KR101622451B1 - 음향 투과성 재료, 및, 해당 재료를 이용한 건축 용도를 포함하는 음향 조정면 구조, 마이크로폰용 윈드스크린, 보호용 그릴, 음향 투과성 영사 스크린 및 스피커 - Google Patents

음향 투과성 재료, 및, 해당 재료를 이용한 건축 용도를 포함하는 음향 조정면 구조, 마이크로폰용 윈드스크린, 보호용 그릴, 음향 투과성 영사 스크린 및 스피커 Download PDF

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Abstract

[과제]　섬유를 얽어매어져 이루어지는 재료를 이용하여, 자립성을 가짐과 아울러 고성능인 음향 투과성을 가지는 음향 투과성 재료를 제공한다.
[해결 수단]　섬유가 서로 얽어매어져 이루어지는 음향 투과성 재료로서, 상기 음향 투과성 재료는, 테이버 강도가 5mN·m 이상, 휨 저항력이 100mN 이상, 공극률이 50％ 이상, 또한, 두께가 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 음향 투과성 재료이다.

Description

음향 투과성 재료, 및, 해당 재료를 이용한 건축 용도를 포함하는 음향 조정면 구조, 마이크로폰용 윈드스크린, 보호용 그릴, 음향 투과성 영사 스크린 및 스피커 {SOUND-TRANSMITTING MATERIAL, ACOUSTIC-CONTROL SURFACE STRUCTURE USING SAID MATERIAL AND HAVING APPLICATIONS INCLUDING CONSTRUCTION, MICROPHONE WIND SHIELD, PROTECTIVE GRILL, SOUND-TRANSMITTING MOVIE SCREEN, AND SPEAKER}
본 발명은, 섬유 재료가 얽어매어져 이루어지는 음향 투과성 재료에 관한 것이며, 보다 상세하게는 자립성을 가지는 음향 투과성 재료에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은, 해당 음향 투과성 재료를 응용한 건축 용도를 포함하는 음향 조정면(調整面) 구조, 마이크로폰용 윈드스크린(windscreen), 보호용 그릴, 음향 투과성 영사 스크린 및 스피커에 관한 것이다.
건축, 전자 기기 등의 여러 가지 분야에서, 음향을 투과하는 재료가 요구되고 있다. 음향 투과성 재료로서는, 예를 들면 스피커의 사란 네트(saran net) 등의 메시(mesh) 구조물이나, 건축 벽면에 이용되는 유공판(有孔板) 등을 들 수 있다.
이들 종래의 음향 투과성 재료와는 달리, 외관상은, 딱딱한 질감을 가지고, 또한 개구가 없거나, 혹은 있어도 시인(視認)할 수 없기 때문에 투과성은 아닌 것처럼 보이지만, 음향을 거의 완전하게 투과하는 재료로서, 음향 투과성의 판 모양 부재나 시트 모양 부재가 제안되어 있다(특허 문헌 1).
또, 판 모양의 음향 투과성 재료로서, 경질판에, 외관상 시인할 수 없을 정도의 미세 구멍을 면적당 다수 마련하는 것에 의해, 음향 투과성이 얻어지는 것이 보고되어 있다(특허 문헌 1, 2, 비특허 문헌 1). 해당 음향 투과성 재료에 의해, 경질의 음향 투과성 재료가 얻어지기 때문에, 영화의 스크린으로서 응용하고, 스크린 배면에 스피커를 설치하여, 현장감을 높이는 것 등이 제안되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개 2010－59658호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 2010－210778호 공보
비특허 문헌 1 : 나카이(Nakai), 가와카미(Kawakami), 와다(Wada), 사노(Sano)「다공판의 음향 특성」,일본 음향학회 건축 음향 연구회 자료(AA2009-18), 2009. 03. 11
건축 재료 등의 용도에서, 음향 투과성 재료를 세워 마련한 경우에, 보조 기구 등을 마련하지 않아도, 음향 투과성 재료 그 자체 강도에 의해서 선 상태를 유지하는 자립성이 요구되는 경우가 있다. 특허 문헌 1의 음향 투과성 재료에 의하면, 음향 투과성 재료에 대해서 자립성을 갖게 하려고 하면, 음향 투과성이 손상되는 문제가 있었다. 또, 특허 문헌 2, 비특허 문헌 1의 음향 투과성 재료에 의하면, 자립성을 가지지만, 미세 구멍을 다수 마련할 필요가 있기 때문에 특수 천공 기술이나 숙련공 양성에 의해, 제조 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다. 이에 본 발명은, 섬유를 얽어매어 이루어지는 재료를 이용하여, 자립성을 가짐과 아울러 고성능인 음향 투과성을 가지는 음향 투과성 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 자립성과 음향 투과성을 양립하는 섬유 재료를 검토한 결과, 자립성을 담보하려고 하여 섬유 재료에 이용하는 섬유량을 많게 하는 것에 의해, 섬유의 밀도가 너무 높아져서 음향 투과가 방해되어 버릴 정도로 조밀하게 섬유가 얽어매어져 버리는 것에 문제가 있다는 것을 찾아냈다.
즉, 재료 경계면에서의 음향 에너지 반사율｜r2｜(여기에서 r은 음압(音壓) 반사율)은, 이하의 식 (1)로 나타내어진다.
[수식 1]
Figure 112013119054446-pct00001
음향 에너지 반사율｜r2｜은 재료 표면의 노멀 음향 임피던스 Zn이 Zn = ρc(ρc는 공기의 특성 임피던스), 혹은, 고유 음향 임피던스 ζ(Zn을 ρc로 나눈 값)가 ζ ≡ Zn/(ρc) = 1 일 때, 최소값 ｜r2｜= 0이 되고, 입사음 에너지는 모두 재료 내부에 진입, 외관상, 흡음률 α = 1-｜r2｜는 최대값 1이 된다(고야스 마사루(Masaru Koyasu)「흡음의 기초 사항」음향 기술 No. 71/sep. 1990). 이 조건, Zn = ρc는 재료의 조건이 공기와 동일하다고 하는 것이며, 재료에 포함되는 공기의 양, 즉 공극률(포로 시티 = porosity(다공도)；재료의 겉보기 용적에 대한 내부에 포함되는 공기량. 구체적인 정의는 후술)이 클수록 재료 내로의 입사음 에너지의 양은 커진다. 따라서, 재료 내부의 조건, 예를 들면 flow　resistiｖity(단위 두께 흐름 저항)나 tortuosity(미로도(迷路度)) 등(나카가와 히로시(Hiroshi Nakagawa)「음향 재료에 대해서(파트 3)」니토보(Nittobo) 엔지니어링 기술 뉴스)의 조건이 동일하면, 재료 내부에서 흡수되는 에너지 Eh도 일정하게 되고, 공극률이 클수록 배후로 방출되는 음향 에너지의 양, 즉 투과율 τ(τ = ｜t｜2 = Et / Ei；입사 에너지 Ei에 대한 투과 에너지 Et의 비율. t는 음압 투과율)를 최대(τ≒1), 즉, 스피커나 마이크로폰의 직전에 설치한 경우의 삽입 손실(시료가 없을 때의 레벨차(dB))을 최소로 할 수 있고, 모든 음향 투과성에 가까운 조건을 실현할 수 있는 것을 알 수 있던 것이다(도 12 참조).
게다가, 자립성을 가지는 재료에서는, 충분한 음향 투과성을 얻기 위해서는, 사용하는 재료의 공극률 뿐만 아니라, 그 두께와의 관계가 중요한 것을 찾아냈고, 또한, 공극률이 높고, 소정값 이하의 두께의 재료이면, 충분히 높은 음향 투과성을 발현하는 것을 찾아냈다.
즉, 본 발명 (1)은, 섬유가 서로 얽어매어져 이루어지는 음향 투과성 재료로서, 상기 음향 투과성 재료는, 테이버 강도(Taber stiffness)가 5mN·m 이상, 휨 저항력이 100mN 이상, 공극률이 50％ 이상, 또한, 두께가 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 음향 투과성 재료이다.
본 발명 (2)는, 상기 섬유가, 금속 섬유인 상기 발명 (1)의 음향 투과성 재료이다.
본 발명 (3)은, 삽입 손실이 63Hz ~ 8kHz의 각 1/1 옥타브 대역에서 5dB 이하인 상기 발명 (1) 또는 (2)의 음향 투과성 재료이다.
본 발명 (4)는, 상기 음향 투과성 재료가, 금속 섬유를 압축 성형하여 얻어지는 재료인 상기 발명 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 음향 투과성 재료이다.
본 발명 (5)는, 상기 발명 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 음향 투과성 재료(예를 들면, 도 1에서의 음향 투과성 재료(2))와, 그 배면에 설치된 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나를 가지는 음향 조정 기구(예를 들면, 도 1에서의 음향 조정 기구(3))를 구비하는 음향 조정면 구조(예를 들면, 도 1에서의 음향 조정면 구조(1))이다.
