공부로 목이 개구되는 공명기와, 상기 제2단위중공부로 목이 개구되는 공명기를 포함할 수 있다.In addition, in the meta liner according to the present invention, the dividing member divides the hollow part of the duct into both sides so that the dividing member includes a first unit hollow part and a second unit hollow part, but the dividing member is choked by the first unit hollow part. It may include a resonator that is opened and a resonator whose neck is opened to the second unit hollow.

또한, 본 발명에 따른 메타라이너는, 복수의 서로 다른 공명기가 덕트의 길이방향을 따라 배치되어 복수의 열로 형성되는 것을 특징으로 하는 메타라이너. In addition, in the metaliner according to the present invention, a plurality of different resonators are disposed along the longitudinal direction of the duct to form a plurality of rows, characterized in that the metaliner.

또한, 본 발명에 따른 메타라이너는, 상기 분할부재가 유선형으로 이루어져, 복수의 열로 배열된 공명기들의 목 반경, 목 길이와 캐비티의 부피가 서로 다르도록 형성될 수 있다.In addition, in the metaliner according to the present invention, the dividing member may be formed in a streamlined shape so that the neck radii, neck lengths, and cavity volumes of the resonators arranged in a plurality of rows are different from each other.

또한, 본 발명에 따른 메타라이너는, 상기 분할부재가 선단의 일정영역에서 후단으로 갈수록 두께가 작아지는 유선형으로 형성되되, 상기 선단의 일정영역을 기준으로 후단으로 갈수록 공명기의 목 반경, 목 길이와 캐비티의 부피가 작아질 수 있다.In addition, in the meta liner according to the present invention, the dividing member is formed in a streamlined shape in which the thickness decreases from a certain area at the front end to the rear end, and the neck radius, neck length and The volume of the cavity may be reduced.

또한, 본 발명에 따른 메타라이너는, 인접한 복수의 공명기들 중 일부가 반대위상으로 공명하는 주파수 영역을 가질 수 있다.In addition, the metaliner according to the present invention may have a frequency domain in which some of the plurality of adjacent resonators resonate in opposite phases.

또한, 본 발명에 따른 메타라이너는, 복수의 공명기들 중 인접한 한 쌍의 공명기가 아래의 식을 만족하는 공명주파수 영역(

Figure pat00001
)을 각각 가질 수 있다.In addition, in the metaliner according to the present invention, a resonant frequency region in which a pair of adjacent resonators among a plurality of resonators satisfies the following equation (
Figure pat00001
) can have each.

Figure pat00002
Figure pat00002

(여기에서,(From here,

Figure pat00003
: 하나의 공명기의 공명주파수 영역,
Figure pat00003
: Resonant frequency region of one resonator,

Figure pat00004
: 다른 하나의 공명기의 공명주파수 영역,
Figure pat00004
: Resonance frequency region of another resonator,

Figure pat00005
: 목표주파수)
Figure pat00005
: target frequency)

또한, 본 발명에 따른 메타라이너는, 상기 분할부재는 양단이 상기 덕트의 내주면에 고정되되, 상기 분할부재에 고정되어 공명기가 내장되는 보조몸체;를 더 포함할 수 있다.In addition, the meta liner according to the present invention, doedoe both ends of the split member are fixed to the inner circumferential surface of the duct, the auxiliary body is fixed to the split member to have a built-in resonator; may further include.

아울러 상술한 메타라이너의 설계방법은, 목표주파수(

Figure pat00006
), 주파수 대역폭(
Figure pat00007
) 및 목표 투과손실(
Figure pat00008
)을 설정하는 단계; 한 쌍의 공명기의 캐비티 크기를 고정하고 한 쌍의 공명기 각각의 목 반경(
Figure pat00009
)을 조절하여 상기 목 반경(
Figure pat00010
)에 따른 투과손실 스펙트럼을 산출하는 단계; 및 아래의 식을 만족하는 설정주파수(
Figure pat00011
) 범위에서 목표 투과손실(
Figure pat00012
) 보다 큰 투과손실(
Figure pat00013
)을 가지는 목 반경(
Figure pat00014
)을 선정하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the above-described metaliner design method, the target frequency (
Figure pat00006
), frequency bandwidth (
Figure pat00007
) and target transmission loss (
Figure pat00008
) setting; The cavity size of a pair of resonators is fixed, and the neck radius of each pair of resonators (
Figure pat00009
) by adjusting the neck radius (
Figure pat00010
Calculating a transmission loss spectrum according to ); And a set frequency that satisfies the following formula (
Figure pat00011
) target transmission loss in the range (
Figure pat00012
) greater than the transmission loss (
Figure pat00013
) with a neck radius (
Figure pat00014
); may include.

Figure pat00015
Figure pat00015

또한, 본 발명에 따른 메타라이너의 설계방법은, 복수의 목 반경이 선정되면, 다수의 유속조건별로 투과손실 스펙트럼을 산출하여, 다수의 유속조건에 대해 설정주파수(

Figure pat00016
) 범위에서 투과 손실이 목표 투과손실(
Figure pat00017
) 보다 큰 목 반경(
Figure pat00018
)을 선정할 수 있다.In addition, in the design method of the metaliner according to the present invention, when a plurality of neck radii are selected, the transmission loss spectrum is calculated for each of a plurality of flow velocity conditions, and the set frequency (
Figure pat00016
), the transmission loss is the target transmission loss (
Figure pat00017
) with a neck radius greater than (
Figure pat00018
) can be selected.

본 발명에 따른 메타라이너는, 분할부재를 통해 구획된 단위중공부 각각에 공명기가 설치됨에 따라 유동 저항은 최소화하면서도 소음 저감 기능이 극대화될 수 있는 장점이 있다.The metaliner according to the present invention has the advantage of maximizing the noise reduction function while minimizing the flow resistance as the resonator is installed in each of the unit hollows partitioned through the dividing member.

아울러 본 발명에 따른 메타라이너는 인접한 한 쌍의 공명기가 목표주파수의 주파수 대역폭 내에서 반대 위상으로 공명하여 목표주파수에서 반사파와 투과파의 에너지 합이 최소가 되도록 하면서도 얇은 두께로 보다 넓은 대역의 소음 저감 능력을 가진 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the metaliner according to the present invention, a pair of adjacent resonators resonate in opposite phases within the frequency bandwidth of the target frequency to minimize the energy sum of reflected and transmitted waves at the target frequency, while reducing noise in a wider band with a thinner thickness There is an advantage to providing a device having the ability.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 종래의 소음저감장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 메타라이너를 부분 절개한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 메타라이너의 소음 저감 효율을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 공간을 도식화한 메타라이너의 사시도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 공명기의 공간을 도식화한 사시도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 메타라이너의 투과손실과 흡음률을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 대면적을 갖는 메타라이너의 사시도.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 메타라이너의 사시도.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 메타라이너의 투과손실과 흡음률을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제1실시예와 제2실시예 간의 대면적 상황에서의 음압 레벨 크기를 비교한 도면.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 메타라이너의 사시도.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 메타라이너의 사시도.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 메타라이너의 유선형 분할부재와 편평형 분할부재를 비교한 도면.
도 15는 본 발명의 제4실시예에 따른 공명기의 목 반경에 따른 유효 임피던스의 실수부와 허수부를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 메타라이터의 설계방법에 따른 투과손실 스펙트럼과 유효 임피던스의 실수부 및 허수부를 각각 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 메타라이터의 설계방법에 따른 배경 유속별 목 반경과 평균 투과손실을 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 메타라이터의 설계방법에 따른 플로차트.
1 is a view showing a conventional noise reduction device.
Figure 2 is a perspective view of a partially cut meta liner according to the first embodiment of the present invention.
3 is a view showing the noise reduction efficiency of the meta liner according to the first embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a meta liner schematically illustrating a space according to a first embodiment of the present invention;
5 is a schematic perspective view of a space of a resonator according to a first embodiment of the present invention;
6 and 7 are views showing the transmission loss and sound absorption coefficient of the meta liner according to the first embodiment of the present invention.
8 is a perspective view of a meta liner having a large area according to a first embodiment of the present invention.
9 is a perspective view of a meta liner according to a second embodiment of the present invention.
10 is a view showing the transmission loss and the sound absorption coefficient of the meta liner according to the second embodiment of the present invention.
11 is a diagram comparing the sound pressure level in a large area situation between the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
12 is a perspective view of a meta liner according to a third embodiment of the present invention.
13 is a perspective view of a meta liner according to a fourth embodiment of the present invention;
14 is a view comparing a streamlined split member and a flat split member of a meta liner according to a fourth embodiment of the present invention.
15 is a diagram showing a real part and an imaginary part of the effective impedance according to the neck radius of the resonator according to the fourth embodiment of the present invention.
16 is a diagram showing the real part and imaginary part of the transmission loss spectrum and effective impedance according to the design method of the metawriter of the present invention, respectively.
17 is a diagram showing the neck radius and average penetration loss for each background flow velocity according to the design method of the metawriter of the present invention.
18 is a flow chart according to the method of designing the metawriter of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 메타라이너와 메타라이너의 설계방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, a metaliner and a metaliner design method according to various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below. Also, like reference numbers indicate like elements throughout the specification.

이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Unless otherwise defined, the technical terms and scientific terms used at this time have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention is unnecessary in the following description and accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may be obscure are omitted.

