KR101626093B1 - 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽을 포함하는 흡음재. - Google Patents

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KR101626093B1
KR101626093B1 KR1020150069124A KR20150069124A KR101626093B1 KR 101626093 B1 KR101626093 B1 KR 101626093B1 KR 1020150069124 A KR1020150069124 A KR 1020150069124A KR 20150069124 A KR20150069124 A KR 20150069124A KR 101626093 B1 KR101626093 B1 KR 101626093B1
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양지은
이중석
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 흡음재에 관한 것으로서, 다공성 흡음 부재; 및 강체 벽;을 포함하여 구성되되, 상기 다공성 흡음 부재는, 상기 강체 벽에 의하여, X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단위 다공성 흡음부(30)와 강체 벽(20)이 X축 방향으로 따라 서로 교호하여 반복적으로 나열되어 있는 구조를 가지게 됨으로써, 흡음재(100) 내부에서 이동하는 음파의 X축 방향으로의 진행을 방해하게 되는 바, 특정 주파수에서 Z축 방향으로의 공진을 극대화하여 흡음 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 흡음재는, 단위 다공성 흡음부(30)가 그 내부를 복수 개의 독립된 공간으로 분할하는 강체 파티션 유닛(60)을 포함하여, 유효 길이(Le)가 서로 다른 복수의 서브 셀(31, 32)로 분할되어 있을 수 있는 바, 흡음 성능이 크게 나타나는 주파수 영역과 상관 관계가 있는 유효 길이(Le)를 다양화함으로써, 넓은 주파수 영역대에서 전체적으로 흡음 성능을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

반복적으로 나열되어 있는 강체 벽을 포함하는 흡음재.{Acoustic absorbent comprising rigid wall repeatedly disposed}
본 발명은 소음 흡차음 분야에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다공성 물질로 구성된 흡음재의 흡음 성능을 향상시키기 위한 흡음재에 관한 것이다.
일반적으로, 흡음재는 소음 및 진동 저감을 목적으로 하며, 자동차, 비행기와 같은 기계 분야나 건축 분야에서 널리 사용되고 있다. 일반적으로 흡음재는 공기와 고체의 두 상(two phases)을 가진 다공성 물질(porous material)로 구성된다.
흡음재로 사용되는 다공성 물질은, 물리적으로 공기와 기체의 두 상 사이에서 서로간의 역학적 영향을 끼치는 연성작용(coupling)이 일어나는 물질 자체의 고유한 특성과, 미소구조 형상에 의하여 입사하는 음파 에너지를 소산시키는 데 이용되는 대표적인 물질이다.
다공성 물질의 흡음 성능은, 입사되는 음파 에너지 크기와 반사되는 음파 에너지 크기의 상대적 비율로 측정된다.
즉, 다공성 물질의 흡음 성능은, 입사하는 파동의 주파수 및 다공성 물질의 모양, 두께 등 형상에 따라 다른 특성을 가지게 되므로, 입사하는 파동을 주파수 별로 구분하여 입사되는 음파(Pi)의 에너지에 대한 반사되는 음파(Pr)의 에너지의 비율인 흡음 계수를 산출함으로써, 구할 수 있다.
따라서, 다공성 물질의 흡음 성능이 좋다 함은, 입사하는 파동이 다공성 물질을 만난 후 반사되는 에너지의 양이 적다는 것을 의미한다.
도 1의 (a)에는 다공성 물질로만 구성된 종래의 흡음재(1)가 도시되어 있다.
일반적으로 주변 공기 임피던스(Za)와 흡음재(1) 표면 임피던스(Zs)가 일치할 때, 흡음재(1)의 두께 방향을 따라 입사되는 음파에 대한 흡음 성능이 극대화된다.
다공성 물질의 공기와 고체의 두 상의 비율 및 배치되는 형상에 따라, 흡음재(1) 표면 임피던스(Zs)는 바뀔 수 있는데, 흡음재(1) 표면 임피던스(Zs)가 주변 공기 임피던스(Za)와 임피던스 매칭(impedance matching)될 수 있는, 공기와 고체의 두 상의 최적 비율 및 최적 배치 형상을 찾기란 쉽지 않다.
그리고, 흡음재(1)의 흡음 성능은, 공진 현상이 일어나는 특정 주파수에서 크게 증대되는데, 그 때의 특정 주파수는, '두께방향 공진주파수(thickness resonance frequency)'라고 정의된다.
도 1의 (b)는 입사되는 음파(Pi)의 주파수에 따른 상기 흡음재(1)의 흡음성능을 도시한 그래프이다.
벽면(B)에 고정되는 상기 흡음재(1)는, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 흡음재(1) 두께(H)가 입사하는 파장(λ)의 1/4의 홀수배와 비슷할 때(H ≒ (2n-1)λ/4), 공진이 발생하므로, 두께방향 공진주파수 중 가장 낮은 주파수는, 흡음재(1) 두께(H)가 입사하는 파장(λ)의 1/4일 때의 주파수(f)로 결정된다.
따라서, 고주파수 대역 뿐만 아니라 저주파수 대역에서 흡음 성능을 개선시키기 위해서는, 두께방향 공진주파수 중 가장 낮은 주파수를 낮출 수 있도록, 흡음재의 두께(H)를 증가시킬 필요가 있다.
그러나, 흡음재(1)를 설치함에 있어, 공간이 제약되는 경우가 있기 때문에, 다공성 물질로 구성된 흡음재(1)의 두께(H)를 일정하게 유지하면서, 광대역 흡음 성능을 향상시키고자 하는 노력이 계속되어 왔다.
이를 위하여 여러 다공성 흡음층을 적층하는 기법이나 다공성 흡음층의 형상을 설계하는 기법 등이 연구ㆍ제시되어 왔으나, 여전히 얇은 두께에서 광대역 흡음 성능이 향상된 다공성 물질로 구성된 흡음재를 설계하기란 어려운 일이다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 다공성 흡음재의 두께 방향 공진을 극대화시켜 흡음 성능을 향상시킬 수 있도록 하고, 제한된 두께를 유지하면서 흡음 주파수 영역대를 확장시킬 수 있는 흡음재를 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 흡음재는,
XY평면과 평행한 벽면과 Z축 방향을 따라 이격되어 있는 매질 사이에 배치되어, 상기 매질을 거쳐 입사되는 음파를 흡수하기 위한 흡음재로서,
다공성 물질을 포함하여 Z축 방향으로의 두께를 가지는 부재로서, 그 일단면이 상기 매질과 대면하고 있고, 그 타단면이 상기 벽면과 대면하고 있는 다공성 흡음 부재; 및
상기 다공성 흡음 부재의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로, 상기 다공성 흡음 부재의 일단면과 타단면을 가로 질러 연장되어 있는 부재로서, 상기 다공성 흡음 부재의 내부에 X축 방향을 따라 서로 이격되어 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽;을 포함하여 구성되되,
상기 다공성 흡음 부재는, 상기 강체 벽에 의하여, X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 서로 인접한 하나의 상기 단위 다공성 흡음부와 하나의 상기 강체 벽은, 하나의 단위 셀을 구성하며,
상기 단위 셀의 너비(d)는, 흡음을 목적하는 음파의 주파수 대역 중 최고 주파수(fmax)에 해당하는 파장(λmin)보다 작은 것(d＜λmin)이 바람직하다.