본 발명 (6)은, 상기 음향 조정 기구가, 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나의 배치 비율을 변화시키는 것이 가능한 가변 음향 조정 기구인 상기 발명 (5)의 음향 조정면 구조이다.
본 발명 (7)은, 건물의 벽면과 천장의 내장(內裝) 중 적어도 어느 하나에서의 음향 조정면 구조로서, 상기 음향 투과성 재료가, 상기 건물의 벽면과 천장 중 적어도 어느 하나와의 사이에 공간이 형성되도록 배치되고(예를 들면, 도 3에서의 음향 투과성 재료(2)), 상기 가변 음향 조정 기구(예를 들면, 가변 음향 조정 기구(610))가, 상기 공간에 배치된, 개폐 가능하게 구성된 커튼 또는 흡음 블라인드를 가지며(예를 들면, 커튼(613)), 상기 커튼 또는 블라인드의 개폐에 따라 면의 흡음 특성을 조정하는 상기 발명 (6)의 음향 조정면 구조(예를 들면, 잔향(殘響) 가변벽(600))이다.
본 발명 (8)은, 건물의 벽면과 천장의 내장 중 적어도 어느 하나에서의 음향 조정면 구조로서, 상기 음향 투과성 재료가, 상기 건물의 벽면과 천장 중 적어도 어느 하나와의 사이에 공간이 형성되도록 배치되며(예를 들면, 도 4에서의 음향 투과성 재료(2)), 상기 음향 조정 기구는, 상기 공간에 배치된, 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나를 가지는(예를 들면, 흡음재(701), 공기층(702), 합판(704), 공간(A)) 상기 발명 (5)의 음향 조정면 구조(예를 들면, 잔향 조정벽(700))이다.
본 발명 (9)는, 상기 발명 (5) 내지 (8) 중 어느 하나의 음향 조정면 구조를 가지는 건축물의 내장 구조이다.
본 발명 (10)은, 마이크로폰의 윈드 노이즈를 경감하기 위한 마이크로폰용 윈드스크린에 있어서, 상기 윈드스크린이, 마이크로폰에 대한 바람을 차단하는 위치에 배치된 음향 투과성 재료를 가지며, 상기 음향 투과성 재료가, 상기 발명 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 음향 투과성 재료인 마이크로폰용 윈드스크린이다.
본 발명 (11)은, 마이크로폰 또는 스피커의 전면(前面)에 배치되는 보호용 그릴에있어서, 상기 그릴이, 상기 발명 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 음향 투과성 재료로 구성되어 있는 보호용 그릴이다.
본 발명 (12)는, 전면(前面) 투영형 영사(映寫) 투사면을 가지며, 해당 영상 투사면의 배후에 스피커를 배치하여 소리가 나도록 구성하여 사용되는 음향 투과성 영사 스크린에 있어서, 적어도 상기 영상 투사면이, 상기 발명 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 음향 투과성 재료로 구성되어 있는 음향 투과성 영사 스크린이다.
본 발명 (13)은, 스피커 박스, 및, 우퍼(woofer) 유닛을 가지는 스피커에 있어서, 상기 발명 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 음향 투과성 재료, 상기 음향 투과성 재료의 배후에 배치된 다공질 흡음 재료로 이루어지는 흡음재, 및, 상기 흡음재의 배후에 배치된 공기층을 가지는 흡음 구조를 상기 스피커 박스 내에 구비하며, 상기 흡음 구조가 상기 스피커 박스의 내벽에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스피커이다.
본 발명 (14)는, 상기 스피커가 밀폐형인 상기 발명 (13)의 스피커이다.
본 발명에 관한 음향 투과성 재료에 의하면, 테이버 강도가 5mN·m 이상, 휨 저항력이 100mN 이상, 공극률이 50％ 이상, 또한, 두께가 3mm 이하로 하는 것에 의해서, 자립성을 가짐과 아울러 고성능인 음향 투과성을 가지는 재료가 얻어진다.
도 1의 (a)는 본 발명의 음향 조정면 구조의 단면도이며, 도 1의 (b)는 본 발명의 음향 조정면 구조의 분해도이다.
도 2는, 음향 조정면 구조를 건축 내장에 사용한 경우를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은, 외관이 변화하지 않은 잔향(殘響) 가변벽(600)의 개략 구성도이다.
도 4는, 외관이 변화하지 않은 잔향 조정벽(700)의 개략 구성도이다.
도 5는, 음향 투과성 재료를 이용한 구형 윈드스크린(음장(音場, sound field) 마이크로폰용)의 개략 구성도이다.
도 6은, 원통형 윈드스크린이 장착된 표면 음압 측정용 마이크로폰 장치의 개략 구성도를 나타낸다.
도 7은, 측정 방법 1에서의 음향 투과성을 평가하기 위한 삽입 손실 △(dB) 측정 방법의 개요를 나타낸다.
도 8은, 측정 방법 2에 관한 보조 설명도이다.
도 9는, 음향 투과성 재료(TTP)의 유무에 의한 배후 흡음재(GW)의 흡음률(α0)의 비교 시험의 결과를 나타낸다.
도 10은, 각 시료의 음향 투과성을 측정 방법 2에서 측정한 결과를 나타낸다.
도 11의 (A)는 윈드 노이즈 저감 시험을 행한 계통(系統)의 개략을 나타내고, 도 11의 (B)는 윈드 노이즈 저감 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 배후로 방출되는 음향 에너지의 양에 관한 보충 설명도이다.
본 발명은, 섬유가 서로 얽어매어져 이루어지는 음향 투과성 재료이다. 즉, 본 발명의 음향 투과성 재료는, 테이버 강도(Taber stiffness)가 5mN·m 이상, 휨 저항력이 100mN 이상이다. 해당 범위인 것에 의해서 음향 투과성 재료는, 자립성을 가진다. 또, 이와 같이, 자립성을 가지는 음향 투과성 재료에서, 공극률을 50％ 이상, 두께 3mm 이하로 설정함으로써, 높은 음향 투과성을 가지는 재료가 얻어진다.
본 발명의 음향 투과성 재료의 테이버 강도는, 5mN·m 이상이고, 8mN·m 이상이 바람직하며, 10mN·m 이상이 보다 바람직하다. 테이버 강도의 상한값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 100mN·m이다. 해당 범위의 테이버 강도를 가지는 것에 의해, 자립성을 가지는 재료가 얻어진다. 테이버 강도는, JIS－P8125에 따라서 측정한다. 또한, 테이버 강도의 값은, 당업자의 지식에 기초하여, 사용하는 섬유의 경도나, 음향 투과성 재료의 밀도나, 압축 성형에서의 압력에 따라서 조정할 수 있다.
본 발명의 음향 투과성 재료의 휨 저항력은, 100mN 이상이고, 150mN 이상이 바람직하며, 200mN 이상이 보다 바람직하다. 휨 저항력의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 2000mN이다. 해당 범위의 테이버 강도를 가지는 것에 의해, 자립성을 가지는 재료가 얻어진다. 휨 저항력은, JIS－P8125의 테이버 강도 시험에 따라서 측정하여 얻어진 값이다. 또한, 휨 저항력의 값은, 당업자의 지식에 기초하여, 사용하는 섬유의 경도나, 음향 투과성 재료의 밀도나, 압축 성형에서의 압력에 따라서 조정할 수 있다.
본 발명의 음향 투과성 재료의 공극률은, 50％ 이상이고, 60 ~ 90％가 바람직하며, 70 ~ 90％가 보다 바람직하다. 공극률의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 95％이다. 섬유가 얽어매어져 이루어지는 재료에서, 공극률이 해당 범위 내에 포함되는 재료를 선택하는 것에 의해서, 자립성을 가지면서, 음향 투과성이 담보된다고 하는 효과를 나타낸다. 또 바람직한 범위, 보다 바람직한 범위에서는 공극률이 너무 높지 않기 때문에, 벽재 등으로 하여 이용한 경우에도, 음향 투과성 재료를 통하여 반대측을 투시할 수 없도록 할 수 있다.
음향 투과의 각도 의존성을 고려하면, 음향 투과성 재료의 공극률은, 80 ~ 90％인 것이 특히 바람직하다. 이와 같은 범위로 함으로써, 재료에 대한 음(音)의 입사 각도에 거의 의존하지 않는, 높은 음향 투과성을 발휘할 수 있다.
공극률은, 음향 투과성 재료의 체적에 대해서 섬유가 존재하지 않는 공간의 비율로, 음향 투과성 재료의 체적과 중량 및 섬유 소재의 비중으로부터 산출된다. 공극률(％) = (1－음향 투과성 재료의 중량/(음향 투과성 재료의 체적×섬유의 비중))×100
또한, 공극률의 값은, 당업자의 지식에 기초하여, 사용하는 섬유의 굵기, 양이나, 섬유가 얽어매어진 재료의 밀도나, 압축 성형에서의 압력에 따라서 조정할 수 있다.
