KR101635893B1 - 저주파수 소음저감용 다중공명기 - Google Patents

저주파수 소음저감용 다중공명기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저주파수 소음저감용 다중공명기에 관한 것으로, 내부에 밀폐된 캐비티가 형성되어 있는 외부공명통과, 외부공명통의 내부에 위치되어 있으며 내부가 양측으로 관통되어 있는 내부공명통과, 내부공명통에 이격되어 설치되고 다수의 흡음구멍들이 형성된 흡음판을 포함하여 이루어진다.
따라서, 외부공명통 내부에 저주파 흡음 효과가 뛰어난 흡음판들이 등간격으로 배열되어서 구비되므로 저주파 소음을 확실하게 저감시킬 수 있고, 중공형의 내부공명통 및 내부공명통에 배열된 흡음판들이 외부공명통의 내부에 구비되므로 다중공명기의 전체 두께가 축소되며, 내부공명통을 통과한 소음은 외부공명통의 캐비티 내에서 다시 상쇄되므로 흡음 효과를 극대화시킬 수 있다.

Description

저주파수 소음저감용 다중공명기{Multiple Resonator for Low Frequency Noise Reduction}
본 발명은 저주파수 소음저감용 다중공명기에 관한 것으로, 더 상세하게는 저주파 소음을 확실하게 저감시킬 수 있고, 다중공명기의 전체 두께가 축소되며, 외부의 소음이 내부공명통을 통과하는 동안 저감되고, 저감된 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 다시 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감되는 저주파수 소음저감용 다중공명기에 관한 것이다.
각종 열유체 기기류, 도로에서 발생되는 소음은 불연속적이고, 저주파 대역부터 고주파 대역까지 그 범위가 광대역이다. 이러한 광대역 소음을 흡음할 목적으로 흡음재가 내장된 공명기가 개발된 바 있다.
전면에 흡음재가 부착된 흡음판은 1kHz의 소음부터 8kHz까지의 소음 저감 효과는 좋지만 중심주파수인 63Hz부터 1kHz 미만의 저주파 소음은 제대로 저감시키지 못하는 문제점이 있었다.
따라서 흡음 대역폭을 확장함과 동시에 작은 공동의 부피로 흡음성능을 향상시키기 위한 노력이 진행되고 있으며, 한 종류의 공명기로 저주파수대역부터 고주파수대역까지 광대역의 소음을 모두 저감시키는 것이 시급한 현실이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 광대역 소음 저감용 공명기(대한민국 특허등록 제10-1202716호)를 개발하여 출원한 바 있다.
이러한 광대역 소음 저감용 공명기는, 내부에 밀폐된 캐비티가 형성되어 있고 일측에 외부와 캐비티가 연결되도록 결합구멍이 형성되어 있는 공명기와, 둘레가 공명기의 결합구멍이 결합되어 있고 중앙에 외부와 공명기의 캐비티가 연결되도록 통로가 형성되어 있으며 입구가 외부에 노출되어 있고 출구가 공명기의 캐비티 내에 구비되어 있는 흡음재홀더와, 흡음재홀더의 통로에 충전되어 있고 외부의 소음이 공명기의 캐비티 내부로 유입되도록 하며 소음이 흡음재홀더를 통과하는 동안 흡음시키는 흡음재와, 흡음재홀더의 입구에 결합되어서 흡음재를 보호하며 외부의 소음이 흡음재홀더 내부로 유입되도록 하는 홀더커버로 이루어진다.
이러한 종래의 공명기는 도면들에 도시한 바와 같이 흡음재의 길이를 조절하여서 흡음성능을 가감시킬 수 있다. 즉 흡음재홀더의 깊이를 더 깊게 하여서 흡음재의 길이를 증가시키면 흡음성능이 개선됨을 알 수 있다.
그런데 흡음재를 길게 할수록 고주파 대역의 소음 저감 효과는 조금씩 증가하나, 저주파 대역의 소음 저감 효과는 전혀 변화가 없음을 확인할 수 있다. 즉 흡음재의 길이를 길게 하거나 짧게 하거나 관계없이 저주파 대역의 소음 저감 효과는 변화가 없다. 따라서 상술한 종래의 공명기는 사실상 저주파 소음 저감 효과를 크게 기대할 수 없다.
