An acoustic metasurface is one of the sound-absorbing structures for a perfect absorption of sound with a thickness of a sub-wavelength scale. Previous studies on the acoustic metasurface are based on periodic arrangements of unit cells with the invariant incidence conditions along the plane. In practical applications such as military technology to avoid sonar detection or noise reduction techniques in architectural acoustics, studies on the curved metasurface that can be placed along curved surfaces are required. To design the curved metasurface for the perfect absorption, the arrangement of the unit cells in which the incident conditions locally vary along the curved surface needs to be investigated. In this study, we investigate the perfect absorption for a one-dimensional unit cell arrangement in which the angle of incidence locally varies along unit cells, and propose a design procedure of a perfectly sound-absorbing curved metasurface at the target frequency. First, we design an angle-dependent unit cell, which perfectly absorbs sound for each angle of incidence at a target frequency, consisting of two different Helmholtz resonators with sub-wavelength scales. Next, the curved metasurface is designed by arranging N unit cells (N≥2) according to the distribution of angles of incidence of the given curved surface. As a result of the proposed design procedure, we obtain $\lambda$/24-thick circular-curved metasurfaces exhibiting the perfect absorption at 1000Hz. By increasing the number of unit cells N, we examine the perfect absorption of the circular-curved metasurface with one or more joint angles between unit cells. In order to consider different types of the curved surface, we design $\lambda$/24-thick elliptical-curved metasurfaces exhibiting the perfect absorption at 1000Hz. By changing the eccentricity e from 0 to 0.98, we examine the perfect absorption of the elliptical-curved metasurface with different distributions of angles of incidence.
음향 메타표면은 파장 이하 스케일의 두께로 소리를 완벽하게 흡수하기 위한 흡음 구조 중 하나이다. 음향 메타표면에 대한 이전의 연구는 평면을 따라 변하지 않는 입사 조건을 갖는 단위 구조의 주기적인 배열을 기반으로 한다. 소나 탐지를 피하기 위한 군사 기술과 건축 음향에서의 소음 감소 기술과 같은 실제 응용에서는 곡면을 따라 설치가 가능한 곡면형 음향 메타표면에 대한 연구가 필요하다. 완벽 흡음을 위한 곡면형 메타표면을 설계하기 위해서, 곡면을 따라 입사 조건이 국부적으로 변하는 단위 구조의 배열에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 단위 구조를 따라 입사각이 국부적으로 변하는 1차원 단위 구조 배열의 완벽 흡음을 조사하여, 목표 주파수에서 소리를 완벽 흡수하는 곡면형 메타표면의 설계 절차를 제안한다. 먼저, 목표 주파수에서 각 입사각에 대해 소리를 완벽하게 흡수하도록 파장 이하 스케일의 서로 다른 두 개의 헬름홀츠 공명기로 구성된 각도 의존적 단위 구조를 설계한다. 다음으로, 주어진 곡면의 입사각의 분포에 따라 N개의 단위 구조(N≥2)를 배열함으로써 곡면형 메타표면을 설계한다. 제안된 설계 절차의 결과로서, 1000Hz에서 완벽 흡음을 나타내는 $\lambda$/24 두께의 원형 메타표면을 얻는다. 단위 구조의 개수 N을 늘림으로써, 1개 이상의 단위 구조 간 결합각을 갖는 원형 메타표면의 완벽 흡음을 확인한다. 다양한 형태의 곡면을 고려하기 위해, 1000Hz에서 완벽 흡음을 나타내는 $\lambda$/24 두께의 타원형 메타표면을 설계한다. 타원의 편심 e를 0에서 0.98까지 조절함으로써, 입사각의 분포가 서로 다른 타원형 메타표면의 완벽 흡음을 확인한다.