여기서, 음향 투과성 재료의 두께는, 3mm 이하이고, 50μm ~ 2000μm가 보다 바람직하며, 100μm ~ 1500μm가 더 바람직하고, 500μm ~ 1000μm가 특히 바람직하다. 상기의 공극률을 가지는 재료에서, 해당 범위의 두께로 하는 것에 의해서, 높은 음향 투과성을 가지는 재료가 얻어진다.
본 발명에 관한 음향 투과성 재료는, 섬유를 얽어매어 이루어진다. 음향 투과성 재료에 이용되는 섬유로서는, 금속 섬유, 또는 불소 섬유를 들 수 있다. 이들 중에서도, 금속 섬유를 이용하는 것에 의해, 자립성을 담보하기 쉬워진다.
금속 섬유로서는, 특별히 한정되지 않지만, 스테인리스, 알루미늄, 황동, 동(銅), 티탄, 니켈, 금, 백금, 납 등의 금속 재료를 소재로 하는 섬유로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있다.
불소 섬유로서는, 열가소성 불소 수지로부터 선택되는 것이 바람직하고, 예를 들면, 폴리 테트라 플루오르에틸렌(PTFE), 테트라 플루오르에틸렌(TFE), 퍼플루오르에테르(perfluoroether, PFE), 테트라 플루오르에틸렌과 헥사 플루오르 프로필렌과의 코폴리머(FEP), 테트라 플루오르에틸렌과 에틸렌 또는 프로필렌과의 코폴리머(ETFE), 플루오르화 비닐리덴(vinylidene)계 수지(PVDF), 폴리 클로로트리 플루오르에틸렌 수지(PCTFE), 플루오르화 비닐계 수지(PVF)를 들 수 있다.
또, 본 발명의 음향 투과성 재료에 이용되는 섬유의 지름은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.1 ~ 100μm가 바람직하고, 0.5 ~ 50μm가 보다 바람직하며, 1 ~ 40μm가 더 바람직하다. 이와 같은 범위의 섬유 지름으로 하는 것에 의해, 섬유의 강도를 높일 수 있음과 아울러, 적절한 음향 투과성이 얻기 쉬워진다.
해당 음향 투과성 재료는, 섬유를 압축 성형하는 방법이나, 섬유를 포함하여 구성되는 원료를 습식 초조(抄造)법으로 초지(抄紙)하는 것에 의해서 얻을 수 있다.
압축 성형에 의해, 금속 섬유 또는 불소 섬유를 이용하여 본 발명의 음향 투과성 재료를 제조하는 경우에는, 우선은 섬유를 모으고, 예비적으로 압축 등함으로써 웹(web)을 형성한다. 또는 섬유 사이의 결합을 부여하기 위해서 섬유 사이에 바인더를 함침시켜도 괜찮다. 이러한 바인더로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 우레탄계 접착제 등의 유기(有機)계 바인더 외에, 콜로이달(colloidal) 실리카, 물유리, 규산 소다 등의 무기질 접착제를 이용할 수 있다. 또한, 바인더를 함침하는 대신에, 섬유의 표면에 열접착성 수지를 미리 피복해 두고, 금속 섬유의 집합체를 적층한 후에 가열하고 접착해도 괜찮다. 바인더의 함침량은, 시트의 면(面)중량 1000g/m2에 대해서, 5 ~ 130g가 바람직하고, 20 ~ 70g가 보다 바람직하다.
금속 섬유의 집합체를 가열 하(下)에서 가압하여 시트가 형성된다. 가열 조건은 사용하는 바인더나 열접착성 수지의 건조 온도나 경화 온도를 고려하여 설정되지만, 가열 온도는 통상 50 ~ 1000℃ 정도이다. 가압 압력은 섬유의 탄력성, 음향 투과성 재료의 두께, 음향 투과성 재료의 광 투과율을 고려하여 조절된다. 또한, 스프레이법에 의해 바인더를 함침시키는 경우에는, 스프레이 처리하기 전에 금속 섬유층을 프레스 가공 등에 의해 소정 두께로 성형하는 것이 바람직하다.
금속 섬유를 이용한 경우의 음향 투과성 재료는, 금속 섬유를 포함하여 구성되는 슬러리를 습식 초조법에 의해 시트로 형성할 수 있다. 또한, 금속 섬유를 포함하는 슬러리를 제조하는 경우, 금속 섬유의 수중(水中)에서의 분산성이 나빠지는 경우가 있으므로, 증점(增粘) 작용이 있는 폴리비닐 피롤리돈(pyrrolidone), 폴리비닐 알코올, 카르복시메틸(carboxymethyl) 셀룰로오스(CMC) 등의 고분자 수용액을 소량 첨가해도 괜찮다. 또, 초조 방법은, 예를 들면, 장망(長網) 초지, 원망(圓網) 초지, 경사 와이어 초지 등, 필요에 따라서 여러 가지의 방법을 채용할 수 있다.
습식 초조법을 이용할 때에는, 망(網) 상(上)의 수분을 포함한 시트를 형성하고 있는 상기 금속 섬유를 서로 얽어매는 섬유 교락(交絡) 처리 공정을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다. 여기서, 섬유 교락 처리 공정으로서는, 예를 들면, 초지 후의 금속 섬유 시트면에 고압 제트 수류(水流)를 분사하는 섬유 교락 처리 공정을 채용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 시트의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 복수의 노즐을 배열하고, 이 복수의 노즐로부터 동시에 고압 제트 수류를 분사하는 것에 의해, 시트 전체를 따라 금속 섬유끼리를 얽어매는 것이 가능하다.
또, 금속 섬유 재료의 제조 방법은, 상술한 습식 초조 공정 후, 얻어진 금속 섬유 재료를 진공 중 또는 비산화(非酸化) 분위기 중에서 금속 섬유의 융점 이하의 온도로 소결하는 소결 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 금속 섬유가 얽어매어져 있으므로, 소결 후의 금속 섬유 재료의 강도를 높이는 것이 가능해진다.
불소 섬유를 이용한 경우의 음향 투과성 재료의 제조 방법은, 불소 섬유와 자기 접착 기능을 가지는 물질을 습식 초조법에 의해 혼초(混抄)하고 건조하여 얻은 불소 섬유 혼초지(混抄紙) 재료를, 불소 섬유의 연화점 이상으로 열압착하여 불소 섬유의 섬유 사이를 열융착시킨 후, 자기 접착 기능을 가지는 물질을 용매에 의해 용해 제거하고, 필요에 의해 재건조하는 것에 의해 제조할 수 있다. 여기서, 자기 접착 기능을 가지는 물질로서는, 통상 제지용으로서 이용되는 목재, 면, 마, 짚 등의 식물 섬유로 이루어지는 천연 펄프, 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리에스테르, 방향족 폴리아미드, 아크릴계, 폴리올레핀계의 열가소성 합성 고분자로 이루어지는 합성 펄프나 합성 섬유, 게다가 천연 고분자나 합성 고분자로 이루어진 제지용(製紙用) 지력증강제(紙力增强劑) 등을 이용할 수 있지만, 자기 접착성의 기능이 있어 불소 섬유와 혼재하여 물에 분산할 수 있는 것이면 이들에 한정되는 것은 아니다.
(물성)
음향 투과성
본 발명에 관한 음향 투과성 재료는, 이하의 측정 방법 1에 따라 측정된 주파수 특성차(이하,「삽입 손실」이라고 함)가 중심 주파수 63Hz ~ 8kHz의 각 1/1 옥타브 대역에서 5dB 이내(바람직하게는 2dB 이내)가 되는 성질을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 음향 투과성 재료는, 중심 주파수 31.5Hz ~ 16kHz의 각 1/3 옥타브 대역에서 6dB 이내(바람직하게는 3dB 이내)인 것이 바람직하다. 연속 정현파(正弦波) 스위프(sweep)를 이용하는 경우는 1/3 옥타브 대역에서 평가하는 경우에 준하는 것으로 한다.