대한민국 특허등록 제10-1202716호
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 저주파 소음을 확실하게 저감시킬 수 있고, 다중공명기의 전체 두께가 축소되도록 한 저주파수 소음저감용 다중공명기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 외부의 소음이 내부공명통을 통과하는 동안 저감되고, 저감된 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 다시 저감되도록 한 저주파수 소음저감용 다중공명기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 외부의 소음은 캐비티 내부로 원활하게 유입되면서 외부의 오염이나 빗물의 유입은 최소화되도록 한 저주파수 소음저감용 다중공명기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 소음이 흡음판의 내측의 캐비티 측으로 신속하게 유입되도록 한 저주파수 소음저감용 다중공명기를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기는, 내부에 밀폐된 캐비티가 형성되어 있고 일측에 외부와 캐비티가 연결되도록 결합구멍이 형성되어 있으며 외부의 소음이 유입되어서 저감되는 외부공명통; 일단이 외부공명통의 결합구멍이 결합되어 있고 외부공명통의 내부에 위치되어 있으며 내부가 양측으로 관통되어 있는 내부공명통; 내부공명통에 이격되어 있고 외부의 소음이 내부공명통를 통과하는 동안 소음을 저감시키며 저감된 소음이 외부공명통의 캐비티로 배출되도록 다수의 흡음구멍들이 형성된 흡음판을 포함하여 이루어지며; 중공형의 내부공명통 및 내부공명통에 배열된 흡음판들이 외부공명통의 내부에 구비되어서 다중공명기의 전체 두께가 축소되고; 외부의 소음이 흡음판들의 흡음구멍들을 통과하면서 내부공명통 내에서 상쇄되며, 내부공명통을 통과한 소음은 외부공명통의 캐비티 내에서 다시 상쇄되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기의 다른 특징은, 내부공명통은, 입구가 외부공명통의 결합구멍에 연결되어 있고, 외부공명통의 캐비티 내에 위치되며 외부의 소음이 유입되는 제1공명부와, 제1공명부의 끝단에 제1공명부와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부에 제1출구가 형성되어 있는 제2공명부와, 제1공명부의 끝단에 제2공명부와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부에 제2출구가 형성되어 있으며 제2공명부의 반대측으로 연장되어 있는 제3공명부로 이루어지며; 제2공명부의 내부에는 흡음구멍들이 형성된 흡음판들이 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있고; 제3공명부의 내부에는 흡음구멍들이 형성된 흡음판들이 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있으며; 외부의 소음이 내부공명통의 제1공명부로 유입되어서 소음이 1차로 저감되고 저감된 소음이 제2공명부의 흡음판들, 제3공명부의 흡음판들을 통과하면서 2차로 저감되며 제2공명부 및 제3공명부를 통과한 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 3차로 저감되도록 구비된다.
본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기의 또 다른 특징은, 내부공명통은, 입구가 외부공명통의 결합구멍에 연결되어 있고, 외부공명통의 캐비티 내에 위치되며 외부의 소음이 유입되는 제1공명부와, 제1공명부의 단부에 제1공명부의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있는 제2공명부와, 제1공명부의 단부에 제1공명부의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있으며 제2공명부의 반대측으로 연장되어 있는 제3공명부와, 제1공명부, 제2공명부, 제3공명부에 연결되어 있고 내부통로가 제1공명부의 내부통로와 동축상에 위치되며 제2공명부 및 제3공명부의 내부통로와는 직각을 이루고 내부공명통의 중앙에 내부공명공간이 형성되도록 하며 출구가 형성되어 있는 제4공명부로 이루어지고; 제1~4공명부 내부에는 흡음구멍들이 형성된 흡음판들이 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있으며; 외부의 소음이 제1공명부의 입구 유입되어서 제1공명부 내의 흡음판들을 통과하면서 1차로 저감되고 저감된 소음이 제2공명부의 흡음판들, 제3공명부의 흡음판들을 통과한 후 내부공명공간으로 유입되면서 2차로 저감되며 내부공명공간 내의 소음이 제4공명부의 흡음판들을 통과한 후 출구로 배출되면서 3차로 저감되며 출구로 배출되는 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 4차로 저감되도록 구비된다.
본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기의 또 다른 특징은, 내부공명통은, 입구가 외부공명통의 결합구멍에 연결되어 있고 출구가 외부공명통의 캐비티 내에 위치되며, 중앙 부분에 입구 및 출구 부분의 통로보다 더 큰 공간의 확개공간이 형성되어 있고, 입구, 출구 및 확개공간 내에는 흡음구멍들이 형성된 흡음판들이 등간격으로 배열되어 있으며; 외부의 소음이 입구에 배열된 다수의 흡음판들을 통과하면서 1차로 저감되고 확개공간 내의 흡음판들을 통과하면서 음압 및 소음이 2차로 저감되며 확개공간을 통과한 소음이 출구측의 흡음판을 통과하면서 3차로 저감되고 출구로 배출되는 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 4차로 저감되도록 구비된다.
본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기의 또 다른 특징은, 흡음판에는, 외부의 소음이 외부공명통 내부로 유입되도록 다수의 흡음구멍이 형성되어 있으며, 이 흡음구멍들은 흡음판이 1∼10%의 공극율을 갖도록 형성된다.
본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기의 또 다른 특징은, 흡음구멍들은, 입구가 출구보다 더 좁으며, 입구와 출구의 면적비는, 1:1.2 ∼ 1:5 이다.
