KR101026765B1 - 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법 - Google Patents
광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저주파수 대역의 소음과 중주파수 대역의 소음의 흡음을 주파수 대비 매우 얇은 두께로 동시에 수행할 수 있는 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광대역 소음 제어를 위한 청정 흡음기는 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 박판 또는 이와 유사한 기능을 수행할 수 있는 유리 섬유, 탄소 섬유, 일반 섬유 등의 클로스(cloth)와; 상기 미세 천공 박판의 최고 흡음의 최대 주파수 조절을 위한 스페이서와; 헬름홀쯔 공명기의 목을 구성하면서 동시에 상기 미세 천공 박판의 흡음을 위한 공동의 역할을 동시에 수행하는 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 및; 헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부로 구성되며; 접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광대역 소음 제어를 위한 청정 흡음기는 이 흡음기 내에서 저주파수 및 중고주파수 대역의 흡음이 이루어질 수 있어, 소음제어에 탁월한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 소음 제어 주파수 대비 매우 얇은 흡음기의 구성이 가능하며 흡음을 위해 사용되는 소재에 PET, 유리면, 암면 등의 다공성 재질을 사용하지 않기 때문에 청정 조건이 필요한 공간에도 사용할 수 있고, 반영구적인 장점을 가지는 흡음기의 구현이 가능할 수 있다.
흡음기, 광대역 소음, 청정, 공명기
Description
본 발명은 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저주파수 대역의 소음과 중주파수 대역의 소음의 흡음을 주파수 대비 매우 얇은 두께로 동시에 수행할 수 있는 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 밀폐된 공간의 소음 제어는 저주파수 대역의 소음 제어와 중주파수 이상 대역의 소음 제어가 개별적으로 이루어지는 것이 일반적이다. 이는 일반적으로 흡음을 위해 사용하는 다공성 흡음재의 성능이 저주파수 대역에서는 크게 떨어지기 때문인데, 저주파수 대역의 흡음을 위해서는 저주파수 흡음기, 예를 들면 헬름홀쯔 공명기 등이 별개로 사용된다. 여기서 저주파수 대역의 소음은 대부분 정현파 성분이 지배하는 경우가 많다. 실 예로 우주 발사체 탑재부와 같이 500 Hz 이하에 대부분의 소음 에너지가 집중되어 있는 음향 하중에 의해 위성 등의 탑재물이 가진되거나 밀폐 공간 내부 특성에 의해 강한 정재파 등이 형성 되는 경우에는 중-고주파수 대역의 흡음 뿐만 아니라 저주파수 대역의 흡음이 동시에 이루어져야 한다.
기존에는 이를 위해서 중고주파수 대역의 흡음을 위한 흡음재와 저주파수 대역의 흡음을 위한 헬름홀쯔 공명기 등을 별도로 벽면에 배열하여 소음 제어를 실시하였다. 우주 발사체 탑재부와 같은 경우에는 다공성 흡음재를 청정 유지를 위해 특수 필름 등으로 둘러싼 음향 블랭킷과 헬름홀쯔 공명기 패널 등을 동체 내에 부착하는 방법을 이용하고 있다. 그러나, 이와 같은 소음 제어 방법은 흡음기가 저주파수 소음과 중고주파수 대역의 소음을 동시에 흡음하는 것은 아니기 때문에 흡음기를 설치할 수 있는 공간의 제약이 따른다. 실제로 흡음기는 밀폐 공간 내에서 음향 모드가 집중되는 몇 몇 최적 위치에 설치하는 것이 매우 효율적이다. 그러나, 기존의 방법으로는 제한된 최적 위치에 설치할 수 있는 흡음기가 저주파수 대역의 흡음기와 중고주파수 대역의 흡음기 등으로 분리되는 단점이 있다. 만약 저주파수 소음과 중고주파수 소음을 동시에 흡음할 수 있는 흡음기라면 제어를 위한 최적 위치를 기존의 기술에 비해 훨씬 넓게 사용할 수 있다는 의미이므로 소음 제어 성능이 크게 향상 될 수 있다.
