The acoustic black hole(ABH) structure has a geometrical characteristic that becomes gradually thin from the root part to the tip, while maintaining the width. The smoothness criterion provides the basic principle for the vibration energy concentration at the tip of structure. In this work, an ABH structure with varying width is studied. The study concern is on the vibration and sound radiation characteristics according to the width change. The numerical simulations are performed on the several cantilevers: with constant thickness and width, conventional ABH with converging thickness, and converging ABH with converging thickness and width. The conventional ABH has more than 5 dB of transfer mobility compared to the cantilever, and the radiated sound pressure is large at the supersonic condition. The converging ABH has a transfer mobility of more than 10 dB larger than conventional ABH, and the radiation sound pressure is the smallest. The characteristics of the foregoing cantilevers are tested, and measured vibro-acoustic characteristics agree with the simulation. Numerical simulations are performed for parametric study of the ABH with varying width: diverging ABH, truncated converging ABH, and ABH with damping layer at the tip area. The diverging ABH has lower transfer mobility compared to conventional ABH, and the radiated sound pressure is large at low frequencies but small at high frequencies. The truncated converging ABH has the same transfer mobility as a conventional ABH, and the radiated sound pressure is largest. Attachment of a damping layer to the tip of the structure improves vibration damping performance, but does not depend on the area. The converging ABH has the same vibration damping performance as conventional ABH by only attaching a small damping layer. The ABH with varying width has a merit in its manufacturing difficulty, weight, and size. It is thought that the studied ABH structure with varying width can find its application on the area vibration amplification, sound reduction, and sound radiation.
음향 블랙홀 구조는 폭을 유지하면서 근저부에서 종단부까지 점점 얇아지는 기하학적 특성을 갖는다. 구조물 종단에서 진동 에너지가 집중되며 그 기본 원리는 평활도 기준을 따른다. 본 연구는 폭이 변하는 음향 블랙홀 구조를 제안하며, 그 진동 및 음향 방사 특성에 대한 것이다. 폭과 두께가 일정한 외팔보, 두께가 수렴하는 일반 음향 블랙홀, 두께와 폭이 수렴하는 음향 블랙홀 구조에 대한 수치 해석을 진행한다. 일반 음향 블랙홀은 외팔보에 비하여 전달 모빌리티가 5dB 이상 크며, 방사 음압이 초음속 조건에서 크다. 폭이 수렴하는 음향 블랙홀은 전달 모빌리티가 일반 음향 블랙홀에 비하여 10 dB 이상 크며, 방사 음압이 가장 작다. 상기 구조들을 실험을 통하여 측정한 결과, 진동-음향 특성이 수치 해석 결과와 일치한다. 폭이 변하는 음향 블랙홀의 인자 평가를 위하여, 폭이 발산하는 음향 블랙홀, 폭이 수렴하는 두꺼운 음향 블랙홀, 종단에 감쇠층이 부착된 음향 블랙홀에 대한 수치 해석을 진행한다. 폭이 발산하는 음향 블랙홀은 전달 모빌리티가 일반 음향 블랙홀에 비하여 낮으며, 방사 음압이 저주파에서 크나 고주파에서 작다. 두꺼운 음향 블랙홀은 일반 음향 블랙홀 구조와 전달 모빌리티가 동일하며, 방사 음압이 가장 크다. 음향 블랙홀 구조 종단부에 감쇠층을 부착하면 진동 감쇠 성능이 향상되나, 넓이에는 의존하지 않는다. 폭이 수렴하는 음향 블랙홀은 적은 감쇠층의 부착으로 일반 음향 블랙홀과 동일한 진동 감쇠 성능을 갖는다. 이러한 폭이 변하는 음향 블랙홀 구조는 제작 난이도, 무게, 크게 면에서 이점을 갖는다. 이를 통해 폭이 변하는 음향 블랙홀 구조는 진동 증폭, 음향 저감 또는 음향 방사 등의 목적에 활용할 수 있다.