이상에서와 같은 본 발명은, 내부에 밀폐된 캐비티가 형성되어 있는 외부공명통과, 외부공명통의 내부에 위치되어 있으며 내부가 양측으로 관통되어 있는 내부공명통과, 내부공명통에 이격되어 설치되고 다수의 흡음구멍들이 형성된 흡음판을 포함하여 이루어진다. 따라서, 외부공명통 내부에 저주파 흡음 효과가 뛰어난 흡음판들이 등간격으로 배열되어서 구비되므로 저주파 소음을 확실하게 저감시킬 수 있고, 중공형의 내부공명통 및 내부공명통에 배열된 흡음판들이 외부공명통의 내부에 구비되므로 다중공명기의 전체 두께가 축소되며, 내부공명통을 통과한 소음은 외부공명통의 캐비티 내에서 다시 상쇄되므로 흡음 효과를 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 내부공명통은, 외부공명통의 캐비티 내에 위치되며 외부의 소음이 유입되는 제1공명부와, 제1공명부의 끝단에 제1공명부와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부에 제1출구가 형성되어 있는 제2공명부와, 제1공명부의 끝단에 제1공명부와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부에 제2출구가 형성되어 있는 제3공명부로 이루어진다. 제2공명부 및 제3공명부의 내부에는 그 통로를 따라 흡음구멍들이 형성된 흡음판들이 등간격으로 배열되어 있다. 따라서, 외부의 소음이 내부공명통의 제1공명부로 유입되어서 소음이 1차로 저감되고, 저감된 소음이 제2공명부의 흡음판들, 제3공명부의 흡음판들을 통과하면서 2차로 저감되며, 제2공명부 및 제3공명부를 통과한 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 3차로 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감된다.
본 발명의 내부공명통은, 외부공명통의 캐비티 내에 위치되며 외부의 소음이 유입되는 제1공명부와, 제1공명부의 단부에 제1공명부의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있는 제2공명부와, 제1공명부의 단부에 제1공명부의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있는 제3공명부와, 제1~3공명부에 연결되어 있고 내부공명통의 중앙에 내부공명공간이 형성되도록 하며 출구가 형성되어 있는 제4공명부로 이루어진다. 제1~4공명부 내부에는 흡음구멍들이 형성된 흡음판들이 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있다. 따라서, 외부의 소음이 제1공명부의 입구 유입되어서 제1공명부 내의 흡음판들을 통과하면서 1차로 저감되고, 저감된 소음이 제2공명부의 흡음판들, 제3공명부의 흡음판들을 통과한 후 내부공명공간으로 유입되면서 2차로 저감되며, 내부공명공간 내의 소음이 제4공명부의 흡음판들을 통과한 후 출구로 배출되면서 3차로 저감되며, 출구로 배출되는 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 4차로 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감된다.
본 발명의 내부공명통은, 입구가 외부공명통의 결합구멍에 연결되어 있고 출구가 외부공명통의 캐비티 내에 위치되며, 중앙 부분에 입구 및 출구 부분의 통로보다 더 큰 공간의 확개공간이 형성되어 있다. 그리고 입구, 출구 및 확개공간 내에는 흡음구멍들이 형성된 흡음판들이 등간격으로 배열되어 있다. 따라서, 외부의 소음이 입구에 배열된 다수의 흡음판들을 통과하면서 1차로 저감되고, 확개공간 내의 흡음판들을 통과하면서 음압 및 소음이 2차로 저감되며, 확개공간을 통과한 소음이 출구측의 흡음판을 통과하면서 3차로 저감되고, 출구로 배출되는 소음이 외부공명통의 캐비티 내에서 4차로 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감된다.
본 발명의 흡음판에는, 외부의 소음이 외부공명통 내부로 유입되도록 다수의 흡음구멍이 형성되어 있으며, 이 흡음구멍들은 흡음판이 1∼10%의 공극율을 갖도록 형성된다. 흡음판의 공극율이 1% 미만일 경우, 외부의 소음이 공명기 내부로 원활히 유입되지 못하며, 흡음판의 공극율이 10%를 초과할 경우, 외부공명통 내부의 오염이 증가되고 빗물 등이 외부공명통의 내부로 유입되는 문제점이 발생된다. 따라서, 본 발명의 흡음판에는 최적의 공극율을 갖도록 흡음구멍들이 형성되므로 흡음은 원활하고 외부의 오염이나 빗물의 유입은 최소화된다.
본 발명의 흡음구멍들은, 입구가 출구보다 더 좁게 형성되어 있다. 따라서 흡음구멍의 입구로 입사된 소음이 확개된 형상의 출구 측으로 이동되면서 점점 더 많은 부피의 흡음공간으로 확산되면서 점차 통과되므로 넓은 대역폭의 소음을 고르게 소진시키게 되며, 이에 따라 방음효과가 향상된다. 또한 소음이 흡음구멍의 좁은 입구를 통과하는 동안 유입 속도가 증가되므로 소음이 흡음판의 내측의 캐비티 측으로 원활하게 유입된다.
본 발명 흡음구멍들의 입구와 출구의 면적비는, 1:1.2 ∼ 1:5이다. 입구와 출구의 면적비가 1:1.2 미만일 경우, 입구 및 출구의 통로 차이가 크지 않아서 소음의 유입 속도 개선 효과가 미미하다. 입구와 출구의 면적비가 1:5를 초과할 경우, 소음의 유입 속도는 크게 향상되지 않는 반면에 가공이 어렵다. 따라서, 본 발명은 흡음구멍들의 입구와 출구의 면적비가 1:1.2 ∼ 1:5를 유지하므로 넓은 대역의 소음 저감 효과 및 소음 유입 효과를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일차원 음향계 요소의 전달행렬 표현을 보인 개략도
도 2는 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기를 보인 개략적 단면도
도 3은 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기에 임피던스관 및 측정기기가 설치된 상태를 보인 개략도
도 4는 내부공명통에 흡음판을 순차적으로 증가시켜서 저주파 대역의 소음 저감 효과가 점차 증가된 상태를 그래프들
도 5 내지 도 8은 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기의 다른 실시예들을 보인 개략적 단면도들
본 발명의 구체적인 특징 및 잇점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일차원 음향계 요소의 전달행렬 표현을 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기를 보인 개략적 단면도이며, 도 3은 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기에 임피던스관 및 측정기기가 설치된 상태를 보인 개략도이다. 도 4는 내부공명통에 흡음판을 순차적으로 증가시켜서 저주파 대역의 소음 저감 효과가 점차 증가된 상태를 그래프들이고, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기의 다른 실시예들을 보인 개략적 단면도들이다.
