KR100360307B1 - 덕트 소음 제거장치 - Google Patents

Abstract

목적: 주변에 여유 공간이 없는 덕트의 내부에 설치되어서 소음 파동을 상쇄시켜 제거하므로 음질을 개선할 수 있는 덕트 소음 제거장치를 제공하고자 한다.

구성: 덕트의 내부 공간에 상기 덕트의 길이 방향을 따라 단면적의 비를 연속적으로 변화시킴과 아울러 음파 전달 길이 방향에 대한 단면적 변화의 기울기가 서로 반대가 되도록 세퍼레이터를 설치함으로써 그 각 경로를 통과하여 위상이 서로 반대의 상태로 변화된 파동이 상기 세퍼레이터의 끝단에서 만나 서로 상쇄되도록 한다.

효과: 상기 2개의 경로에 의거하여 소음의 위상 반전 효과가 발생하고, 그에 의거하여 해당 주파수의 소음을 효과적으로 제거할 수 있다. 아울러 설치를 위한 공간적인 제약을 받지 않으므로 간단한 구성으로 실현할 수 있다.

Description

덕트 소음 제거장치{Reactive acoustic filter used in duct}

본 발명은 주변에 여유 공간이 없는 덕트의 내부에서 소음 파동을 상쇄시켜 제거하므로 음질을 개선할 수 있도록 하는데 적합한 덕트 소음 제거장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 흡, 배기소음, 건물의 환기 덕트 내부의 팬 소음, 에어컨 소음, 유동 속도가 빠른 압축기 소음 및 펌프 내부의 압축 소음 등의 특정 주파수를 효과적으로 제거하는데 적합하게 이용할 수 있는 것이다.

일반적으로 덕트 혹은 흡, 배기관의 소음을 제거하기 위한 것으로는 사이드 브랜치(side branch) 방식과 helmortz 레조네이터 방식의 소음 제거장치가 잘 알려져 있다.

여기서 전자의 사이드 브랜치 방식의 소음 제거장치는 도 9에 도시한 바와 같이, 메인 덕트(2)의 주변에 제거하고자 하는 소음 파장의 1/4에 해당하는 덕트(4)를 추가하여 위상을 반대로 만들어 주므로 소음을 제거한다.

또 후자의 helmortz 레조네이터 방식의 소음 제거장치는 도 10에 도시한 바와 같이, 메인 덕트(2)에 공명기(6)를 연결하므로 공명 주파수를 이용하여 소음을 제거하고 있다.

그러나 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 종래 소음 제거장치들은 구조가 간단하고 적용이 용이한 반면, 주변 공간이 제한된 경우에는 설치하기 어렵고, 특히유동이 있는 경우에는 부가적인 소음을 발생시키는 문제점이 있다.

또한 종래 기술의 다른 예로서 대한민국 실용신안공개 공보 제 95-1502호 및 제 97-41465호에는 공명기를 이용한 소음 감소장치가 개시되어 있지만, 이들의 문제점도 또한 앞서 설명한 바와 같다.

이상에서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 주변에 설치 공간이 없는 덕트 내부에 용이하게 설치되어서 소음을 제거할 수 있도록 하고, 아울러 내부 소음의 유동 속도가 빠른 경우에도 소음 주파수를 제거하여 음질을 개선할 수 있도록 하는 덕트 소음 제거장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

이에 따라 본 발명에서는 덕트의 내부 공간을 세퍼레이터를 이용하여 적어도 2개의 경로로 구획하되, 상기 세퍼레이터의 길이 방향을 따라 단면적이 증가하는 경로와 단면적이 감소하는 경로를 형성하여, 상기 2개의 경로를 각각 통과하면서 위상이 서로 반대의 상태로 변화된 소음의 파동이 세퍼레이터의 끝단에서 만나 서로 상쇄되도록 한다.

여기서 상기한 세퍼레이터는 덕트의 내부에 경사지게 배치된 구획판을 설치하거나, 꼭지 부분이 절취된 것으로 속이 빈 콘(corn)부재를 설치하거나, 혹은 전달 손실의 증가를 위해 단면적의 감소 및 증가가 반복되는 멀티 콘부재를 설치하여 구현할 수 있다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명은 덕트의 내부에 세퍼레이터를 설치하는 간단한 구성에 의해 공간적인 제약을 받지 않으며, 세퍼레이터의 길이에 의해 결정되는 소음 파동의 위상을 반전시켜 서로 상쇄시키는 방식에 의해 효과적으로 소음을 제거할 수 있다.

또한 본 발명은 2개의 경로를 각각 통과하여 위상이 반대로 된 소음을 서로 상쇄시켜 제거하며, 유동 저항을 최소화하기 위해 유선에 일치하는 구조로 실현할 수 있어서, 유속에 관계없이 소음 제거 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 덕트 소음 제거장치를 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 A-A 선을 절취 도시한 상태의 종단면도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 작용을 설명하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 세퍼레이터의 다른 예를 도시한 평면 구성도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 구획판의 길이가 한 파장인 경우에 대한 작용을 설명하는 도면.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의해 얻어지는 소음 저감효과를 보여주는 전달손실 및 반사계수 선도.