[메타라이너][Metaliner]

<제1실시예><First Embodiment>

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 메타라이너에 관한 것으로, 도 2는 메타라이너를 부분 절개한 사시도를, 도 3은 메타라이너의 소음 저감 효율을 나타낸 도면을 각각 나타낸다.2 and 3 relate to a meta liner according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a perspective view of a partially cut meta liner, and FIG. 3 shows a noise reduction efficiency of the meta liner, respectively.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 메타라이너(100)는 유체가 흐를 수 있도록 내부에 중공부(11)를 가지는 덕트(10)에 설치될 수 있으며, 덕트(10)의 벽면을 관통하는 목(111)과 덕트(10)의 외주면에 배치되는 캐비티(112)를 가지는 복수의 공명기(110)를 포함할 수 있다. 여기서 복수의 상기 공명기(110)는, 덕트(10)의 둘레방향을 따라서 복수 개가 배치될 수 있으며, 덕트(10)의 길이방향으로도 복수 개가 배치되어 다중 열로 구성될 수 있다. 이때 상기 공명기(110)는 인접한 한 쌍의 목 반경을 조절하여 서로 다른 공명 주파수를 가지도록 설계된다. 또한, 두께를 최소화한 캐비티(112)를 가지도록 설계될 수도 있으며, 덕트(10)의 중공부(11)에서 흐르는 유체에 대한 유동저항은 없으면서 스치듯이 입사하는 소음을 흡수하여 투과음과 반사음을 동시에 저감하는 불투과-무반사를 달성하도록 제공될 수도 있다.Referring to FIG. 2, the meta liner 100 according to the present invention can be installed in a duct 10 having a hollow part 11 therein so that fluid can flow, and the neck penetrating the wall of the duct 10 111 and a plurality of resonators 110 having cavities 112 disposed on the outer circumferential surface of the duct 10. Here, a plurality of resonators 110 may be arranged along the circumferential direction of the duct 10, and may be arranged in multiple rows in the longitudinal direction of the duct 10 as well. At this time, the resonator 110 is designed to have different resonant frequencies by adjusting a pair of adjacent neck radii. In addition, it may be designed to have a cavity 112 with a minimized thickness, and there is no flow resistance to the fluid flowing in the hollow part 11 of the duct 10, but it absorbs the incident noise as if rubbing and transmits and reflects sound. At the same time, it may be provided to achieve a reducing opaque-non-reflection.

도 3을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 메타라이너(100)는 복수의 상기 공명기(110)가 각 목표 주파수(

Figure pat00019
)와 소정 수치 가량 차이 나는 공명 주파수를 가져 서로 반대위상으로 공명하는 적어도 한 쌍의 아파장 크기의 공명기(110)를 포함함에 따라 입사파 파장의 대략 1/24배 수준의 두께로도 보다 넓은 주파수 대역에서 높은 투과손실(Transmission Los,
Figure pat00020
)의 달성이 가능한 장치를 제공할 수도 있다. Referring to FIG. 3 together, the metaliner 100 according to the present invention has a plurality of resonators 110 at each target frequency (
Figure pat00019
) and at least a pair of resonators 110 having a resonant size of a half-length, which have resonance frequencies different from each other by a predetermined value and resonate in opposite phases to each other, so that a wider frequency even with a thickness of about 1/24 times the wavelength of the incident wave High transmission loss in the band (Transmission Los,
Figure pat00020
) may be provided.

도 4에서 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 메타라이너에 관한 것으로, 도 4는 공간을 도식화한 메타라이너의 사시도를, 도 5는 공명기의 공간을 도식화한 사시도를, 도 6과 도 7은 단일 주파수 혹은 이중 주파수를 목표로 설계된 메타라이너의 투과손실과 흡음률을 나타낸 도면을 각각 나타낸다.4 to 7 relate to the meta liner according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a perspective view of the meta liner schematized space, FIG. 5 is a perspective view schematized space of the resonator, FIG. 6 and FIG. 7 shows a diagram showing the transmission loss and sound absorption coefficient of the metaliner designed to target a single frequency or a dual frequency, respectively.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 덕트(10)의 중공부(11)는 도시된 바와 같이 소정 너비(W), 폭(D), 그리고 길이(L)를 가질 수 있으며, 복수의 상기 공명기(110)는 상기 중공부(11)의 길이(L)와 폭(D)을 따라 배열된 4개의 서로 다른 공명기를 포함할 수 있다. 여기서 4개의 공명기는 각각 제1공명기(110a), 제2공명기(110b), 제3공명기(110c) 및 제4공명기(110d)로 정의하여 설명한다.4 and 5, the hollow part 11 of the duct 10 may have a predetermined width W, width D, and length L, as shown, and a plurality of the resonators 110 may include four different resonators arranged along the length (L) and width (D) of the hollow part (11). Here, the four resonators are defined as a first resonator 110a, a second resonator 110b, a third resonator 110c, and a fourth resonator 110d.

제1공명기(110a), 제2공명기(110b), 제3공명기(110c) 및 제4공명기(110d)는 각각 목(111)과 캐비티(112)를 가질 수 있으며, 목(111)의 반경 또는 직경에 따른 투과손실(

Figure pat00021
)과 흡음 성능을 수치해석하기 위해 각각의 캐비티(112)의 크기와 목의 길이는 아래의 표 1과 같이 정의될 수 있다.The first resonator 110a, the second resonator 110b, the third resonator 110c, and the fourth resonator 110d may each have a neck 111 and a cavity 112, and the radius of the neck 111 or Transmission loss with diameter (
Figure pat00021
) And the size of each cavity 112 and the length of the neck can be defined as shown in Table 1 below in order to numerically analyze the sound absorption performance.

구 분division 수치(단위 : mm)Numerical value (unit: mm) 중공부의 너비(W)Hollow width (W) 107.2107.2 중공부의 폭(D)Width of hollow part (D) 42.942.9 중공부의 길이(L)Length of hollow part (L) 214.5214.5 캐비티의 면적(a×a)Cavity area (a×a) 19.5 × 19.519.5 × 19.5 캐비티의 높이(b)Cavity height (b) 12.612.6 목의 길이(l)neck length (l) 55

여기서 단일 목표주파수(

Figure pat00022
)가 설정되는 경우에서 인접한 공명기가 서로 다른 위상으로 공명하기 위해, 제1공명기(110a), 제2공명기(110b), 제3공명기(110c) 및 제4공명기(110d) 각각의 목의 직경(d1, d2, d3, d4) 중제1공명기(110a)의 목의 직경(d1)과, 제3공명기(110c)의 목의 직경(d3)이 동일하고, 제2공명기(110b)의 목의 직경(d2)과, 제4공명기(110d)의 목의 직경(d4)이 동일하도록 설계되어, 상기 제1공명기(110a)와 제3공명기(110c)의 공명주파수가 서로 동일하고 제2공명기(110b)와 제4공명기(110d)의 공명주파수가 서로 동일하도록 설계될 수 있다. 그리고 상기 제1공명기(110a)의 목의 직경(d1)과 상기 제2공명기(110b)의 목의 직경(d2)은 서로 상이하게 설계되되, 각각의 공명주파수가 목표주파수(
Figure pat00023
)에서 소정 수치만큼 가감되도록 설계될 수 있다. 이는 도 6에서 도시된 바와 같이 목표주파수(
Figure pat00024
)가 1000 Hz인 상황에서 상기 제1공명기(110a)의 목의 직경(d1)과 상기 제2공명기(110b)의 목의 직경(d2)이 각각 4.06 mm 및 4.38 mm로 설계되어 93 dB/m의 높은 투과손실(
Figure pat00025
)을 달성함과 동시에 소음 에너지를 매우 높은 흡음률(α)로 흡수하도록 설계될 수 있다. 이때 장치의 두께는 입사파 파장 대비 1/20 수준으로 보다 소형화될 수 있으며, 93 dB/m 이상의 투과손실(
Figure pat00026
)을 달성하는 주파수 대역폭(
Figure pat00027
) 또한 112 Hz(중심주파수
Figure pat00028
= 1019 Hz 기준
Figure pat00029
= 0.11)로 보다 넓은 소음 저감 대역폭을 가질 수 있다. 이때 흡음률(α)은 반사 계수(
Figure pat00030
)와 투과계수(
Figure pat00031
)에 대해 아래의 수학식 1에 따라 산출될 수 있다.Here, a single target frequency (
Figure pat00022
) is set, the diameter of the neck of each of the first resonator 110a, the second resonator 110b, the third resonator 110c and the fourth resonator 110d in order to resonate with different phases of adjacent resonators ( d 1 , d 2 , d 3 , d 4 ), the neck diameter (d 1 ) of the first resonator 110a and the neck diameter (d 3 ) of the third resonator 110c are the same, and the second resonator ( 110b) and the neck diameter (d 4 ) of the fourth resonator 110d are designed to be the same, so that the resonant frequencies of the first resonator 110a and the third resonator 110c are The resonant frequencies of the second resonator 110b and the fourth resonator 110d may be identical to each other. And the neck diameter (d 1 ) of the first resonator (110a) and the neck diameter (d 2 ) of the second resonator (110b) are designed to be different from each other, and each resonance frequency is the target frequency (
Figure pat00023
) can be designed to increase or decrease by a predetermined value. As shown in FIG. 6, the target frequency (
Figure pat00024
) is 1000 Hz, the neck diameter (d 1 ) of the first resonator (110a) and the neck diameter (d 2 ) of the second resonator (110b) are designed to be 4.06 mm and 4.38 mm, respectively, resulting in 93 dB High transmission loss of /m (
Figure pat00025
) and at the same time can be designed to absorb noise energy with a very high sound absorption coefficient (α). At this time, the thickness of the device can be further miniaturized to the level of 1/20 of the wavelength of the incident wave, and the transmission loss of 93 dB / m or more (
Figure pat00026
) The frequency bandwidth that achieves (
Figure pat00027
) and 112 Hz (center frequency
Figure pat00028
= based on 1019 Hz
Figure pat00029
= 0.11), it is possible to have a wider noise reduction bandwidth. At this time, the absorption coefficient (α) is the reflection coefficient (
Figure pat00030
) and permeability coefficient (
Figure pat00031
) can be calculated according to Equation 1 below.

Figure pat00032
Figure pat00032

즉, 상기 덕트(10)의 중공부(11) 내부에서 반사파와 투과파를 동시에 제어함으로써 보다 낮은 반사 계수(

Figure pat00033
)와, 투과계수(
Figure pat00034
)를 얻도록 설계되어, 목표주파수(
Figure pat00035
)에서 1에 가까운 우수한 흡음성능을 달성할 수 있다. 여기서 보다 높은 성능으로 제공하기 위해 상기 제1공명기(110a)와 제3공명기(110c) 또는 상기 제2공명기(110b)와 제4공명기(110d)는 동일한 공명주파수에서 서로 반대 위상으로 공명하는 아파장 크기의 공명기로 형성될 수도 있다.That is, a lower reflection coefficient (
Figure pat00033
) and the transmission coefficient (
Figure pat00034
), the target frequency (
Figure pat00035
), excellent sound absorption performance close to 1 can be achieved. Here, in order to provide higher performance, the first resonator 110a and the third resonator 110c or the second resonator 110b and the fourth resonator 110d resonate in opposite phases at the same resonant frequency. It may be formed as a resonator of the size.