본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기는, 외부공명통(10), 내부공명통(20), 흡음판(70)을 포함하여 이루어진다.
외부공명통(10)은, 내부에 밀폐된 캐비티(12)가 형성되어 있고 일측에 외부와 캐비티(12)가 연결되도록 결합구멍(11)이 형성되어 있으며 외부의 소음이 유입되어서 저감된다.
내부공명통(20)은, 일단이 외부공명통(10)의 결합구멍(11)이 결합되어 있고 외부공명통의 내부에 위치되어 있으며 내부가 양측으로 관통되어 있다.
흡음판(70)은, 내부공명통(20)에 이격되어 있고 외부의 소음이 내부공명통(20)를 통과하는 동안 소음을 저감시키며 저감된 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12)로 배출되도록 다수의 흡음구멍(71)들이 형성된다.
이러한 흡음판(70)에는, 외부의 소음이 외부공명통(10) 내부로 유입되도록 다수의 흡음구멍(71)이 형성되어 있다. 이 흡음구멍(71)들은 흡음판(70)이 1∼10%의 공극율을 갖도록 형성된다.
흡음판(70)의 공극율이 1% 미만일 경우, 외부의 소음이 공명기 내부로 원활히 유입되지 못하며, 흡음판(70)의 공극율이 10%를 초과할 경우, 외부공명통(10) 내부의 오염이 증가되고 빗물 등이 외부공명통(10)의 내부로 유입되는 문제점이 발생된다. 따라서, 본 발명의 흡음판(70)에는 최적의 공극율을 갖도록 흡음구멍(71)들이 형성되므로 흡음은 원활하고 외부의 오염이나 빗물의 유입은 최소화된다.
또한 흡음구멍(71)들은, 입구(71a)가 출구(71b)보다 더 좁으며, 입구(71a)와 출구(71b)의 면적비는, 1:1.2 ∼ 1:5 이다.
본 발명의 흡음구멍(71)들은, 입구(71a)가 출구(71b)보다 더 좁게 형성되어 있다.
따라서 흡음구멍(71)의 입구(71a)로 입사된 소음이 확개된 형상의 출구(71b) 측으로 이동되면서 점점 더 많은 부피의 흡음공간으로 확산되면서 점차 통과되므로 넓은 대역폭의 소음을 고르게 소진시키게 되며, 이에 따라 방음효과가 향상된다.
또한 소음이 흡음구멍(71)의 좁은 입구(71a)를 통과하는 동안 유입 속도가 증가되므로 소음이 흡음판(70) 내측의 캐비티(12) 측으로 원활하게 유입된다.
본 발명 흡음구멍(71)들의 입구(71a)의 시작 부분과 출구(71b)의 끝나는 부분의 단면적비는, 1:1.2 ∼ 1:5이다.
입구(71a)와 출구(71b)의 면적비가 1:1.2 미만일 경우, 입구(71a) 및 출구(71b)의 통로 차이가 크지 않아서 소음의 유입 속도 개선 효과가 미미하다. 입구(71a)와 출구(71b)의 면적비가 1:5를 초과할 경우, 소음의 유입 속도는 크게 향상되지 않는 반면에 가공이 어렵다.
따라서, 본 발명은 흡음구멍(71)들의 입구(71a)와 출구(71b)의 면적비가 1:1.2 ∼ 1:5를 유지하므로 넓은 대역의 소음 저감 효과 및 소음 유입 효과를 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기는 중공형의 내부공명통(20) 및 내부공명통(20)에 배열된 흡음판(70)들이 외부공명통(10)의 내부에 구비되어서 다중공명기의 전체 두께가 축소된다.
그리고, 외부의 소음이 흡음판(70)들의 흡음구멍(71)들을 통과하면서 내부공명통(20) 내에서 상쇄되며, 내부공명통(20)을 통과한 소음은 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 다시 상쇄되도록 구비된다.
즉, 본 발명은, 내부에 밀폐된 캐비티(12)가 형성되어 있는 외부공명통(10)과, 외부공명통(10)의 내부에 위치되어 있으며 내부가 양측으로 관통되어 있는 내부공명통(20)과, 내부공명통(20)에 이격되어 설치되고 다수의 흡음구멍(71)들이 형성된 흡음판(70)을 포함하여 이루어진다.