음향 투과성에 관한 평가 방법으로서는, 여러 가지의 방법이 생각되어진다. 보다 구체적으로는, 무향실(無響室), 혹은 고도(高度) 흡음성의 실(室)에, 마이크와 스피커를 전자가 후자에 대해 직접음 영역(직접음이 간접음(반사음·잔향음)보다 충분히 큰 음원근(音源近) 영역)이 되도록 대향하여 설치하고, 그 사이에 해당 시료를 기준선(마이크와 스피커를 연결하는 선)에 직각으로 배치했을 때와, 시료를 배치하지 않을 때의, 스피커에 대한 마이크의 응답의 레벨차(dB)를 삽입 손실 △(dB)로서 평가한다. 덧붙여서, 스피커로부터 발음(發音)하는 신호는 정현파·핑크 노이즈(pink noise)·진음(震音, FM음) 중 어느 하나라도 좋고, 또 계속 시간에 대해서도 연속·단음 중 어느 하나라도 괜찮으며, 게다가, 대역 제한을 하기 위한 필터는 음원측이라도 수음측이라도, 혹은 단음이라도 연속 주파수 스위프음이라도 좋다. 동시에, 시료의 위치도 스피커 직전·마이크 직전·양쪽 중간 중 어느 하나라도 좋으며, 이들은 측정계를 선형계(線形系)로 간주하는 한 거의 동일한 결과가 되는 성질의 것이다. 덧붙여서, 여기에서는 시료는 기준선에 대해 직각으로 두고 평가하도록 규정했지만, 필요에 따라서 시료를 기준선에 대해 각도를 갖게 하여 설치하고, 그 각도 의존성을 평가할 수도 있다. 또한, 측정 방법에 따라 결과에 차이가 발생하는 경우에는, 명세서에서의 음향 투과성에서는, 하기의 측정 방법 1의 방법에 의해 얻어진 결과를 우선하는 것으로 한다.
측정 방법 1：삽입 손실을 가장 간편하게 측정하는 방법으로서는, 무향실, 또는 이것에 준하는 고도 흡음성의 실(室)에서, 스피커와 마이크를 연결하는 축(이하「스피커­마이크축」이라고 함)과, 음향 투과 재료의 법선 방향이 이루는 각도θ = 0°(도 7과 같은 상태를 각도 θ = 제로로 함)로서, 20Hz에서 20kHz 사이의 연속 정현파 스위프음(백그라운드 노이즈에 대해서 S/N비로 20dB 이상의 음(音))을 방사(放射)하고, 이 스피커로부터 수 10cm ~ 수 m(바람직하게는 30cm ~ 5m 정도) 이격한 위치에 설치된 마이크로폰, 또는 소음계 등에서 수음(受音)한 후, 레벨 레코더 등에 기록했을 때의 주파수 응답 특성과, 스피커 혹은 마이크로폰의 직전, 또는 양쪽의 중간에 해당 부재를 설치한 경우의 주파수 응답 특성차를 측정하고, 이것을 삽입 손실 △(dB)로 한다.
본 발명에 관한 음향 투과성 재료는, 이하의 측정 방법 2에 따라 측정된 삽입 손실에 의해 평가함으로써, 음(音)의 입사각의 의존성을 평가할 수 있다.
측정 방법 2：스피커­마이크축과, 음향 투과 재료의 법선 방향이 이루는 각도를 θ(도 7과 같은 상태를 각도 θ= 제로로 함)로 하고, θ = 0 ~ 90도의 임의의 각도마다 삽입 손실 △(dB)을 측정하거나, 대표 각도 θi 마다 인접 ±△θ 내에 포함되는 n개의 삽입 손실의 에너지 평균값(dB 평균)을 가지고 그 각도마다의 평균 삽입 손실 △(―)i(dB)로 하거나 할 수도 있다(도 8). 이것에 의해 각도에 의한 삽입 손실의 의존성을 평가할 수 있다. 예를 들면, i = 15도, 45도, 75도의 각 각도의 인접 ±10도마다의 세 각도의 에너지 평균값(dB 평균)을 취하는 경우는, 하기 식 (a) ~ (c) 또는 (d) ~ (f)에 의해 구해질 수 있다.
[수식 2]
Figure 112013119054446-pct00002
[수식 3]
Figure 112013119054446-pct00003
(상기 식 (e) ~ (f)에서, L'5, L5 등은 각각 θ = 5도에서의 해당 부재를 설치했을 때의 마이크의 주파수 응답(dB), 설치 전의 주파수 응답(dB)이다.) 이 예에서는, 여러 가지 각도로부터 평가할 수 있으므로, 본 발명에 관한 재료의 평가에는 바람직하다.
윈드 노이즈 저감 효과
본 발명에 관한 윈드스크린은, 윈드 노이즈 저감 효과 평가 방법에서, 풍속 2.7m/s의 바람에 대해, 1/1 옥타브 대역에서 Δ20dBA 이상의 윈드 노이즈 저감 효과를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 윈드 노이즈 저감 효과 평가 시험에서는, 무향실에서 송풍기 등으로부터 2.7m/s의 풍속(윈드 노이즈의 발생이 인정되고, 또는 윈드 노이즈의 저감을 관측할 수 있는 범위)으로 바람을 보내고, 윈드스크린 없이 관측되는 마이크로폰 출력 응답에 대해, 해당 윈드스크린을 장착한 상태에서 측정한 응답이 소음 레벨(dBA)로 S(dBA) 저감한 경우, 윈드 노이즈 저감 효과 △S(dBA)로 한다.
(건축물의 내벽에 이용되는 음향 조정면 구조)
도 1은, 본 발명의 음향 조정면 구조의 개략 구성도이다. 도 1의 (a)는, 본 발명의 음향 조정면 구조의 단면도이고, 도 1의 (b)는, 본 발명의 음향 조정면 구조의 분해도이다. 본 발명의 음향 조정면 구조(1)는, 화장판(化粧板)으로서 이용되는 판 모양으로 성형된 상기의 음향 투과성 재료(2)와, 해당 음향 투과성 재료의 배후에 배치된 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나를 가지는 음향 조정 기구(3)를 가진다. 음향 조정면 구조의 화장판으로서 본 발명의 음향 투과성 재료를 사용하는 것에 의해서, 음향 투과의 특성 뿐만 아니라, 그 재료 자체가 자립성을 가지기 때문에 표면은 경질 무공판(無孔板)과 동등의 질감을 나타내며, 이른바「단단한 흡음재」의 성과를 제공하여, 미술관의 벽면 등에 적용하여 조용한 공간을 구성할 수 있다. 또, 필요에 따라서는 해당 음향 투과성 재료의 배후에, 허니콤(honeycomb) 구조나 익스팬드 메탈(expand metal) 등의 금속 메시(mesh) 등 음향 투과성에 영향이 미치지 않을 것 같은 재료·구조에 의해 보강을 행해도 좋다.
음향 조정 기구(3)에서의 흡음성 구조는, 예를 들면, 흡음재를 배치하는 것에 의해서 실현할 수 있다. 흡음재로서는, 공지의 재료를 이용할 수 있지만, 예를 들면, 유리 섬유, 니들 펠트(needle felt), 우레탄 폼, 스펀지, 암선판(岩線板) 등을 이용할 수 있다. 또, 흡음성 구조는, 흡음재 및 해당 흡음재의 배후에 배치된 공기층을 가지고 있어도 좋다. 이와 같이 공기층을 마련하는 것에 의해서, 저음역까지 흡음력을 확장하는 것이 가능해진다.
음향 조정 기구(3)에서의 반사성 구조는, 예를 들면, 어느 것도 배치하지 않는 또는 반사재를 배치하는 것에 의해서 실현될 수 있다. 반사재로서는, 공지의 재료를 이용할 수 있지만, 예를 들면, 합판, 석고판, 콘크리트판, 플렉서블 보드 등, 구멍이 형성되어 있지 않은 판을 들 수 있다.
이들의 음향 조정면 구조는, 그 구조를 지지하기 위해, 음향 조정 기구(3)를 수납하는 공간(41)과, 음향 투과성 재료(2)를 고정하기 위한 고정면(421)이 형성된 지주(支柱, 42)를 가지는 골격(4)을 더 가지고 있는 것이 바람직하다(도 1의 (b)). 이와 같은 패널화에 의해, 예를 들면 플러터 에코(flutter echo)와 같은 음향 장해가 일어나고 있는 실(室)에 붙여 간이하게 장착하여, 문제 해결을 도모할 수 있다.
또, 골격(4)이 마련되어 있는 경우, 음향 조정면 구조(1)는, 골격(4)과, 해당 골격(4)의 공간(41) 내에 수납된 음향 조정 기구(3)와, 골격의 지주(42)의 고정면(421)에 장착된 음향 투과성 재료(2)를 가진다. 골격(4)에는, 필요에 따라서 중간에 퍼링 스트립(furring strip, 43)이나 간주(間柱(중간 기둥), 44)를 마련하여 전체를 보강해도 좋다(도 2 참조). 이 경우도 상기와 마찬가지로, 흡음재의 배후에 적절히, 공기층을 마련해도 좋다.
