アディティブマニュファクチャリング技術を利用した次世代吸音材開発

本研究は，アディティブマニュファクチャリング技術により種々の音響メタマテリアルを作成し，従来の吸音材の課題を解決する新たな吸音材とし提案しようとするものである．令和4年度は，2種類の単位格子からなる微細周期構造を対象に数値解析・実験的な研究を進めた．第一に，共鳴器を単位格子とする微細周期構造を提案し，その吸音特性を数値解析および音響管を用いた実験で検討した．共鳴器を直列に接続することにより複数ピークをもつ連結共鳴器としての特性と，縦横に多数並ぶことによる多孔質材としての特性を両立し，低～高周波数まで幅広く吸音する有用な吸音材となり得る可能性が示唆された．また，共鳴器の孔部にグリッドを設けることで共鳴ピーク間のディップを低減し，広帯域で安定した吸音性能を持たせることができた．第二に，材料・物理学分野で近年注目を集める，ハイパーユニフォーミティの概念を利用した微細周期構造を提案した．ハイパーユニフォームとは，一見（短期的には）ランダムに見えるが長期的には周期性を有するという，固体と液体の中間のような状態をいう．この考え方を参考に，単位格子の内部で，周期条件（周期：単位格子サイズ）を満たすような細かいランダム波を発生させた．この構造では，ランダム波の数や波数範囲等を変化させることで構造の複雑さを調節することができることを示した．また，それにより表面積や流れ抵抗，ひいては吸音特性を変化させられることを数値解析により示した．

本研究は，アディティブマニュファクチャリング技術により種々の音響メタマテリアルを作成し，従来の吸音材の課題を解決する新たな吸音材とし提案しようとするものである．令和4年度は，2種類の単位格子からなる微細周期構造を対象に数値解析・実験的な研究を進めた．第一に，共鳴器を単位格子とする微細周期構造を提案し，その吸音特性を数値解析および音響管を用いた実験で検討した．共鳴器を直列に接続することにより複数ピークをもつ連結共鳴器としての特性と，縦横に多数並ぶことによる多孔質材としての特性を両立し，低～高周波数まで幅広く吸音する有用な吸音材となり得る可能性が示唆された．また，共鳴器の孔部にグリッドを設けることで共鳴ピーク間のディップを低減し，広帯域で安定した吸音性能を持たせることができた．第二に，材料・物理学分野で近年注目を集める，ハイパーユニフォーミティの概念を利用した微細周期構造を提案した．ハイパーユニフォームとは，一見（短期的には）ランダムに見えるが長期的には周期性を有するという，固体と液体の中間のような状態をいう．この考え方を参考に，単位格子の内部で，周期条件（周期：単位格子サイズ）を満たすような細かいランダム波を発生させた．この構造では，ランダム波の数や波数範囲等を変化させることで構造の複雑さを調節することができることを示した．また，それにより表面積や流れ抵抗，ひいては吸音特性を変化させられることを数値解析により示した．