따라서, 외부공명통(10) 내부에 저주파 흡음 효과가 뛰어난 흡음판(70)들이 등간격으로 배열되어서 구비되므로 저주파 소음을 확실하게 저감시킬 수 있고, 중공형의 내부공명통(20) 및 내부공명통(20)에 배열된 흡음판(70)들이 외부공명통(10)의 내부에 구비되므로 다중공명기의 전체 두께가 축소되며, 내부공명통(20)을 통과한 소음은 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 다시 상쇄되므로 흡음 효과를 극대화시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기는 특히 저주파 소음을 저감시키기는데 그 특징이 있으며, 본 발명의 장점을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
지하철에 탑승하고 있는 승객은 전동차가 지하터널을 통과할 때 터널 내부의 반사음으로 인해 열악한 소음 환경에 노출된다. 이에 따라 국내외 지하철 운영기관 및 연구 기관에서는 지하철 터널 소음 저감을 통하여 전동차 객실 소음저감을 위한 연구를 진행하고 있다. 전동차 객실 소음을 저감시키기 위해서는 전파경로 소음대책 일환으로 전동차의 차음성능을 향상시키는 것이 효과적이나, 차음성능을 향상시키면 차량무게 증가로 인한 차량의 제조단가 상승과 운전비용 증가를 초래하게 된다. 따라서 전동차 객실 소음을 효과적으로 줄이기 위해서는 터널내부에 흡음재를 부착하여 전동차 실내로 전파되는 소음을 저감해야 한다. 지금까지 터널내부 소음저감용 흡음재로 폴리에스터, 우레탄칩 그리고 경량기포 콘크리트 흡음블록과 같은 체적형 흡음재가 연구대상이었으나, 이와 같은 체적형 흡음재는 흡음성능은 우수하나, 지하철 터널내부의 유지관리 측면에서는 실용화에 많은 제약을 받는다.
따라서 본 출원인이 연구한 결과, 흡음판(70)이 내장된 저주파수 소음저감용 다중공명기를 지하철 터널내부 적용시 유지관리가 용이하고 주파수 대역별 소음저감 성능이 뛰어남을 알 수 있었다.
흡음판(70)의 개수, 공명기의 목 길이 등을 변화하여 흡음계수를 계산하였고, 두 개의 마이크로폰(80)으로 전달함수를 측정하여 구한 흡음계수와 비교 고찰하였다.
단일 공동과 목을 가진 공명기에 대해서는 전기음향등가회로법을 이용하여 흡음계수를 간단히 구할 수 있으나, 음향요소가 다수개가 되면 전기음향등가회로법보다는 전달행렬법이 더 효과적이다.
일반적으로 일차원 음향계 요소의 전달행렬 표현에 대한 개략도는 도 1에 도시한 바와 같다.
도 1에서 상류지점 r과 하류지점 r+1에서의 음압 p와 질량속도 v를 이용하여 단위 전달행렬을 표현하면 다음식과 같다.
Figure 112014117749053-pat00001
(1)
식 (2)에서 E 11, E 12, E 21, E 22는 4단자 정수(또는 전달행렬요소)이다.
본 발명의 다중공명기는 도 2에 도시된 바와 같이 일정 크기의 공동과 직관 그리고 목의 역할을 하는 다수개의 흡음판(70)으로 구성된다.
먼저 도 2에 도시된 길이 l c인 공동 또는 직관에 대한 전달행렬 [S]를 구하면 다음과 같다.
Figure 112014117749053-pat00002
(2)
흡음판(70)의 전달행렬 [P]는 다음과 같다.
Figure 112014117749053-pat00003
(3)
환상공동의 전달행렬 [C]는 다음과 같다.
Figure 112014117749053-pat00004
(4)
식 (3)은 흡음판(70)의 두께가 파장에 비하여 매우 얇아 흡음판(70) 양측 사이의 질량속도에 대한 위상차를 무시할 수 있다는 가정을 전제로 하고 있다.
한편 도 2와 같이 다중공명기가 다수개의 흡음판(70)과 직관인 내부공명통(20)으로 구성된다면 다중공명기의 총괄전달행렬 [T]는 다음 식에서와 같이 흡음판(70)과 직관형태의 내부공명통(20)에 대한 단위 전달행렬을 각각 곱함으로서 구할 수 있다.
Figure 112014117749053-pat00005
(5)
또한 상류측 음향요소 1에 대한 상태변수(음압과 질량속도)는 총괄전달행렬과 하류측 음향요소 n+1에 대한 상태변수에 의하여 다음과 같이 표현된다.
Figure 112014117749053-pat00006
(6)
도 2에서 상류측 음향요소에서의 입사음과 반사음의 음압진폭을 각각 A와 B라 할 때, 음향계의 상류측과 하류측에서의 음압과 질량속도의 관계는 다음식과 같다.
Figure 112014117749053-pat00007
(7a)
Figure 112014117749053-pat00008
(7b)
그리고 하류측은 단단한 강체로 막혀 있으므로 질량속도 υn+1=0 이므로, 압력반사계수 R=B/A는 다음과 같은 전달행렬요소로 표현된다.
Figure 112014117749053-pat00009
(8)
수직입사인 경우 반사계수와 표면음향임피던스
Figure 112014117749053-pat00010
는 다음의 관계를 갖는다.