여기서, 서로 인접한 하나의 상기 단위 다공성 흡음부와 하나의 상기 강체 벽은, 하나의 단위 셀을 구성하며,
상기 흡음재의 표면 임피던스(Ze)는, 다음의 수학식 1 에 의해 계산될 수 있는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure 112015047533080-pat00001
(여기서, Ze는 흡음재의 표면 임피던스, j는 허수, ρ1는 상기 다공성 물질의 질량 밀도, η는 하나의 상기 단위 셀의 체적에 대한 상기 단위 다공성 흡음부의 체적의 비율, k1는 다공성 물질 내에서의 음파의 파수, H는 흡음재의 두께)
여기서, 하나의 상기 단위 셀의 체적에 대한 상기 단위 다공성 흡음부의 체적의 비율(η)은,
상기 매질의 밀도(ρ0), 상기 다공성 물질의 질량 밀도(ρ1), 상기 흡음재의 두께(H) 및 흡수하고자 하는 음파의 최저 주파수(fnin)가 정해져 있는 조건 하에서,
다음의 수학식 2에 의해 계산되는 상기 매질의 임피던스(z0 c)에 상기 흡음재의 표면 임피던스(Ze)가 정합될 수 있도록 결정되는 것이 바람직하다.
[수학식 2]
Figure 112015047533080-pat00002
(여기서, z0 c 는 상기 매질의 임피던스, c0 는 상기 매질 내에서의 음파의 속도)
여기서, 입사되는 상기 음파가 상기 다공성 물질을 거쳐 전파되는 거리는, 상기 매질과 면접하고 있는 일단면으로부터 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 길이인 유효 길이에 실질적으로 비례하며,
상기 단위 다공성 흡음부의 일단면으로부터, 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면을 향하여 길게 연장되어 있되, 그 타단부가 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면으로부터 이격되어 있는 제1 강체 파티션; 및
상기 매질과 면접하고 있는 상기 제1 강체 파티션의 일단부와 상기 강체 벽의 일단부를 서로 연결하고 있는 제2 강체 파티션;을 포함하여 구성되되,
상기 단위 다공성 흡음부 내부에서 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 형태가, 상기 단위 다공성 흡음부의 일단면에서부터 전체적으로 Z축의 음의 방향을 따라 연장되다가, 상기 제1 강체 파티션의 타단부와 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면이 서로 이격되어 있는 공간을 지나, 다시 Z축의 양의 방향을 따라 연장되어 있는 형태가 됨으로써,
상기 단위 다공성 흡음부의 유효 길이가 상기 다공성 흡음 부재의 두께보다 긴 것일 수도 있다.
여기서, 상기 단위 다공성 흡음부는,
그 내부를 복수 개의 독립된 공간으로 분할하는 강체 파티션 유닛을 포함하여, 상기 유효 길이가 서로 다른 복수의 서브 셀로 분할되어 있는 것일 수도 있다.
여기서, 상기 강체 파티션 유닛은,
상기 단위 다공성 흡음부의 일단면으로부터, 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면을 향하여 길게 연장되어 있되, 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면으로부터 이격되어 있는 적어도 하나의 제3 강체 파티션; 및
두께 방향 단면(ZX 단면)을 기준으로
2개의 서로 인접한 상기 제3 강체 파티션의 중단부를 서로 연결하거나, 서로 인접한 상기 제3 강체 파티션의 중단부와 상기 강체 벽의 중단부를 서로 연결하는 제4 강체 파티션;을 포함하여 구성되며,
복수 개의 상기 서브 셀 중 적어도 하나는,
그 내부에서 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 형태가, 그 일단면으로부터 전체적으로 Z축의 음의 방향을 따라 연장되다가, 상기 제3 강체 파티션의 타단부와 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면이 서로 이격되어 있는 공간에 의하여, 다시 Z축의 양의 방향을 따라 연장되어 있는 형태가 됨으로써, 그 유효 길이가 상기 다공성 흡음 부재의 두께보다 긴 것이 바람직하다.
여기서, 상기 강체 벽은,
Z축에 대하여 상대적으로 기울어져 있는 것일 수도 있다.
본 발명의 흡음재에 따르면, 단위 다공성 흡음부(30)와 강체 벽(20)이 X축 방향으로 따라 서로 교호하여 반복적으로 나열되어 있는 구조를 가지게 됨으로써, 흡음재(100) 내부에서 이동하는 음파의 X축 방향으로의 진행을 방해하게 되는 바, 특정 주파수에서 Z축 방향으로의 공진을 극대화하여 흡음 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 다공성 물질로만 구성된 종래의 흡음재를 도시한 도면 및 흡음성능을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재의 사시도이다.
도 3a, 3b, 3c는, 도 2에 도시된 구조를 가지며 강체 벽의 너비가 서로 다른 흡음재의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는, 도 3a, 3b, 3c에 도시된 흡음재의 흡음성능을 나타낸 그래프이다.
도 5a, 5b는, 도 2에 도시된 단위 셀의 너비 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a, 6b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡음재의 사시도 및 흡음성능을 나타낸 그래프이다.
도 7a, 7b는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 흡음재의 사시도 및 흡음성능을 나타낸 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 흡음재를 구성하는 단위 셀의 변형 실시예를 도시한 도면 및 흡읍성능을 나타낸 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 흡음재를 구성하는 단위 셀의 다양한 변형 실시예를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 하나의 부재 또는 구성 요소들과 다른 부재 또는 구성 요소들과의 상관관계를, 편의상 X,Y,Z 직교 좌표를 기준으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재의 사시도이며, 도 3a, 3b, 3c는, 도 2에 도시된 구조를 가지며 강체 벽의 두께가 서로 다른 흡음재의 단면도를 도시한 도면이며, 도 4는, 도 3a, 3b, 3c에 도시된 흡음재의 흡음성능을 나타낸 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재(100)는, 벽면(B)과 매질 사이에 배치되어 상기 매질을 거쳐 입사되는 음파(Pi)를 흡수하기 위한 흡음재로서, 다공성 흡음 부재(10)와, 강체 벽(20)을 포함하여 구성된다.