한편 흡음기가 청정도를 유지할 수 있으며, 경량이라면 그 적용 범위가 더욱 확대될 수 있다. 예를 들면 우주 발사체의 경우 경량이면서 탑재실의 체적 손실을 최소화 할 수 있도록 두께가 얇고, 위성체 등의 청정 요구 조건을 만족하는 흡음 기가 요구된다. 참고로 기존의 우주 발사체의 경우 대부분 10cm 내외의 두께를 가 지는 청정 흡음기가 사용되고 있다. 많은 기계가 작동하면서 공정상 청정도 유지가 필수적인 반도체 제조 공장의 경우도 흡음기의 청정도 유지가 필요한 대표적 경우이다. 이와 같은 경우 기존에는 다공성 흡음재를 특수 필름으로 싸서 흡음재 부스러기 등이 빠져나가지 않도록 처리하였는데, 이와 같은 흡음기는 쉽게 찢어질 수 있어 내구성/취급성이 나쁘며, 제작에 많은 시간이 소요되고, 체결 요소 등의 추가로 인해 무게도 무거워지는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 청정도 유지가 가능하면서, 중량이 경량이며, 흡음 목표 주파수 대비 두께가 매우 얇고 저주파수 및 고주파수 대역의 흡음을 동시에 수행할 수 있는 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 광대역 소음 제어용 청정 흡음기는 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 박판 또는 이와 유사한 기능을 수행할 수 있는 유리 섬유, 탄소 섬유, 일반 섬유 등의 클로스(cloth)와; 상기 미세 천공 박판의 최고 흡음의 최대 주파수 조절을 위한 스페이서와; 헬름홀쯔 공명기의 목을 구성하면서 동시에 상기 미세 천공 박판의 흡음을 위한 공동의 역할을 동시에 수행하는 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 및; 헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부로 구성되며; 접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광대역 소음 제어용 청정 흡음기는 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 및; 헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부로 구성되며; 접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 제조방법은 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 박판 또는 이와 유사한 기능을 수행할 수 있는 유리 섬유, 탄소 섬유, 일반 섬유 등의 클로스(cloth) 제조 단계와; 상기 미세 천공 박판의 최고 흡음의 최대 주파수 조절을 위한 스페이서 제조 단계와; 헬름홀쯔 공명기의 목을 구성하면서 동시에 상기 미세 천공 박판의 흡음을 위한 공동의 역할을 동시에 수행하는 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 제조 단계 및; 헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부 제조 단계로 구성되며; 접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 제조방법은 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 제조 단계 및; 헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름 홀쯔 공명기 공동 형성부 제조 단계로 구성되며; 접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 소음 제어용 청정 흡음기는 이 흡음기 내에서 저주파수 및 중고주파수 대역의 흡음이 이루어질 수 있어, 소음제어에 탁월한 효과를 발휘할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 소음 제어 주파수 대비 매우 얇은 흡음기의 구성이 가능하며 흡음을 위해 사용되는 소재에 PET, 유리면, 암면 등의 다공성 재질을 사용하지 않기 때문에 청정 조건이 필요한 공간에도 사용할 수 있고, 반영구적인 장점을 가지는 흡음기의 구현이 가능하다는 이점이 있다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 및 그 제조 방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예를 나타낸 것으로서 크게 4가지 부분으로 나누어 참조할 수 있다. 도 1을 참조하면, 주파수 대역의 소음 제어를 위해 유효 직경 1mm 미만이며, 판면적 대비 공극 면적비율(공극률)이 3% 이하의 미세 구멍이 천공된 미세 천공 박판(1)이 도시된다. 여기서 박판의 두께는 설계 의도에 따라 달라지며 중량의 최소화를 위해 1mm 이내의 박판이 사용될 수 있다. 박판의 소재는 알루미늄 등의 금속재료 또는 유리 섬유, 탄소 섬유 등의 복합재료, 플라스틱 등과 같이 사용될 수 있다. 또한 박판 대신 실리콘 고무 등과 같은 소재의 미세 천공 박막이 사용될 수 있으며, 유리 섬유 또는 탄소 섬유 클로스(cloth)가 사용되거나, 또는 청정 조건이 중요하지 않은 경우에는 공극률이 낮은 일반 섬유 소재 등도 사용이 가능하다.
또한, 도 1에는, 미세 천공 박판(1)으로서 탄성이 없는 소재를 사용하는 경우 그 형상을 잡아 줄 수 있는 틀의 역할을 하며, 상기 미세 천공 박판(1)에 의한 중고주파수 대역의 흡음률의 최대치를 결정하는 요구 체적을 형성할 수 있는 스페이서(2)가 도시된다. 이 스페이서(2)는 중고주파수 대역의 흡음률의 최대 주파수에 따라 생략이 가능하다.
또한, 도 1에는, 헬름홀쯔 공명기의 목을 구성하면서 동시에 미세 천공 박판(1)의 흡음을 위한 추가 체적을 동시에 형성하는 혼(Horn) 형 헬름헬쯔 공명기 목 형성부(3)가 도시된다. 이 혼 형 헬름헬쯔 공명기 목 형성부(3)는 금속재료의 경우 스피닝 또는 프레싱 가공을 통해, 복합재료의 경우 금형 제작 후 오토클레이브 성형 등을 통해 제작될 수 있다. 제작이 가능한 범위 내에서 얇게 하여도 흡음 성능에는 지장이 없으므로 흡음기의 전체 중량 감소를 위해 1mm 미만으로 얇게 제작하는 것이 바람직하다. 이 혼 형 헬름헬쯔 공명기 목 형성부(3)의 형상 프로파일은 수학적으로 지수함수적으로 반경이 감소하는 형상을 가져야 하며 감쇠율은 저주파 대역 공명 주파수에 의해 결정된다. 이 혼 형 헬름헬쯔 공명기 목 형성부(3)는 저주파수 대역에서는 헬름홀쯔 공명기의 질량 요소의 역할을 하며, 형상의 장점으로 최대 흡음률 피크도 목 입구/출구의 직경이 동일한 헬름홀쯔 공명기 보다 높게 유지할 수 있다. 한편 이 혼 형 헬름헬쯔 공명기 목 형성부(3)는 중고주파수 대역에서는 파장이 형상에 비해 작아지므로 공동의 역할을 하여, 상기 미세 천공 박판(1)의 중고주파수 대역의 흡음 작용에 기여하게 된다. 또한 여기에 미세 구멍을 가공하는 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같은 미세 천공 박판(1) 및 스페이서(2)를 생략할 수도 있어 경량화에 기여할 수 있다.
