KR100468296B1

KR100468296B1 - 방음패널 및 그를 위한 다공판

Info

Publication number: KR100468296B1
Application number: KR1020040064217A
Authority: KR
Inventors: 김진숙; 신학기; 박명웅
Original assignee: 김진숙
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2005-01-31

Abstract

도로나 철도의 방음벽, 공장 내부 벽, 강당, 교회, 연주실, 주택, 자동차, 항공기 등의 방음소재로 활용되는 방음패널과 그를 위한 다공판이 개시된다. 상기 방음패널은 외부로 드러나는 구멍들을 구비하여 유입되는 음파를 1차로 감쇠시키는 제 1음파감쇠층, 상기 제 1음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 1차로 흡음하는 제 1흡음층, 음파감쇠가 발생되도록 하는 구멍들을 구비하여 상기 제 1흡음층을 거친 음파를 2차로 감쇠시키는 제 2음파감쇠층 및 제 2음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 차단하는 차음층을 포함하는 구성을 가진다. 상기 방음패널은 125Hz ∼4,000Hz의 전체 소음 주파수대에서 흡음율이 우수하며, 한국고속철도(KTX)에서의 소음 기준을 통과한다.

Description

방음패널 및 그를 위한 다공판{Panel for soundproofing and plate with numerous holes for the panel}

본 발명은 방음벽 설치에 사용되는 방음패널과 그를 위한 다공판에 관한 것으로, 특히 도로나 철도의 방음벽, 공장 내부 벽, 강당, 교회, 연주실, 주택, 자동차, 항공기 등의 방음소재로 활용되는 방음패널과 그를 위한 다공판에 관한 것이다.

본원은 육각기둥 모양 등의 구멍을 갖는 방음판을 소음과 만나는 전면부에 배치시켜 소음을 감쇠시킨 후 흡음재에 흡음 되도록 하여 우수한 방음성능을 갖도록 한 본 출원인의 실용신안등록 제 0343202호, “방음패널 및 그를 위한 다공판”(이하, 선출원 발명이라 합니다)을 개선한 것이다. 방음패널의 기초내용은 선출원 발명의 등록공보를 참조하면 자세히 알 수 있다.

선출원 발명은 선출원 발명 이전의 방음패널에 비해 방음효과가 월등하게 향상된 점은 있으나, 한국고속철도(KTX)와 같이 방음패널의 성능을 125Hz∼4,000Hz 사이의 모든 주파수에서 엄격하게 정하는 곳에 사용하기에 다소 부족한 점이 있었다.

이에 따라, 본원의 발명자(연구자)들은 엄격한 한국고속철도(KTX) 기준을 통과하기 위하여 낮은 주파수(125 Hz∼250 Hz)대의 소음을 흡음하기 위한 재료의 선정, 그리고 중간 영역의 주파수(500 HZ∼1,000 Hz)대, 높은 영역의 주파수(2,000 Hz∼4,000 Hz)대에서 소음을 효율적으로 흡음할 수 있는 재료의 선택과 그 방법을 다양하게 연구하였다.

그러나 한국고속철도(KTX)에서와 같은 엄격한 소음 기준을 통과하기 위해서는 단일 재료나 단순한 흡음 이론만으로는 이를 만족시킬 수 있는 방음패널을 만들 수가 없었다. 음파가 구멍이 있는 방음판을 통과할 경우에 구멍 안에 있는 공기는 앞/뒤로 진동하며, 동시에 방음패널 배후에 있는 공기가 스프링과 같이 압축과 팽창을 반복한다. 특히 공명주파수 부근에서는 공기의 마찰점성 저항이 생겨서 소음이 열에너지로 변하는 양이 증가하므로 흡음율은 최대가 된다. 흡음율은 방음판에 있는 구멍의 크기, 구멍의 모양, 배후의 공기층의 두께, 그리고 흡음판 배후면에 있는 흡음재료의 종류에 좌우된다.