상기 벽면(B)은, 흡음재(100)가 부착되는 면으로서, 건물 또는 기계장치 등의 내측면 또는 외측면일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 벽면(B)는 XY평면과 평행하다.
상기 매질은, 상기 음파(Pi)가 이동할 수 있는 매질로서, 상기 벽면(B)에 흡음재(100)가 마련됨으로써, 상기 벽면(B)으로부터 Z축 방향을 따라 이격되어 있다. 본 실시예에서, 상기 매질은 공기(Air)가 사용되었다.
상기 다공성 흡음 부재(10)는, Z축 방향으로의 두께를 가지면서 상면 및 하면은 XY평면과 평행한 부피를 가지는 부재로서, 상면은 상기 공기(Air)와 대면하고 있고, 하면은 상기 벽면(B)과 대면하고 있다.
상기 다공성 흡음 부재(10)는, 다공성 물질(Porous material)을 흡음 소재로 사용한다. 여기서, 흡음 소재로 사용되는 다공성 물질(Porous material)은 폴리우레탄 발포체(Polyurethane foam), 폴리에스터 발포체(Polyester foam), 멜라민 발포체(Melamine foam) 등이 될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 다공성 흡음 부재(10)는, 폴리우레탄 발포체(Polyurethane foam)의 한 종류인 Fireflex S 309(b)를 흡음 소재로 사용하였다.
상기 강체 벽(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, ZY평면과 평행한 판형 강체 부재로서, 상기 다공성 흡음 부재(10)의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로 하였을 때, 상기 다공성 흡음 부재(10)의 상면과 하면을 가로질러 연장된 상태로 상기 다공성 흡음 부재(10) 내부에 배치된다.
상기 강체 벽(20)의 Y축 방향으로의 길이 및 Z축 방향으로의 길이 각각은, 상기 다공성 흡음 부재(10) 상 다공성 물질이 상기 강체 벽(20)을 중심으로 완전히 분할될 수 있도록, 상기 다공성 흡음 부재(10)의 Y축 방향으로의 길이 및 Z축 방향으로의 길이 이상이 된다. 본 실시예에서는, 상기 강체 벽(20)의 Y축 방향으로의 길이 및 Z축 방향으로의 길이는 상기 다공성 흡음 부재(10)의 Y축 방향으로 길이 및 Z축 방향으로의 길이와 같다.
상기 강체 벽(20)은, 복수 개 마련되며, X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 반복적으로 나열되어 있다.
상기 강체 벽(20)에 의하여, 상기 다공성 흡음 부재(10)는 X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부(30)로 분할된다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재(100)는, 단위 다공성 흡음부(30)와 강체 벽(20)이 X축 방향으로 따라 서로 교호하여 반복적으로 나열되어 있는 구조를 가진다.
여기서 상기 강체 벽(20)으로 사용되는 강체는, 음향학적으로 음향 파동이 투과할 수 없을 정도로 음향 임피던스가 매우 큰 물질을 의미한다. 본 실시예에서, 상기 강체 벽(20)은, 금속판 또는 아크릴판이 이용될 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재(100)의 설계시 이용되는 설계변수 및 흡음성능의 상관관계를 개념적으로 분석하기 위해, 서로 인접한 하나의 강체 벽(20)과 단위 다공성 흡음부(30)는, 하나의 단위 셀(Unit cell)을 구성하는 것으로 이해될 수 있다.
일반적으로 흡음재는, 흡음을 목적하는 음파(Pi)의 주파수 대역을, 설계 조건으로 정해 놓고 설계를 한다.
상기 단위 셀(Unit cell)의 너비(d)는, 흡음을 목적하는 음파(Pi)의 주파수 대역(fa, fmin ≤ fa ≤ fmax) 중 최고 주파수(fmax)에 해당하는 파장(λmin)보다 작다.
일반적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재(100)처럼 재질이 서로 다른 2개 이상의 부재가 X축 방향을 따라 서로 번갈아가면서 나열되어 있는 구조물의 경우, 음파가 Z축 방향을 따라 그 구조물에 입사되면 그 구조물 내에서 X축 방향을 따라 이동하는 블록 파동(Bloch waves)이 발생하며, 상기 블록 파동(Bloch waves)에 의하여 Z축에 대하여 경사진 방향으로 이동하는 반사 파동이 발생할 수 있다.
그러나, 상기 단위 셀(Unit cell)의 너비(d)가 흡음을 목적하는 음파(Pi)의 주파수 대역(fa, fmin ≤ fa ≤ fmax) 중 최고 주파수(fmax)에 해당하는 파장(λmin)보다 작은 경우에는, Z축에 대하여 경사진 방향으로 이동하는 반사 파동을 발생시키지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재(100)는, 도 5의 좌측에 도시된 바와 같이, 개념적으로 서로 다른 음향학적 특성을 가지는 다공성 물질(p)과 강체(r)를 소재로 하여 구성한 것이지만, 상기 단위 셀(Unit cell)의 너비(d)를 위 조건을 만족시키도록 함으로써, 도 5의 우측에 도시된 바와 같이, 단일의 음향학적 특성을 가지는 메타 물질(Meta-material)을 소재로 하여 구성된 것처럼 해석될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재(100)는 메타 물질(Meta-material) 연구에서 사용되는 유효 매질 접근법(effective medium approach)을 적용하여 해석할 수 있다.
여기서, 다공성 물질(p)의 질량 밀도는 ρ1, 체적 탄성 계수는 κ1이며, 강체(r)의 질량 밀도는 ρ2, 체적 탄성 계수는 κ2이다.
여기서, 메타 물질(Meta-material)이란, 자연상태에서 갖지 못하는 음향학적 특성을 인위적인 방법으로 만들어 놓은 물질을 의미하며, 유효 매질의 유효 질량 밀도는 ρe로, 유효 체적탄성 계수는 κe로 표현할 수 있다.
상기 흡음재(100)를 유효 매질 접근법을 적용하여 해석함으로써, 상기 흡음재(100) 설계시 후술하는 수학식들을 이용하여 상기 흡음재(100)의 표면 임피던스와 상기 공기(Air)의 임피던스를 보다 용이하게 정합시킬 수 있다.
한편, 흡음재의 흡음성능은 흡음계수(α)로 나타내며, 다음의 [수학식 3]으로 표현된다.
[수학식 3]
Figure 112015047533080-pat00003
(여기서, α는 흡음계수, ER 은 반사되는 음파(Pr)의 에너지, EI 는 입사되는 음파(Pi)의 에너지, R은 반사계수, Ze 는 단위 셀(Unit cell)의 표면 임피던스, Z0 c 는 공기(Air)의 임피던스를 의미한다.)