또한, 도 1에는, 저주파 흡음을 위해 헬름홀쯔 공명기의 공명 주파수를 결정하는 체적을 구현하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부(4)가 도시된다. 이 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부(4)의 형상은 부착되는 벽면의 형상에 맞추어 변경이 가능하며 체결을 위한 요소를 가질 수 있다. 전술한 각각의 구성요소들(1 내지 4)은 접착 또는 기계적 체결 등에 의해 밀폐 구조로 조립되며, 이들 구성요소들(1 내지 4)가 조립되어 형성된 조립체는 소음제어가 필요한 공간의 벽면에 부착하여 사용된다.
도 2는 본 발명에 따라 길이 20mm의 스페이서, 입구 직경 120mm, 출구 직경 6mm, 길이 45mm인 혼을 이용하여 전체 두께 70mm의 사양으로 구성된 흡음기의 흡음 률을 도시한 것이다. 129 Hz의 저주파수 흡음과 흡음률 0.5 이상을 기준으로 547 Hz에서 1156 Hz 대역의 중고주파수 흡음을 동시에 달성할 수 있음을 예시한다.
도 3은 본 발명에 따라 도 1의 스페이서(2)가 생략되고, 입구 직경 120mm, 출구 직경 6mm, 길이 45mm인 혼의 입구쪽에 미세 천공 박판(1)이 부착되고, 전체 두께 52mm의 사양으로 구성된 흡음기의 흡음률을 도시한 것이다. 전체 두께 52mm의 얇은 두께이지만 129 Hz의 저주파수 흡음과 1150-1800 Hz(흡음률 0.5 이상)의 중고주파수 흡음을 동시에 달성할 수 있음을 예시하고 있다.
본 발명에 따른 광대역 소음 제어용 청정 흡음기는 중고주파수 대역의 흡음 기로서의 장점으로는 미세 천공 박판(1) 및 후속하는 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부(4)에 의해 형성된 공동에 의한 중고주파수 대역 흡음을 구현하기 위해 필요한 체적을 혼 형 헬름홀쯔 공명기 체적으로 추가 사용할 수 있다는 점이다. 한편 저주파수 대역의 흡음기로서의 장점은 헬름홀쯔 공명기 피크 주파수 크기를 결정하는 음향 레지스턴스도 혼 형 구조의 장점에 의해 커지므로 저주파수의 흡음률이 향상된다는 점이다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명에 따른 흡음기의 단면도 및 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 1-흡음률.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2-흡음률.
* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 미세 천공 박판/박막 2: 스페이서
3: 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부
4: 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부
Claims (4)
- 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 박판 또는 이와 유사한 기능을 수행할 수 있는 유리 섬유, 탄소 섬유, 일반 섬유 등의 클로스(cloth)와;상기 미세 천공 박판의 최고 흡음의 최대 주파수 조절을 위한 스페이서와;헬름홀쯔 공명기의 목을 구성하면서 동시에 상기 미세 천공 박판의 최고 흡음을 위한 공동의 역할을 동시에 수행하는 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 및;헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부로 구성되며;접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 광대역 소음 제어용 청정 흡음기.
- 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 및;헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부로 구성되며;접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 광대역 소음 제어용 청정 흡음기.
- 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 박판 또는 이와 유사한 기능을 수행할 수 있는 유리 섬유, 탄소 섬유, 일반 섬유 등의 클로스(cloth) 제조 단계와;상기 미세 천공 박판의 최고 흡음의 최대 주파수 조절을 위한 스페이서 제조 단계와;헬름홀쯔 공명기의 목을 구성하면서 동시에 상기 미세 천공 박판의 흡음을 위한 공동의 역할을 동시에 수행하는 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 제조 단계 및;헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부 제조 단계로 구성되며;접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 제조방법.
- 유효 직경 1mm 미만의 미세 구멍이 일정한 간격으로 천공된 혼 형 헬름홀쯔 공명기 목 형성부 제조 단계 및;헬름홀쯔 공명기의 공명을 위한 체적을 구성하는 임의 형상의 헬름홀쯔 공명기 공동 형성부 제조 단계로 구성되며;접착 또는 기계적 체결 등을 통해 밀폐되어, 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 광대역 소음 제어용 청정 흡음기 제조방법.
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