종래에는 흡음재료를 암면과 유리섬유와 같은 재료에 거의 의존하여 왔으나 최근에는 암면과 유리섬유의 공해발생 요인들이 서서히 밝혀지면서 이에 대한 규제가 시작되고 있는 실정이며, 그리고 암면과 유리섬유와 같은 다공성 재료를 사용하여 한국고속철도의 기준을 만족시키기 위해서는 흡음층 두께를 상당한 수준으로 증가시켜야 하는 문제점이 있다. 이 경우에 방음패널 비용이 증가하며, 아울러서 방음패널의 자체 무게로 인하여 방음벽 설치비용이 엄청나게 증가하는 현상이 발생하게 된다. 그리고, 암면과 유리섬유와 같은 재료를 단독으로 사용하였을 경우에는 높은 주파수인 4,000 Hz 부근에서는 재료의 특성으로 인하여 흡음율이 한국고속철도 기준에 부합하지 못한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 낮은 주파수(125Hz∼500Hz) 영역의 소음, 중간 주파수(500Hz∼1,000Hz) 영역의 소음, 높은 주파수(1,000Hz∼4,000Hz) 영역의 소음 모두에 대해 흡음율이 뛰어난 방음패널을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 한국고속철도(KTX)의 흡음, 차음기준을 통과할 할 정도로 우수한 성능을 갖는 방음패널을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 방음패널보다 저렴한 가격으로 방음벽을 설치할 수 있도록 해주는 방음패널을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 강당, 교회 및 연주실, 주택, 자동차, 항공기 등과 같은 실내 공간의 소음제거에 적합하게 사용될 수 있는 방음패널을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 소음이 심한 지하 터널이나 밀폐공간으로의 공기 출입을 위한 에어 덕트와 같은 곳의 소음제거에 적합하게 사용될 수 있는 방음패널을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 방음패널보다 향상된 방음효과를 낼 수 있는 최적의 흡음재의 선택과 흡음재의 두께 및 최적의 구멍 모양, 구멍의 크기, 구멍의 깊이, 구멍이 있는 층의 위치를 갖는 방음패널을 구현하는 데 있다.

본 발명의 나머지 목적은 본 발명의 방음패널에 적합하게 사용될 수 있는 방음패널용 다공판을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방음패널의 정면도이고,

도 2는 도 1의 I-I에 따른 확대 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 방음패널의 측면 부분 파단 사시도,

도 4는 육각기둥 형상의 구멍을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 방음패널의 다른 예를 나타낸 단면도,

도 6a∼도 6d는 본 발명에 따른 방음패널용 다공판의 변형 예들을 보여주는 부분 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 방음패널 110 : 제 1음파감쇠층

110a∼110e : 다공판 112, 112a, 112b : 구멍

120 : 제 1흡음층 130 : 제 2음파감쇠층

132, 132a, 132b : 구멍 140 : 제 2흡음층

150 : 차음층

본 발명에 따른 방음패널은 방음패널에 있어서, 간격을 두고 배치되어 음파현상에 의한 음파감쇠가 발생되도록 하는 외부로 드러나는 구멍들을 구비하여 유입되는 음파를 1차로 감쇠시키는 제 1음파감쇠층, 상기 제 1음파감쇠층 배면에 설치되고, 상기 제 1음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 1차로 흡음하는 제 1흡음층, 상기제 1흡음층 배면에 설치되고, 간격을 두고 배치되어 음파현상에 의한 음파감쇠가 발생되도록 하는 구멍들을 구비하여 상기 제 1흡음층을 거친 음파를 2차로 감쇠시키는 제 2음파감쇠층 및 상기 제 2음파감쇠층 배면에 설치되고 제 2음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 차단하는 차음층을 포함하는 구성을 가진다.

상기 제 2음파감쇠층과 차음층 사이에 상기 제 2음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 2차로 흡음하는 제 2흡음층을 더 포함하는 것이 좋다.

상기 제 1흡음층은 다공성 발포 폴리우레탄 또는 다공성 부직포를 포함하여 구성될 수 있지만, 다공성 발포 폴리우레탄으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제 2흡음층은 다공성 발포우레탄 또는 다공성 부직포를 포함하여 구성될 수 있지만, 다공성 부직포로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제 1음파감쇠층과 제 2음파감쇠층 중 적어도 하나는 서로 다른 크기의 구멍이 서로 혼재되어 있는 것이 좋다.

상기 구멍은 원형, 타원형, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 칠각기둥 및 팔각기둥형상 중 어느 하나가 될 수 있다.

상기 구멍은 정육각형의 기둥모양을 하고 있고, 상기 정육각형의 기둥모양의 상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이의 비는 1:0.5 ∼1:10을 갖는 것이 좋다. 더 좋기로는 1:0.5 ∼1:3이다.

상기 제 1음파감쇠층과 제 2음파감쇠층 중 적어도 하나는 상기 한 변의 길이와 깊이의 비가 1:2와 1:1인 것이 혼재되어 있는 것이 좋다.

상기 한 변의 길이와 깊이가 각각 5㎜와 10㎜인 것과 10㎜와 10㎜인 것이 혼재되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

경우에 따라서, 제 1감쇠층에 형성되는 구멍의 크기와 제 2감쇠층에 형성되는 구멍의 크기가 서로 다르게 구성될 수도 있다.

본 발명에 따른 방음패널용 다공판은 다공판에 있어서, 깊이는 같고 단면적은 다른 서로 다른 크기의 구멍들이 혼재되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구멍은 앞에서와 마찬가지로 원형, 타원형, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 칠각기둥 및 팔각기둥형상 중 어느 하나를 포함하는 구멍을 가진다.

상기 구멍은 정육각형의 기둥모양을 하고 있고, 상기 정육각형의 기둥모양의 상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이의 비는 1:0.5 ∼1:10을 갖는 것이 바람직하다. 더 좋기로는 1:0.5 ∼1:10이다.

더 바람직하기로는, 상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이의 비가 1:2와 1:1인 것이 혼재되어 있는 것이다.