도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 덕트 소음 제거장치를 도시한 종단면도.

도 8은 본 발명의 실시예 3에 의한 덕트 소음 제거장치를 도시한 종단면도.

도 9 및 도 10은 종래 공지된 소음 제거장치를 도시한 종단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20-덕트 22-구획판

24-콘부재 26-멀티 콘부재

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

실시예 1

도 1 및 도 2는 본 발명을 구현하기 위한 실시예 1의 구성을 보여주고 있다.

도면에서와 같이 본 실시예에서는 덕트(20)의 내부 공간을 나누어 2개의 경로를 만드는 방법으로 그 내부에 편평한 구획판(22)를 설치하여 세퍼레이터를 구성하고 있다.

구획판(22)은 원통형 덕트(20)의 내부 공간을 나누어 2개의 경로를 만드는 것으로, 그 상측에는 구획판(22)의 길이를 따라 단면적이 감소하는 경로(20a)를 형성하고, 그 하측에는 구획판(22)의 길이를 따라 단면적이 증가하는 경로(20b)를형성한다.

이에 따라 상기 경로(20a)(20b)를 각각 통과하여 음파중에서 구획판(22)의 길이가 반파장의 길이에 해당하는 음파는 도 3a와 같이 단면적이 증가하는 경로(20a)와 도 3b와 같이 단면적이 감소하는 경로(20b)에서 위상이 서로 반대로 되는 현상이 발생하여, 그 경로의 끝단에서 서로 상쇄되어 제거되어진다.

여기서 상기 소음이 상쇄되어 감소하는 주파수 대역은 덕트(20) 내면과 구획판(22)의 표면에 흡음재를 코팅하거나, 혹은 도 4에 도시한 평면 구성도와 같이 전달 방향의 길이를 서로 다르게(L1)(L2) 변화시키는 것에 의해, 상쇄 주파수 대역 폭을 확대 조정할 수 있다.

또 본 실시예에서는 상기 경로(20a)(20b)를 통과하면서 제거되는 소음중에서 구획판(22) 길이가 한 파장에 해당하는 음파에 대하여도 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 도 5a 및 도 5b를 통하여 알 수 있는 바와 같이 상기 경로(20a)(20b)를 각각 통과하여 나오는 소음의 파형은 서로 반대의 위상을 갖게 되므로, 그 경로의 끝단에서 서로 상쇄되어 제거되어진다.

이와 같은 본 실시예의 결과로서 실험적으로 음파의 전달 손실을 구해보면 도 6a 및 도 6b와 같이 특정 주파수에서 소음이 제거됨을 알 수 있다. 도 3a, 3b 및 도 5a, 도 5b에 해당하는 주파수 성분들은 구획판(22)의 끝에서 서로 상쇄되어 이론적으로는 도 6a와 같이 20㏈ 이상의 전달 손실을 얻을 수 있다. 또 도 6b와 같이 상쇄되는 주파수는 모두 반사되어 되돌아가므로 그 반사 계수는 1에 가깝게 된다.

실시예 2

도 7은 본 발명을 구현하기 위한 실시예 2의 구성을 보여주고 있다.

도면에서와 같이 본 실시예에서는 덕트(20)의 내부 공간을 나누어 2개의 경로를 만드는 방법으로서, 덕트(20) 내부에 꼭지 부분이 절취된 것으로 속이 빈 콘부재(24)를 설치하여 세퍼레이터를 구성하고 있다.

콘부재(24)는 덕트(20)의 내부 공간을 나누어 2개의 경로를 만드는 것으로, 그 콘부재(24)를 경계로 외측 경로(20c)는 콘부재(24)의 길이를 따라 단면적이 감소하고, 그 내측 경로(20d)는 콘부재(24)의 길이를 따라 단면적이 증가하도록 되어있다.

이에 따라 상기 경로(20c)(20d)를 각각 통과하여 나오는 소음중에서 반파장의 배수에 해당하는 음파는 실시예 1을 통하여 설명한 바와 같이, 위상이 서로 반대로 되는 현상에 의해 그 경로의 끝단에서 서로 상쇄되어 제거된다.

특히 본 실시예의 콘부재(24)는 덕트(20)의 관 중심과 동심으로 배치되므로 소음의 유동 저항을 줄이는 효과를 얻을 수 있으며, 그로 인하여 팬이나 에어컨, 압축기 및 펌프와 같이 유동성이 있는 장치에 설치되어서 소음을 제거하는데 적합하게 이용할 수 있다.

실시예 3

도 8은 본 발명을 구현하기 위한 실시예 3의 구성을 보여주고 있다.

도면에서와 같이 본 실시예에서는 덕트(20)의 내부 공간을 나누어 2개의 경로를 만드는 방법으로서, 덕트(20) 내부에 단면적의 감소 및 증가가 반복되는 멀티 콘부재(26)를 설치하여 세퍼레이터를 구성하고 있다.

