KR101437225B1 - 타공 박막 흡음셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막인 상면판에 절개선을 형성함으로써 고차 진동에 의한 고차 음향 모드를 발생시켜 저주파수에서부터 고주파수 대역에 이르는 광대역 주파수 범위에서 탁월한 흡음성능을 확보할 수 있는 타공 박막 흡음셀에 관한 것으로,
하면판과, 상기 하면판의 가장자리를 따라 일정 높이로 형성되는 측면판, 및 상기 측면판의 상단에 안착되고, 타공이 형성되는 상면판을 포함하는 공명형 흡음셀에 있어서, 상기 상면판은 박막으로서, 상기 박막의 진동과 상기 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 동시에 발생하고, 상기 상면판의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 절개선이 형성되거나, 상기 상면판의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 절개선이 형성되며, 상기 절개선이 마디선 역할을 한다.

Description

타공 박막 흡음셀{Perforated thin film sound absorbing cell}

본 발명은 공명형 흡음셀에 관한 것으로, 박막인 상면판에 절개선을 형성함으로써 고차 진동에 의한 고차 음향 모드를 발생시켜 저주파수에서부터 고주파수 대역에 이르는 광대역 주파수 범위에서 탁월한 흡음성능을 확보할 수 있고, 박막의 진동과 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 연성됨에 따라 타공과 음에너지와의 단순 마찰이 아닌 박막 진동과 음의 왕복운동이 결합된 상호 마찰작용을 통하여 훨씬 효과적으로 음에너지를 열에너지로 소산시키며, 상면판의 상부에 접선 유동이 존재하는 경우에도 접선 유동과 타공에 의해 발생하는 2차 소음을 미연에 차단할 수 있는 타공 박막 흡음셀에 관한 것이다.

종래에는 주택가 주변의 고속/일반도로변이나 각종 악기나 노래를 다루는 장소 기타 소음으로 인하여 피해 발생이 예상되는 장소에는 대부분 흡음재가 설치 사용되었고, 이와 같은 종래의 흡음재는 주로 유리섬유, 폴리에스터, 폴리우레탄폼 또는 암면 등의 화학소재를 이용하므로 친환경적이지 못하고, 흡음재의 내구성 문제로 인해 사용기간이 제한적이었다.

그리하여 흡음재를 사용하지 않는 공명형 흡음셀이 개발되었고, 상기 공명형 흡음셀은, 하면판과, 상기 하면판의 가장자리를 따라 일정 높이로 형성되는 측면판, 및 상기 측면판의 상단에 안착되고, 원형의 타공이 형성되는 상면판을 포함하였다.

그러나 상기 공명형 흡음셀은 흡음재를 사용하지 않아서 친환경적이긴하나, 타공이 형성된 상면판과 공동(cavity)의 조합만으로 구성되므로 고차 진동에 의한 고차 음향 모드를 발생시킬 수 없어서 중고주파수 대역에서의 흡음성능은 상당히 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 저주파수 대역(대략 250∼2,000 Hz)에서만 흡음성능을 기대할 수 있는 것이었다.

또한, 원형의 타공을 통과하는 음에너지가 타공 원주면과의 마찰로 인하여 열에너지로 소산되는 방식으로서, 작은 타공은 음향학적 유효길이가 짧기 때문에 부가질량이 작아서 흡음성능이 제한적인 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 박막에 절개선을 형성함으로써 고차 진동에 의한 고차 음향 모드를 발생시켜 저주파수에서부터 고주파수 대역에 이르는 광대역 주파수 범위에서 탁월한 흡음성능을 확보할 수 있고, 박막의 진동과 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 연성됨에 따라 타공과 음에너지와의 단순 마찰이 아닌 박막 진동과 음의 왕복운동이 결합된 상호 마찰작용을 통하여 효과적으로 음에너지를 열에너지로 소산시키며, 박막의 상부에 접선 유동이 존재하는 경우에도 접선 유동과 타공에 의해 발생하는 2차 소음을 미연에 차단할 수 있는 타공 박막 흡음셀을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 타공 박막 흡음셀은, 하면판과, 상기 하면판의 가장자리를 따라 일정 높이로 형성되는 측면판, 및 상기 측면판의 상단에 안착되고, 타공이 형성되는 상면판을 포함하는 공명형 흡음셀에 있어서, 상기 상면판은 박막으로서, 상기 박막의 진동과 상기 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 동시에 발생하고, 상기 상면판의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 절개선이 형성되거나, 상기 상면판의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 절개선이 형성되며, 상기 절개선이 마디선(nodal line) 역할을 한다.