Figure 112014117749053-pat00011
(9)
따라서 총괄표면음향임피던스
Figure 112014117749053-pat00012
는 식 (10)과 같이 표현되고, 이를 식 (11)에 대입함으로서 수직입사 흡음계수가 구해진다.
Figure 112014117749053-pat00013
(10)
Figure 112014117749053-pat00014
(11)
도 3은 흡음판(70)이 내장된 본 발명의 다중공명기, 임피던스관(81) 그리고 측정기기의 구성도를 나타낸 것이다. 임피던스관(81)은 75mm x 75mm이고, 길이 l=1,000mm인 아크릴관으로 제작하였다. 임피던스관(81)의 입구 측에는 스피커(82)가 부착되어 있으며, 출구 측에는 측정하고자 하는 흡음판(70)이 내장된 본 발명의 다중공명기가 설치되어 있다. 본 발명에에 사용된 흡음의 제원은 두께 t=0.3mm 그리고 흡음구멍(71)의 지름 d h=1mm로 일정한 상태에서 공극율 σ=1~10%이다.
음향신호는 음신호발생기(83)에서 발생되어 증폭기(84)를 거쳐 증폭된 다음에 스피커(82)를 통해 임피던스관(81)에 공급되어 다중공명기에 입사된다. 흡음판(70) 앞에 설치된 두 개의 1/4인치 압력형 마이크로폰(80)으로는 전달함수가 측정된다. 스펙트럼은 주파수 분석기에서 주파수 범위 3,200Hz 그리고 해상도 8Hz로 하여 분석하였다.
본 실험에서는 첫 번째 흡음판(70)으로부터 마이크로폰(80)의 거리 x=80mm 그리고 두 마이크로폰(80)의 간격 s=40mm로 하였다.
도 4는 흡음판(70)이 내장된 다중공명기의 흡음판(70)을 늘려가면서 흡음계수를 측정하고 계산한 결과이다. 흡음판(70)의 수가 늘어날수록 흡음피크가 저주파수대역으로 이동하면서 일정 길이까지는 흡음성능이 향상되는 경향을 나타낸다.
본 발명의 다중공명기는 내장된 흡음판(70)의 개수가 늘어날수록 흡음피크가 저주파수대역으로 이동하면서 일정 길이까지는 흡음성능이 향상되는 경향을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기를 보인 개략적 단면도로써, 외부공명통(10), 내부공명통(30), 흡음판(70)을 포함하여 이루어진다.
외부공명통(10)은, 내부에 밀폐된 캐비티(12)가 형성되어 있고 외부의 소음이 캐비티(12)에 유입되어서 저감된다.
내부공명통(30)은, 일단이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 결합되어 있고 내부가 양측으로 관통되어 있다.
이러한 내부공명통(30)은, 제1공명부(33), 제2공명부(34), 제3공명부(35)로 이루어진다. 제1공명부(33)는, 입구(31)가 외부공명통(10)에 연결되어 있고, 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 위치되며 외부의 소음이 유입된다. 제2공명부(34)는, 제1공명부(33)의 끝단에 제1공명부(33)와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부에 제1출구(32a)가 형성되어 있다. 제3공명부(35)는, 제1공명부(33)의 끝단에 제1공명부(33)와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부에 제2출구(32b)가 형성되어 있으며 제2공명부(34)의 반대측으로 연장되어 있다.
흡음판(70)은, 내부공명통(30)에 이격되어 있고 외부의 소음이 내부공명통(30)를 통과하는 동안 소음을 저감시키며 저감된 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12)로 배출되도록 다수의 흡음구멍(71)들이 형성된다.
이러한 흡음판(70)은, 제2공명부(34)의 내부에 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있고, 제3공명부(35)의 내부에도 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있다.
이러한 본 발명은, 외부의 소음이 내부공명통(30)의 제1공명부(33)로 유입되어서 소음이 1차로 저감되고, 저감된 소음이 제2공명부(34)의 흡음판(70)들, 제3공명부(35)의 흡음판(70)들을 통과하면서 2차로 저감되며, 제2공명부(34) 및 제3공명부(35)를 통과한 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 3차로 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감된다.
도 6은 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기를 보인 개략적 단면도로써, 외부공명통(10), 내부공명통(40), 흡음판(70)을 포함하여 이루어진다.
외부공명통(10)은, 내부에 밀폐된 캐비티(12)가 형성되어 있고 외부의 소음이 캐비티(12)에 유입되어서 저감된다.
내부공명통(40)은, 일단이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 결합되어 있고 내부가 양측으로 관통되어 있다.
이러한 내부공명통(40)은, 제1공명부(43), 제2공명부(44), 제3공명부(45), 제4공명부(46)로 이루어진다.
제1공명부(43)는, 입구(41)가 외부공명통(10)에 연결되어 있고, 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 위치되며 외부의 소음이 유입된다.
제2공명부(44)는, 제1공명부(43)의 단부에 제1공명부(43)의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있다.
제3공명부(45)는, 제1공명부(43)의 단부에 제1공명부(43)의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있으며 제2공명부(44)의 반대측으로 연장되어 있다.
제4공명부(46)는, 제1공명부(43), 제2공명부(44), 제3공명부(45)에 연결되어 있고 내부통로가 제1공명부(43)의 내부통로와 동축상에 위치되며 제2공명부(44) 및 제3공명부(45)의 내부통로와는 직각을 이루고 내부공명통(40)의 중앙에 내부공명공간(47)이 형성되도록 하며 출구(42)가 형성되어 있다.
