Wpływ tolerancji wykonawczych oraz losowości strukturalnej na tłumienie przenoszenia dźwięku w kanałowych barierach z kryształów dźwiękowych

Open Access (Artykuł w pliku PDF)

citation/cytuj: Radosz J. Effect of manufacturing tolerances and structural randomness on the sound transmission attenuation of channel-based sonic crystal barriers. Materiały Budowlane. 2026. Volume 645. Issue 05. Pages 25-35. DOI: 10.15199/33.2026.05.04

dr inż. Jan Radosz, Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy
ORCID: 0000-0001-8542-7799

Correspondence address: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2026.05.04
Scientific report / Doniesienie naukowe

Abstract. The study analyzes the effect of manufacturing tolerances and structural randomness on the sound transmission loss of channel-based acoustic barriers based on sonic crystals and locally resonant sonic crystals. The analyses were carried out using three-dimensional FEM models developed in COMSOL Multiphysics for a structure of cylindrical scatterers placed inside a duct. A reference configuration without apertures and a resonant configuration with a single circular aperture of 3 mm diameter were considered, with individual geometric deviations introduced to represent realistic tolerances associated with FDM 3D printing (PLA) and conventional workshop fabrication of aluminumelements. The results indicate that structures operating in the Bragg band exhibit high resistance to small manufacturing tolerances, whereas resonant structures are significantly more sensitive.
Keywords: sonic crystals; sound transmission attenuation; acoustic barriers; Helmholtz resonators; noise.

Streszczenie. W artykule przeanalizowano wpływ tolerancji wykonawczych i losowości strukturalnej na tłumienie przenoszenia dźwięku w kanałowych barierach akustycznych na bazie kryształów dźwiękowych oraz lokalnie rezonujących kryształów dźwiękowych. Analizy wykonano z wykorzystaniem trójwymiarowych modeli FEM w środowisku COMSOL Multiphysics, dotyczącym struktury cylindrycznych rozpraszaczy umieszczonych w kanale. Rozpatrzono wariant referencyjny bez otworów oraz wariant z pojedynczym otworem rezonansowym o średnicy 3 mm, wprowadzając indywidualne odchyłki geometryczne odpowiadające realnym tolerancjom druku 3D (PLA) i wykonania warsztatowego elementów aluminiowych. Wyniki wskazują, że struktury w zakresie pasma Bragga wykazują dużą odporność na niewielkie tolerancje wykonania, natomiast struktury rezonatorowe są na nie znacznie bardziej wrażliwe.
Słowa kluczowe: kryształy dźwiękowe; tłumienie przenoszenia dźwięku; bariery akustyczne; rezonatory Helmholtza; hałas.

Literature
[1] Onrubia-Fontangordo L, Bravo Plana-Sala JM, Sánchez-Pérez JV, Castiñeira- Ibáñez S. Enhancing Helmholtz Resonance Prediction inAcoustic Barriers Based on SonicCrystals.Applied Sciences. 2025.DOI: 10.3390/app151910675.
[2] Elford DP, Chalmers L, Kusmartsev FV, Swallowe GM.Matryoshka locally resonant sonic crystal. J.Acoust. Soc.Am. 2011. DOI: 10.1121/1.3643818.
[3] 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.
[4] Radosz J. Periodic sound scatterers structures with Helmholtz resonators in ventilation ducts. Materiały Budowlane. 2025. DOI: 10.15199/33.2025.08.24.
[5] Bi S et al. Effects ofAperture Shape onAbsorption Property ofAcoustic Metamaterial of Parallel-Connection Helmholtz Resonator.Materials. 2023. DOI: 10.3390/ma16041597.
[6] Papadakis NM, Stavroulakis GE. Tunable Helmholtz Resonators Using Multiple Necks. Micromachines. 2023. DOI: 10.3390/mi14101932.
[7] Kim W, Oh B, Rho J, W. Moon W. An accurate measurement of parametric array using a spurious sound filter topologically equivalent to a half-wavelength resonator. Applied Acoustics. 2025. DOI: 10.1016/j.apacoust.2025.110910.
[8] Turner BM, Gold SA. Areview of melt extrusion additivemanufacturing processes: II.Materials, dimensional accuracy, and surface roughness. Rapid Prototyping Journal. 2015. DOI: 10.1108/RPJ-02-2013-0017.
[9] Wu L-Y, Chen L-W. Propagation of acoustic waves in the woodpile sonic crystal with a defect. Applied Acoustics. 2012. DOI: 10.1016/j.apacoust. 2011.10.002.
[10] Langfeldt F, Hoppen H, GleineW. Resonance frequencies and sound absorption ofHelmholtz resonatorswithmultiple necks.AppliedAcoustics. 2019. DOI: 10.1016/j.apacoust.2018.10.021.
[11] Zhang H, Mahabadi RK, Rudin C, Guilleminot J, Brinson LC. Uncertainty quantification of acoustic metamaterial bandgaps with stochastic material properties and geometric defects. Computers & Structures. 2024. DOI: 10.1016/j.compstruc.2024.107511.
[12] 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.

Received: 05.01.2026 / Artykuł wpłynął do redakcji: 05.01.2026 r.
Revised: 09.03.2026 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 09.03.2026 r.
Published: 21.05.2026 / Opublikowano: 21.05.2026 r.

Materiały Budowlane 05/2026, strona 25-35 (spis treści >>)