بهینه‌سازی جاذب‌های صوتی میکروسوراخدار با استفاده از روش‌شناسی سطح پاسخ: اندازه‌گیری، مدل‌سازی و ارزیابی عملکرد

مقدمه: با وجود اینکه پنل‌های میکروسوراخدار (mpp) به عنوان نسل جدیدی از جاذب‌های صوتی و جایگزینی موثر برای جاذب‌های الیافی معرفی می‌شوند، این فناوری همچنان با چالش‌هایی مواجه است. مهم‌ترین ضعف این پنل‌ها، پهنای باند جذب محدود آنهاست که عمدتاً در اطراف فرکانس طبیعی متمرکز است. این محدودیت باعث می‌شود که mpp ها نتوانند به‌طور موثری طیف وسیعی از فرکانس‌ها را پوشش دهند، که این امر کارایی آنها را در کاربردهای مختلف کاهش می‌دهد. در نتیجه، بهینه‌سازی طراحی این پنل‌ها برای بهبود عملکرد جذب در گستره وسیع‌تری از فرکانس‌ها، به یکی از اهداف اصلی تحقیقات در این حوزه تبدیل شده است روش کار: در این مطالعه از روش سطح پاسخ (rsm) با رویکرد طراحی مرکب مرکزی (ccd) و نرم‌افزار design expert برای تعیین میانگین ضریب جذب نرمال در محدوده فرکانسی 125 تا 2500 هرتز استفاده شد. همچنین شبیه‌سازی‌های عددی به روش اجزاء محدود (fem) برای اعتبارسنجی نتایج rsm انجام گرفت. پس از بهینه‌سازی، یک جاذب mpp طراحی، ساخته و ضریب جذب نرمال آن با استفاده از لوله امپدانس اندازه‌گیری شد. مدل تئوریک مدار معادل (ecm) نیز برای پیش‌بینی ضریب جذب نرمال برای mpp ساخته شده استفاده شد. یافته ها: فرایند بهینه‌سازی نشان داد که با تنظیم قطر سوراخ‌ها، درصد تخلخل و عمق حفره هوایی پشت پنل به ترتیب بر روی 0.3 میلی‌متر، 2.5% و 25 میلی‌متر، حداکثر جذب در محدوده فرکانسی مورد نظر حاصل می‌شود. تحت این شرایط بهینه، میانگین ضریب جذب با پیش‌بینی‌های rsm در شبیه‌سازی‌های عددی، تئوریک و آزمایشگاهی هماهنگی نزدیک داشت و بهبود چشمگیری به میزان 13.8% نسبت به mpp غیر بهینه‌شده نشان داد.نتیجه گیری: این مطالعه کارایی و اثربخشی استفاده از rsm را برای ارزیابی پارامترهای مختلف موثر بر عملکرد mpp به نمایش گذاشت. همچنین مدل عددی fem و مدل تئوریک ecm همبستگی قابل توجهی با نتایج لوله امپدانس نشان دادند و به‌عنوان جایگزین‌های مقرون‌به‌صرفه و قابل اعتماد برای روش‌های آزمایشگاهی سنتی پیشنهاد می‌شوند. این مدل‌ها سطح توافق قابل قبولی با نتایج تجربی ارائه دادند و پتانسیل خود را در کاربردهای عملی تایید کردند.

optimizing microperforated panel sound absorbers using response surface methodology: measurement, modeling, and performance evaluation

introduction: microperforated panels (mpps), often considered as potential replacements for fiber absorbers, have a significant limitation in their absorption bandwidth, particularly around the natural frequency. this study aims to address this challenge by focusing on the optimization and modeling of sound absorption in a manufactured mpp.material and methods: the study employed response surface methodology (rsm) with a central composite design (ccd) approach using design expert software to determine the average normal absorption coefficient within the frequency range of 125 to 2500 hz. numerical simulations using the finite element method (fem) were conducted to validate the rsm findings. an mpp absorber was then designed, manufactured, and evaluated for its normal absorption coefficient using an impedance tube. additionally, a theoretical equivalent circuit model (ecm) was utilized to predict the normal absorption coefficient for the manufactured mpp.results: the optimization process revealed that setting the hole diameter to 0.3 mm, the percentage of perforation to 2.5%, and the air cavity depth behind the panel to 25 mm resulted in maximum absorption within the specified frequency range. under these optimized conditions, the average absorption coefficient closely aligned with the predictions generated by rsm across numerical, theoretical, and laboratory assessments, demonstrating a 13.8% improvement compared to non-optimized mpps.conclusion: this study demonstrates the effectiveness of using rsm to optimize the parameters affecting mpp performance. the substantial correlation between the fem numerical model, ecm theory model, and impedance tube results positions these models as both cost-effective and reliable alternatives to conventional laboratory methods. the consistency of these models with the experimental outcomes validates their potential for practical applications.