본 발명에 따른 타공 박막 흡음셀은, 하면판과, 상기 하면판의 가장자리를 따라 일정 높이로 형성되는 측면판, 및 상기 측면판의 상단에 안착되고, 타공이 형성되는 상면판을 포함하는 공명형 흡음셀에 있어서, 상기 상면판은 박막으로서, 상기 박막의 진동과 상기 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 동시에 발생하고, 상기 상면판의 상면 또는 하면의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 그루브(groove)가 형성되거나, 상기 상면판의 상면 또는 하면의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 그루브가 형성되며, 상기 그루브가 마디선(nodal line) 역할을 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 타공 박막 흡음셀에서는, 상기 측면판의 상단과 상기 상면판은 선접촉할 수 있고; 상기 상면판의 상면 가장자리를 따라 고정부가 형성되고, 상기 측면판의 상단에 대응되도록 상기 고정부의 하단과 상기 상면판은 선접촉할 수 있으며; 상기 상면판의 상부에 접선 유동(grazing flow)이 존재하는 경우에는 상기 접선 유동이 나중에 도달하게 되는 상기 타공의 일측에서 상기 상면판이 하부로 연장되어 상기 타공의 타측으로 가이드부가 형성될 수 있다.

본 발명은 박막인 상면판에 절개선 또는 그루브를 형성함으로써 고차 진동에 의한 고차 음향 모드를 발생시켜 저주파수에서부터 고주파수 대역에 이르는 광대역 주파수 범위에서 탁월한 흡음성능을 확보할 수 있고, 박막의 진동과 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 연성됨에 따라 타공과 음에너지와의 단순 마찰이 아닌 박막 진동과 음의 왕복운동이 결합된 상호 마찰작용을 통하여 효과적으로 음에너지를 열에너지로 소산시키며, 상면판의 상부에 접선 유동이 존재하는 경우에도 접선 유동과 타공에 의해 발생하는 2차 소음을 미연에 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 타공 박막 흡음셀의 단면도.
도 2는 절개선이 형성되지 않은 상면판의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 가로 방향으로 절개선이 형성된 상면판의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 가로 방향 및 세로 방향으로 절개선이 형성된 상면판의 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 그루브가 형성된 타공 박막 흡음셀의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 가로 방향 및 세로 방향으로 그루브가 형성된 상면판의 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 가로 방향 및 세로 방향으로 절개선이 형성된 경우의 주파수에 따른 흡음율을 나타낸 그래프.
도 8은 가이드부가 형성되지 않은 상면판의 일부 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 가이드부가 형성된 상면판의 일부 단면도.

본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 타공 박막 흡음셀의 단면도이고, 도 2는 절개선이 형성되지 않은 상면판의 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 가로 방향으로 절개선이 형성된 상면판의 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 가로 방향 및 세로 방향으로 절개선이 형성된 상면판의 개략도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 타공 박막 흡음셀은, 하면판(10)과, 하면판(10)의 가장자리를 따라 일정 높이로 형성되는 측면판(20), 및 측면판(20)의 상단에 안착되고, 타공(35)이 형성되는 상면판(30)을 포함하는 공명형 흡음셀에 있어서, 상면판(30)은 박막으로서, 상기 박막의 진동과 타공(35)을 통과하는 음의 왕복운동이 동시에 발생하고, 상면판(30)의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 절개선(36)이 형성되거나, 상면판(30)의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 절개선(37)이 형성되며, 절개선(36, 37)이 마디선 역할을 한다.