흡음판(70)은, 내부공명통(40)에 이격되어 있고 외부의 소음이 내부공명통(40)를 통과하는 동안 소음을 저감시키며 저감된 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12)로 배출되도록 다수의 흡음구멍(71)들이 형성된다.
이러한 흡음판(70)은, 제1~4공명부(43)(44)(45)(46) 내부에 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있다.
이와 같은 본 발명은, 외부의 소음이 제1공명부(43)의 입구(41)로 유입되어서 제1공명부(43) 내의 흡음판(70)들을 통과하면서 1차로 저감되고, 저감된 소음이 제2공명부(44)의 흡음판(70)들, 제3공명부(45)의 흡음판(70)들을 통과한 후 내부공명공간(47)으로 유입되면서 2차로 저감되며, 내부공명공간(47) 내의 소음이 제4공명부(46)의 흡음판(70)들을 통과한 후 출구(42)로 배출되면서 3차로 저감된다. 그리고 출구(42)로 배출되는 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 4차로 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감된다.
도 7은 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기를 보인 개략적 단면도로써, 외부공명통(10), 내부공명통(50), 흡음판(70)을 포함하여 이루어진다.
외부공명통(10)은, 내부에 밀폐된 캐비티(12)가 형성되어 있고 외부의 소음이 캐비티(12)에 유입되어서 저감된다.
내부공명통(50)은, 일단이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 결합되어 있고 내부가 관통되어 있다.
이러한 내부공명통(50)은, 제1공명부(53), 제2공명부(54), 제3공명부(55)로 이루어진다. 제1공명부(53)는, 입구(51)가 외부공명통(10)에 연결되어 있고, 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 위치되며 외부의 소음이 유입된다. 제2공명부(54)는, 제1공명부(53)의 단부에 제1공명부(53)의 통로와 경사를 이루도록 연장되어 있고 단부에 제1출구(52a)가 형성되어 있다. 제3공명부(55)는, 제1공명부(53)의 단부에 제1공명부(53)의 통로와 경사를 이루도록 연장되어 있고 단부에 제2출구(52b)가 형성되어 있으며 제2공명부(54)의 내부통로와 직각을 이루도록 배치되어 있다.
흡음판(70)은, 내부공명통(50)에 이격되어 있고 외부의 소음이 내부공명통(50)를 통과하는 동안 소음을 저감시키며 저감된 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12)로 배출되도록 다수의 흡음구멍(71)들이 형성된다.
이러한 흡음판(70)은, 제1~3공명부(53)(54)(55) 내부에 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있다.
이와 같은 본 발명은, 외부의 소음이 제1공명부(53)의 입구(51) 유입되어서 제1공명부(53) 내의 흡음판(70)들을 통과하면서 1차로 저감되고, 저감된 소음이 제2공명부(54) 및 제3공명부(55)로 양분되며, 제2공명부(54)의 흡음판(70)들, 제3공명부(55)의 흡음판(70)들을 통과하면서 2차로 저감된다. 제2공명부(54)의 제1출구(52a) 및 제3공명부(55)의 제2출구(52b)로 배출된 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 3차로 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감된다.
도 8은 본 발명의 저주파수 소음저감용 다중공명기를 보인 개략적 단면도로써, 외부공명통(10), 내부공명통(60), 흡음판(70)을 포함하여 이루어진다.
외부공명통(10)은, 내부에 밀폐된 캐비티(12)가 형성되어 있고 외부의 소음이 캐비티(12)에 유입되어서 저감된다.
내부공명통(60)은, 일단이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 결합되어 있고 내부가 양측으로 관통되어 있다.
이러한 내부공명통(60)은, 입구(61)가 외부공명통(10)에 연결되어 있고 출구(62)가 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 위치되며, 중앙 부분에 입구(61) 및 출구(62) 부분의 통로보다 더 큰 공간의 확개공간(63)이 형성되어 있고, 입구(61), 출구(62) 및 확개공간(63) 내에는 흡음구멍(71)들이 형성된 흡음판(70)들이 등간격으로 배열되어 있다.
이와 같은 본 발명은, 외부의 소음이 입구(61)에 배열된 다수의 흡음판(70)들을 통과하면서 1차로 저감되고, 확개공간(63) 내의 흡음판(70)들을 통과하면서 음압 및 소음이 2차로 저감되며, 확개공간(63)을 통과한 소음이 출구(62) 측의 흡음판(70)을 통과하면서 3차로 저감된다. 그리고, 출구(62)로 배출되는 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 4차로 저감되므로 저주파 소음이 확실하게 저감된다.
한편, 외부공명통(10)의 둘레에는 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물이 코팅될 수 있다. 이러한 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체는 전술한 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%인 것이 바람직한데, 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체가 75중량% 미만이면 강성이 저하되고, 95중량%를 초과하면 내충격성이 저하되며, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 5중량% 미만이면 내충격성이 저하되고, 25중량%를 초과하면 강성이 저하된다.
