대리모델 기반 질량 부착 막형 음향 메타물질의 저주파 차음성능 최적화 및 임피던스 튜브 검증

키워드

확장요약문

공동주택의 중량 바닥충격음에는 저주파 성분이 포함되어 있으나, 제한된 층간 구조에서 질량과 두께를 늘려 이를 제어하는 데에는 한계가 있다. 이러한 제약을 고려해 얇은 막과 부착 질량체의 진동 특성을 이용하여 투과손실을 높일 수 있는 막형 음향 메타물질에 주목하였다. 본 연구는 질량 부착 막형 음향 메타물질의 차음 피크를 저주파 대역으로 조정하기 위한 설계 방법을 검토하였다. 반복적인 설계 탐색에 활용하기 위해 Python 기반 자체적으로 만든 In-house Finite Element Model을 사용하였다. 막을 2D 판 요소로, 부착 질량체를 강체로 모델링하고 공기 영역은 평면파 음향 임피던스와 비전파 공기 모드의 부가 질량으로 반영하였다. 라틴 하이퍼큐브 샘플링(Latin Hypercube Sampling, LHS)으로 설계점을 선정하고, 최적화 과정에서 다수의 설계 후보를 FEM으로 평가하는 데 드는 계산 비용을 줄이기 위해 선정된 설계점 해석 데이터로 가우시안 프로세스 회귀(Gaussian Process Regression, GPR) 대리모델을 구축하였다. 이후 최적화 알고리즘을 적용해 차음 피크 주파수를 낮추는 예비 후보를 탐색하였다. 그중 한 후보의 FEM 해석에서는 62.02 Hz 에서 62.65 dB의 투과손실 피크가 나타났다. 향후 저주파 유효 대역폭을 고려해 설계를 보완하고, 선정된 구조를 시편으로 제작하여 임피던스 튜브에서 측정한 차음 특성을 예측 결과와 비교할 계획이다.