상기 음파(Pr , Pi)의 에너지(ER , EI)는, 음파(Pr , Pi)의 진폭의 제곱에 비례하므로, 입사되는 음파(Pi)의 진폭을 1이라고 하고 반사되는 음파(Pr)의 진폭을 R이라고 한다면, ER / EI 는 |R|2 로 표현될 수 있다.
상기 반사계수(R)는 [수학식 3]에 따른 매질의 임피던스와 흡음재의 표면 임피던스의 방정식으로 나타낼 수 있는데, 이는 당업자에게 널리 알려져 있는 바 그에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 단위 다공성 흡음부(30)의 물성치와 강체 벽(20)의 물성치가 다음의 [표 1]와 같다면, 상기 흡음재(100)의 표면 임피던스(Ze)는, 다음의 [유도식]에 의해 유도되는 [수학식 1]에 의해 계산될 수 있다.
이하에서 상기 흡음재(100)의 물성치는, 단일의 음향 특성을 갖는 유효 매질에 대한 물성치인 것으로 전제하여 설명한다.
질량 밀도 체적 탄성 계수
단위 다공성 흡음부(30) ρ1 κ1
강체 벽(20) ρ2= ∞ κ2 = ∞
강체 벽(20)은, 음향학적 특성상 질량 밀도와 체적 탄성 계수가 다공성 물질에 비하여 매우 큰 값을 가지므로 이를 무한대로 가정하여 식을 유도하여도 무방하다.
[유도식]
a) 단위 셀(Unit cell)의 체적에 대한 단위 다공성 흡음부(30)의 체적의 비율
η= (d-w) / d
(여기서, d는 단위 셀(Unit cell)의 너비, w는 강체 벽(20)의 너비)
b) 유효 질량 밀도(ρe)
Figure 112015047533080-pat00004
Figure 112015047533080-pat00005
(여기서, ρe,x 는 유효 매질의 유효 질량 밀도(ρe) X 방향 성분, ρe,z 는 유효 매질의 유효 질량 밀도(ρe) Z 방향 성분을 의미한다.)
c) 유효 체적 탄성 계수(κe)
Figure 112015047533080-pat00006
d) 유효 매질 내에서 음파가 진행되는 유효 속도(ce)
Figure 112015047533080-pat00007
(여기서, ce ,x 는 유효 매질 내에서 음파가 진행되는 유효 속도 (ce)의 X 방향 성분, ce ,z는 유효 매질 내에서 음파가 진행되는 유효 속도(ce)의 Z 방향 성분, c1 은 다공성 물질 내에서의 음파가 진행되는 속도(c1)를 의미한다.)
e) 유효 매질 내에서의 음파의 유효 파수(ke)
Figure 112015047533080-pat00008
f) 여기서, ke ,x 는 유효 매질 내에서의 음파의 유효 파수(ke) X방향 성분, ke,z 는 유효 매질 내에서의 음파의 유효 파수(ke) Z방향 성분, k1 은 다공성 물질 내에서의 음파의 파수)
g) Ze는 흡음재(100)의 유효 표면 임피던스(Ze)
Figure 112015047533080-pat00009
(여기서, H는 흡음재(100)의 두께를 의미한다.)
여기서, g) 식은 두께(H)가 있는 부재에 표면 임피던스와 관련된 식으로서, 음향학 분야에서 널리 쓰이는 식인 바, 이에 대한 설명은 생략한다.
[수학식 1]
Figure 112015047533080-pat00010
(여기서, Ze는 흡음재(100)의 표면 임피던스, j는 허수, ρ1는 다공성 물질의 질량 밀도, η은 하나의 상기 단위 셀(Unit cell)의 체적에 대한 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 체적의 비율, k1는 다공성 물질 내에서의 음파의 파수, H는 흡음재(100)의 두께를 의미한다.)
한편, 상기 매질, 공기(Air)의 임피던스는 다음의 [수학식 2]으로 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112015047533080-pat00011
(여기서, z0 c 는 공기(Air)의 임피던스, ρ0 는 공기(Air)의 밀도, c0 는 공기(Air) 내에서의 음파의 속도를 의미한다.)
여기서, 상기 흡음재(100)의 설계 조건으로, 공기(Air)의 밀도(ρ0), 상기 다공성 물질의 밀도(ρ1), 상기 단위 셀(Unit cell)의 두께(H) 및 흡수하고자 하는 음파의 최저 주파수(fnin)가 정해져 있다면,
[수학식 2]에 의해 계산되는 공기(Air)의 임피던스(z0 c)에, [수학식 1]에 의해 계산되는 상기 흡음재(100)의 유효 표면 임피던스(Ze)가 정합될 수 있도록. 하나의 상기 단위 셀(Unit Cell)의 체적에 대한 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 체적의 비율(η)을 결정할 수 있다.
즉, [수학식 1]와 [수학식 2]를 이용하면, 흡음재(100)가 설치되어야 하는 공간이 협소하여 상기 단위 셀(Unit cell)의 두께(H)가 제한되어야 하는 조건에서, 흡음성능을 극대화시킬 수 있는 상기 강체 벽(20)의 너비(w)를 결정할 수 있다.
도 3a, 3b, 3c는, 도 2에 도시된 구조를 가지며 강체 벽(20)의 너비가 서로 다른 흡음재의 단면도를 도시한 도면이다.
도 3a, 3b, 3c에 도시된 흡음재(100a, 100b, 100c)들은, 상기 단위 셀의 너비(d)는 서로 동일하나, 강체 벽(20a, 20b, 20c)의 너비(w)가 서로 다르게 구성되어 있다.
본 실시예에서, 상기 흡음재(100a, 100b, 100c)들은, 흡음재(100)의 두께(H)가 3.0 cm, 단위 셀(Unit cell)의 너비(d)는 1.0cm이며, 강체 벽(20a, 20b, 20c)들의 너비(wa, wb, wc)는 각각 0.05cm, 0.25cm, 0.50cm이다.
도 4는, 도 3a, 3b, 3c에 도시된 흡음재의 흡음성능을 나타낸 그래프이다.
도 3a, 3b, 3c에 도시된 흡음재(100a, 100b, 100c)들은, 도 4에 도시된 바와같이, 다공성 물질로만 구성된 종래의 흡음재(1)(w1 = 0.00 cm)와 비교했을 때, 흡음 계수(Absorption Coefficient)의 피크가 발생하는 공진 주파수에서 흡음 계수가 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
또한, 강체 벽(20)의 너비(w)가 더 커질수록, 공진 주파수에서 흡음 계수가 더 높게 나타남을 확인 할 수 있다. 즉, 하나의 단위 셀(Unit cell) 내에서 단위 다공성 흡음부가 차지하는 비율(η)에 따라, 특정 주파수에서의 흡음 성능이 달라질 수 있다는 것을 의미한다.