이어 이중의 목표주파수(

Figure pat00036
)가 설정되는 경우에서, 제1공명기(110a), 제2공명기(110b), 제3공명기(110c) 및 제4공명기(110d)는 서로 다른 목의 직경(d1, d2, d3, d4)을 가질 수 있다. 이때 상기 제1공명기(110a)와 제2공명기(110b)는 하나의 목표주파수(
Figure pat00037
)에서 서로 반대 위상으로 공명하고 상기 제3공명기(110c)와 제4공명기(110d)는 다른 하나의 목표주파수(
Figure pat00038
)에서 서로 반대 위상으로 공명하도록 설계될 수 있으며, 예시로 하나의 목표주파수(
Figure pat00039
)는 800 Hz으로 다른 하나의 목표주파수(
Figure pat00040
)는 1030 Hz로 설정될 수 있다. 그리고 상기 제1공명기(110a)의 목의 직경(d1)은 3.26 mm로, 상기 제2공명기(110b)의 목의 직경(d2)은 3.12 mm로, 상기 제3공명기(110c)의 목의 직경(d3)은 4.14 mm로, 상기 제4공명기(110d)의 목의 직경(d4)은 4.34 mm로 각각 설정될 수 있다. 이는 도 7에서 도시된 바와 같이 이중의 목표주파수(
Figure pat00041
)인 800 Hz와 1030 Hz에서 각각 68 dB/m와 99 dB/m의 높은 투과손실(
Figure pat00042
)을 달성함과 동시에 소음에너지를 0.95 이상의 흡음률로 흡수할 수 있다. 이때 800 Hz인 하나의 목표주파수(
Figure pat00043
) 기준, 장치의 두께는 입사파 파장 대비 1/24수준이다. 그리고 800 Hz인 하나의 목표주파수(
Figure pat00044
)에 대해 68 dB/m 이상의 투과손실(
Figure pat00045
)을 달성하는 주파수 대역폭(
Figure pat00046
)은 46 Hz(중심주파수
Figure pat00047
= 802 Hz 기준
Figure pat00048
= 0.06)이며, 1030 Hz인 다른 하나의 목표주파수(
Figure pat00049
)에 대해 99 dB/m 이상의 투과손실(
Figure pat00050
)을 달성하는 주파수 대역폭(
Figure pat00051
)은 65Hz(중심주파수
Figure pat00052
= 1030 Hz 기준
Figure pat00053
= 0.06)로 이중 주파수 대역의 소음도 효과적으로 차단될 수 있다. Then, the double target frequency (
Figure pat00036
) is set, the first resonator 110a, the second resonator 110b, the third resonator 110c, and the fourth resonator 110d have different neck diameters (d 1 , d 2 , d 3 , d 4 ). At this time, the first resonator 110a and the second resonator 110b have one target frequency (
Figure pat00037
), and the third resonator 110c and the fourth resonator 110d resonate in opposite phases to each other at the other target frequency (
Figure pat00038
) can be designed to resonate in opposite phases to each other, for example one target frequency (
Figure pat00039
) is 800 Hz, the other target frequency (
Figure pat00040
) can be set to 1030 Hz. The diameter d 1 of the neck of the first resonator 110a is 3.26 mm, the diameter d 2 of the neck of the second resonator 110b is 3.12 mm, and the neck diameter of the third resonator 110c is 3.12 mm. The diameter (d 3 ) of may be set to 4.14 mm, and the diameter (d 4 ) of the neck of the fourth resonator (110d) may be set to 4.34 mm, respectively. As shown in FIG. 7, this is a double target frequency (
Figure pat00041
), high transmission loss of 68 dB/m and 99 dB/m at 800 Hz and 1030 Hz, respectively (
Figure pat00042
) and at the same time can absorb noise energy with a sound absorption coefficient of 0.95 or more. At this time, one target frequency of 800 Hz (
Figure pat00043
) standard, the thickness of the device is 1/24 of the wavelength of the incident wave. And one target frequency of 800 Hz (
Figure pat00044
) with a transmission loss of more than 68 dB/m (
Figure pat00045
) The frequency bandwidth that achieves (
Figure pat00046
) is 46 Hz (center frequency
Figure pat00047
= 802 Hz standard
Figure pat00048
= 0.06), and another target frequency of 1030 Hz (
Figure pat00049
) with a transmission loss of more than 99 dB/m (
Figure pat00050
) The frequency bandwidth that achieves (
Figure pat00051
) is 65 Hz (center frequency
Figure pat00052
= based on 1030 Hz
Figure pat00053
= 0.06), the noise of the dual frequency band can be effectively blocked.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 메타라이너에 관한 것으로, 도 8은 대면적을 갖는 메타라이너의 사시도를 나타낸다.8 relates to a meta-liner according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows a perspective view of a meta-liner having a large area.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 메타라이너(100)는 하나 이상의 단위중공부(C)를 포함하고 복수의 공명기(110)가 벽에 내장되는 별도의 몸체부(100a)를 포함할 수 있으며, 기 설치된 구조에 삽입되어 덕트로 구성될 수도 있다. 혹은 상술한 바와 같이 덕트의 관에 공명기(110)의 목이 관통된 형태로 체결되도록 구성될 수도 있다. 이때 본 발명에 따른 메타라이너(100)는 보다 넓은 유동 면적을 가지는 상황에서도 소음 저감 성능이 우수하도록 복수의 단위중공부(C)를 포함할 수도 있으며, 이는 후술하는 제2실시예에서 보다 상세히 설명한다.Referring to FIG. 8, the meta liner 100 according to the present invention may include a separate body portion 100a including one or more unit hollows C and having a plurality of resonators 110 built into the wall, However, it may be inserted into a pre-installed structure and configured as a duct. Alternatively, as described above, the neck of the resonator 110 may be fastened to the tube of the duct in a penetrating manner. At this time, the metaliner 100 according to the present invention may include a plurality of unit hollow parts (C) so that the noise reduction performance is excellent even in a situation having a wider flow area, which will be described in more detail in the second embodiment to be described later. do.

<제2실시예><Second Embodiment>

도 9 및 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 메타라이너에 관한 것으로, 도 9는 메타라이너의 사시도를, 도 10은 메타라이너의 투과손실과 흡음률을 나타낸 도면을 각각 나타낸다.9 and 10 relate to a meta liner according to a second embodiment of the present invention, FIG. 9 is a perspective view of the meta liner, and FIG. 10 shows a view showing transmission loss and sound absorption coefficient of the meta liner, respectively.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 메타라이너(100)는 유로를 구획화하여 복수의 단위중공부를 형성하도록 적어도 하나 이상의 분할부재(100b)를 더 포함할 수도 있다. 도 9에서는 한 쌍의 분할부재(100b)를 통해 너비 및 폭 방향으로 각각 구획하여 4개의 단위중공부(C1, C2, C3, C4)를 포함하는 것으로 예거하고 있다. 이때 상기 분할부재(100b)는 4개의 단위중공부(C1, C2, C3, C4) 중에서 인접한 곳으로 개구된 목을 가지는 한 쌍의 공명기(110)를 가질 수 있다. 즉, 하나의 분할부재(100b)가 폭 방향인 좌우측으로 제1단위중공부(C1)와 제2단위중공부(C2)로 분할하는 경우에, 상기 분할부재(100b)에 좌우방향으로 개구된 한 쌍의 공명기(110)가 상하방향으로 배열된 형태로 내장될 수 있다. 또한, 다른 하나의 분할부재(100b)가 높이 방향인 상하측으로 제3단위중공부(C3)와 제4단위중공부(C4)로 분할하는 경우에, 상기 분할부재(100b)에 상하방향으로 개구된 한 쌍의 공명기(110)가 좌우방향으로 배열된 형태로 내장될 수 있다. 이에 따라 메타라이너(100)의 몸체부(100a)에 삽입된 공명기(110)와, 상기 분할부재(100b)에 삽입된 공명기(110)는 4개의 단위중공부(C1, C2, C3, C4) 각각에서 둘레 방향을 따라 배열된 형태로 배치될 수 있다. 나아가 상기 공명기(110)는 길이방향인 전후방향으로 다수 열로 배열될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the meta liner 100 according to the present invention may further include at least one dividing member 100b to form a plurality of unit hollows by partitioning the flow path. In FIG. 9, it is exemplified as including four unit hollow parts (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) by partitioning each in the width and width directions through a pair of dividing members (100b). At this time, the split member 100b may have a pair of resonators 110 having necks opened to adjacent places among the four unit hollows C 1 , C 2 , C 3 , C 4 . That is, when one dividing member 100b is divided into the first unit hollow part C 1 and the second unit hollow part C 2 in the left and right directions in the width direction, the dividing member 100b is divided in the left and right directions. A pair of open resonators 110 may be built in a form arranged in a vertical direction. In addition, when the other dividing member 100b is divided into the third unit hollow part C 3 and the fourth unit hollow part C 4 vertically in the height direction, the dividing member 100b has a vertical direction. A pair of resonators 110 opened in the left and right direction may be built in the form arranged. Accordingly, the resonator 110 inserted into the body part 100a of the meta liner 100 and the resonator 110 inserted into the dividing member 100b have four unit hollow parts (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) may be arranged in a form arranged along the circumferential direction in each. Furthermore, the resonators 110 may be arranged in multiple rows in the longitudinal direction, that is, in the longitudinal direction.

이와 같은 구조를 가지는 메타라이너(100)의 성능을 평가하기 위해, 상술한 바와 같이 몸체부(100a)를 포함하는 경우에 아래 표 2와 같은 수치로 구성될 수 있다.In order to evaluate the performance of the meta liner 100 having such a structure, in the case of including the body portion 100a as described above, it may be configured with the numerical values shown in Table 2 below.

