Periodic sound scatterers structures with Helmholtz resonators in ventilation ducts

• Autorzy: Radosz Jan

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2025.08.24

Warianty tytułu

PL

Periodyczne struktury rozpraszaczy dźwięku z rezonatorami Helmholtza w kanałach wentylacyjnych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Increasing demands for noise reduction are driving the search for new sound attenuation methods, particularly in ventilation ducts where airflow must be maintained. In this context, wave-based structures, especially sonic crystals and the integration of Helmholtz resonators, are gaining growing interest. This paper presents a study on noise reduction in ventilation ducts using sound-scattering structures with local resonators. Finite element simulations were carried out to analyze the effects of resonator geometry, slit orientation, and the potential for tuning resonance frequencies. The results showed that integrating resonators significantly improves attenuation in the low and mid-frequency ranges. Experimental measurements of physical models confirmed the effectiveness of the attenuation, while also highlighting the influence of material and geometric imperfections on the accuracy of the results.

PL

Rosnące wymagania dotyczące redukcji hałasu sprawiają, że poszukiwane są nowe metody tłumienia dźwięku, szczególnie w kanałach wentylacyjnych, gdzie konieczny jest przepływ powietrza. W tym kontekście coraz większe zainteresowanie budzą struktury bazujące na zjawiskach falowych, w tym przede wszystkim tzw. kryształy dźwiękowe oraz integracja rezonatorów Helmholtza w tych strukturach. W artykule przedstawiono badania nad redukcją hałasu w kanałach wentylacyjnych z wykorzystaniem struktur rozpraszaczy dźwięku z lokalnymi rezonatorami. Symulacje wykonano metodą elementów skończonych, analizując wpływ geometrii rezonatorów, orientacji szczelin i możliwości strojenia częstotliwości rezonansowych. Wyniki wykazały, że integracja rezonatorów znacznie poprawia tłumienie w zakresie niskich i średnich częstotliwości. Pomiary eksperymentalne modeli fizycznych potwierdziły skuteczność tłumienia, wskazując jednocześnie na wpływ niedoskonałości materiałowych i geometrycznych na dokładność wyników.

Słowa kluczowe

EN

sonic crystal; noise; Helmholtz resonator; sound attenuation; computational model; 3D modelling; ventilation channel; sound scatterer

PL

kryształ dźwiękowy; hałas; rezonator Helmholtza; tłumienie dźwięku; model obliczeniowy; modelowanie 3D; kanał wentylacyjny; rozpraszacz dźwięku

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 8
• Strony: 202--212
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il.

Twórcy

autor

Radosz Jan

• Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0001-8542-7799

Bibliografia

• [1] Radosz J. Sound Insulation of an Acoustic Barrier with Layered Structures of Sonic Crystals – Comparative Studies of Physical and Theoretical Models. Archives of Acoustics. 2024. DOI: 10.24425/aoa.2024.148810.
• [2] Qin X., Ni A., Chen Z., Fang M., Li Y. Numerical modeling and field test of sonic crystal acoustic barriers. Environ Sci Pollut Res Int. 2023. DOI: 10.1007/s11356-022-23109-2.
• [3] Ni A., Shi Z. Broadband wave attenuation and topological transport in novel periodic pile barriers. Engineering Structures. 2022. DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114378.
• [4] Montiel F., Chung H., Karimi M., Kessissoglou N. An analytical and numerical investigation of acoustic attenuation by a finite sonic crystal. Wave Motion. 2017. DOI: 10.1016/j.wavemoti.2016.12.002.
• [5] Sánchez-Pérez J.V. i in. Sound Attenuation by a Two-Dimensional Array of Rigid Cylinders. Phys. Rev. Lett. 1998. DOI: 10.1103/PhysRevLett.80.5325.
• [6] Sigalas M.M., Economou E.N. Elastic and acoustic wave band structure. Journal of Sound and Vibration. 1992. DOI: 10.1016/0022-460X(92)90059-7.
• [7] Redondo J., Ramírez-Solana D., Picó R. Increasing the Insertion Loss of Sonic Crystal Noise Barriers with Helmholtz Resonators. Applied Sciences. 2023. DOI: 10.3390/app13063662.
• [8] Goodini J., Younesian D. A new Helmholtz type sonic crystal for wide-band sound attenuation. Sound & Vibration. 2025. DOI: 10.59400/sv2315.
• [9] Lim K.-M., Lee H.P. Sound absorption using sonic crystals with coupled Helmholtz resonators. INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings. 2023. DOI: 10.3397/IN_2023_0404.
• [10] Cenedese M., Belloni E., Braghin F. Interaction of Bragg scattering bandgaps and local resonators in mono-coupled periodic structures. Journal of Applied Physics. 2021. DOI: 10.1063/5.0038438.
• [11] Plé J., Kone T.C., Lehocine A.B., Panneton R. Sonic Crystal Acoustic Attenuation Applied to Exhaust Air Systems. Canadian Acoustics. 2023; t. 51, nr 3, Art. nr 3, paź. 2023.
• [12] Czwielong F., Hruška V., Bednařík M., Becker S. On the acoustic effects of sonic crystals in heat exchanger arrangements. Applied Acoustics. 2021. DOI: 10.1016/j.apacoust.2021.108253.
• [13] Lee H.M., Wang Z., Lim K.M., Xie J., Lee H.P. Novel plenum window with sonic crystals for indoor noise control. Applied Acoustics. 2020. DOI: 10.1016/j.apacoust.2020.107390.
• [14] Radosz J. Acoustic performance of noise barrier based on sonic crystals with resonant elements. Applied Acoustics. 2019. DOI: 10.1016/j.apacoust.2019.06.003.
• [15] D’Orazio T., Asdrubali F., Godinho L., Veloso M., Amado-Mendes P. Experimental and Numerical Analysis of Wooden Sonic Crystals Applied as Noise Barriers. Environments. 2023. DOI: 10.3390/environments10070116.
• [16] Lee H.M., Hua Y., Xie J., Lee H.P. Parametric Optimization of Local Resonant Sonic Crystals Window on Noise Attenuation by Using Taguchi Method and ANOVA Analysis. Crystals. 2022. DOI: 10.3390/cryst12020160.
• [17] Szczepański G., Podleśna M., Łada K., Włudarczyk A. Sprawdzenie przydatności metamateriału akustycznego do redukowania hałasu średnio i wysokoczęstotliwościowego – symulacje numeryczne. Bezpieczeństwo Pracy: nauka i praktyka. 2023. DOI: 10.54215/BP.2023.04.9. Szczepansk.
• [18] Fredianelli L., Del Pizzo L.G., Licitra G. Recent Developments in Sonic Crystals as Barriers for Road Traffic Noise Mitigation. Environments. 2019. DOI: 10.3390/environments6020014.
• [19] Gupta A. Areview on sonic crystal, its applications and numerical analysis techniques. Acoust. Phys. 2014. DOI: 10.1134/S1063771014020080.
• [20] Ang L.Y.L., Cui F., Lim K.-M., Lee H.P. A Systematic Review of Emerging Ventilated Acoustic Metamaterials for Noise Control. Sustainability. 2023. DOI: 10.3390/su15054113.