상술한 구성의 흡음재(100)는, 상기 다공성 흡음 부재(10)가 상기 강체 벽(20)에 의하여 X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부(30)로 분할되도록 구성되어, 단위 다공성 흡음부(30)와 강체 벽(20)이 X축 방향으로 따라 서로 교호하여 반복적으로 나열되어 있는 구조를 가지게 됨으로써, 흡음재(100) 내부에서 이동하는 음파의 X축 방향으로의 진행을 방해하게 되는 바, 특정 주파수에서 Z축 방향으로의 공진을 극대화하여 흡음 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 흡음재(100)는 다공성 물질보다 강성이 강한 강체벽을 포함함으로써, 흡음재 자체의 강성이 강화되어, 비행기 또는 차체 내부와 같이 고흡음 성능과 강성이 함께 요구되는 분야에 적용될 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 상기 흡음재(100)는, 상기 단위 셀(Unit cell)의 너비(d)가 흡음을 목적하는 음파의 주파수 대역(fa, fmin ≤ fa ≤ fmax) 중 최고 주파수(fmax)에 해당하는 파장(λmin)보다 작으므로(d＜λmin), 유효 매질 접근법(effective medium approach)을 이용하여 정량적 분석을 통한 설계가 용이하다는 장점이 있다.
또한, 상기 흡음재(100)는, 상기 흡음재(100)의 표면 임피던스(Ze)가, 상기 [수학식 1]에 의해 계산될 수 있는 바, 강체 벽(20)의 너비(w)와 단위 셀의 너비(d)의 상대적인 비율과 흡음 성능과의 상관 관계를 분석하기 용이하다는 장점이 있다.
그리고, 상기 흡음재(100)는, 상기 매질의 질량 밀도(ρ0), 상기 다공성 물질의 질량 밀도(ρ1), 상기 다공성 흡음 부재의 두께(H) 및 흡수하고자 하는 음파의 최저 주파수(fnin)가 정해져 있는 조건 하에서, 상기 [수학식 1]와 [수학식 2]을 이용하여, 상기 매질의 임피던스(z0 c)에 상기 흡음재의 표면 임피던스(Ze)가 정합될 수 있도록, 하나의 상기 단위 셀(Unit cell)의 체적에 대한 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 체적의 비율(η)을 결정할 수 있는 바, 흡수를 목표로 하는 음파의 최저 주파수(fnin)의 배수 대역에서 흡음 성능을 현저하게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 6a에는 본 발명의 제2 실시예인 흡음재(200)가 도시되어 있다. 상기 제2 실시예인 흡음재(200)는 대부분의 구성 및 효과가 상기 일 실시예인 흡음재(100)와 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략하고 양자 간의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
우선, 본 출원에서 다공성 물질이 연장되어 있는 길이를 "유효 길이(Le)"라고 정의하고 설명한다.
상기 제2 실시예인 흡음재(200)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 강체 파티션(40)과, 제2 강체 파티션(50)을 더 포함하여 구성된다.
상기 제1 강체 파티션(40)은, ZY평면과 평행한 판형 강체 부재로서, 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로 하였을 때, 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 상면 중앙에서 하면을 향하여 길게 연장되어 있되, 제1 강체 파티션(40)의 하단부가 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 하면으로부터 이격된 상태로 상기 단위 다공성 흡음부(30) 내부에 배치된다.
상기 제2 강체 파티션(50)은, ZY평면과 평행한 판형 강체 부재로서, 상기 공기(Air)와 접촉하고 있는 상기 제1 강체 파티션(40)의 상단부와, 상기 강체 벽(20)의 상단부를 서로 연결한 상태로 상기 단위 다공성 흡음부(30) 내부에 배치된다.
본 실시예에서 상기 강체 벽(20)의 너비(t), 상기 제1 강체 파티션(40)의 너비(t), 상기 제2 강체 파티션(50)의 두께(t)는, 모두 동일하다.
상기 강체 벽(20), 상기 제1 강체 파티션(40), 상기 제2 강체 파티션(50)의 상호 협력에 의하여, 상기 단위 다공성 흡음부(30) 내부에서 다공성 물질이 연장되어 있는 형태는, 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 상면에서부터 전체적으로 Z축의 음의 방향을 따라 연장되다가, 상기 제1 강체 파티션(40)의 하단부와 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 하면 사이의 공간을 지나, 다시 전체적으로 Z축의 양의 방향을 따라 연장되어 있는 형태가 된다.
이로써, 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 유효 길이(Le)의 근사치는, 상기 제1 강체 파티션(40)을 중심으로 좌측(30a)에 있는 다공성 물질이 연장되어 있는 길이(H1)와, 상기 제1 강체 파티션(40)을 중심으로 우측(30b)에 있는 길이(h=H1-t)의 합(H1+h)으로 볼 수 있다. 여기서, t의 값을 무시한다면, 유효 길이(Le)는 다공성 흡음 부재 두께(H1)의 2배 정도의 길이를 가진다.
즉, 상기 제2 실시예인 흡음재(200)는, 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 유효 길이(Le)가 상기 다공성 흡음 부재(10)의 두께(H1)보다 긴 구조를 가진다.
도 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡음재(200)의 흡음성능을 나타낸 그래프이다.
우선, 음향학적 측면에서, 상기 유효 길이(Le)와 흡음 성능이 크게 나타나는 공진 주파수(Pn)와의 상관관계를 먼저 살펴본다. 여기서 n은, 주파수(f)기준으로 공진이 일어나는 순서를 의미한다.
본 출원에서는 Z축 방향을 기준으로 입사 또는 반사되는 음파의 에너지를 기초로 흡음 계수를 측정하므로, 공진 주파수는 Z축 방향 공진 주파수를 기준으로 설명한다.
다공성 흡음재에 입사되는 음파의 파장을 λ라고 한다면, 유효 길이(Le)가 입사되는 음파 파장(λ)의 1/4의 홀수배와 비슷할 때(Le ≒ (2n-1)λ/4, n = 1,2,3…), 다공성 흡음재 내에서 흡음 성능이 크게 나타나는 공진 현상이 발생한다.
음파의 주파수(f)는 음파의 파장(λ)과 역수 관계에 있으므로, 주파수(f) 기준으로 최초 공진이 일어나는 주파수(P1)은, 유효 길이(Le)가 길어질수록 낮아진다.