상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이가 각각 5㎜와 10㎜인 것과 10㎜와 10㎜인 것이 혼재되어 있는 것이 더욱 좋다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 방음패널의 정면도이고, 도 2는 도 1의 I-I에 따른 확대 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 방음패널의 측면 부분 파단 사시도, 도 4는 육각기둥 형상의 구멍을 나타낸 도면이다.

도 1∼도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 방음패널(100)은 제 1음파감쇠층(110)을 구비한다. 이 제 1음파감쇠층(110)은 간격을 두고 배치된 복수의 구멍(112)들을 구비한다. 이 구멍(112)들은 육각기둥 형상을 하고 있는 것이 바람직하며, 그 크기가 서로 다른 것을 혼재시켜 구성하는 것이 바람직하다. 각 구멍(112)들은 정육각기둥 형상의 것이 좋으며, 육각형 한 변의 길이와 깊이의 비가 1:2와 1:1인 것이 대략 동일 개수로 혼재되어 있는 것이 좋다. 예를 들면, 육각구멍 형상의 육각형 한 변의 길이가 5㎜이고 구멍(112)의 깊이가 10㎜인 것(112a)과 육각기둥 형상 구멍(112)의 육각형 한 변의 길이가 10㎜이고 구멍(112)의 깊이도 10㎜인 것(112b)을 혼재시켜 구성할 수 있다. 이러한 구멍(112)들은 음파현상에 의한 음파감쇠가 발생되도록 하기 위해 외부로 노출되어 있다. 음파현상이라 함은 음파의 반사, 굴절, 회절, 간섭, 울림, 공명 등의 음파의 특성을 말한다. 즉, 제 1음파감쇠층(110)에 형성된 구멍(112)들은 방음패널(100) 내부로 유입되는 음파의 에너지를 음파현상에 의해 1차로 감쇠시키는 역할을 한다. 크기가 서로 다른 구멍(112a, 112b)들을 혼재시켜 구성한 이유는 뒤에서 더 자세히 설명된다.

즉, 본 발명에 따른 방음패널(100)에서는 일차적으로 음파가 통과되는 방음패널(100) 전면에 깊고 움푹한 구멍(112)들을 무수히 설치하여 소음의 음파가 1차적으로 움푹한 구멍(112)과 그 주위에 충돌함과 동시에 구멍(112)과 구멍(112)주위에서 반사, 굴절, 회전, 회절, 간섭, 울림, 공명 현상이 일어나도록 하여 소음이 스스로 감쇠 되도록 한다.

방음패널(100)의 제 1음파감쇠층(110)에 형성되는 구멍(112)들이 원통형의형상일 경우에는 음파가 원통형 구멍과 그 주위에 충돌함과 동시에 반사, 굴절, 회전, 회절현상 등이 일정한 각도로 일어나서 소음이 미미하게 감소할 것이나 구멍들이 삼각형, 사각형, 육각형, 팔각형 등으로 움푹하게 파인 형상일 경우에는 음파가 움푹한 구멍으로 들어가면서 난반사와 난굴절, 회절 현상이 일어나고 이어서 음파가 구멍(112) 내부에서 회전하면서 간섭, 울림, 공명과 방해작용을 받아서 소멸되어 버리는 현상이 일어나므로 원통형보다는 더 우수하다.

특히, 여러 가지 도형 중에서 육각기둥형상의 구멍(112)이 방음패널(100)에서 가장 우수한 흡음율을 보여 주고, 오각형, 사각형, 삼각형, 팔각형기둥 형상으로 구멍이 파인 방음패널의 순서로 흡음율이 감소하고 있다는 것을 예비실험을 통하여 확인한 바가 있다. 이러한 예비실험을 근거로 하여 본 연구에서는 소음과 일차적으로 만나는 방음패널(100)의 제 1음파감쇠층(110)으로 전면이 도 1과 같이 무수히 많은 육각기둥 형상의 구멍(112)을 가지는 다공판(110a)을 만들어 사용하였다. 다공판(110a)의 재료로는 PVC가 적당하다. 물론, PVC 외에 본 명세서에서 설명하는 육각기둥형상의 구멍(112)들을 형성할 수 있는 것이라면 PP, PE 등 다른 합성수지나 금속재 등 어떠한 것이라도 다공판의 재료로 이용될 수 있다.

도시된 바와 같이 제 1음파감쇠층(110)의 배면에는 제 1흡음층(120)이 설치되어 있다. 이 제 1흡음층(120)은 제 1음파감쇠층(110)에서 1차로 감쇠된 음파를 흡수하기 위한 것으로, 비교적 높은 주파수대인 2,000∼4,000Hz대 소음의 흡음성이 뛰어난 연질의 다공성의 발포 폴리우레탄이 좋다. 물론, 경우에 따라서는 발포 폴리우레탄 대신 다공성 부직포 등과 같은 흡음재가 사용될 수 있다. 그라스 울이나암면 같은 흡음재도 사용될 수 있으나 바람직하지 않다.

