A strategy of low frequency noise reduction by vibroacoustic coupling between membrane and fluid is proposed. The main advantage of the proposed method is that it can reduce the low frequency noise considerably in comparison with the previous noise reduction methods by absorption material. In the membrane-fluid coupled system, there exists resonant mode which is due to stiffness effect of enclosed fluid and inertia effect of membrane. It results in evanescent mode in the low frequency. Cutoff frequency and decay ratio can be controlled by membrane density and membrane tension. Low density makes broader band of noise reduced frequency than the high density membrane does, and low tensioned membrane is more effective to noise reduction than high tensioned one does. In real situation, there is another coupling between membrane and external fluid as well as internal fluid. The main effect of external fluid is mass loading. Therefore external fluid results in narrow noise-reduced-frequency range in comparison with the case that is without external coupling.
본 논문에서는 음장과 박막의 연성 현상을 이용하여 저주파 소음 저감에 적용하고자 하였다. 연성 조건을 만족할 때 발생하는 공간상의 감쇠 현상을 이용한 본 고에서 제시된 방법은 기존의 흡음재로는 흡음하기 어려운 저주파 대역의 소음을 감쇠 시킬 수 있다는 장점을 지닌다.
강체 벽과는 달리 박막은 접해있는 유체의 거동을 수용하며 유동과 연성된 동특성을 갖는데, 강체 벽과 박막 사이의 유체의 강성 효과와 박막의 관성 효과에 의한 공진 모우드의 발생으로 저주파 대역에 차단 영역(Cutoff region)이 존재하게 되고 공간상의 감쇠파가 존재하게 된다.
평면상의 무한경계 조건을 가진 연성계의 해석해로부터 차단 주파수 조율 인자가 유체 밀도, 박막 밀도, 강체 벽과 박막 사이의 거리 등임을, 감쇠율 조율 인자가 장력임을 확인하였다. 이중 박막 관련 인자인 박막 밀도를 감소시킬수록, 장력을 낮출수록 더 넓은 대역의 저주파 소음 저감을 효율적으로 수행할 수 있음을 모우드 해석 기법을 이용한 모사실험을 통해 검증하였다.
실제 연성계에서 존재하는 외부 유체와의 연성 효과를 고려하는 경우 그 주된 영향 요소가 유동의 관성부하임을 알 수 있었고, 따라서 같은 박막 밀도를 가진 진공 외부 조건하에서의 연성계에 비해 저주파 소음저감이 이루어 지는 주파수구간이 감소됨을 실험을 통해 확인하였다. 외부 유동과의 연성이 있는 경우에도 장력에 의한 감쇠율 조절이 가능하고, 저주파 대역의 감쇠파가 존재하므로 이를 저주파 소음 저감에 응용할 수 있음을 확인하였다.