도 6b에서는, 다공성 물질로만 이루어진 종래의 흡음재(1)(Homogeneous porous layer)와 상기 제2 실시예인 흡음재(200)(Metaporous layer)의 두께는 모두 H1으로 동일하다고 가정했을 때, 최초 공진이 일어나는 공진 주파수(P1)를 종래의 흡음재(1)의 경우 P1 h(H1)으로 표시하였으며, 상기 제2 실시예인 흡음재(200)의 경우 P1 M(H1 +h)으로 표시하였다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 실시예인 흡음재(200)의 경우, 최초 공진이 일어나는 공진주파수가 상기 종래의 흡음재(1)보다 1/2정도로 줄어들었음(P1 M(H1) ≒ P1 h(H1)/2)을 확인할 수 있다.
즉 상기 제2 실시예인 흡음재(200)에 따르면, 동일한 두께(H1)를 가지는 종래의 흡음재(1)와 비교하여, 유효 길이(Le)가 그 두께(H1)보다 긴 구조를 가질 수 있도록 구성되어 있으므로, 그 내부에서 음파의 유효 진행거리가 늘어나 보다 긴 파장에서 두께 방향 공진이 일어날 수 있는 바, 최초 공진이 일어나는 공진 주파수(P1)를 낮출 수 있음으로써, 저주파수 영역대에서 흡음 성능이 향상되는 장점이 있다.
한편, 도 7a에는 본 발명의 제3 실시예인 흡음재(300)가 도시되어 있다. 상기 제3 실시예인 흡음재(300)는 대부분의 구성 및 효과가 상기 일 실시예인 흡음재(100)와 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략하고 양자 간의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 7a에는, 너비(t)의 절반(t/2)만 도시한 2개의 강체 벽(20);과 2개의 상기강체 벽(20) 사이에 배치된 단위 다공성 흡음부(30);로 구성된 단위 셀(Unit cell);;을 확대 도시하였다. 여기서 단위 셀(Unit cell)의 너비는 d이다.
상기 제3 실시예인 흡음재(300)는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 강체 파티션 유닛(60)을 더 포함하여 구성된다.
상기 강체 파티션 유닛(60)은, 단위 다공성 흡음부(30)의 내부를 복수 개의 독립된 공간으로 분할하는 구조물로서, 제3 강체 파티션(63)과, 제4 강체 파티션(64)를 구비한다.
상기 제3 강체 파티션은(63)은, ZY평면과 평행한 판형 강체 부재로서, 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로 하였을 때, 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 상면 중앙에서 하면을 향하여 길게 연장되어 있되, 제3 강체 파티션(63)의 하단부가 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 하면으로부터 이격된 상태로 상기 단위 다공성 흡음부(30) 내부에 배치된다.
상기 제4 강체 파티션(64)은, ZY평면과 평행한 판형 강체 부재로서, 서로 인접한 상기 제3 강체 파티션(63)의 중단부와 상기 강체 벽(20)의 중단부를 서로 연결한 상태로 상기 단위 다공성 흡음부(30) 내부에 배치된다.
여기서, 상기 다공성 흡음 부재(10)의 두께는 H1 이며, 상기 단위 다공성 흡음부(30) 하면으로부터 상기 제4 강체 파티션(64)이 이격되어 있는 거리는 h이다.
여기서, 상기 강체 벽(20)의 너비(t), 상기 제3 강체 파티션(63)의 너비(t), 상기 제4 강체 파티션(64)의 두께(t)는 모두 동일하다.
상기 단위 다공성 흡음부(30)는, 상기 강체 파티션 유닛(60)에 의해, 다공성 물질로 이루어진 복수의 서브 셀(31, 32)로 분할되어 있다.
상기 강체 벽(20), 상기 제3 강체 파티션(63), 상기 제4 강체 파티션(64)의 상호 협력에 의하여, 제1 서브 셀(31) 내부에서 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 형태는, 상기 제1 서브 셀(31)의 상면에서부터 전체적으로 Z축의 음의 방향을 따라 연장되다가, 상기 제3 강체 파티션(63)의 하단부와 상기 단위 다공성 흡음부(30)의 하단면 사이의 공간을 지나, 다시 전체적으로 Z축의 양의 방향을 따라 연장되어 있는 형태가 된다.
이로써, 상기 제1 서브 셀(31)의 유효 길이(Le)의 근사치는, 상기 제1 강체 파티션(63)을 중심으로 좌측(31a)에 있는 다공성 물질이 연장되어 있는 길이(H1)와, 상기 제1 강체 파티션(63)을 중심으로 우측(31b)에 있는 길이(h)의 합(H1+h)으로 볼 수 있다.
또한, 상기 제2 서브 셀(32)의 유효 길이(Le)의 근사치는, 다공성 흡음 부재(10)의 두께(H1)에서, 제4 강체 파티션의 두께(t)와 상기 h를 뺀 길이(H2 = H1-(t+h)로 볼 수 있다.
도 7b 는 제3 실시예인 흡음재(300)의 흡음 성능을 나타낸 그래프 및 이를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7b의 (a)는, 다공성 물질(p)로만 이루어진 흡음재(ㄱ)과, 제1 서브 셀(31)을 제외한 영역은 강체(r)로 채워져 있는 흡음재(ㄴ)와, 제2 서브 셀(32)을 제외한 영역은 강체(r)로 채워져 있는 흡음재(ㄷ)과, 제1 서브셀(31)과 제2 서브셀(32)을 모두 구비한 흡음재(ㄹ)의 흡음 성능을 비교한 그래프이다.
여기서, 상기 (ㄱ)의 유효 길이(Le)는 H1 이며, 상기 (ㄴ)의 유효 길이(Le)는 H1 + h 이며, 상기 (ㄷ)의 유효 길이는 H2 이다.
다공성 흡음재에 있어서, 유효 길이(Le)가 길어질수록 다공성 물질 내에서 음파가 이동하는 거리가 길어짐에 따라, 최초 공진이 발생하는 최초 공진 주파수(P1)가 낮아진다.
따라서, 상기 (ㄴ)의 최초 공진 주파수(P1 M(H1+h))는 상기 (ㄱ)의 최초 공진 주파수(P1 h (H1))다 낮게 나타나고, 상기 (ㄷ)의 최초 공진 주파수(P1 M(H1+h))는 상기 (ㄱ)의 최초 공진 주파수(P1 h (H1))보다 높게 나타난다. 즉, 각 흡음재((ㄴ), (ㄷ), (ㄹ))는 유효 길이(Le)가 서로 다름에 따라, 흡음 성능이 크게 나타나는 주파수 영역이 서로 다르다.
상기 제1 서브셀(31)과 제2 서브셀(32)을 모두 구비한 흡음재(ㄹ)의 경우에는, 상기 흡음재(ㄴ)의 흡음 성능이 크게 나타나는 주파수와, 상기 흡음재(ㄷ)의 흡음 성능이 크게 나타나는 주파수에서 모두 흡음 성능이 크게 나타난다.