제 1음파감쇠층(110)의 반대편 제 1흡음층(120)의 배면에는 제 2음파감쇠층(130)이 설치되어 있다. 이 제 2음파감쇠층(130)은 제 1흡음층(120)을 통과한 음파를 2차로 한번 더 감쇠시키는 역할을 하는 것으로, 제 1음파감쇠층(110)에서 설명한 바와 같은 것을 사용하면 된다.

제 2음파감쇠층(130) 배면에는 제 2흡음층(140)이 설치되어 있다. 이 제 2흡음층(140)이 반드시 필요한 것은 아니나 제 2흡음층(140)이 있는 것이 방음성능이 더 뛰어나다. 이 제 2흡음층(140)으로 사용되는 다공성 흡음재로는 여러 종류가 있지만 공해도 없으며, 난연성을 부여한 부직포가 적당하다.

상기의 각 층 둘레로는 MoS₂를 대기중에서 건조하여 필름으로 형성되도록 한 ADF코팅(142)을 하는 것이 좋다.

제 2흡음층(140) 배면에 차음층(150)이 설치되어 있다. 이 차음층(150)은 그 앞쪽 층들에서 감쇠되고 흡음된 후의 잔여 소음의 음파가 뒤쪽으로 전달되는 것을 방해하기 위한 것으로, 차음성이 뛰어난 철판, 알루미늄판, 아연도강판 등의 금속판이 적당하다. 차음층(150) 앞쪽에 잔여 음파의 음파현상에 의한 소멸을 위한 공기층(152)을 더 둘 수 있다.

도 3을 참조하면, 각 층들의 측면 가장자리를 따라서는 보호섬유재(160)로 둘러싸여 있고, 그 바깥쪽으로 전 둘레에 걸쳐 프레임(170)이 설치되어 방음패널(100)의 기본형태를 유지하도록 되어 있다.

위에서 언급한 각 층들은 접착제를 통해 이웃하는 층과 서로 접착되거나, 기존의 방음패널에서와 같은 프레임을 통해 고정되거나 기타 기존에 알려진 다른 다양한 방식들에 의해 고정될 수 있는데, 이는 이 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자라면 방음패널(100)의 설치조건에 따라 누구나 쉽게 구현할 수 있는 내용이다.

위에서 설명한 본 발명에 따른 방음패널(100)은 도 1∼도 4에 나타낸 바와 같이 그 전면에 간격을 두고 배치되어 음파현상에 의한 음파감쇠가 발생되도록 하는 바람직하기로는 육각기둥 형상의 구멍(112)이 형성된 제 1음파감쇠층(110)을 그 전면에 설치하고, 다음 층에는 바람직하기로는 높은 주파수대인 2,000Hz∼4,000Hz대의 소음을 효율적으로 흡음하는 다공성을 갖는 발포 폴리우레탄과 같은 제 1흡음층(120)을 배치시키고, 그 다음 층에는 전면부에 설치한 것과 동일한 육각기둥 형상의 구멍(132)이 있는 패널, 즉 제 2음파감쇠층(130)을 설치하고, 그 다음에는 육각기둥 형상 구멍(132)을 통과한 음파의 흡음율을 증가시키기 위하여 부직포와 같은 다공성 소재를 내장시켜 구성한 제 2흡음층(140)을 배치하고, 그 뒤에 차음층(150)을 설치하여 구성하였다.

본 발명에 따른 방음패널(100)에서 실내음향조정이나 소음제어를 목적으로 사용하는 흡음재료는 다공질 재료, 성형흡음판, 구멍판 등과 같이 재료의 종류와 외관에 따라 흡음성에 많은 영향을 미치게 된다. 흡음재의 종류는 다양하기 때문에 사용목적에 적합하다고 판단되는 것을 선정해야 하는데 가장 먼저 고려해야 하는 선정기준은 흡음 특성이며, 다음으로는 외관 표면, 흡음 메카니즘, 시공의 난이도를 검토하고 최종적으로는 경제성을 고려하여 최종 결정하는 것이 바람직하다.그 외에는 적용장소에 따라 기계적인 강도, 내화, 내열성, 내수, 내유성, 빛 반사성 등을 고려하여야 한다.

이러한 목적에 부합하기 위하여 소음과 만나는 첫 번째 부분에는 도 4에 나타낸 바와 같은 육각기둥 형상의 구멍(112)을 갖는 다공판(110a)을 설치하여 제 1음파감쇠층(110)을 구성하였고, 그 다음에는 다공성을 갖는 연질 폴리우레탄을 설치하여 제 1흡음층(120)을 구성하였다. 다공성 연질 폴리우레탄은 비교적 높은 주파수대인 2,000Hz∼4,000Hz대의 소음을 흡음 시키는 데 우수한 성능을 갖고 있으며, 내열성과 다공성을 갖고 있으므로 높은 주파수의 음파에 대한 흡음재로서는 최적의 재료가 된다. 세 번째 층에는 첫 번째 층에 설치한 것과 같은 육각기둥 형상의 구멍(132)을 갖는 다공판을 설치하였다.