하면판(10)의 형상으로 정사각형이 일반적이나, 직사각형, 다각형, 원형, 또는 타원 등의 다양한 형상이 사용될 수 있고, 하면판(10)의 가장자리를 따라 일정 높이로 측면판(20)이 형성되므로 흡음셀의 형상으로 정육면체, 직육면체, 다각기둥, 원기둥 또는 타원기둥 등의 다양한 기둥의 형태가 사용될 수 있다. 이와 같은 흡음셀은 기둥의 형태이므로 측면으로 다수를 배열하여 넓은 면적의 소음을 처리할 수 있는 것이다. 또한, 처리하려는 소음의 주파수 대역에 따라 하면판(10)의 크기와 측면판(20)의 높이를 변화시킬 수 있다.

측면판(20)의 상단에 안착되는 상면판(30)에는 타공(35)이 형성되는데, 타공(35)으로 원형, 삼각형, 사각형, 마름모, “＋”자 형상 또는 “∨”자 형상 등의 다양한 모양이 사용될 수 있다.

일반적으로 흡음셀의 공동(cavity)은 스프링 역할을 하고, 타공(35)의 공기는 질량 역할을 하므로, 타공(35)에서 마찰에 의하여 음에너지가 열에너지로 소산되는 바, 작은 구멍은 음향학적 유효길이가 짧기 때문에 부가질량이 작아서 흡음성능이 제한적이다.

그러므로 타공(35)은 세로 길이(0.01∼1㎜)에 비하여 가로 길이(5∼200㎜)가 상당히 긴 슬릿(slit)으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 타공이 슬릿일 경우에 음향학적 유효길이가 커지기 때문에 부가질량이 증가하여 흡음성능이 월등히 향상된다.

타공(35)을 관통하는 음의 왕복운동과 상면판(30)의 진동을 연성(coupling)시키기 위하여 상면판(30)을 박막으로 형성하면, 박막의 진동과 타공(35)을 통과하는 음의 왕복운동이 동시에 발생하여 흡음성능을 향상시킬 수 있다.

특히 측면판(20)의 상단과 상면판(30)이 선접촉하는 경우가 측면판(20)의 상단과 상면판(30)이 면접촉하는 경우보다 흡음성능이 상당히 향상되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 상면판(30)의 상면 가장자리를 따라 고정부(40)를 형성하고, 측면판(20)의 상단에 대응되도록 고정부(40)의 하단과 상면판(30)을 선접촉하게 할 수 있다. 이때, 측면판(20)의 상단과 상면판(30), 및 고정부(40)의 하단과 상면판(30)을 접착제로 결합할 수도 있으며, 흡음셀을 상부가 개방된 프레임(미도시)에 삽입하고 볼트 또는 접착제 등으로 측면판(20)과 고정부(40)를 프레임에 고정시켜 상면판(30)을 고정할 수도 있다.

박막인 상면판(30)의 고차 진동에 의한 고차 음향 모드를 발생시키기 위하여 상면판(30)의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 절개선(36)을 형성하거나, 상면판(30)의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 절개선(37)을 형성한다.

상면판(30)에 절개선이 전혀 형성되지 않으면 기본 음향 모드인 (0,0)모드 이며(도 2 참조), 상면판(30)의 전측, 중앙 및 후측에 가로 방향으로 절개선(36)을 형성하면 (1,0)모드 이고(도 3 참조), 상면판(30)의 좌측, 중앙 및 우측에 세로 방향으로 절개선(37)을 형성하면 (0,1)모드 이며, 상면판(30)의 전측, 중앙 및 후측에 가로 방향으로 절개선(36)을 형성하고 상면판(30)의 좌측, 중앙 및 우측에 세로 방향으로 절개선(37)을 형성하면 고차 음향 모드인 (1,1)모드가 된다(도 4 참조). 이때, 가로 방향의 절개선(36)과 세로 방향의 절개선(37)은 서로 연결되지 않고 떨어져 있는 것이 바람직하고, 고차 음향 모드로는 (2,1)모드, (1,2)모드, 또는 (2,2)모드 등으로 확장할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 그루브가 형성된 타공 박막 흡음셀의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 가로 방향 및 세로 방향으로 그루브가 형성된 상면판의 개략도이다.

상면판(30)의 상면 및/또는 하면의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 그루브(38; groove)를 형성하거나, 상면판(30)의 상면 및/또는 하면의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 그루브(39)를 형성하며, 그루브(38, 39)가 마디선 역할을 할 수도 있다. 이때 가로 방향의 그루브(38)와 세로 방향의 그루브(39)는 서로 연결될 수도 있고, 서로 연결되지 않고 떨어져 있을 수도 있다.