구 분division 수치(단위 : mm)Numerical value (unit: mm) 몸체부의 너비(W)Body width (W) 629629 몸체부의 폭(D)Body width (D) 629629 몸체부의 길이(L)Body length (L) 406406 캐비티의 면적(a×a)Cavity area (a×a) 24.3 × 24.324.3 × 24.3 캐비티의 높이(b)Cavity height (b) 2222 목의 길이(l)neck length (l) 77

이때 너비 또는 폭과, 길이방향으로 배열된 4개의 공명기(110a, 110b, 110c, 110d)는 단일 목표주파수(

Figure pat00054
)인 500 Hz에 대한 소음 저감 성능을 평가하도록, 제1공명기(110a)의 목의 직경(d1)과 제3공명기(110c)의 목의 직경(d3)은 3.6 mm로, 제2공명기(110b)의 목의 직경(d2)과 제4공명기(110d)의 목의 직경(d4)은 4 mm로 각각 설정될 수 있다. At this time, the four resonators 110a, 110b, 110c, and 110d arranged in the width or width and length directions have a single target frequency (
Figure pat00054
), to evaluate the noise reduction performance for 500 Hz, the diameter of the neck of the first resonator 110a (d 1 ) and the diameter of the neck of the third resonator 110c (d 3 ) are 3.6 mm, and the second resonator The diameter d 2 of the neck of 110b and the diameter d 4 of the fourth resonator 110d may be respectively set to 4 mm.

도 10에서 도시된 바와 같이, 분할부재(100b)가 포함된 메타라이너(100)는 표 1에 대비하여 보다 넓은 너비와 높이를 가지는 구조에 대해서도 목표주파수(

Figure pat00055
)인 500 Hz에서 46 dB/m의 높은 투과손실(
Figure pat00056
)을 달성함과 동시에 0.9 이상인 높은 흡음률(α)을 가지는 것으로 나타난다. 이때 장치의 두께는 입사자 파장 대비 1/24으로 보다 얇게 설계될 수 있어 분할부재(100b)의 두께를 줄여 유동 저항을 최소화하는 장점이 있다. 그리고 46 dB/m 이상의 투과손실(
Figure pat00057
)을 달성하는 주파수 대역폭(
Figure pat00058
)은 94 Hz(중심주파수
Figure pat00059
= 511 Hz 기준
Figure pat00060
= 0.18)로 설치 면적이 넓어지더라도 본 발명의 장치가 넓은 주파수 대역의 소음을 차단할 수 있음이 나타난다.As shown in FIG. 10, the meta liner 100 including the split member 100b has a target frequency (even for a structure having a wider width and height compared to Table 1)
Figure pat00055
), a high transmission loss of 46 dB/m at 500 Hz (
Figure pat00056
) and at the same time appear to have a high sound absorption coefficient (α) of 0.9 or more. At this time, the thickness of the device can be designed to be thinner than 1/24 of the incident wavelength, so there is an advantage in minimizing flow resistance by reducing the thickness of the dividing member 100b. And a transmission loss of 46 dB/m or more (
Figure pat00057
) The frequency bandwidth that achieves (
Figure pat00058
) is 94 Hz (center frequency
Figure pat00059
= 511 Hz standard
Figure pat00060
= 0.18), it is shown that the device of the present invention can block noise in a wide frequency band even if the installation area is widened.

제1실시예와 제2실시예에서 서술한 복수의 공명기들은 혼합공명을 위해서 인접한 한 쌍의 공명기가 아래의 수학식 2에 따라 설계될 수 있다.In the plurality of resonators described in the first and second embodiments, a pair of adjacent resonators may be designed according to Equation 2 below for mixed resonance.

Figure pat00061
Figure pat00061

(여기에서,(From here,

Figure pat00062
: 하나의 공명기의 공명주파수 영역,
Figure pat00062
: Resonant frequency region of one resonator,

Figure pat00063
: 다른 하나의 공명기의 공명주파수 영역,
Figure pat00063
: Resonance frequency region of another resonator,

Figure pat00064
: 목표주파수)
Figure pat00064
: target frequency)

도 11은 본 발명의 제1실시예와 제2실시예 간의 대면적 상황에서의 음압 레벨 크기를 비교한 도면을 나타낸다.FIG. 11 shows a comparison of sound pressure levels between the first embodiment and the second embodiment of the present invention in a large area situation.

도 11을 참조하면, 설치 면적이 넓은 대상에 적용하는 경우에 스플리터(Splitter) 기능을 갖는 분할부재(100b)를 포함하는 메타라이너(100)가, 상기 분할부재(100b)가 없는 메타라이너(100) 보다 우수한 성능을 가지는 것을 알 수 있다. 특히 목표주파수인 500 Hz의 소음은 406 mm의 거리를 통과한 뒤에 두 구조 간의 차이는 보다 극명하게 차이가 나며, 최대 12 dB 가량의 차이가 나는 것으로 산출되었다. 아울러 500 Hz에서의 흡음률 또한 상기 분할부재(100b)가 없는 메타라이너(100)의 경우에는 0.81로 분할부재(100b)를 포함하는 격자형 메타라이너의 0.91 보다 약 11% 가량이 감소하는 것을 알 수 있다. 이처럼 상기 분할부재(100b)는 넓은 면적을 갖는 대상에 적용되면 보다 뛰어난 소음 저감 성능을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, when applied to a target having a large installation area, a meta liner 100 including a split member 100 b having a splitter function is a meta liner 100 without the split member 100 b. ) can be found to have better performance. In particular, after passing through a distance of 406 mm, the noise at the target frequency of 500 Hz shows a more marked difference between the two structures, and it is calculated that the maximum difference is about 12 dB. In addition, the sound absorption coefficient at 500 Hz is also 0.81 in the case of the meta liner 100 without the split member 100b, which is about 11% lower than 0.91 of the grid-type meta liner including the split member 100b. there is. As such, it can be seen that the split member 100b has a superior noise reduction performance when applied to a target having a large area.

<제3실시예><Third Embodiment>

도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 메타라이너에 관한 것으로, 도 12-(a)에서 도 12-(c)는 다양한 형상에 따른 메타라이너의 사시도를 각각 나타낸다.12 relates to a metaliner according to a third embodiment of the present invention, and FIGS. 12-(a) to 12-(c) show perspective views of metaliners according to various shapes, respectively.

도 12-(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 메타라이너(100)는 상기 분할부재(100b)가 폭 또는 높이 방향으로 서로 다른 개수로 배치되어 복수의 단위중공부(C)의 배열을 가변하도록 구성될 수 있다. 예거하자면, 좌우측으로 2개의 분할부재(100b)가 배치되고 상하측으로 1개의 분할부재(100b)가 배치되어 6개의 단위중공부(C)가 관통될 수 있다.Referring to FIG. 12-(a), in the meta liner 100 according to the present invention, the dividing member 100b is arranged in a different number in the width or height direction, so that the arrangement of the plurality of unit hollows C is variable. can be configured to For example, two split members 100b are disposed on the left and right sides and one split member 100b is disposed on the upper and lower sides, so that six unit hollows C may pass through.

도 12-(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 메타라이너(100)는 몸체부(100a)의 형상이 폭과 높이을 가지는 직사각형 단면뿐만 아니라 다각형, 원형, 타원형 등의 여러 형태의 구조에 적용되도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 분할부재(100b)의 양단은 덕트의 중공부로 형성되는 상기 몸체부(100a)의 내부면에 각각 고정된 형태일 수 있다.Referring to FIG. 12-(b), the meta liner 100 according to the present invention is such that the shape of the body portion 100a is applied to various types of structures such as polygonal, circular, and elliptical as well as rectangular cross sections having width and height. can be formed Both ends of the split member 100b may be fixed to the inner surface of the body 100a formed as a hollow part of the duct.

도 12-(c)를 참조하면, 본 발명에 따른 메타라이너는 몸체부(100a)의 내주면에 고정된 분할부재(100b)와 더불어, 상기 분할부재(100b)에 고정된 보조몸체(100c)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 보조몸체(100c)의 일 예로 상기 몸체부(100a)의 단면적이 축소된 형태로 설계될 수도 있으며, 이 외에도 다양한 형상으로 변형될 수 있다.Referring to FIG. 12-(c), the meta liner according to the present invention includes a dividing member 100b fixed to the inner circumferential surface of the body portion 100a and an auxiliary body 100c fixed to the dividing member 100b. can include more. At this time, as an example of the auxiliary body 100c, the cross-sectional area of the body portion 100a may be designed in a reduced form, and in addition to this, it may be transformed into various shapes.

<제4실시예><The fourth embodiment>

도 13에서 도 15는 본 발명의 제4실시예에 따른 메타라이너에 관한 것으로, 도 13은 메타라이너의 사시도와 요부확대도를, 도 14는 유선형 분할부재와 편평형 분할부재를 비교한 도면을, 도 15는 공명기의 목 반경에 따른 유효 임피던스의 실수부와 허수부를 도시한 도면을 각각 나타낸다.13 to 15 relate to a meta liner according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 13 is a perspective view and an enlarged view of the main part of the meta liner, FIG. 14 is a view comparing a streamlined split member and a flat split member, 15 shows a diagram showing a real part and an imaginary part of the effective impedance according to the neck radius of the resonator, respectively.

도 13을 참조하면, 상술한 바와 같이 분할부재(100b)를 갖는 메타라이너(100)는, 상기 분할부재(100b)의 의한 유동 저항이 발생되는 문제를 해소하기 위해, 상기 분할부재(100b)가 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 유선형은 길이방향을 따라 선단부터 후단까지 너비/폭의 두께가 일부 가변되는 것을 의미하여, 도시된 바와 같이 선단에서는 볼록하면서 후단으로는 가늘게 이어지는 형상을 포함할 수 있다. 이때 별도로 도시되지는 않았으나 유선형의 상기 분할부재(100b)의 길이방향을 따라 복수의 공명기(110)의 목(111)이 개구되도록 배치될 수 있다.Referring to FIG. 13, in the meta liner 100 having the split member 100b as described above, in order to solve the problem of flow resistance caused by the split member 100b, the split member 100b is It may be characterized in that it is formed in a streamlined shape. At this time, the streamlined shape means that the width/thickness of the width is partially varied from the front end to the rear end along the longitudinal direction, and as shown, it may include a shape that is convex at the front end and thin at the rear end. At this time, although not separately shown, the necks 111 of the plurality of resonators 110 may be arranged to be opened along the longitudinal direction of the streamlined dividing member 100b.