상기 육각기둥 형상의 구멍(132)의 크기는 한 변의 길이는 각각 5mm인 것(132a), 10mm를 갖는 구멍(132b)이 바람직하며 구멍(132)의 깊이는 변의 길이와 구멍(132)의 깊이는 1:0.5 ∼1:10까지 가능하고, 1:3이 바람직하지만, 더 나아가 1:3으로 한곳에 설치하기보다는 1:1 혹은 1:2의 비율을 갖는 육각기둥 형상의 구멍(132)들이 형성된 판재를 각 흡음층(120, 140) 사이에 2곳 또는 그 이상 설치하는 것이 이 더 우수한 흡음율을 보여 주었다.

또 경우에 따라, 상기 제 1음파감쇠층(110)에 형성되는 구멍(112)과 제 2음파감쇠층(130)에 형성되는 구멍(132)을 서로 다른 크기로 하여 방음패널(100)이 구성될 수 있다.

본 발명에서 육각기둥 형상의 구멍(112, 132) 다음에는 기공이 많은 다공성재료를 배치한 것을 특징으로 한다.

육각기둥 형상의 구멍(112, 132)을 갖는 판재의 배후에 배치되는 재료는 다공성일수록 육각기둥 형상 구멍(112, 132)과 함께 우수한 흡음성능을 제공하므로 가능한 한 다공성이 풍부한 재료로 구성하는 것이 좋다.

다공성 재료로는 여러 종류가 있지만 난연성을 부여한 부직포가 공해가 없으며, 작업자에게 친환경적인 작업환경을 부여한다.

위에서 설명한 바와 같은 구성의 본원 발명에 따른 몇 가지 방음패널(100)에 대한 실험 예를 설명하면 다음과 같다.

<실험 예 1>

제 1음파감쇠층(110)과 제 2음파감쇠층(130)에 형성된 구멍(112, 132)들의 육각형 한 변의 길이 S = 5mm이고, 깊이 D = 10㎜이고, 두 음파감쇠층(110, 130) 사이의 제 1흡음층(120)은 두께=30mm를 갖는 다공성 연질 폴리우레탄으로 구성하고, 제 2음파감쇠층(130)의 배면의 제 2흡음층(140)은 두께=10mm인 다공성을 갖는 부직포로 구성한 방음패널(100)의 흡음율을 한국건자재시험연구소에서 측정하였다. 실험결과 폴리우레탄의 두께가 증가하면 고주파수영역의 흡음율이 증가하고, 부직포, 암염, 유리섬유 등의 두께가 증가하면 중주파수 영역의 흡음율이 증가하고, 구멍을 갖는 다공판이 많을수록 저주파수의 흡음율이 우수하였다. 그리고 다공판의 재질에 따라서는 별다른 차이가 없었다. 따라서, 본 발명에서는 흡음효율 측면과 경제적인 측면을 고려하여 제 1흡음층(120)의 폴리우레탄 두께 30mm, 제 1, 제 2음파감쇠층(110, 130)의 다공판 두께를 각각 10mm, 제 2흡음층(140)의 부직포 두께를10mm로 하여 실험하였다. 상기의 조건에서 폴리우레탄 층의 두께를 증가시키면 고주파수의 흡음율의 향상되고, 부직포의 두께를 증가시키면 중 주파수대의 흡음율이 향상되고, 저주파수 영역의 흡음이 필요하면 다공판의 수를 증가시키면 저주파수대 영역의 흡음율 향상의 효과가 있었다. 이러한 제 1, 제 2흡음층과 제 1, 제 2음파감쇠층의 증감의 특성을 감안하면 방음패널이 설치되는 장소의 요구되는 환경 또는 발생되는 소음의 특성에 따라 제 1, 제 2흡음층과 제 1, 제 2음파감쇠층의 두께는 적절하게 조정하여 본 발명에 따른 방음패널을 구성할 수 있다.

흡음율의 측정방법은 한국산업규격 “잔향실 내의 흡음율 측정방법”(KS 규격, F 2805)에 따랐다.

(1) 흡음율의 측정

S가 5mm, D가 10mm인 값을 갖는 방음패널(100)의 흡음율을 측정한 것으로, 측정 조건은 다음과 같으며 흡음율의 결과치는 표 1.과 같다.

*잔향실 용적 : 117.1m³

*시료면적 : 10m²

*공기의 온도 : 15℃

*주파수 범위 : 125Hz ∼ 4,000Hz

표 1.을 살펴보면 육각형 한 변의 길이 S = 5mm, 깊이 D = 10㎜인 구멍을 갖는 판재를 사용하였을 경우에는 200, 250, 315, 400Hz에서 흡음율이 70%∼80%

표 1.