절개선(36, 37)을 대신하여 그루브(38, 39)가 형성되는 경우에도 그루브(38, 39)가 마디선(nodal line) 역할을 하여 고차 음향 모드를 발생시킨다.

도 7은 본 발명에 따른 가로 방향 및 세로 방향으로 절개선이 형성된 경우의 주파수에 따른 흡음율을 나타낸 그래프이며, 실선은 기본 음향 모드인 (0,0)모드의 흡음율을 나타낸 것이고, 점선은 고차 음향 모드인 (1,1)모드의 흡음율을 나타낸 것이다.

도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이 상면판(30)에 고차 음향 모드를 발생시키면, 흡음대역을 고주파수 대역(약 7 kHz 이상)까지 확장할 수 있으므로 흡음성능을 크게 향상시킬 수 있다.

도 8은 가이드부가 형성되지 않은 상면판의 일부 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 가이드부가 형성된 상면판의 일부 단면도이다.

상면판(30)의 상부에 접선 유동(grazing flow)이 존재하는 경우, 즉, 자동차 또는 고속전철 등이 지나가는 주변에는 접선 유동이 타공(35)의 일측에 부딪히면서 더 많은 소음을 발생시키므로, 본 발명에 따른 타공 박막 흡음셀이 제 기능을 수행하지 못한다.

접선 유동이 타공(35)의 일측에 부딪히지 않고 상면판(30)을 지나갈 수 있도록 하기 위하여, 접선 유동이 나중에 도달하게 되는 타공(35)의 일측에서 상면판(30)이 하부로 유선형으로 연장되어 상기 타공(35)의 타측으로 가이드부(50)를 형성한다.

접선 유동이 타공(35)의 타측을 지나서 가이드부(50)에 안내되어 타공(35)의 일측을 충돌없이 통과하므로, 접선 유동과 타공(35)에 의해 발생하는 2차 소음을 미연에 차단할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 하면판 20: 측면판
30: 상면판 35: 타공
36, 37: 절개선 38, 39: 그루브
40: 고정부 50: 가이드부

Claims (5)

1. 하면판과, 상기 하면판의 가장자리를 따라 일정 높이로 형성되는 측면판, 및 상기 측면판의 상단에 안착되고, 타공이 형성되는 상면판을 포함하는 공명형 흡음셀에 있어서,
   상기 상면판은 박막으로서, 상기 박막의 진동과 상기 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 동시에 발생하고,
   상기 상면판의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 절개선이 형성되거나, 상기 상면판의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 절개선이 형성되며,
   상기 절개선이 마디선(nodal line) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 타공 박막 흡음셀.
   
2. 하면판과, 상기 하면판의 가장자리를 따라 일정 높이로 형성되는 측면판, 및 상기 측면판의 상단에 안착되고, 타공이 형성되는 상면판을 포함하는 공명형 흡음셀에 있어서,
   상기 상면판은 박막으로서, 상기 박막의 진동과 상기 타공을 통과하는 음의 왕복운동이 동시에 발생하고,
   상기 상면판의 상면 또는 하면의 전측, 중앙 및 후측에는 가로 방향으로 그루브(groove)가 형성되거나, 상기 상면판의 상면 또는 하면의 좌측, 중앙 및 우측에는 세로 방향으로 그루브가 형성되며,
   상기 그루브가 마디선(nodal line) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 타공 박막 흡음셀.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 측면판의 상단과 상기 상면판은 선접촉하는 것을 특징으로 하는 타공 박막 흡음셀.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 상면판의 상면 가장자리를 따라 고정부가 형성되고, 상기 측면판의 상단에 대응되도록 상기 고정부의 하단과 상기 상면판은 선접촉하는 것을 특징으로 하는 타공 박막 흡음셀.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 상면판의 상부에 접선 유동(grazing flow)이 존재하는 경우에는 상기 접선 유동이 나중에 도달하게 되는 상기 타공의 일측에서 상기 상면판이 하부로 연장되어 상기 타공의 타측으로 가이드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 타공 박막 흡음셀.

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