Perforuotų metamaterijų akustinės savybės: biokompozitinių ir sintetinių laidžių medžiagų lyginamoji analizė

Abstract

Tyrimo metu buvo tirtos perforuotos metamedžiagos, sukurtos inovatyviam garso valdymui. Nagrinėtas skirtingų užpildymo modelių (50% ir 100%) perforacijos poveikis laidžiuose TPU (termoplastinio poliuretano) ir PLA (polipieno rūgšties) mėginiuose (30 mm skersmens, 3 mm sienelės storio), pagamintuose naudojant FDM (Fused Deposition Modeling) technologiją ir 3D spausdinimą. Buvo tiriamos 3D spausdintų perforuotų metamedžiagų, pagamintų iš biologinių kompozitų (ProtoPasta Conductive PLA) ir sintetinių laidžių medžiagų (Nylforce ir Ninjatek), akustinės charakteristikos, pabrėžiant galimybę sumažinti aplinkos ir psichologinį poveikį naudojant biologinius kompozitus. Akustiniai bandymai apėmė dažnių diapazoną nuo 160 Hz iki 5 kHz, keičiant užpakalinės ertmės gylį (8,5 mm, 23,5 mm ir 43,5 mm), siekiant įvertinti garso sugerties galimybių spektrą. Rezultatai parodė, kad storesni (50 mm) mėginiai su 100 % užpildu pasižymi geresne sugertimi, ypač vidutiniams ir aukštiems dažniams (2000–5000 Hz). Mažesnis užpildymo tankis sumažino sugerties efektyvumą. Statistinė analizė patvirtino, kad laidus TPU vidutiniškai sugeria šiek tiek geriau nei laidus PLA, ypač tankesnėse konfigūracijose, tačiau skirtumas nebuvo statistiškai reikšmingas (p > 0,05). Be to, užpakalinės ertmės gylis reikšmingai paveikė veikimą, o gilesnės ertmės pagerino žemo dažnio sugertį. Perforacijos tankis ir užpildymo geometrija suvaidino lemiamą vaidmenį reguliuojant absorbciją. Lyginamoji analizė pagrindžia tvarių, daugiafunkcių triukšmo kontrolės sprendimų naudą. Tyrimo išvados rodo, kad perforuotos metamedžiagos gali būti optimizuotos tiek plataus dažnių spektro, tiek žemo dažnio triukšmui mažinti, todėl jas galima naudoti elektromagnetiniam ekranavimui.