시 험 항 목	KTX기준(%)	결 과(%)	시 험 방 법
흡음율	중심주파수(Hz)	125	50	81	KS F 2805
		160		89
		200		81
		250	80	72
		315		78
		400		76
		500	90	94
		630		91
		800		76
		1,000	95	98
		1,250		94
		1,600		77
		2,000	90	93
		2,500		81
		3,150		88
		4,000	70	75

정도이며, 250Hz에서 한국고속철도(KTX) 기준에 미달되고 있으며, 나머지 주파수에서는 한국고속철도(KTX) 기준을 상회하고 있다는 것을 알 수가 있다. 특히, 1,000Hz 대에서는 거의 완전하게 소음을 흡음하는 것으로 나타나 있다.

참고로, 육각기둥 형상의 구멍(112)들이 파인 방음판(100)을 전면부에만 설치하였을 경우에는 500Hz 이하에서는 한국고속철도(KTX) 기준을 만족시키지 못하였으며, 육각기둥 형상의 구멍(122)들이 파인 판재 3장(전면부, 중간층, 맨 뒤쪽)을 설치한 경우에는 모든 주파수에서 한국고속철도(KTX) 기준을 상회하는 실험 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과로 미루어 보아서 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)이 있는 판재는 낮은 주파수에서 흡음율이 매우 우수하다는 것을 알 수가 있다. 이 효과를 이용하면 기존으로 저 주파수에서 소음 처리가 되지 않았든 교회, 강당, 연주회관 같은 장소에서 소음문제가 일시에 해결 될 것이다.

<실험 예 2>

육각형 한 변의 길이 S = 10mm 크기의 육각기둥 형상의 구멍들을 가지며, 나머지 사항은 <실험 예 1>과 같은 방음패널의 흡음율을 <실험 예 1>에서와 같은 방식으로 측정한 결과는 아래 표 2.와 같았다.

표 2.

시 험 항 목	KTX기준 (%)	결 과(%)	시 험 방 법
흡음율	중심주파수(Hz)	125	50	71	KS F 2805
		160		65
		200		69
		250	80	90
		315		91
		400		91
		500	90	87
		630		89
		800		70
		1,000	95	86
		1,250		90
		1,600		76
		2,000	90	85
		2,500		78
		3,150		81
		4,000	70	75

표 2.에서 크기가 <실험 예 1>에서보다 큰 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)이 형성된 방음패널(100)은 작은 크기의 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)이 형성된 방음패널(100)보다 흡음력은 전체적으로 저조하지만 특정 주파수에서는 오히려 흡음율이 더 우수하다는 것을 알 수가 있었다.

즉, 250Hz, 315Hz, 400Hz에서 S=5mm의 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)이 형성된 판재를 사용한 방음패널(100)에서는 흡음율이 약 70%∼80%이지만, S=10mm의 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)이 형성된 판재를 사용한 방음패널(100)에서

는 약 90%로 특정 주파수 대에서는 S=10mm가 S=5mm보다 더 우수하다는 것을 알 수 있었다.

<실험 예.3>

S = 5mm, S = 10mm 크기를 갖는 육각기둥 형상의 구멍(112a, 112b, 132a, 132b)을 혼재시켜서 만들고 나머지는 <실험 예 1>에서와 같은 방음패널(100)의 흡음율을 앞의 실험 예와 같은 방식으로 실시하였다.

S = 10mm 크기의 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)을 갖는 방음패널(100)은 앞의 실험 예에서 확인하였듯이 250Hz, 315Hz, 400Hz 에서는 우수한 흡음율을 보여 주었지만 다른 주파수대에서는 S = 5mm 크기의 구멍(112, 132)을 갖는 방음패널(100)보다는 흡음율이 우수하지 못하였다. 따라서 모든 주파수 대에서 우수한 흡음율을 갖는 방음판을 얻기 위하여 S = 5mm(D=10mm) 와 S = 10mm( D= 10mm)를 서로 혼재시킨 방음판을 제 1음파감쇠층(110)과 제 2음파감쇠층(130)에 설치하여 제작한 방음패널(100)의 흡음율 측정 결과는 표 3과 같다.

S = 5mm와 S = 10mm인 육각기둥 형상의 구멍(구멍 깊이:10mm)을 동일하게 혼재시킨 방음패널의 흡음율은 엄격하게 기준을 정한 한국고속철도(KTX) 기준을 손쉽게 통과한 것을 알 수가 있다. 특히 모든 주파수 대에서 우수한 흡음율을 보여주고 있는 S = 5mm와 S = 10mm인 육각기둥 형상의 구멍(112)이 서로 혼재된 다공판으로 소음이 통과하였을 경우에 일차적으로 낮은 주파수대의 소음이 감쇠되고 이어서 제 1흡음층(110)의 다공성 연질 폴리우레탄에서 높은 주파수대의 소음이 감쇠되고, 이어서 육각기둥 형상의 구멍(132)이 혼재되어 있는 다공판을 통과하였을 때 소음이 한 번 더 감쇠되며, 그 배후에 다공성을 갖는 부직포를 제 2흡음층(140)으로 배치하였을 경우에는 소음 흡음율은 더 증가하게 된다.