즉, 상기 흡음재(ㄹ)의 구조를 가지는 상기 흡음재(300)의 단위 셀(Unit cell)은, 도 7b의 (b)에 도시된 바와 같이, 음향학적인 측면에서 유효 길이(Le)가 H1 + h인 제1 서브 셀(31)과 유효 길이(Le)가 H2 인 제2 서브 셀(32)이 병렬 결합된 흡음 특성을 보인다.
상기 제3 실시예인 흡음재(300)는, 상기 단위 다공성 흡음부(30)가 그 내부를 복수 개의 독립된 공간으로 분할하는 강체 파티션 유닛(60)을 포함하여, 유효 길이(Le)가 서로 다른 복수의 서브 셀(31, 32)로 분할되어 있는 바, 흡음 성능이 크게 나타나는 주파수 영역과 상관 관계가 있는 유효 길이(Le)를 다양화함으로써, 넓은 주파수 영역대에서 전체적으로 흡음 성능을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 제3 실시예인 흡음재(300)는, 제1 서브 셀(31)과 같이 유효 길이(Le)를 흡음재 전체 두께(H1)보다 길게 할 수 있는 구조를 가지므로, 동일한 두께(H1)를 가지는 종래의 흡음재(1)와 비교하여, 최초 공진이 일어나는 공진 주파수(P1)를 낮출 수 있는 바, 보다 저주파수 영역대에서부터 흡음 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 제3 실시예인 흡음재(300)의 기술적 사상은, 유효 길이(Le)를 다양화함으로써 넓은 주파수 영역대에서 전체적으로 흡음 성능을 향상시킬 수 있는 데 기초한다.
따라서, 본 발명에 따른 흡음재는, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 단위 셀(Unit cell)을 다양한 형태(Unit cell A, Unit cell B, Unit cell C)로 변형 실시 가능하다. 여기서, 단위 셀 A(Unit cell A)의 경우에는, 강체 파티션 유닛(60)이 단위 다공성 흡음부(30)의 상면에서부터 하면까지 길게 연장되어 있는 제5 강체 파티션(65)을 더 포함하고 있다.
도 8의 (b)는 도 8의 (b)에 도시된 단위 셀(Unit cell A, Unit cell B, Unit cell C)들의 흡음 성능을 도시한 그래프이다.
또한, 본 발명에 따른 흡음재는, 단위 셀(Unit cell)을 도 9에 도시된 바와같이, 다양한 형태((a),(b),(c),(d),(e))로 변형 실시 가능하다.
특히, 도 9의 단위 셀(a)는, 강체 벽(20) 및 제3 강체 파티션(63)이 Z축에 대하여 상대적으로 기울어진 상태로 길게 연장되어 있는 바, Z축을 따라 길게 연장되어 있는 경우와 비교하여, 유효 길이(Le)가 더 긴 구조를 가질 수 있도록 하여, 보다 저주파수 영역에서부터 흡음 성능을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 9의 단위 셀(b)는, 서로 이격되어 있으며 길이가 다른 복수 개의 제3 강체 파티션(63)과, 각 제3 강체 파티션(63)의 타단부와 강체 벽(20)의 중단부를 서로 연결하는 복수 개의 제6 강체 파티션(66)을 포함하여 구성됨으로써, 음파의 진행 방향을 X축 방향으로도 길게 늘려 X축 방향으로도 공진이 발생하게 하며, 유효 길이(Le)를 다양화한 복수의 서브 셀이 마련되도록 함으로써, 보다 넓은 주파수 영역대에서 전체적으로 흡음 성능을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡음재(100-2)를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흡음재(100)는 복수의 강체벽(20)을 도 2에 도시된 바와 같이 X축 방향을 따라서만 나열되어 있는 형태로 설명하였지만, 복수의 강체벽(20, 20x, 20y)은 도 10에 도시된 바와 같이, X축 방향 뿐만 아니라 Y축 방향을 따라서도 나열되어 있을 수 있음은 물론이다.
이로써, 단위 다공성 흡음부(30)는, 상면, 하면을 제외한 4개의 측면이 모두 강체벽(20)으로 둘러쌓여 있는 직육면체 형상이 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 흡음재는, 상기 강체벽(20x, 20y)에 의하여 단위 다공성 흡음부(30)의 배열이 격자 모양의 패턴을 가질 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
*도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*
100, 200, 300 : 흡음재 10 : 다공성 흡음 부재
20 : 강체 벽 30 : 단위 다공성 흡음부
31 : 제1 서브셀 32 : 제2 서브셀
40 : 제1 강체 파티션 50 : 제2 강체 파티션
60 : 강체 파티션 유닛 63 : 제3 강체 파티션
64 : 제4 강체 파티션 65 : 제5 강체 파티션
66 : 제6 강체 파티션 Unit cell : 단위 셀

Claims (8)

  1. 삭제
  2. XY평면과 평행한 벽면과 Z축 방향을 따라 이격되어 있는 매질 사이에 배치되어, 상기 매질을 거쳐 입사되는 음파를 흡수하기 위한 흡음재로서,
    다공성 물질을 포함하여 Z축 방향으로의 두께를 가지는 부재로서, 그 일단면이 상기 매질과 대면하고 있고, 그 타단면이 상기 벽면과 대면하고 있는 다공성 흡음 부재; 및
    상기 다공성 흡음 부재의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로, 상기 다공성 흡음 부재의 일단면과 타단면을 가로 질러 연장되어 있는 부재로서, 상기 다공성 흡음 부재의 내부에 X축 방향을 따라 서로 이격되어 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽;을 포함하여 구성되되,
    상기 다공성 흡음 부재는, 상기 강체 벽에 의하여, X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부로 분할되어 있고,
    서로 인접한 하나의 상기 단위 다공성 흡음부와 하나의 상기 강체 벽은, 하나의 단위 셀을 구성하며,
    상기 단위 셀의 너비(d)는, 흡음을 목적하는 음파의 주파수 대역 중 최고 주파수(fmax)에 해당하는 파장(λmin)보다 작은 것(d＜λmin)을 특징으로 하는 흡음재.
  3. XY평면과 평행한 벽면과 Z축 방향을 따라 이격되어 있는 매질 사이에 배치되어, 상기 매질을 거쳐 입사되는 음파를 흡수하기 위한 흡음재로서,
    다공성 물질을 포함하여 Z축 방향으로의 두께를 가지는 부재로서, 그 일단면이 상기 매질과 대면하고 있고, 그 타단면이 상기 벽면과 대면하고 있는 다공성 흡음 부재; 및
    상기 다공성 흡음 부재의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로, 상기 다공성 흡음 부재의 일단면과 타단면을 가로 질러 연장되어 있는 부재로서, 상기 다공성 흡음 부재의 내부에 X축 방향을 따라 서로 이격되어 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽;을 포함하여 구성되되,
    상기 다공성 흡음 부재는, 상기 강체 벽에 의하여, X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부로 분할되어 있고,
    서로 인접한 하나의 상기 단위 다공성 흡음부와 하나의 상기 강체 벽은, 하나의 단위 셀을 구성하며,
    상기 흡음재의 표면 임피던스(Ze)는, 다음의 수학식 1에 의해 계산될 수 있는 것을 특징으로 하는 흡음재.