본 발명의 음향 조정면 구조의 작용으로서는, 음(音)은, 본 발명의 음향 조정면 구조에 도달하여, 음향 투과성 재료를 투과하고, 흡음성 구조에 도달하여 흡수되거나, 또는, 반사성 구조에 도달하여 반사된다. 이 때, 본 발명의 음향 투과성 재료를 이용함으로써, 벽면 표면에서의 음의 되돌아옴을 막을 수 있기 때문에, 음향 투과성 재료의 배후에 배치된 물체의 음향 특성을 반영시키기 쉬워지기 때문에, 오피스 빌딩의 회의실의 음향 장해를 간이하게 해결할 수 있는 음향 개선 패널이나, 주택의 오디오 룸·AV룸 등에서의 음장 조정 패널로서 유효하게 이용할 수 있다.
본 발명의 음향 조정면 구조(1)는, 예를 들면, 건축물의 내장 구조로서 사용하는 것에 의해 종래에 없던「단단한 흡음면」을 제공하고, 평탄하고 경질의 내장면이 필요한 공간을 효과적으로 흡음 처리할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 음향 조정면 구조(1)를 사용한 건축물의 내장 구조의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 내장 구조(6)는, 음향 조정면 구조(1)가 옆으로 늘어놓여진 구조를 가지며, 필요에 따라서 중간에 퍼링 스트립(43)이나 간주(44)를 마련하여 전체를 보강해도 좋고, 또 상기와 같이 흡음재의 배후에 공기층을 마련해 저역(低域)측으로 흡음력을 늘려도 좋다.
내장 구조(6)는, 예를 들면, 벽면을 구성할 수 있고, 음향 조정면 구조(1)의 높이를, 벽면의 바닥 단부(F)로부터 천장 단부(R)까지의 길이로 해도 좋다. 본 발명의 음향 투과성 재료를 이용함으로써 이와 같이 연속하여 형성되는 면이 커지는 경우라도, 자립성을 가지기 때문에 시공하기 쉽고, 또, 시공 후에도 주름이나 처짐이 형성되기 어려워진다.
당연한 것이지만, 해당 음향 조정면 구조의 표면은 연속하고 있어도 좋다. 중간에 본 발명의 음향 투과성 재료를 이용한 모두 동일한 표면을 가지며, 또한 배후에 흡음재를 가지지 않는 반사성의 구조(도 9의 (0) 참조), 혹은 표면 화장재(化粧材)로서의 본 발명의 음향 투과성 재료의 배후에 합판이나 석고판 등의 재료를 배치한 반사성의 구조, 등의 면을 배치하여 실내의 총 흡음력을 조정하는 것에 의해, 실내 의장(意匠)을 완전히 바꾸지 않고 실(室)의 용도에 따른 최적인 잔향(殘響) 특성을 제공할 수 있다.
또, 내장 구조(6)의 배후 흡음재를 생략하고, 도 3과 같이 표면재, 즉 본 발명의 음향 투과성 재료만으로 구성하고, 배후에 커튼이나 흡음 블라인드(흡음 루버(louver)) 등의 가변 흡음 기구를 마련하여 실내 의장을 완전히 바꾸지 않고 잔향 가변벽이나 잔향 가변 천장을 구성하여, 실내의 잔향 특성을 자유롭게 변화시키도록 구성해도 괜찮다. 실내 의장이 변화하지 않기 때문에, 재실자(홀의 경우 등)나 관객·연주자에게 위화감을 주지 않으므로, 음향 효과의 가변 수단으로서는 매우 바람직하다.
보다 구체적으로는, 도 3은, 본 발명의 음향 투과성 재료를 표면재로서 이용한 음향 조정면 구조의 응용예로서, 잔향 가변벽(600)을 나타낸다. 도 3은, 홀이나 주택의 AV룸, 혹은 녹음 스튜디오나 음악 리허설실 등에서의 이용을 의도한, 잔향 가변벽의 예이다. 표면 부재로서 본 발명의 음향 투과성 부재를 이용하고 있으므로, 표면의 의장을 바꾸지 않고 배후의 가변 음향 조정 기구를 조작하여 벽면·천장면의 흡음력을 변화시켜, 실(室)의 잔향 시간 특성을 변화시킬 수 있다. 해당 구조에 의하면, 음향 조건이 변화하는데 표면의 의장이 변하지 않는다고 하는 효과를 나타낸다.
더 상세하게는, 도 3에 잔향 가변벽(600)의 개략 구성도를 나타내고, 해당 도면은, 방의 상부 시점(視点)으로부터 본 단면도이다. 잔향 가변벽(600)은, 벽면 일면에 마련된 음향 투과성 재료(2)와, 해당 음향 투과성 재료의 배후에 배치된 가변 음향 조정 기구(610)를 가진다.
가변 음향 조정 기구(610)는, 예를 들면, 상기 음향 투과성 재료(2)의 배후의 공간의 천장부에 마련된 커튼 레일에 장착된 음(音) 흡수성을 가지는 커튼(613)과, 상기 커튼을 수납하는 커튼 박스(615)를 가진다. 커튼(613)은, 전동으로 개폐 가능하게 하는 개폐 기구를 가지고 있어도 괜찮다.
상기의 가변 음향 조정 기구(610)는, 음향 투과 재료의 배후에 배치된 커튼(613)을 개폐하는 것에 의해서, 벽면의 음향 특성을 변화시킬 수 있다. 즉, 벽면의 외형은, 음향 투과성 재료의 존재에 의해, 변하지 않음에도 불구하고, 커튼이 개폐되는 것에 의해서 흡음성의 재료가 차지하는 면적이 변화하기 때문에, 잔향 가변벽(600)의 음향 특성이 변화한다. 즉, 종래는, 음향 특성을 변화시키기 위해서는, 흡음재나, 반사재를 설치하지 않으면 안되어, 외관이 크게 변화했지만, 외관을 변화시키지 않고 음향 특성을 변화시킬 수 있다. 해당 잔향 가변벽(600)은, 특히, 콘서트 홀, 영화관 등의 외관의 디자인에 제약되는 공간에서, 높은 효과를 발휘한다.
본 발명의 음향 투과성 재료를 표면재로서 이용한 음향 조정면 구조의 응용예로서, 잔향 조정벽을 나타낸다. 도 4는, 본 발명에 관한 잔향 조정벽(700)의 개략 구성도이다. 해당 구성에 의해, 표면의 의장을 통일한 채로 완전히 반사면으로부터 완전히 흡음면까지를 제공할 수 있다.
잔향 조정벽(700)은, 벽의 전면(前面)에 공간을 형성하여 배치된 음향 투과성 재료(2)와, 음향 투과성 재료의 배후에 형성된 상기 공간에 배치된 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나를 가진다. 예를 들면, 음향 투과성 재료(2)의 배후에 흡음재(701) 및 공기층(702)으로 이루어지는 흡음성 구조를 배치하는 것에 의해, 흡음면을 형성할 수 있다. 또, 음향 투과성 재료(2)의 배후에 합판(704)으로 이루어지는 반사성 구조를 배치하는 것에 의해, 강(强)반사면을 형성할 수 있다. 혹은, 음향 투과성 재료(2)의 배후에 반사성 구조로서 공간(A, 배후 재료를 생략함)을 배치하는 것에 의해, 약(弱)반사면을 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 음향 투과성 재료의 배후의 재료를 선택하는 것에 의해, 의장성을 고려하지 않고 자유롭게 흡음 특성을 실현할 수 있다. 또한, 흡음면의 배후에, 공기층은 있어도 없어도 좋지만, 마련하는 것에 의해 흡음면의 흡음성을 보다 저음역까지 확장할 수 있다.
(마이크로폰용 윈드스크린)
본 발명의 음향 투과성 재료는, 그 특수한 구조에 의해, 전기 신호의 직류 성분에 상당하는 바람은 효과적으로 막고, 교류 신호에 상당하는 음향 신호는 그 주지(主旨)에 따라 손실없이 통과시키는 하이 패스 필터와 같은 기능이 있으므로, 효과적으로 마이크로폰용 윈드스크린(windscreen)을 구성할 수 있다. 마이크로폰용 윈드스크린은, 마이크로폰에 대한 바람을 차단하는 것이면, 그 구조는 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 음향 투과성 재료는, 테이버 강도, 휨 저항력, 공극률, 두께가 소정의 범위인 것에 의해, 자립성 및 음향 투과성을 양립할 수 있지만, 이것에 의해 윈드 노이즈를 효과적으로 저감할 수 있다. 게다가, 해당 재료가 자립성을 가짐으로써, 종래와 같은(스펀지제나 우레탄제의) 충전형 윈드스크린이 아니고, 구형·직방체·원추형·구결체(球缺體, spherical sequent body)형·유선형 등의 형태의 표면에 본 발명의 음향 투과성 재료를 배치하는 것에 의해, 중공 구조의 윈드스크린을 구성할 수 있다.
중공 구조의 윈드스크린(200)의 개략 구성도를 도 5에 나타낸다. 중공 구조의 윈드스크린(200)은, 본 발명에 관한 음향 투과성 재료에 의해 구성되는 스크린부(210)와, 방수 보호용 캡부(220)를 가진다. 이와 같이 스크린부(210)와 방수 보호용 캡부(220)를 조합하여 윈드스크린(200)을 구성한다(도 5의 (b)). 이와 같이 구성하여, 방수 보호용 캡부(220)에 마이크를 삽입하여 사용한다.
