수중 음향 메타물질의 반향음 저감 구조에 대한 연구

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확장요약문

수중 환경에서 음향 신호는 수중 표적의 탐지 및 식별에 중요한 요소로 작용한다. 이에 수중함의 음향 스텔스성 확보를 위해서는 반향음을 효과적으로 저감할 필요가 있다. 특히 저주파 음향은 긴 파장으로 인해 제한된 두께의 기존 흡음재를 이용하여 효과적으로 제어하기 어려우며, 저주파 흡음 성능과 광대역 특성을 동시에 확보하는 것은 수중 음향 제어 분야의 주요 과제이다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방안으로 수중 음향 메타물질이 주목받고 있다. 이에 본 연구에서는 수중 반향음 저감을 위한 음향 메타구조를 설계하고, 수치해석 및 4-microphone method를 이용하여 구조의 음향 특성과 에너지 저감 메커니즘을 분석하였다. 제안된 구조의 주파수별 음향 응답 및 반향음 저감 특성에 대한 분석 결과를 바탕으로, 저주파 및 광대역 음향 성능을 향상시키기 위한 설계 방안을 검토하고자 한다. 이를 위해 주요 구조의 최적화와 끝단 처리 및 재료 특성이 음향 응답에 미치는 영향을 분석하고, 구조와 수중 매질 간의 음향 임피던스 특성을 고려하여 반향음 저감 성능을 평가한다. 또한 공동-판 결합 구조에 의한 공진 메커니즘을 활용하여 저주파 영역의 흡음 성능을 개선하기 위한 구조적 설계 방안을 고려한다. 이를 통해 제안된 수중 음향 메타구조가 저주파 및 광대역 반향음 저감을 위한 효과적인 설계 방안으로 활용될 수 있음을 고찰하고, 향후 수중 음향 스텔스 및 소음 제어 기술에 적용할 수 있는 가능성을 제시한다.