도 14를 참조하면, 유선형의 상기 분할부재(100b)의 유동저항은 낮으면서 흡음률(α)은 높이도록 다음과 같이 설계될 수 있다. 이때 도 14-(a)는 편평형 분할부재를, 도 14-(b)는 유선형 분할부재를 각각 도시하고 있다. 여기서 편평형 분할부재는 몸체부(100a)의 내벽일 수도 있으며, 유선형 분할부재와 동일 조건 하에서 다음과 같은 차이를 나타낸다.Referring to FIG. 14, the flow resistance of the streamlined dividing member 100b may be designed as follows to increase the sound absorption coefficient (α) while lowering the flow resistance. At this time, FIG. 14-(a) shows a flat split member and FIG. 14-(b) shows a streamlined split member, respectively. Here, the flat dividing member may be the inner wall of the body portion 100a, and shows the following differences under the same conditions as the streamlined dividing member.

편평형 분할부재에서는 메타라이너가 설치된 부분에서 유효 임피던스(

Figure pat00065
)가 발생될 수 있으며, 1000 Hz에서 69 dB/m의 투과손실(
Figure pat00066
)과 0.97의 흡음률(α)이 달성되는 것으로 산출된다. 이때 임피던스는 메타라이너의 대표 음향 물성치로, 공명기의 목 반경, 목 길이, 캐비티 크기 등에 따라 유효 임피던스의 실수부(Zr)와 허수부(Zi)가 달라질 수 있다.In the flat split member, the effective impedance at the part where the metaliner is installed (
Figure pat00065
) can occur, and a transmission loss of 69 dB / m at 1000 Hz (
Figure pat00066
) and the absorption coefficient (α) of 0.97 is calculated to be achieved. At this time, the impedance is a representative acoustic property of the metaliner, and the real part (Z r ) and imaginary part (Z i ) of the effective impedance may vary depending on the neck radius, neck length, and cavity size of the resonator.

유선형 분할부재는 기울기의 부호가 변하는 위치를 기준으로 2개의 영역으로 구분될 수 있으며, 선단을 제1영역으로 후단을 제2영역으로 구분할 수 있다. 이때 후단의 제2영역의 임피던스(Z2)는 곡률이 작아 입사각의 영향이 비교적 적으므로 위 유효 임피던스(ZMS)와 동일한 임피던스를 가지도록 설계될 수 있다. 그리고 선단은 곡률에 따른 입사각의 영향을 고려하여 아래 수학식 3을 통해 제1영역의 임피던스(Z1)가 산출될 수 있다.The streamlined dividing member may be divided into two regions based on the position where the sign of the inclination changes, and the front end may be divided into a first region and the rear end into a second region. At this time, since the impedance (Z 2 ) of the second region at the rear end has a relatively small curvature and is relatively less affected by the incident angle, it may be designed to have the same impedance as the effective impedance (Z MS ) above. In addition, the impedance (Z 1 ) of the first region may be calculated through Equation 3 below in consideration of the influence of the angle of incidence according to the curvature of the tip.

Figure pat00067
Figure pat00067

여기서 cosθ는 입사파와 유선형 분할부재의 면 벡터가 형성하는 각도일 수 있다. 그리고 위와 같이 유선형의 곡률에 의해 설계된 분할부재가 설치되는 경우에는 1000 Hz에서 81 dB/m의 투과손실(

Figure pat00068
)과 0.97의 흡음률(α)이 가능하여 기존 구조에 대비하여 유동 저항은 최소화하면서 보다 높은 수준의 투과손실(
Figure pat00069
)을 달성할 수 있는 장점이 있다.Here, cosθ may be an angle formed by an incident wave and a surface vector of the streamlined dividing member. And, when the dividing member designed by the streamlined curvature is installed as above, the transmission loss of 81 dB / m at 1000 Hz (
Figure pat00068
) and a sound absorption coefficient (α) of 0.97 are possible, resulting in a higher level of transmission loss (
Figure pat00069
) has the advantage of achieving

유선형 분할부재가 고려된 유효 임피던스 조건에 대해 메타라이너를 구성하는 공명기의 목 직경(반경)을 적절하게 설정함으로써 성능이 보다 우수하도록 설계할 수 있다. 도 15는 2개의 공명기의 목 반경(r1, r2)에 따른 유효 임피던스의 실수부와 허수부를 나타낸 것으로, 조건을 만족하는 2개의 공명기의 목 반경(r1, r2)을 매칭하여 제작할 수 있다.It can be designed to have better performance by appropriately setting the neck diameter (radius) of the resonator constituting the metaliner for the effective impedance condition in which the streamlined dividing member is considered. 15 shows the real and imaginary parts of the effective impedance according to the neck radii (r 1 and r 2 ) of the two resonators, which can be manufactured by matching the neck radii (r 1 and r 2 ) of the two resonators satisfying the condition. can

더불어 유선형 분할부재의 제2영역은 동일한 유효 임피던스(ZMS)가 되도록 메타라이너를 설계하고자 하여도, 유선형 형상의 두께가 후단으로 갈수록 작아지기 때문에 동일한 크기의 공명기를 설치하기 어려울 수 있다. 이를 고려하여 후단에서는 공명기의 캐비티 크기를 더 작게 설계할 수 있으며, 목의 반경과 길이를 적절하게 조절할 수도 있다.In addition, even if the metaliner is designed so that the second region of the streamlined dividing member has the same effective impedance (Z MS ), it may be difficult to install a resonator of the same size because the thickness of the streamlined shape decreases toward the rear end. Considering this, the cavity size of the resonator can be designed to be smaller at the rear end, and the radius and length of the neck can be appropriately adjusted.

[메타라이너의 설계방법][Method of designing metaliner]

도 16에서 도 18은 본 발명에 따른 메타라이너의 설계방법에 관한 것으로, 도 16은 투과손실 스펙트럼과 유효 임피던스의 실수부 및 허수부를 각각 도시한 도면을, 도 17은 배경 유속별 목 반경과 평균 투과손실을 나타낸 도면을, 도 18은 메타라이너의 설계방법의 플로차트를 각각 나타낸다.16 to 18 relate to a method of designing a metaliner according to the present invention, FIG. 16 shows a real part and an imaginary part of a transmission loss spectrum and effective impedance, respectively, and FIG. 17 shows the neck radius and average by background flow velocity Fig. 18 shows a flow chart of a method for designing a metaliner, respectively.

기존 메타라이너는 유동장 내에서 메타라이너는 유동장 내에서 차음 성능이 떨어지게 되며, 특히 덕트 단면적이 좁아지는 구간에서는 유속이 더욱 증가하기 때문에 메타라이너의 차음 성능은 더욱 감소하는 문제점이 발생될 수 있다. 이에 따라 후술되는 내용에서는 유동장 내에서 차음 성능이 우수한 메타라이너를 설계하는 메타라이너의 설계방법을 보다 상세히 설명한다.In the existing metaliner, the sound insulation performance of the metaliner decreases in the flow field, and especially in the section where the cross-sectional area of the duct is narrowed, the sound insulation performance of the metaliner is further reduced because the flow velocity further increases. Accordingly, in the following description, a metaliner design method for designing a metaliner with excellent sound insulation performance in a flow field will be described in detail.

도 16-(a)는 목표주파수(

Figure pat00070
)가 500 Hz인 메타라이너의 투과손실(
Figure pat00071
) 스펙트럼으로, 덕트 내 유속(
Figure pat00072
, 여기서 c0는 음속)이 빨라질수록 투과손실(
Figure pat00073
) 스펙트럼의 피크 주파수는 고주파수로 이동하고, 투과손실(
Figure pat00074
) 성능은 떨어지는 것으로 도시되어 있다. 따라서 유동장 내에서 목표주파수(
Figure pat00075
)인 500 Hz의 소음을 저감하면서, 상기 투과손실(
Figure pat00076
) 값이 최대가 되기 위해서는, 유속이 0 m/s일 때, 투과손실(
Figure pat00077
) 스펙트럼의 피크 주파수를 목표주파수(
Figure pat00078
)보다 작도록 설계할 수 있다. 이는 도 16-(a)에서는 도시된 바와 같이 M=0.1인 경우에 500 Hz에서 투과손실 스펙트럼의 피크주파수가 형성되도록 설계됨에 따라, M=0인 경우에는 피크 주파수가 475 Hz인 것으로 도시되어 있다. 이때 도 16은 아래의 표 3의 수치를 통해 산출된 결과일 수 있다.16-(a) shows a target frequency (
Figure pat00070
) is 500 Hz, the transmission loss of the metaliner (
Figure pat00071
) spectrum, the flow velocity in the duct (
Figure pat00072
, where c 0 is the speed of sound), the faster the transmission loss (
Figure pat00073
), the peak frequency of the spectrum shifts to higher frequencies, and the transmission loss (
Figure pat00074
) performance is shown to be poor. Therefore, the target frequency (
Figure pat00075
), while reducing the noise of 500 Hz, the transmission loss (
Figure pat00076
) value is maximized, when the flow velocity is 0 m/s, the permeation loss (
Figure pat00077
) the peak frequency of the spectrum to the target frequency (
Figure pat00078
) can be designed to be smaller than As shown in FIG. 16-(a), the peak frequency of the transmission loss spectrum is formed at 500 Hz when M = 0.1, and the peak frequency is 475 Hz when M = 0. . At this time, FIG. 16 may be a result calculated through the numerical values of Table 3 below.