방수 보호용 캡부(220)는, 본 발명에 관한 음향 투과성 재료로 구성되는 마이크로폰의 집음부(集音部)를 덮는 선단 캡부(221)와, 금속통 등의 경질의 원통형 재료로 구성되어 있고, 또한, 마이크로폰의 동체부(胴體部)에 밀착하는 동체 캡부(222)를 가진다. 또, 동체 캡부(222)의 주위에는, 스크린부(210)의 위치를 정하기 위한 원형 플랜지(223)가 마련되어 있어도 좋다.
해당 윈드스크린을 이용한 마이크로폰 장치(250)는, 원통 모양의 동체부(2511)를 가지며, 해당 동체부의 선단에 집음부(2512)가 형성되어 있는 마이크로폰(251)과, 해당 마이크로폰을 덮는 방수 보호용 캡부(220)와, 적어도 상기 집음부(2512)를 덮는 중공 구조의 스크린부(210)와, 상기 스크린부(210)와, 스크린 내부에 기밀성을 갖게 하기 위한 기밀 고무 패킹(253)과, 상기 스크린부(210)와 방수용 캡부(220)를 상기 고무 패킹을 매개로 하여 고정하는 금속 플레이트(254)를 가진다(도 5의 (a)).
또, 본 발명에 관한 음향 투과성 재료를 이용하는 경우, 상기와 같이 자립성을 이용한 중공형의 윈드스크린을 구성할 수 있으므로, 안에서도 특히, 표면 음압측정용 마이크로폰의 윈드스크린으로서 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 음향 투과성 재료를 이용함으로써, 풍속이 큰 강풍 하(下)에서도 표면의 방풍층(防風層)이 펄럭이거나, 공명(共鳴)하거나 하지 않고 효과적으로 바람의 침입을 저감 내지 차단할 수 있으므로, 특히 저음역의 윈드스크린, 강풍 하(下)에서 사용하는 윈드스크린을 구성하는데 가장 바람직하다.
(원통형 윈드스크린이 장착된 표면 음압 측정용 마이크로폰 장치)
도 6은, 본 발명에 관한 원통형 윈드스크린이 장착된 표면 음압 측정용 마이크로폰 장치(300)의 개략 구성도이다. 본 발명에 관한 표면 음압 측정용 마이크로폰 장치(300)는, 프레임(321)과, 해당 프레임의 상면에 형성된 음향 투과성 재료(322)를 가지는 윈드스크린(320)과, 해당 윈드스크린의 내부에 마련된 마이크로폰(330)을 가진다. 또, 프레임(321)의 바깥 가장자리에는, 바람을 매끄럽게 유동시키기 위한 유선(流線) 가장자리부(323)가 마련되어도 괜찮다. 여기서, 프레임(321)의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 원통 형상 등을 들 수 있다. 또 프레임(321)의 높이 h는 특별히 한정되지 않지만, 지금까지의 연구(가와카미 후쿠시(Kawakami Fukushi), 이나모토 스스무(Inamoto Susumu), 데라조노 신이치(Terazono shinichi), 이노우에 야수오(Inoue Yasuo), 사노 다카유키(Sano Takayuki)「저주파음 측정용의 방수형 윈드스크린의 개발」일본 음향학회 연구 발표회 예고집, 2011. 03, 36 페이지, (1-12-23))로부터 원형(구결체의 경우)이나 원통의 직경 d에는 최적인 밸런스가 있으며 높이 h = 10mm인 경우는 d ≒ 70mm 전후가 최적임을 알 수 있다. 저음역까지 윈드스크린 효과를 연장하고 싶은 경우는, 특별히 다른 이유가 없는 한, 이 기본 밸런스(높이 h：직경 d = 1：7)를 유지한 채로 d, h를 1 옥타브(저역까지 효과 연장)당(當) 배증(倍增)하는 형태로 크게 하는 것이 바람직하다.
일반적인 용도에서는, 통의 높이 h는, 1mm ~ 수 10mm의 범위가 바람직하고, 1mm ~ 50mm의 범위가 보다 바람직하며, 10mm ~ 30mm의 범위가 더 바람직하다. 또 높이 h가, 1mm 보다 낮은 경우에는 윈드 노이즈 방지 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 또 높이 h가 수 10cm 보다 높은 경우에는, 윈드스크린 주변부에서 공기의 난류(亂流)에 의해 새로운 윈드 노이즈가 발생하거나, 이른바 장벽(障壁) 효과(방음벽 효과)에서의 경로차(장벽이 있는 경우와 없는 경우의 음원으로부터 수음점(受音点)에 이르는 거리의 차이)가 생겨, 삽입 손실이 확대하거나, 음원 위치 즉 입사각에 의해 다르게 되어, 결과적으로 지향성(指向性)이 발생해 버리거나 하기 때문에 바람직하지 않다. 이 때문에, 주변부의 형상은 직각 삼각형이나 1/4 원(圓)의 단면을 가지는 점토 등의 충전형 경사재 내지 코킹(caulking) 처리에 의해 도 6의 유선 가장자리부(323)과 같이 유선형의 단면으로 하는 것이 바람직하다. 이 조치를 강구한 경우는, 특히, 프레임의 높이를 10mm 전후, 혹은 그 이상으로 하는 것에 의해서, 마이크로폰과 윈드스크린과의 사이에 적절한 공간이 형성되어 윈드 노이즈가 현저하게 저감되는 것이 확인되고 있다. 또, 본 발명에 관한 프레임(321)을 복수개 서로 겹치는 것에 의해서, 해당 높이를 조정할 수 있다(도 6의 (a) 내지 (c)).
프레임의 형상은 원통형인 것이 바람직하고, 원통의 직경 d는, 특별히 한정되지 않지만, 상기와 같이 높이 h에 따라 대략 유사한 형태를 유지하면서 용도(저역의 윈드 노이즈 저감 한계)에 맞추어 변화시키는 것이 바람직하다. 일반적으로는 5mm 이상이 바람직하고, 30mm 이상이 보다 바람직하며, 70mm 이상이 더 바람직하지만, 지름의 확대에 따라 높이 h도 크게 하는 것이 바람직하다. 원통 지름의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 200mm 정도이다.
본 발명에 관한 표면 마이크로폰 장치(300)는, 자동차나, 비행기 등의 기체(機體)나 차체의 표면(B)에 장착하여 이동 중의 소음을 측정할 수 있는 것 외에, 덕트관(管) 벽표면에 설치하여, 윈드 노이즈의 영향을 받지 않고 덕트 전파 소음을 수음할 수 있기 때문에, ANC(액티브 노이즈 컨트롤) 등에 이용한 경우, 효과적인 제어·큰 소음 저감 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 음향 투과성 재료는, 마이크로폰 또는 스피커의 전면(前面)에 배치되는 보호용 그릴로서 사용할 수 있다. 또, 스피커의 전면(前面)에 배치하는 경우, 스피커 뿐만 아니라, 전면(前面) 배플(baffle)에 형성되어 있는 배플리스 포트(baffless port) 등의 구멍이나, 가변 어테뉴에이터(attenuator)의 노브를 가리는 화장판으로서 사용해도 괜찮다.
또, 음향 투과성 및 자립성을 이용하여, 본 발명에 관한 음향 투과성 재료를 영화용 스크린으로서 사용할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 관한 음향 투과성 재료에 의해, 전면(前面) 투영형 영사 투영면을 형성하여, 해당 음향 투과성 재료의 배후에 스피커를 배치하여 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여, 스크린의 배면에 스피커를 배치해도, 본 발명에 관한 음향 투과성 재료를 이용함으로써 차음되지 않고, 소리가 투과하기 때문에, 음(音)의 정위성(正位性)이 높아진다.
본 발명에 관한 음향 투과성 재료를 이용하여, 저음역의 흡음 구조를 구축할 수 있다. 즉, 해당 흡음 구조는, 본 발명의 음향 투과성 재료, 상기 음향 투과성 재료의 배후에 배치된 다공질 흡음 재료로 이루어지는 흡음재, 및, 상기 흡음재의 배후에 배치된 공기층을 가진다. 종래의 유리 섬유 단일체에서는 저음역의 흡수는 어려웠지만, 이와 같은 구조를 가지는 것에 의해서 더 낮은 저음역까지의 흡음이 가능해진다. 또한, 다공질 흡음 재료로서는, 유리 섬유, 발포 우레탄 등을 들 수 있다.