    Figure 112016040621048-pat00012
    ..........................................(수학식 1)
    (여기서, Ze는 흡음재의 표면 임피던스, j는 허수, ρ1는 상기 다공성 물질의 질량 밀도, η는 하나의 상기 단위 셀의 체적에 대한 상기 단위 다공성 흡음부의 체적의 비율, k1는 다공성 물질 내에서의 음파의 파수, H는 흡음재의 두께)
  4. 제 3항에 있어서,
    하나의 상기 단위 셀의 체적에 대한 상기 단위 다공성 흡음부의 체적의 비율(η)은,
    상기 매질의 질량 밀도(ρ0), 상기 다공성 물질의 질량 밀도(ρ1), 상기 흡음재의 두께(H) 및 흡수하고자 하는 음파의 최저 주파수(fnin)가 정해져 있는 조건 하에서,
    다음의 수학식 2에 의해 계산되는 상기 매질의 임피던스(z0 c)에 상기 흡음재의 표면 임피던스(Ze)가 정합될 수 있도록 결정되는 것을 특징으로 하는 흡음재.
    Figure 112015047533080-pat00013
    .....................................................(수학식 2)
    (여기서, z0 c 는 상기 매질의 임피던스, c0 는 상기 매질 내에서의 음파의 속도)
  5. XY평면과 평행한 벽면과 Z축 방향을 따라 이격되어 있는 매질 사이에 배치되어, 상기 매질을 거쳐 입사되는 음파를 흡수하기 위한 흡음재로서,
    다공성 물질을 포함하여 Z축 방향으로의 두께를 가지는 부재로서, 그 일단면이 상기 매질과 대면하고 있고, 그 타단면이 상기 벽면과 대면하고 있는 다공성 흡음 부재; 및
    상기 다공성 흡음 부재의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로, 상기 다공성 흡음 부재의 일단면과 타단면을 가로 질러 연장되어 있는 부재로서, 상기 다공성 흡음 부재의 내부에 X축 방향을 따라 서로 이격되어 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽;을 포함하여 구성되되,
    상기 다공성 흡음 부재는, 상기 강체 벽에 의하여, X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부로 분할되어 있고,
    입사되는 상기 음파가 상기 다공성 물질을 거쳐 전파되는 거리는, 상기 매질과 면접하고 있는 일단면으로부터 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 길이인 유효 길이에 실질적으로 비례하며,
    상기 단위 다공성 흡음부의 일단면으로부터, 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면을 향하여 길게 연장되어 있되, 그 타단부가 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면으로부터 이격되어 있는 제1 강체 파티션; 및
    상기 매질과 면접하고 있는 상기 제1 강체 파티션의 일단부와 상기 강체 벽의 일단부를 서로 연결하고 있는 제2 강체 파티션;을 포함하여 구성되되,
    상기 단위 다공성 흡음부 내부에서 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 형태가, 상기 단위 다공성 흡음부의 일단면에서부터 전체적으로 Z축의 음의 방향을 따라 연장되다가, 상기 제1 강체 파티션의 타단부와 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면이 서로 이격되어 있는 공간을 지나, 다시 Z축의 양의 방향을 따라 연장되어 있는 형태가 됨으로써,
    상기 단위 다공성 흡음부의 유효 길이가 상기 다공성 흡음 부재의 두께보다 긴 것을 특징으로 하는 흡음재.
  6. XY평면과 평행한 벽면과 Z축 방향을 따라 이격되어 있는 매질 사이에 배치되어, 상기 매질을 거쳐 입사되는 음파를 흡수하기 위한 흡음재로서,
    다공성 물질을 포함하여 Z축 방향으로의 두께를 가지는 부재로서, 그 일단면이 상기 매질과 대면하고 있고, 그 타단면이 상기 벽면과 대면하고 있는 다공성 흡음 부재; 및
    상기 다공성 흡음 부재의 두께 방향 단면(ZX단면)을 기준으로, 상기 다공성 흡음 부재의 일단면과 타단면을 가로 질러 연장되어 있는 부재로서, 상기 다공성 흡음 부재의 내부에 X축 방향을 따라 서로 이격되어 반복적으로 나열되어 있는 강체 벽;을 포함하여 구성되되,
    상기 다공성 흡음 부재는, 상기 강체 벽에 의하여, X축 방향을 따라 서로 이격된 상태로 나열되어 있는 복수 개의 단위 다공성 흡음부로 분할되어 있고,
    입사되는 상기 음파가 상기 다공성 물질을 거쳐 전파되는 거리는, 상기 매질과 면접하고 있는 일단면으로부터 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 길이인 유효 길이에 실질적으로 비례하며,
    상기 단위 다공성 흡음부는,
    그 내부를 복수 개의 독립된 공간으로 분할하는 강체 파티션 유닛을 포함하여, 상기 유효 길이가 서로 다른 복수의 서브 셀로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 흡음재.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 강체 파티션 유닛은,
    상기 단위 다공성 흡음부의 일단면으로부터, 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면을 향하여 길게 연장되어 있되, 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면으로부터 이격되어 있는 적어도 하나의 제3 강체 파티션; 및
    두께 방향 단면(ZX 단면)을 기준으로
    2개의 서로 인접한 상기 제3 강체 파티션의 중단부를 서로 연결하거나, 서로 인접한 상기 제3 강체 파티션의 중단부와 상기 강체 벽의 중단부를 서로 연결하는 제4 강체 파티션;을 포함하여 구성되며,
    복수 개의 상기 서브 셀 중 적어도 하나는,
    그 내부에서 상기 다공성 물질이 연장되어 있는 형태가, 그 일단면으로부터 전체적으로 Z축의 음의 방향을 따라 연장되다가, 상기 제3 강체 파티션의 타단부와 상기 단위 다공성 흡음부의 타단면이 서로 이격되어 있는 공간에 의하여, 다시 Z축의 양의 방향을 따라 연장되어 있는 형태가 됨으로써, 그 유효 길이가 상기 다공성 흡음 부재의 두께보다 긴 것을 특징으로 하는 흡음재.
  8. 제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강체 벽은,
    Z축에 대하여 상대적으로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 흡음재.
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