구 분division 수치(단위 : mm)Numerical value (unit: mm) 몸체부의 너비(W)Body width (W) 5151 몸체부의 폭(D)Body width (D) 5151 몸체부의 길이(L)Body length (L) 406406 캐비티의 면적(a*a)Area of the cavity (a*a) 24.3 * 24.324.3*24.3 캐비티의 높이(b)Cavity height (b) 2222 목의 길이(l)neck length (l) 77

도 16-(b)와 도 16-(c)는 유속에 따른 메타라이너의 유효 임피던스의 실수부(Zr)와 허수부(Zi)를 각각 나타내며, 동일한 목 반지름(r = 1.78mm)을 가진 4개의 공명기를 사용하여 산출되었다. 여기서 도 16-(c) 도시된 바와 같이 유속이 빨라질수록 유효 임피던스의 허수부(Zi)가 작아지고, 이에 따라 도 16-(a)에서 투과손실(

Figure pat00079
) 스펙트럼의 피크 주파수가 고주파수로 이동하는 것으로 도시되어 있다. 이는 유효 임피던스의 허수부(Zi)가 0이 되는 주파수가 높아질수록, 투과손실(
Figure pat00080
) 스펙트럼의 피크 주파수가 높아지는 것과 연관될 수 있다. 따라서 정지 매질 내에서는 메타라이너의 유효 임피던스의 허수부(Zi)가 크도록 설계하면, 유동장 내 목표 주파수에서 투과손실(
Figure pat00081
)이 최대가 되도록 만들 수 있다. 또한 공명기의 목 반경이 작을수록 유효 임피던스의 허수부(Zi)가 커지기 때문에, 유동장 내 목표주파수(
Figure pat00082
)에서 투과손실(
Figure pat00083
)이 최대가 되도록 만들기 위해서는, 공명기의 목 반경을 정지 매질에서 차음 성능이 우수하도록 설계된 공명기의 목 반경보다 더 작게 설계할 수 있다. 아울러 덕트 단면적이 좁아지는 곳(유속이 빨라지는 곳)의 소음을 차단하기 위해서는 목 반경이 더 작은 공명기를 적용할 수도 있다.16-(b) and 16-(c) show the real part (Z r ) and imaginary part (Z i ) of the effective impedance of the metaliner according to the flow rate, respectively, and the same neck radius (r = 1.78mm) was calculated using four resonators with Here, as shown in FIG. 16-(c), as the flow rate increases, the imaginary part of the effective impedance (Z i ) decreases, and accordingly, in FIG. 16-(a), the transmission loss (
Figure pat00079
) spectrum is shown shifting to higher frequencies. This is because the higher the frequency at which the imaginary part (Z i ) of the effective impedance becomes 0, the transmission loss (
Figure pat00080
) can be associated with an increase in the peak frequency of the spectrum. Therefore, if the imaginary part (Z i ) of the effective impedance of the metaliner is designed to be large in the stationary medium, the transmission loss (
Figure pat00081
) can be made to be the maximum. In addition, since the imaginary part (Z i ) of the effective impedance increases as the neck radius of the resonator decreases, the target frequency in the flow field (
Figure pat00082
) in transmission loss (
Figure pat00083
) is maximized, the neck radius of the resonator can be designed to be smaller than that of a resonator designed to have excellent sound insulation performance in a stationary medium. In addition, a resonator with a smaller neck radius may be applied to block noise where the duct cross-section becomes narrower (where the flow velocity increases).

더불어 도 16-(b)에서 도시된 바와 같이 유속이 증가할수록 유효 임피던스의 실수부(Zr)가 커지며, 상기 유효 임피던스의 실수부(Zr)가 커질수록 피크 주파수에서의 투과손실(

Figure pat00084
) 성능이 저하되는 것을 알 수 있다. 즉, 유속이 빠른 유동장 내에서는 메타라이너의 투과손실(
Figure pat00085
) 성능 저하 현상이 나타날 수 있으며, 이를 고려하여 정지 매질 내 유효 임피던스의 실수부(Zr)을 작아지도록 설계하면, 유동장 내에서도 높은 투과손실(
Figure pat00086
) 성능을 달성할 수 있다. 아울러 정지 매질 내 메타라이너의 유효 임피던스의 실수부(Zr)를 감소시킬 수 있는 방법으로 공명기의 목 길이 를 줄일 수 있으며, 공명기의 목 길이를 짧아질수록 유효 임피던스의 허수부(Zi)도 함께 작아지는 것을 고려하여 목 반경, 목 길이가 설계될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 16-(b), as the flow rate increases, the real part (Z r ) of the effective impedance increases, and as the real part (Z r ) of the effective impedance increases, the transmission loss at the peak frequency (
Figure pat00084
), it can be seen that the performance is degraded. That is, in a flow field with a high flow velocity, the permeation loss of the metaliner (
Figure pat00085
) performance degradation may occur, and considering this, if the real part (Z r ) of the effective impedance in the static medium is designed to be small, the transmission loss is high even in the flow field (
Figure pat00086
) performance can be achieved. In addition, the neck length of the resonator can be reduced in a way that can reduce the real part (Z r ) of the effective impedance of the metaliner in the stationary medium, and as the neck length of the resonator is shortened, the imaginary part (Z i ) of the effective impedance is also reduced. The neck radius and neck length can be designed in consideration of being smaller together.

이에 따른 본 발명에 따른 메타라이너 설계방법은, 목표주파수(

Figure pat00087
), 주파수 대역폭(
Figure pat00088
) 및 목표 투과손실(
Figure pat00089
)을 설정하는 단계, 한 쌍의 공명기의 캐비티 크기를 고정하고 한 쌍의 공명기 각각의 목 반경(
Figure pat00090
)을 조절하여 상기 목 반경(
Figure pat00091
)에 따른 투과손실 스펙트럼을 산출하는 단계 및, 아래의 수학식 4를 만족하는 설정주파수(
Figure pat00092
) 범위에서 목표 투과손실(
Figure pat00093
) 보다 큰 투과손실(
Figure pat00094
)을 가지는 목 반경(
Figure pat00095
)을 선정하는 단계를 포함할 수 있다.Accordingly, the metaliner design method according to the present invention, the target frequency (
Figure pat00087
), frequency bandwidth (
Figure pat00088
) and target transmission loss (
Figure pat00089
), fixing the cavity size of the pair of resonators and the neck radius of each pair of resonators (
Figure pat00090
) by adjusting the neck radius (
Figure pat00091
Calculating a transmission loss spectrum according to ), and a set frequency that satisfies Equation 4 below (
Figure pat00092
) target transmission loss in the range (
Figure pat00093
) greater than the transmission loss (
Figure pat00094
) with a neck radius (
Figure pat00095
) may be included.

Figure pat00096
Figure pat00096

아울러 본 발명에 따른 메타라이너 설계방법은, 수학식 4의 주파수 영역에서 투과 손실이 목표 투과손실(

Figure pat00097
)보다 큰 목 반경(
Figure pat00098
)를 선정하도록 형성될 수 있다. 여기서 다수의 유속 조건에 대해 찾은 목 반경(
Figure pat00099
)의 교집합 영역을 선정하면, 목표로 선정한 다수의 유속 조건에서 투과 손실이 목표 투과 손실보다 큰 메타라이너 설계 목 반경(
Figure pat00100
)을 찾을 수 있다. In addition, in the metaliner design method according to the present invention, the transmission loss in the frequency domain of Equation 4 is the target transmission loss (
Figure pat00097
) with a neck radius greater than (
Figure pat00098
) can be formed to select. Here, the neck radius found for a number of flow conditions (
Figure pat00099
), the metaliner design neck radius (
Figure pat00100
) can be found.

이하, 도 17을 참조하여 메타라이너의 설계방법에서 일부 수치를 예거하여 보다 명확하게 설명한다. 본 발명에 따른 메타라이너의 설계방법은 목표주파수(

Figure pat00101
)를 500 Hz로, 주파수 대역폭(
Figure pat00102
)을 50 Hz로, 목표 투과손실(
Figure pat00103
)을 45 dB/m으로 목표치를 설정할 수 있다. 그리고 덕트의 중공부 또는 메타라이너의 몸체부의 외곽은 각각 51 × 51 × 406 mm으로 설정될 수 있으며, 한 쌍의 공명기의 캐비티 크기를 24.3 × 24.3 × 22 mm로, 목의 길이는 7 mm로 고정할 수 있다. 여기서 본 발명에 따른 메타라이너의 설계방법은 한 쌍의 공명기 각각에 대한 목 반경(
Figure pat00104
)을 조절하여 설정된 목표치를 달성하는 수치에 도달하는지 여부를 판단할 수 있으며, Hereinafter, with reference to FIG. 17, some numerical values in the design method of the meta liner will be described more clearly by exemplifying. The design method of the metaliner according to the present invention is the target frequency (
Figure pat00101
) to 500 Hz, the frequency bandwidth (
Figure pat00102
) to 50 Hz, the target transmission loss (
Figure pat00103
) can be set as a target value of 45 dB/m. In addition, the hollow part of the duct or the outline of the body part of the metaliner may be set to 51 × 51 × 406 mm, respectively, and the cavity size of the pair of resonators is fixed to 24.3 × 24.3 × 22 mm and the length of the neck is fixed to 7 mm. can do. Here, the design method of the metaliner according to the present invention is the neck radius for each of the pair of resonators (
Figure pat00104
) can be adjusted to determine whether or not a value that achieves the set target value is reached.