밀폐형, 혹은 이것에 준하는 형태의 스피커 박스를 가지는 스피커에서, 종래는 유리 섬유 등 중고(中高) 음역의 흡음 밖에 기여하지 않았던 박스 내의 흡음재를 대신하여, 본 발명의 음향 투과성 재료로 중공 구조, 혹은 그 내부를 유리 섬유 등의 다공질 흡음재로 충전한 구조를 채용하는 것에 의해, 주로 저음역에서 큰 흡음력을 가져 전면(前面)으로부터 방출되는 음(音)의 질(음질), 양(量, 음량)의 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 저음역이란, 스피커에서 방출되는 음(音)의 음역에서, 특히, 스피커 유닛(예를 들면 우퍼(woofer) 유닛) 전면(前面)으로부터 나오는 음(音, 여기에서는 임시로 '순상음(順相音, normal phase sound)'으로 함)과, 스피커 유닛의 배면으로부터 나오는 음(音, 여기에서는 임시로 '역상음(逆相音, inverted phase sound)'으로 함)에서 간섭에 의한 소멸이 문제가 되는 음역을 의미하며, 보다 구체적으로는, 예를 들면 500Hz 이하의 음역을 의미한다. 이와 같이 저음역에서는, 스피커 배면으로부터 방출되는 역상음은, 밀폐형 스피커 박스 내에서는, 음(音)의 반사나 돌아 들어감에 의해서, 스피커 유닛의 콘(cone) 등의 요소를 매개로 하여 전면(前面)으로 방출된다고 말해지고 있다. 이 경우에는, 스피커 유닛 전면(前面)으로부터 방출되는 순상음과, 역상음이 만나, 음(音)을 서로 소멸하게 된다. 본 발명에 관한 흡음 구조를 스피커 박스 내에 배치하는 것에 의해서, 역상음이 흡음되기 때문에, 순상음과의 간섭에 의한 소멸을 방지하여, 음(音)의 양감(量感, massiveness) 및 질을 높이는 것이 가능해진다.
보다 구체적으로는, 스피커 박스, 및, 우퍼 유닛을 가지는 스피커에서, 본 발명의 음향 투과성 재료, 상기 음향 투과성 재료의 배후에 배치된 다공질 흡음 재료로 이루어지는 흡음재, 및, 상기 흡음재의 배후에 배치된 공기층을 가지는 흡음 구조를 상기 스피커 박스 내에 구비한다. 해당 흡음 구조는, 상기 스피커 박스의 내벽에 마련되어 있으며, 스피커의 내벽으로부터, 공기층, 흡음재, 음향 투과성 재료의 순서로 적층되어 있다.
그 외, 본 발명에 관한 음향 투과성 재료는 그 음향 투과성을 이용하여, 여러 가지 분야에서의 사용이 가능하다.
실시예
실시예 1
스테인리스 AISI316L의 선경(線俓) 30μm인 섬유를 사용하고, 그것을 균일하게 되도록 서로 겹쳐서 면(綿, cotton) 모양의 웹(web)을 작성했다. 이 웹을 기초 중량이 950 g/m2가 되도록 하고, 두께가 800μm가 되도록 평판 사이에서 압축했다. 이 압축을 하여, 판 모양이 된 것을 소결로(燒結爐)에 넣어, 진공 분위기 중에서 1100℃로 가열하고, 소결시켜 샘플로 했다.
실시예 2
스테인리스 AISI316L의 선경 6.5μm와 12μm의 섬유를 사용하고, 각각을 실시예 1과 동일하게 웹을 작성했다. 이 웹을 7：3의 중량비로 표리(表裏)를 맞춘다. 이 표리를 맞춘 웹을 기초 중량이 850g/m2가 되도록 하고, 두께가 400μm가 되도록 평판 사이에서 압축했다. 이러한 조건 이외는 실시예 1과 동일한 공정으로 샘플을 작성했다.
실시예 3
동(銅)의 선경 30μm의 섬유를 사용하고, 실시예 1과 동일하게 웹을 작성했다. 이 웹을 기초 중량이 1100g/m2가 되도록 하고, 두께가 800μm가 되도록 평판 사이에서 압축했다. 이 압축을 하여, 판 모양이 된 것을 소결로에 넣어, 진공 분위기 중에서 900℃로 가열하고, 소결시켜 샘플로 했다.
실시예 4
알루미늄의 선경 30μm의 섬유를 사용하고, 실시예 1과 동일하게 웹을 작성했다. 이 웹을 기초 중량이 800g/m2가 되도록 하고, 두께가 1000μm가 되도록 평판 사이에서 압축했다. 이 압축을 하여, 판 모양이 된 것을 소결로에 넣어, 수소 분위기 중에서 800℃로 가열하고, 소결시켜 샘플로 했다.
비교예 1
알루미늄을 원료로 하고, 용융 방사(紡絲)법으로 선경 100μm의 섬유를 작성하며, 이 섬유의 경우는, 섬유 작성시에 면(綿, cotton) 모양이 되기 때문에, 그 면 모양의 것을 기초 중량이 1650g/m2가 되도록 하고, 두께가 5000μm가 되도록 롤 사이에서 압축하여 샘플로 했다.
비교예 2
알루미늄의 선경 100μm의 섬유를 사용하고, 실시예 1과 동일하게 웹을 작성했다. 이 웹을 기초 중량이 1500g/m2가 되도록 하고, 두께가 1000μm가 되도록 평판 사이에서 압축했다. 이 압축을 하여, 판 모양이 된 것을 소결로에 넣어, 진공 분위기 중에서 900℃로 가열하고, 소결시켜 샘플로 했다.
비교예 3
불소 섬유 시트「TOMIFLECK F」R-250 (도오에가와 제지소제(製))를 샘플로 했다.
비교예 4
스테인리스 섬유 시트「TOIFLECK SS」SS8-50M (도모에가와 제지소제)를 샘플로 했다.
[표 1]
Figure 112013119054446-pct00004
(자립성)
5cm각(角)의 시료의 단부를 가지고 반대의 단부를 들어 올려, 절곡되지 않은 경우에는 자립성「유」라고 하고, 절곡되는 경우에는 자립성「무」로 하여 평가했다.
(테이버 강도·휨 저항력)
테이버 강도 시험(JIS－P8125)에 따라서 측정했다.
(두께)
마이크로미터로 측정했다.
(공극률)
시료의 외부 치수로부터 산출한 체적과, 시료 전체의 질량과 섬유의 비중으로부터, 하기의 식으로부터 공극률을 산출했다.
공극률(％) = (1－음향 투과성 재료의 중량/(음향 투과성 재료의 체적×섬유의 비중))×100
(음향 투과성)
측정 방법 1
본원 명세서 중에서 설명한 측정 방법 1에 기초하여, 음향 투과성을 평가했다. 전송 주파수 특성에 대해서는 연속 정현파 스위프·FM 단음·정상 상태 핑크 노이즈·FM 진음(震音)을 이용하는 등 여러 가지의 방법이 있지만, 여기에서는 도 7에 나타내는 바와 같이, 유효지름 10 수cm의 스피커(a)를 장착한 약 2250cm3의 발음 장치로부터 연속 정현파 스위프음을 방출하고, 그 전면(前面)에, 각 실시예 및 각 비교예의 음향 투과성 재료(b)를 설치하여, 스피커(a) 전면(前面)으로부터 약 1500mm의 위치에 설치한 마이크(c)로 측정되는 음압 응답의 실효값을 전송 주파수 특성으로 하여 레벨 레코더 등에 기록했다. 그 상태에서 음향 투과성 재료(b)의 유무(有無)의 변화를 삽입 손실 △(dB)로서 측정·확인했다. 스피커(a)로부터 방출한 음원에는, 20Hz에서 20kHz까지, 주파수 변조를 걸지 않는 연속 정현파 스위프를 신호로 하여 이용했다. 여기서 사용하는 음(音)은, 백그라운드 노이즈에 대해서 S/N비로 20dB 이상으로 했다. 삽입 손실은 하기의 식에 의해 구했다.
삽입 손실 △(dB) = 시료가 없을 때의 마이크로폰의 주파수 응답(dB)－시료를 배치했을 때의 주파수 응답(dB)
여기서, 음(音)의 투과성은, 삽입 손실 △(dB)이 중심 주파수 63Hz ~ 8kHz의 각 1/1 옥타브 대역에서 2dB 이내인 경우, 또는, 중심 주파수 31.5Hz ~ 16kHz의 각 1/3 옥타브 대역에서 3dB 이내인 경우는「양호」, 각각 5dB 이내, 6dB 이내 중 어느 하나인 경우는「약간 열등」, 각각 5dB를 넘는 경우 및 6dB를 넘는 경우에는「열등」으로 했다. 또, 연속 정현파 스위프를 이용했으므로 상기 1/1 및 1/3 옥타브 대역에서 평가했다.