표 3.

시 험 항 목	KTX기준 (%)	결 과(%)	시 험 방 법
흡음율	중심주파수(Hz)	125	50	81	KS F 2805
		160		100
		200		81
		250	80	83
		315		100
		400		100
		500	90	94
		630		91
		800		76
		1,000	95	100
		1,250		94
		1,600		77
		2,000	90	93
		2,500		81
		3,150		88
		4,000	70	75

그러나, 육각기둥 형상의 구멍(132)을 갖는 판재를 중간에 설치하지 않았을 경우에는 500Hz 이하에서 한국고속철도(KTX) 기준을 상회하지 못하였으며, 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)을 갖는 판재를 3장(중간:1장, 뒤쪽:1장)을 설치하여 흡음율을 측정하였을 경우에는 모든 주파수에서 한국고속철도(KTX) 기준을 상회하였다. 이 결과로 미루어 보아서 앞에서도 언급하였지만 육각기둥 형상의 구멍(112, 132)을 갖는 판재는 저 주파수의 소음을 흡음하는 데는 아주 우수하다는 것을 알 수 있었다.

도 5는 본 발명에 따른 방음패널의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이 경우에 따라서는 제 1음파감쇠층(110)에는 S = 5㎜, D = 10㎜의 구멍(112)을 형성하고, 제 2음파감쇠층(130)에는 S = 10㎜, D = 10㎜인 구멍(132)을 형성하여 방음패널을 구성하거나 그 반대로 구성하여도 되고, 어느 하나의 음파감쇠층에는 크기가 다른 구멍이 혼재된 것을 사용하고 다른 하나의음파감쇠층에는 동일한 크기의 구멍들이 형성된 것을 이용하여도 비슷한 방음효과를 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 경우에 따라서는 제 1흡음층(120) 등의 내부에 경질의 박판(120a, 120b) 1∼2장을 더 포함시켜 본 발명에 따른 방음패널(100)을 구성할 수도 있다. 이렇게 하는 경우 흡음층 내에서 차음이 일어나기 때문에 차음에 의한 음파 반사는 미미한 반면에 차음에 의한 방음효과는 보다 향상되는 장점이 생긴다. 박판(120a, 120b)으로는 경질의 플라스틱재가 적당하고, 두께는 1mm∼5mm 사이의 것이 적당하다. 이 박판(120a, 120b)으로 본 발명에 따른 다공판이 이용될 수 있음은 물론이다.

나머지 사항은 앞 실시 예에서 설명한 바와 같다.

도 6a에 나타낸 바와 같이 경우에 따라서는 상대적으로 큰 단면적의 육각형 구멍(112c)들과 상대적으로 작은 단면적의 사각형의 구멍(112d)들을 혼재시켜 본 발명에 따른 다공판(110b)을 구성할 수도 있고,

도 6b에 나타낸 바와 같이 단면적이 큰 팔각형 구멍(112e)들과 삼각형 구멍(112f)들을 혼재시켜 다공판(110c)을 구성하여도 되고,

도 6c에 나타낸 바와 같이 단면적의 크기에 차이가 있는 사각형 구멍(112g)들과 삼각형 구멍(112h)들을 혼재시켜 다공판(110d)을 구성하여도 되며,

도 6d에 나타낸 바와 같이 단면적이 큰 육각형 구멍(112i)들, 중간 단면적의사각형 구멍(112j)들, 작은 단면적의 삼각형 구멍(112k)들을 혼재시켜 본 발명에 따른 다공판(110e)을 구성할 수도 있다.

물론, 도 6a∼6c에 나타낸 것 외에도 구멍의 크기와 단면모양을 다양하게 조합하여 본 발명에 따른 다공판과 이를 이용한 방음패널을 구성할 수 있음은 본 발명의 명세서 및 도면을 참조하면 쉽게 이해할 수 있다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 방음패널은 시공 전 실험 예에서 대부분의 소음 주파수에서 흡음율이 한국고속철도(KTX) 기준을 통과하고 있다는 것을 보여주고 있다.

특히 육각기둥 형상의 구멍의 크기가 S = 10㎜인 경우(D = 10mm) 250Hz, 315Hz, 400Hz에서 우수한 흡음율을 제공하며 육각구멍의 크기가 S = 5mm인 경우(D=10mm)에서는 나머지 주파수에서 우수한 흡음율을 나타내고 있다.

이러한 특성을 이용하여 크기가 서로 다른 육각기둥 형상의 구멍들을 방음패널에 적절하게 배치하면 여러 주파수에서 우수한 흡음율을 갖는 방음패널의 제조가 가능하다.

육각기둥 형상의 구멍들을 이용하는 경우보다는 성능이 떨어지지만 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 칠각형, 팔각형 기둥 형상의 구멍을 이용하여도 넓은 주파수대에서 흡음성능이 종래의 것에 비해 대체로 우수하다.