상기 목 반경(

Figure pat00105
)에 따른 투과손실 스펙트럼을 산출하는 단계 및, 설정주파수(
Figure pat00106
) 범위에서 목표 투과손실(
Figure pat00107
) 보다 큰 투과손실(
Figure pat00108
)을 가지는 한 쌍의 공명기의 목 반경(
Figure pat00109
)을 선정하는 단계를 포함할 수 있다. 도 17-(a)에서 도 17-(c)는 여러 유속 상황 하에서 한 쌍의 공명기의 목 반경(
Figure pat00110
)에 따른 평균 투과손실(
Figure pat00111
) 등고선(contour) 테이블을 각각 나타낸다. 도 18을 참조하면, 한 쌍의 공명기의 목 반경(
Figure pat00112
)가 각각 (1.66, 1.78), (1.66, 1.82), (1.7, 1.74), (1.7, 1.78), (1.7, 1.82), (1.74, 1.74), (1.74, 1.78), (1.74, 1.82), (1.78, 1.78) mm인 경우에 모든 유속(M=0, 0.05, 0.1)에 대해 설계 조건을 만족하는 교집합인 것을 알 수 있으며, 위 수치 중에 하나를 선정하여 제품이 설계되도록 제작할 수 있다. 이는 위 형상으로 제작된 제품이 모든 유속에 대해 목표주파수(
Figure pat00113
)의 ㅁ5% 주파수 대역에서 45 dB/m 이상의 투과 손실을 달성할 수 있으므로, 소음 저감 성능이 보다 우수하도록 제공할 수 있다.The neck radius (
Figure pat00105
Calculating the transmission loss spectrum according to ), and the set frequency (
Figure pat00106
) target transmission loss in the range (
Figure pat00107
) greater than the transmission loss (
Figure pat00108
), the neck radius of a pair of resonators having (
Figure pat00109
) may be included. 17-(a) to 17-(c) show neck radii of a pair of resonators under various flow velocity conditions (
Figure pat00110
) Average transmission loss according to (
Figure pat00111
) represents a contour table, respectively. Referring to FIG. 18, the neck radius of a pair of resonators (
Figure pat00112
) are (1.66, 1.78), (1.66, 1.82), (1.7, 1.74), (1.7, 1.78), (1.7, 1.82), (1.74, 1.74), (1.74, 1.78), (1.74, 1.82) , (1.78, 1.78) mm, it can be seen that it is an intersection that satisfies the design condition for all flow velocities (M = 0, 0.05, 0.1), and the product can be designed by selecting one of the above values. This means that the product manufactured in the above shape is the target frequency (
Figure pat00113
), since it is possible to achieve a transmission loss of 45 dB/m or more in the ㅁ5% frequency band, it is possible to provide better noise reduction performance.

도 18의 플로우차트를 참조하여, 본 발명에 따른 메타라이너의 설계방법에서 한 쌍의 공명기의 목 반경(

Figure pat00114
)을 선정하는 과정을 보다 상세히 설명한다. Referring to the flowchart of FIG. 18, in the method of designing a metaliner according to the present invention, the neck radius of a pair of resonators (
Figure pat00114
) will be described in more detail.

본 발명에 따른 메타라이너의 설계방법은, 조건을 만족하는 한 쌍의 공명기의 목 반경(

Figure pat00115
)을 선정하기 위해 변수를 입력하는 단계와, 입력된 변수를 기반으로 적어도 하나 이상의 연산과정을 통해 결과를 산출하는 단계와, 연산결과, 위 수학식 4의 목표주파수 대역에서의 메타라이너의 투과손실(
Figure pat00116
)이 목표 투과손실(
Figure pat00117
)보다 큰지 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 변수를 입력하는 단계에서는 덕트 내 유속(
Figure pat00118
), 각 주파수(
Figure pat00119
), 메타라이너의 형상 수치(a, b, l, D, L) 등이 입력될 수 있다. 여기서 상기 메타라이너의 형상 수치에는 목 반경(
Figure pat00120
)이 입력될 수 있으며, 회귀분석 모델을 통해 상기 목 반경(
Figure pat00121
)의 수치를 변경하여 최종적으로 덕트 내 유속(
Figure pat00122
)의 유동장 내에서 목표 차음 성능을 달성하는 목 반경(
Figure pat00123
)이 선정될 수 있다.The design method of the metaliner according to the present invention, the neck radius of a pair of resonators satisfying the condition (
Figure pat00115
), calculating a result through at least one calculation process based on the input variable, and calculating the result of the calculation, the transmission loss of the metaliner in the target frequency band of Equation 4 above. (
Figure pat00116
) is the target transmission loss (
Figure pat00117
) may include a step of determining whether it is greater than. At this time, in the step of inputting the variable, the flow rate in the duct (
Figure pat00118
), each frequency (
Figure pat00119
), metaliner shape values (a, b, l, D, L), etc. can be input. Here, the shape of the meta liner has a neck radius (
Figure pat00120
) can be input, and the neck radius (
Figure pat00121
) by changing the value of the final flow rate in the duct (
Figure pat00122
) neck radius (
Figure pat00123
) can be selected.

메타라이너의 설계방법의 연산과정은 공명기 목 및 캐비티의 유효 파수, 유효 임피던스 보정 길이(

Figure pat00124
)를 계산하는 제1단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1단계에서는 아래의 수학식 5 내지 수학식 10을 통해 각 유효 임피던스의 보정길이를 산출할 수 있다.The calculation process of the metaliner design method is the effective wave number of the resonator neck and cavity, the effective impedance correction length (
Figure pat00124
) may include a first step of calculating At this time, in the first step, the correction length of each effective impedance can be calculated through Equations 5 to 10 below.

Figure pat00125
Figure pat00125

Figure pat00126
Figure pat00126

Figure pat00127
Figure pat00127

Figure pat00128
Figure pat00128

Figure pat00129
Figure pat00129

Figure pat00130
Figure pat00130

아울러 위 수학식 5에서 수학식 8까지의 변수

Figure pat00131
는 아래의 수학식 11에서 수학식 14를 통해 산출될 수 있다.In addition, the variables from Equation 5 to Equation 8 above
Figure pat00131
Can be calculated through Equation 14 in Equation 11 below.

Figure pat00132
Figure pat00132

Figure pat00133
Figure pat00133

Figure pat00134
Figure pat00134

Figure pat00135
Figure pat00135

(여기에서,(From here,

Figure pat00136
,
Figure pat00137
,
Figure pat00138
,
Figure pat00139
,
Figure pat00136
,
Figure pat00137
,
Figure pat00138
,
Figure pat00139
,

Figure pat00140
,
Figure pat00141
,
Figure pat00140
,
Figure pat00141
,

Figure pat00142
: density of air,
Figure pat00143
: speed of sound,
Figure pat00142
: density of air,
Figure pat00143
: speed of sound,

Figure pat00144
: dynamic viscosity of air,
Figure pat00144
: dynamic viscosity of air,

Figure pat00145
: prandtl number,
Figure pat00146
: specific heat ratio,
Figure pat00145
:prindtl number,
Figure pat00146
: specific heat ratio,

Figure pat00147
: Bessel function of the 1st kind, f : frequency)
Figure pat00147
: Bessel function of the 1st kind, f : frequency)

아울러 위 수학식 9 및 수학식 10에서의 변수

Figure pat00148
는 아래의 수학식 15 및 수학식 16을 통해 산출될 수 있다.In addition, the variables in Equations 9 and 10 above
Figure pat00148
Can be calculated through Equations 15 and 16 below.

Figure pat00149
Figure pat00149

Figure pat00150
Figure pat00150

(여기에서,(From here,

Figure pat00151
,
Figure pat00152
,
Figure pat00153
,
Figure pat00154
: Bessel function of the 1st kind
Figure pat00151
,
Figure pat00152
,
Figure pat00153
,
Figure pat00154
: Bessel function of the 1st kind

Figure pat00155
is the pth solution of the equation
Figure pat00156
)
Figure pat00155
is the pth solution of the equation
Figure pat00156
)

메타라이너의 설계방법의 연산과정은 메타라이너의 단위 구조를 구성하는 i번째 공명기의 유효 임피던스(

Figure pat00157
)를 계산하는 제2단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2단계에서는 아래의 수학식 17 및 수학식 18을 통해 산출할 수 있다.The calculation process of the metaliner design method is the effective impedance of the ith resonator constituting the unit structure of the metaliner (
Figure pat00157
) may include a second step of calculating At this time, in the second step, it can be calculated through Equations 17 and 18 below.

Figure pat00158
Figure pat00158

Figure pat00159
Figure pat00159

Figure pat00160
Figure pat00160

Figure pat00161
Figure pat00161

Figure pat00162
Figure pat00162

(여기에서,(From here,

Figure pat00163
,
Figure pat00164
,
Figure pat00165
,
Figure pat00163
,
Figure pat00164
,
Figure pat00165
,

Figure pat00166
: 메타라이너 단위 구조의 I번째 공명기의 목 반경,
Figure pat00166
: Neck radius of the I-th resonator of the metaliner unit structure,

Figure pat00167
: density of air,
Figure pat00168
: speed of sound,
Figure pat00169
,
Figure pat00167
: density of air,
Figure pat00168
: speed of sound,
Figure pat00169
,

Figure pat00170
,
Figure pat00171
: dynamic viscosity of air)
Figure pat00170
,
Figure pat00171
: dynamic viscosity of air)

메타라이너의 설계방법의 연산과정은 메타라이너의 유효 임피던스(

Figure pat00172
)를 계산하는 제3단계와, FE 해석에서 메타라이너의 투과손실(
Figure pat00173
)을 계산하는 제4단계를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제3단계 및 제4단계는 아래의 수학식 19 및 수학식 20을 통해 각각 산출될 수 있다. The calculation process of the metaliner design method is the effective impedance of the metaliner (
Figure pat00172
), and the transmission loss of the metaliner in the FE analysis (
Figure pat00173
), and the third and fourth steps may be calculated through Equations 19 and 20 below, respectively.

Figure pat00174
Figure pat00174

Figure pat00175
Figure pat00175

(여기에서, T는 파워 반사계수)(Where T is the power reflection coefficient)

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 각각의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 위의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하고, 여러 실시예를 혼용하거나 각 실시예의 일부 구성들을 혼합할 수도 있다.As described above, the present invention has been described by specific details such as specific components and limited embodiment drawings, but this is only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to each of the above-described embodiments. It is not, and those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description, and several embodiments may be mixed or some components of each embodiment may be mixed.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and it can be said that not only the claims described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims fall within the scope of the spirit of the present invention. will be.