측정 방법 2
스피커­마이크축과, 음향 투과 재료의 법선 방향이 이루는 각도 θ = 0°, 15°에서의 음향 투과성의 평가를, 해당 각도 및 음원으로서 FM 단음을 이용한 것 이외는 상기 측정 방법 1과 동일한 조건으로, 하기의 음향 투과 재료 P 내지 R을 이용하여 행했다. 결과를 도 10에 나타냈다. 여기서 사용한 음향 투과성 재료 P 내지 R의 상세는 이하와 같다.
P： 실시예 1의 음향 투과성 재료를 이용했다.
Q： 공극률이 74％, 두께가 1.10mm로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 작성한 음향 투과성 재료를 이용했다.
S： 실시예 2의 음향 투과성 재료를 이용했다.
R： 공극률이 65％, 두께가 1.03mm로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 작성한 음향 투과성 재료를 이용했다.
또한, 상기의 Q, R로 표기한 샘플에 대해서는, 음향 투과성 재료에 더하여, 금속 메시를 붙여서 보강한 재료를 사용했다.
측정 방법 2에 의한 음향 투과성 평가의 결과, 시료 P에서는, θ = 15°인 경우라도, 높은 음향 투과성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 즉, 실시예 1의 재료는, 음향 투과성에서, 음향의 입사 각도의 의존성을 거의 볼 수 없음을 알 수 있었다.
(흡음 구조의 실시 시험：음향 투과성 재료(TTP)의 유무에 의한 배후 흡음재(GW)의 흡음률(α0)의 비교)
시료는 약 1mm 두께의 음향 투과성 재료(실시예 4) 및 유리 섬유(GW)를 이용하여 흡음 시험을 행했다. 결과를 도 9에 나타낸다. 여기서, 가로축은 주파수(Hz), 세로축은 수직 입사 흡음률(α0)이다.
[a]는 30mm 두께의 유리 섬유(GW) 단일체의 음향 투과성 재료(TTP)의 무(1)·유(2)의 α0 실측값을 나타낸다.
[b]는 25mm 두께의 유리 섬유(GW) 단일체의 TTP 무(1')·유(2')의 α0 실측값을 나타낸다. 여기서 본 구조에서는, TTP와 GW의 사이에 공기층 5mm를 형성했다.
이들의 결과에 의하면, 표면에 본 발명의 음향 투과성 재료(TTP)를 배치한 (2)(2') 모두, GW 단일체의 (1)(1')와 동등, 혹은 그 이상의 값을 나타내며, 전(全) 음향 투과성을 가지고 있는 것을 시사하고 있다. 덧붙여서, (0)은 TTP 단일체의 α0로 0.2 이하, 반사성의 부위로서 잔향 가변으로 이용할 수 있다.
(윈드 노이즈 저감 시험)
도 11의 (A)에 나타낸 계통(系統)으로, 윈드 노이즈 저감 시험을 행했다. 또한, 여기에서는, 풍속은, 2.7m/s로 했다. 여기서, 윈드 노이즈 저감 효과 평가 시험에서는, 실내의 바람의 되돌아옴을 무시할 수 있을 정도로 벽으로부터 멀어진 위치에 서 송풍기(FAN)로부터 바람을 보내고, 윈드스크린 없이 관측되는 마이크로폰 출력 응답에 대해서, 해당 음향 투과성 재료로 제작한 윈드스크린을 장착한 상태에서 측정한 응답의 저감도(低減度, S(dB))를 1/1 옥타브 대역마다 구하고, 이것을 윈드 노이즈 저감 효과 △S(dBA)로 나타내는 것으로 했다. 결과를 도 11의 (B)에 나타냈다. 또, 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 4의 시료에서도 (b1)으로 나타내는 계통으로 동일하게 윈드 노이즈 저감 시험을 행했다. 표 1 중의 평가에서,「우수」는, Δ30dBA 이상,「양호」는 Δ20dBA 이상,「열등」은, Δ20dBA 미만으로 했다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 자립성을 가지면서, 높은 음향 투과성을 가지는 재료를 얻을 수 있으므로, 흡음성의 벽면 구조의 표면 부재 등으로 하여 사용할 수 있다. 산업상의 이용 가능성의 일례로서, 마이크로폰용 윈드스크린, 보호용 그릴, 음향 투과성 영사 스크린 및 스피커를 나타냈다.
1 : 음향 조정면 구조 2 : 음향 투과성 재료
3 : 음향 조정 기구 4 : 골격
41 : 공간 42 : 지주
421：　고정면 6 : 내장 구조
300 : 표면 음압 측정용 마이크로폰 장치 600 : 잔향 가변벽
700 : 잔향 조정벽

Claims (14)

  1. 섬유가 서로 얽어매어져 이루어지며, 테이버 강도(Taber stiffness)가 5mN·m 이상, 휨 저항력이 100mN 이상, 공극률이 50％ 이상, 또한, 두께가 3mm 이하인 음향 투과성 재료의 제조방법으로서,
    면(綿)모양의 웹을 압축성형하는 공정과,
    상기 웹을 열처리하는 것에 의해 섬유끼리를 소결 또는 융착하는 공정을 포함하는 음향 투과성 재료의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유가, 금속 섬유인 음향 투과성 재료의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    삽입 손실이 63Hz ~ 8kHz의 각 1/1 옥타브 대역에서 5dB이하인 음향 투과성 재료의 제조방법.
  5. 청구항 1, 3, 4 중 어느 하나의 항에 기재된 음향 투과성 재료의 제조방법에 의해서 제조된 음향 투과성 재료와,
    그 배면에 설치된 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나를 가지는 음향 조정 기구를 구비하는 음향 조정면(調整面) 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 음향 조정 기구가, 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나의 배치 비율을 변화시키는 것이 가능한 가변 음향 조정 기구인 음향 조정면 구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    건물의 벽면과 천장의 내장(內裝) 중 적어도 어느 하나에서의 음향 조정면 구조로서,
    상기 음향 투과성 재료가, 상기 건물의 벽면과 천장 중 적어도 어느 하나와의 사이에 공간이 형성되도록 배치되고,
    상기 가변 음향 조정 기구가, 상기 공간에 배치된, 개폐 가능하게 구성된 커튼 또는 흡음 블라인드를 가지며,
    상기 커튼 또는 블라인드의 개폐에 따라 면(面)의 흡음 특성을 조정하는 음향 조정면 구조.
  8. 청구항 5에 있어서,
    건물의 벽면과 천장의 내장 중 적어도 어느 하나에서의 음향 조정면 구조로서,
    상기 음향 투과성 재료가, 상기 건물의 벽면과 천장 중 적어도 어느 하나와의 사이에 공간이 형성되도록 배치되며,
    상기 음향 조정 기구는, 상기 공간에 배치된 흡음성 구조와 반사성 구조 중 적어도 어느 하나를 가지는 음향 조정면 구조.
  9. 청구항 5에 기재된 음향 조정면 구조를 가지는 건축물의 내장 구조.
  10. 마이크로폰의 윈드 노이즈(wind noise)를 경감하기 위한 마이크로폰용 윈드스크린에 있어서,
    상기 윈드스크린이, 마이크로폰에 대한 바람을 차단하는 위치에 배치된 음향 투과성 재료를 가지며,
    상기 음향 투과성 재료가, 청구항 1, 3, 4 중 어느 하나의 항에 기재된 음향 투과성 재료의 제조방법에 의해서 제조된 음향 투과성 재료인 마이크로폰용 윈드스크린.
  11. 마이크로폰 또는 스피커의 전면(前面)에 배치되는 보호용 그릴에 있어서,
    상기 그릴이, 청구항 1, 3, 4 중 어느 하나의 항에 기재된 음향 투과성 재료의 제조방법에 의해서 제조된 음향 투과성 재료로 구성되어 있는 보호용 그릴.
  12. 전면(前面) 투영형 영사(映寫) 투사면을 가지며, 해당 영상 투사면의 배후에 스피커를 배치하여 소리가 나오도록 구성하여 사용되는 음향 투과성 영사 스크린에있어서,
    적어도 상기 영상 투사면이, 청구항 1, 3, 4 중 어느 하나의 항에 기재된 음향 투과성 재료의 제조방법에 의해서 제조된 음향 투과성 재료로 구성되어 있는 음향 투과성 영사 스크린.
  13. 스피커 박스, 및, 우퍼 유닛(woofer unit)을 가지는 스피커에 있어서,
    청구항 1, 3, 4 중 어느 하나의 항에 기재된 음향 투과성 재료의 제조방법에 의해서 제조된 음향 투과성 재료, 상기 음향 투과성 재료의 배후에 배치된 다공질 흡음 재료로 이루어지는 흡음재, 및, 상기 흡음재의 배후에 배치된 공기층을 가지는 흡음 구조를 상기 스피커 박스 내에 구비하며, 상기 흡음 구조가 상기 스피커 박스의 내벽에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스피커.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 스피커가, 밀폐형인 스피커.


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