2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design theory for acoustic metamaterials based on transmission-line theory and its applications to acoustic cloaks
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18K14132
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
永山 務 鹿児島大学, 理工学域工学系, 助教 (80781997)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 変換音響学 / 音響メタマテリアル / 音響透明マント / 分布定数線路モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度は音響透明マントの構造設計と解析を行った.まず,先行研究で電磁波に対する透明マントの構造設計に用いていた分布定数線路モデルを,音響透明マントの構造パラメータを決めるために用いることができないか検討した.先行研究では分布定数線路モデルを構成する線路の特性インピーダンスと電気長を,前年度に用いた回路モデルの集中定数素子から決めることができる設計式を明らかにしている.この設計式に前年度導出した回路素子と質量密度テンソルおよび体積弾性率との関係を代入することで,質量密度テンソルおよび体積弾性率から特性インピーダンスおよび電気長を決められる式を導出した.次に,前年度に回路モデルを用いて設計した,音波に対して平らな面上にある物体を覆って見えなくする音響カーペットクローク(反射型の音響透明マント)の質量密度テンソルおよび体積弾性率の値を分布定数線路モデルの設計式に代入し,線路の特性インピーダンスと電気長の数値を算出した.さらに,分定数線路モデルを構成する線路を側面が剛体壁の音響導波路で置換した2次元異方性音響メタマテリアルを提案し,算出した特性インピーダンスと電気長から導波路の幅と長さを決めて音響カーペットクロークを設計した.最後に,設計したカーペットクロークに対して音波を入射した時の音圧レベルの分布を音響シミュレータで計算し,同じ状況を想定して回路シミュレーションを行った時の電圧の振幅分布の計算結果と比較した.その結果,同様な分布が得られることが分かり,設計理論の妥当性を確認することができた.また,物体をカーペットクロークで覆っていない場合の音圧レベルの計算結果との比較から,広帯域動作も確認した.今後は,試作したカーペットクロークの音圧レベルの測定結果をシミュレーション結果と比較し,結果をまとめて論文誌で報告する予定である.
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