C : 단위중공부
C1: 제1단위중공부 C2: 제2단위중공부
C3: 제3단위중공부 C4: 제4단위중공부
10 : 덕트 11 : 중공부
100 : 메타라이너
100a : 몸체부 100b : 분할부재
100c : 보조몸체
110 : 공명기
110a : 제1공명기 110b : 제2공명기
110c : 제3공명기 110d : 제4공명기
111 : 목 112 : 캐비티
C: unit hollow
C 1 : first unit hollow part C 2 : second unit hollow part
C 3 : 3rd unit hollow part C 4 : 4th unit hollow part
10: duct 11: hollow part
100: Metaliner
100a: body part 100b: dividing member
100c: auxiliary body
110: resonator
110a: first resonator 110b: second resonator
110c: 3rd resonator 110d: 4th resonator
111: neck 112: cavity

Claims (10)

중공부를 가지는 덕트의 소음을 저감하는 메타라이너에 있어서,
상기 덕트의 중공부로 일단이 개구된 목과 상기 목의 타단에 연결되는 캐비티를 가지는 복수의 공명기; 및
를 포함하고,
복수의 공명기가 상기 중공부의 내주면을 따라 배치되되,
복수의 공명기가 덕트의 길이방향을 따라 배치되어 복수의 열로 형성되는 것을 특징으로 하는 메타라이너.
In the metaliner for reducing noise of a duct having a hollow part,
a plurality of resonators having a neck having one end opened to the hollow part of the duct and a cavity connected to the other end of the neck; and
including,
A plurality of resonators are disposed along the inner circumferential surface of the hollow,
A metaliner, characterized in that a plurality of resonators are arranged along the longitudinal direction of the duct and formed in a plurality of rows.
제1항에 있어서,
상기 덕트의 중공부를 복수의 단위중공부로 분할하는 분할부재;
를 더 포함하고,
상기 분할부재가 공명기를 포함하여 상기 단위중공부의 내주면을 따라 복수의 공명기가 배치되는 것을 특징으로 하는 메타라이너.
According to claim 1,
a dividing member dividing the hollow part of the duct into a plurality of unit hollow parts;
Including more,
The meta liner, characterized in that the plurality of resonators are disposed along the inner circumferential surface of the unit hollow, including the resonator, the dividing member.
제2항에 있어서,
상기 분할부재가 제1단위중공부 및 제2단위중공부를 포함하도록 상기 덕트의 중공부를 양측으로 분할하되,
상기 분할부재는 상기 제1단위중공부로 목이 개구되는 공명기와, 상기 제2단위중공부로 목이 개구되는 공명기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메타라이너.
According to claim 2,
Divide the hollow part of the duct into both sides so that the dividing member includes a first unit hollow part and a second unit hollow part,
The split member comprises a resonator whose neck is opened to the first unit hollow part and a resonator whose neck is opened to the second unit hollow part.
제2항에 있어서,
상기 분할부재가 유선형으로 이루어져,
복수의 열로 배열된 공명기들의 캐비티의 크기나 목 반경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 메타라이너.
According to claim 2,
The dividing member is made of a streamlined shape,
A metaliner characterized in that the cavities of the resonators arranged in a plurality of rows have different sizes or neck radii.
제4항에 있어서,
상기 분할부재가 선단의 일정영역에서 후단으로 갈수록 두께가 작아지는 유선형으로 형성되되,
상기 선단의 일정영역을 기준으로 후단으로 갈수록 공명기의 캐비티 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 하는 메타라이너.
According to claim 4,
The dividing member is formed in a streamlined shape in which the thickness decreases from a certain area at the front end toward the rear end,
A metaliner, characterized in that the cavity size of the resonator decreases toward the rear end based on a certain area of the front end.
제1항에 있어서,
인접한 복수의 공명기들 중 일부가 반대위상으로 공명하는 동일한 공명주파수 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 메타라이너.
According to claim 1,
A metaliner characterized in that some of the plurality of adjacent resonators have the same resonant frequency region resonating in opposite phase.
제1항에 있어서,
복수의 공명기들 중 인접한 한 쌍의 공명기가 아래의 식을 만족하는 공명주파수 영역(
Figure pat00176
)을 각각 가진 것을 특징으로 하는 메타라이너.
Figure pat00177

(여기에서,
Figure pat00178
: 하나의 공명기의 공명주파수 영역,
Figure pat00179
: 다른 하나의 공명기의 공명주파수 영역,
Figure pat00180
: 목표주파수)
According to claim 1,
A resonant frequency region in which a pair of adjacent resonators among a plurality of resonators satisfies the following equation (
Figure pat00176
) Metaliner, characterized in that each has.
Figure pat00177

(From here,
Figure pat00178
: Resonant frequency region of one resonator,
Figure pat00179
: Resonance frequency region of another resonator,
Figure pat00180
: target frequency)
제2항에 있어서,
상기 덕트는 직사각형, 원형 또는 타원형으로 형성되되, 상기 분할부재는 양단이 상기 덕트의 내주면에 고정되고,
상기 분할부재에 고정되어 공명기가 내장되는 보조몸체;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메타라이너.
According to claim 2,
The duct is formed in a rectangular, circular or elliptical shape, and both ends of the dividing member are fixed to the inner circumferential surface of the duct,
An auxiliary body fixed to the dividing member and having a built-in resonator;
Metaliner characterized in that it further comprises.
제7항의 메타라이너의 설계방법에 있어서,
목표주파수(
Figure pat00181
), 주파수 대역폭(
Figure pat00182
) 및 목표 투과손실(
Figure pat00183
)을 설정하는 단계;
한 쌍의 공명기의 캐비티 크기를 고정하고 한 쌍의 공명기 각각의 목 반경(
Figure pat00184
)을 조절하여 상기 목 반경(
Figure pat00185
)에 따른 투과손실 스펙트럼을 산출하는 단계; 및
아래의 식을 만족하는 설정주파수(
Figure pat00186
) 범위에서 목표 투과손실(
Figure pat00187
) 보다 큰 투과손실(
Figure pat00188
)을 가지는 목 반경(
Figure pat00189
)을 선정하는 단계;
를 포함하는 메타라이너의 설계방법.
Figure pat00190

In the design method of the meta liner of claim 7,
Target frequency (
Figure pat00181
), frequency bandwidth (
Figure pat00182
) and target transmission loss (
Figure pat00183
) setting;
The cavity size of a pair of resonators is fixed, and the neck radius of each pair of resonators (
Figure pat00184
) by adjusting the neck radius (
Figure pat00185
Calculating a transmission loss spectrum according to ); and
The set frequency that satisfies the formula below (
Figure pat00186
) target transmission loss in the range (
Figure pat00187
) greater than the transmission loss (
Figure pat00188
) with a neck radius (
Figure pat00189
) Selecting;
A method of designing a metaliner including a.
Figure pat00190

제9항에 있어서,
복수의 목 반경이 선정되면, 다수의 목표 유속조건별로 설정주파수(
Figure pat00191
) 범위에서 목표 투과손실(
Figure pat00192
) 보다 큰 투과손실(
Figure pat00193
)을 달성하는 목 반경(
Figure pat00194
)를 선정하는 것을 특징으로 하는 메타라이너의 설계방법.
According to claim 9,
If a plurality of neck radii are selected, the set frequency for each target flow rate condition (
Figure pat00191
) target transmission loss in the range (
Figure pat00192
) greater than the transmission loss (
Figure pat00193
) to achieve the neck radius (
Figure pat00194
) Method of designing a metaliner, characterized in that for selecting.
KR1020210163725A 2021-11-24 2021-11-24 Metaliner for reducing duct noise KR102613018B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210163725A KR102613018B1 (en) 2021-11-24 2021-11-24 Metaliner for reducing duct noise

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210163725A KR102613018B1 (en) 2021-11-24 2021-11-24 Metaliner for reducing duct noise

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230076619A true KR20230076619A (en) 2023-05-31
KR102613018B1 KR102613018B1 (en) 2023-12-13

Family

ID=86544084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210163725A KR102613018B1 (en) 2021-11-24 2021-11-24 Metaliner for reducing duct noise

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102613018B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000205486A (en) * 1999-01-13 2000-07-25 Taikisha Ltd Silencer
KR20050013325A (en) 2003-07-28 2005-02-04 한국과학기술원 Sliencer to control noise by many resonators' composition
KR20050105562A (en) * 2004-04-30 2005-11-04 이동훈 Resonance type duct silencer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000205486A (en) * 1999-01-13 2000-07-25 Taikisha Ltd Silencer
KR20050013325A (en) 2003-07-28 2005-02-04 한국과학기술원 Sliencer to control noise by many resonators' composition
KR20050105562A (en) * 2004-04-30 2005-11-04 이동훈 Resonance type duct silencer

Also Published As

Publication number Publication date
KR102613018B1 (en) 2023-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10947876B2 (en) Air-transparent selective sound silencer using ultra-open metamaterial
Selamet et al. Acoustic attenuation performance of circular expansion chambers with extended inlet/outlet
KR20160018432A (en) Heat exchanger with integrated noise suppression
CA2498409C (en) Compact silencer
US3993160A (en) Silencer for a heat engine
Ma et al. Quasi-perfect absorption of broadband low-frequency sound in a two-port system based on a micro-perforated panel resonator
Liu et al. Acoustic attenuation characteristics of the muffler phononic crystal with hybrid resonators
Gao et al. Ventilation duct silencer design for broad low-frequency sound absorption
CN103953449A (en) Noise reduction method of aero-engine based on anisotropic material
KR20230076619A (en) Metaliner for reducing duct noise
KR101108799B1 (en) Hole Array Silencer using Virtual Division for Low Frequency Range
KR102463931B1 (en) Metamaterial muffler for noise reduction in wide bandfrequencies
KR102457169B1 (en) Silencer based on metamaterial structure
US11248530B2 (en) Acoustic treatment panel for a turbojet engine
EP3850281B1 (en) Oil separator with integrated muffler
KR102415416B1 (en) Metamaterial muffler using fractal structure
EP0778399A1 (en) Resonator
KR102583152B1 (en) Acoustic metamaterial structure
CN105156333A (en) Covering assembly, compressor and heat exchange device
KR102415417B1 (en) Metamaterial muffler using stealth blade structure
Liu et al. Ultra-thin ventilated metasurface pipeline coating for broadband noise reduction✰
KR102343412B1 (en) Muffler
KR100532128B1 (en) Sliencer to control noise by many resonators&#39; composition
KR102487101B1 (en) Metamaterial muffler for noise reduction in low frequency
CN114321553B (en) Broadband pipeline silencer based on gradual change impedance boundary

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right