다중 주파수 수직 입사에 대해 동일한 특이 반사각을 갖는 측지 공명기 기반 음향 메타표면 설계 (Design of Acoustic Metasurface based on Side-branch Resonators for Identical Anomalous Reflections of Multifrequency Normal Incidences)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 46권 / 8호 / 737 ~ 746페이지
· 저자명 : 오유빈, 이중석

초록

음향 메타표면은 입사한 음파를 특이 방향으로 반사 혹은 굴절시키기 위해서 메타물질의 개념을 기반으로 세심하게 설계된 주기적 표면 구조이다. 음향 메타표면에 대한 기존 연구는 주로 단일 주파수에서 특이 조향을 구현하는데 반해, 본 연구에서는 다중 주파수의 음파가 수직으로 입사하여도 동일한 특이 반사각으로 음파를 반사시키는 새로운 음향 메타표면을 설계하였다. 이를 위하여 측지 공명기들로 구성된 단위 셀을 설계하고, 일반화된 스넬의 법칙을 기반으로 주파수마다 서로 다른 주기가 요구되는 수퍼 셀을 단위 셀의 다중 배열로 구성하였다. 수퍼 셀로부터 위상 구배를 발생시키기 위하여 공명 부근에서 발생하는 급격한 위상 차이를 이용하여 측지 공명기들의 길이를 설계하였다. 세 가지 주파수로 입사하는 수직 음파는 설계된 음향 메타표면으로부터 45도의 동일한 특이 반사각을 가지고 반사된다.

영어초록

Acoustic metasurfaces are precisely designed, periodic surface structures for anomalously reflecting or refracting an incident acoustic wave based on the concept of metamaterials. Contrary to most previous studies of acoustic metasurfaces, which realized anomalous wave steering only at single frequency, this study presents a new acoustic metasurface for reflecting multifrequency incident waves in an anomalous direction with the identical angle. When a unit cell was designed using side-branch resonators, supercells required to exhibit different periodicity for each frequency were constructed through multiple arrangements of the unit cells governed by generalized Snell’s law. Lengths of the side-branch resonators in each supercell were designed using abrupt phase-shifting phenomenon around the resonance to form a phase gradient from the supercells. Normal incident acoustic waves excited at three different frequencies were reflected from the designed acoustic metasurface with the identical anomalous reflection angle of 45 degrees.

참고자료

· 없음