또, 본 발명에 따른 방음패널 및 이를 위한 방음패널용 다공판은 소음의 음파 에너지를 1차적으로 음파현상에 의해 감쇠시킨 후 흡음, 차음을 하므로 흡음성능이 우수하여 종래보다 방음벽을 낮게 설치하는 것을 가능케 해주며, 이에 따라 방음벽 시공에 소요되는 비용절감의 효과도 제공한다.

그리고 이 효과를 실내 음향의 반사를 방지하고 발생하는 음향을 흡음시키기 위하여 공장, 강당, 교회 및 연주실, 주택, 자동차, 항공기 등과 같은 실내공간에 흡음재와 병용하여 육각구멍을 갖는 판재를 외장 혹은 내장시킴으로서 잔향음을 완전하게 제거할 수가 있으며, 또 외부로 발산되는 음을 차단할 수가 있으므로 중, 저 주파수의 소음을 흡음시키는 데는 최선의 수단이 되므로 여태까지 중, 저 주파수의 소음을 제거하기 위하여 많은 업체에서 노력하였지만 별 다른 효과를 얻지 못하였지만 본 연구에서 얻은 결과를 활용하면 훌륭한 성과를 거둘 수가 있었다.

그리고 소음이 많이 발생하는 덕트 같은 장치에도 본 연구에서 개발한 육각구멍이 내장된 판재를 덕트에 둥글게 부착시키고 난 후에 그 위에는 부직포와 같은 흡음제로 시공하면 덕트의 소음은 전연 들리지 않았음이 확인되었다.

Claims

방음패널에 있어서,

간격을 두고 배치되어 음파현상에 의한 음파감쇠가 발생되도록 하는 외부로 드러나는 구멍들을 구비하여 유입되는 음파를 1차로 감쇠시키는 제 1음파감쇠층;

상기 제 1음파감쇠층 배면에 설치되고, 상기 제 1음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 1차로 흡음하는 제 1흡음층;

상기 제 1흡음층 배면에 설치되고, 간격을 두고 배치되어 음파현상에 의한 음파감쇠가 발생되도록 하는 구멍들을 구비하여 상기 제 1흡음층을 거친 음파를 2차로 감쇠시키는 제 2음파감쇠층; 및

상기 제 2음파감쇠층 배면에 설치되고 제 2음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 차단하는 차음층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 1항에 있어서, 상기 제 2음파감쇠층과 차음층 사이에 상기 제 2음파감쇠층에서 감쇠된 음파를 2차로 흡음하는 제 2흡음층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 1항에 있어서, 상기 제 1흡음층은 다공성 발포 폴리우레탄 또는 다공성 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 2항에 있어서, 상기 제 2흡음층은 다공성 발포우레탄 또는 다공성 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 1항에 있어서, 상기 제 1음파감쇠층과 제 2음파감쇠층 중 적어도 하나는 단면적이 다른 서로 다른 크기의 구멍이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 1항에 있어서, 상기 구멍은 원형, 타원형, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 칠각기둥 및 팔각기둥형상 중 어느 하나를 포함하는 방음패널.
제 1항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍은 정육각형의 기둥모양을 하고 있고, 상기 정육각형의 기둥모양의 상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이의 비는 1:0.5 ∼1:10을 갖는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 7항에 있어서, 상기 제 1음파감쇠층과 제 2음파감쇠층 중 적어도 하나는 상기 한 변의 길이와 깊이의 비가 1:2와 1:1인 것이 혼재되어 있고, 상기 제 1흡음층과 제 2흡음층 중 적어도 하나에는 경질의 박판이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 8항에 있어서, 상기 한 변의 길이와 깊이가 각각 5㎜와 10㎜인 것과 10㎜와 10㎜인 것이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 방음패널.
제 1항에 있어서, 상기 제 1음파감쇠층에 형성되는 구멍의 크기와 제 2음파감쇠층에 형성되는 구멍의 크기는 서로 다르게 구성된 것을 특징으로 하는 방음패널.
방음패널용 다공판에 있어서,

깊이는 같고 단면적은 다른 서로 다른 크기의 구멍들이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 방음패널용 다공판.
제 11항에 있어서, 상기 구멍은 원형, 타원형, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 칠각기둥 및 팔각기둥형상 중 어느 하나를 포함하는 방음패널용 다공판.
제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 구멍은 정육각형의 기둥모양을 하고 있고, 상기 정육각형의 기둥모양의 상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이의 비는 1:0.5 ∼1:10을 갖는 것을 특징으로 하는 방음패널용 다공판.
제 13항에 있어서, 상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이의 비가 1:2와 1:1인 것이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 방음패널용 다공판.
제 14항에 있어서, 상기 정육각형 한 변의 길이와 깊이가 각각 5㎜와 10㎜인 것과 10㎜와 10㎜인 것이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 방음패널용 다공판.