멀티 콘부재(26)는 덕트(20)의 내부 공간을 나누어 2개의 경로를 만드는 것으로, 그 멀티 콘부재(26)를 경계로 외측에는 단면적이 점차 증가 및 감소하는 경로(20e)를 형성하고, 그 내측에는 단면적이 점차 감소 및 증가하는 경로(20f)를 형성하고 있다.

이에 따라 상기 경로(20e)(20f)를 각각 통과하여 나오는 소음중 한 파장의 배수에 해당하는 음파는 실시예 1을 통하여 설명한 바와 같이, 위상이 서로 반대로 되는 현상에 의해 그 경로의 끝단에서 서로 상쇄되어 제거된다. 여기서 본 실시예의 멀티 콘 부재(26)는 단면적의 증가와 감소가 연속적으로 일어나는 형상에 의해, 한 파장의 배수에 해당하는 음파에 대하여 효과적으로 적용할 수 있다.

또한 본 실시예의 멀티 콘부재(26)는 덕트(20)의 관 중심과 동심으로 배치되므로 소음의 유동 저항을 줄이는 효과를 얻을 수 있으며, 그로 인하여 팬이나 에어컨, 압축기 및 펌프와 같이 유동성이 있는 장치에 설치되어서 소음을 제거하는데 적합하게 이용할 수 있다.

이상의 실시예를 통하여 설명한 본 발명의 소음 제거 작용은 상기한 세퍼레이터의 길이를 길게 혹은 짧게 조정하므로, 제거하고자 하는 특정 주파수를 임의로 설정할 수 있다.

예를 들어 단면적의 증감이 한번 이루어지는 실시예 1과 실시예 2의 경우 제거되는 특정 주파수는로 주어지며, 단면적의 증감이 반복되는 실시예 3의 경우 주파수는를 이용하여 간단하게 예측할 수 있다. 여기서 n은 정수, c는 음속, L은 세퍼레이터의 길이를 지칭한다.

또한 아래 기술하는 [수학식 1]을 통하여 보다 정확한 값을 결정할 수 있다. x 방향에 대해 지수,라 할 때, 함수 Exp(mx)로 단면적이 증가하는 경우 1차원 음향 방정식을 풀어 보면 그 끝단에서 [수학식 1]의 음향 임피던스를 얻을 수 있다.

여기서 k₁은 파수(波數)이다.

이렇게 얻어지는 임피던스의 허수부가 피크가 되는 주파수는 본 발명의 세퍼레이터 끝단에서 상쇄되어지는 주파수에 해당한다.

상술한 실시예 2의 경우 세퍼레이터의 단면적이 3배 커지고 길이가 225㎜라 할 때, 상기한 한 방향 전파 이론식으로 구한 주파수는 800, 1,536, 2,282㎐가 되나, 실험적으로 확인한 주파수는 670, 1,380, 2,140㎐로 단면적 변화로 인한 2차원 전파로 인하여, 유효 길이가 늘어나는 효과에 의해 주파수가 낮아짐을 알 수 있다.

이상에서 설명한 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 덕트 소음 제거장치는 관의 내부에 세퍼레이터를 설치하여 단면적이 증가 혹은 감소하는 2개의 경로를 형성하므로, 위상 반전 효과에 의거하여 효과적으로 소음을 제거할 수 있으며, 아울러 설치를 위한 공간적인 제약을 받지 않으면서 간단한 구성으로 실현되는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 2개의 경로를 각각 통과하여 위상이 반대로 된 소음을 서로 상쇄시켜 제거하므로, 소음의 유동에 관계없이 소음 제거를 효과적으로 달성할 수 있다.

또한 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 행하여지는 다양한 변경 실시를 포함할 수 있다.

Claims (5)

1. 덕트의 내부 공간에 상기 덕트의 길이 방향을 따라 단면적의 비를 연속적으로 변화시킴과 아울러 음파 전달 길이 방향에 대한 단면적 변화의 기울기가 서로 반대가 되도록 세퍼레이터를 설치함으로써 그 각 경로를 통과하여 위상이 서로 반대의 상태로 변화된 파동이 상기 세퍼레이터의 끝단에서 만나 서로 상쇄되도록 한 것을 특징으로 하는 덕트 소음 제거 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 덕트의 길이방향을 따라 소정각도 기울어지게 설치된 구획판인 것을 특징으로 하는 덕트 소음제거장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 꼭지부분이 절취되며, 그 양단이 개방된 중공의 콘부재인 것을 특징으로 하는 덕트 소음 제거장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 단면적의 감소 및 증가가 반복되도록 형성되며 그 양단이 개방된 중공의 멀티콘부재인 것을 특징으로 하는 덕트 소음 제거장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트 및 세퍼레이터의 표면에 흡음제를 코팅한 것을 특징으로 하는 덕트 소음 제거장치.