상기 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체는 에틸렌 0.5~7중량% 및 탄소수가 4~5인 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물의 기계적 강성유지 및 내열성을 향상시키며 내백화성을 유지하는데 효과적인 역할을 한다. 상기 에틸렌 함량은 바람직하게는 0.5~5중량%이며, 더욱 바람직하게는 1~3중량%일 수 있으며, 0.5중량% 미만이면 내백화성이 저하되고, 7중량%를 초과하면 수지의 결정화도 및 강성이 저하된다. 또한, 상기 알파올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 제외한 임의의 알파올레핀을 의미하며, 바람직하게는 부텐이다. 또한, 전술한 알파올레핀은 탄소수가 4 미만이거나 5를 초과하면 랜덤 공중합체의 제조 시, 코모노머와의 반응성이 낮아 공중합체를 제조하는데 어려움이 있다. 또한, 전술한 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 바람직하게는 1~10중량%이고, 더욱 바람직하게는 3~9중량%일 수 있다. 상기 알파올레핀은 1중량% 미만이면, 결정화도가 필요 이상으로 높아져 투명성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 결정화도 및 강성이 저하되어 내열성이 현저히 낮아지는 문제점을 가진다.
또한, 상기 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 에틸렌 20~50중량%을 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물에 내충격적 특성을 부여하고 미세 분산이 가능하여 내백화성 및 투명성을 동시에 부여하는 역할을 한다. 이러한 에틸렌 함량은 바람직하게는 20~40중량%일 수 있으며, 20중량% 미만이면 내충격성이 저하되고 50중량%를 초과하면 내충격성 및 내백화성이 저하될 수 있다.
이러한 본 발명은 외부공명통(10)의 둘레에 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물이 코팅되므로 외부의 충격에도 쉽게 파손되지 않으며, 이에 따라 제품의 수명이 연장된다.
10 : 외부공명통 11 : 결합구멍
13 : 캐비티 20,30,40,50,60 : 내부공명통
21,31,41,51,61,71a : 입구 22,32,42,52,62,71b : 출구
33,43,53 : 제1공명부 34,44,54 : 제2공명부
32a,52a : 제1출구 32b,52b : 제2출구
33,43,53 : 제1공명부 34,44,54 : 제2공명부
35,45,55 : 제3공명부 46 : 제4공명부
47 : 내부공명공간 63 : 확개공간
70 : 흡음판 71 : 흡음구멍
80 : 마이크로폰 81 : 임피던스관
82 : 스피커 83 : 음신호발생기
84 : 증폭기

Claims (6)

  1. 내부에 밀폐된 캐비티(12)가 형성되어 있고 일측에 외부와 캐비티(12)가 연결되도록 결합구멍(11)이 형성되어 있으며 외부의 소음이 유입되어서 저감되는 외부공명통(10);
    일단이 외부공명통(10)의 결합구멍(11)이 결합되어 있고 외부공명통의 내부에 위치되어 있으며 내부가 양측으로 관통되어 있는 내부공명통(20)(30)(40)(50)(60);
    내부공명통(20)(30)(40)(50)(60)에 이격되어 있고 외부의 소음이 내부공명통(20)(30)(40)(50)(60)를 통과하는 동안 소음을 저감시키며 저감된 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12)로 배출되도록 다수의 흡음구멍(71)들이 형성된 흡음판(70)을 포함하여 이루어지며;
    중공형의 내부공명통(20)(30)(40)(50)(60) 및 내부공명통(20)(30)(40)(50)(60)에 배열된 흡음판(70)들이 외부공명통(10)의 내부에 구비되어서 다중공명기의 전체 두께가 축소되고;
    외부의 소음이 흡음판(70)들의 흡음구멍(71)들을 통과하면서 내부공명통(20)(30)(40)(50)(60) 내에서 상쇄되며, 내부공명통(20)(30)(40)(50)(60)을 통과한 소음은 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 다시 상쇄되도록 구비되며;
    내부공명통(40)은,
    입구(41)가 외부공명통(10)에 연결되어 있고, 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에 위치되며 외부의 소음이 유입되는 제1공명부(43)와, 제1공명부(43)의 단부에 제1공명부(43)의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있는 제2공명부(44)와, 제1공명부(43)의 단부에 제1공명부(43)의 통로와 직각을 이루도록 연장되어 있고 단부가 밀폐되어 있으며 제2공명부(44)의 반대측으로 연장되어 있는 제3공명부(45)와, 제1공명부(43), 제2공명부(44), 제3공명부(45)에 연결되어 있고 내부통로가 제1공명부(43)의 내부통로와 동축상에 위치되며 제2공명부(44) 및 제3공명부(45)의 내부통로와는 직각을 이루고 내부공명통(40)의 중앙에 내부공명공간(47)이 형성되도록 하며 출구(42)가 형성되어 있는 제4공명부(46)로 이루어지고; 제1~4공명부(43)(44)(45)(46) 내부에는 흡음구멍(71)들이 형성된 흡음판(70)들이 그 통로를 따라 등간격으로 배열되어 있으며; 외부의 소음이 제1공명부(43)의 입구(41) 유입되어서 제1공명부(43) 내의 흡음판(70)들을 통과하면서 1차로 저감되고 저감된 소음이 제2공명부(44)의 흡음판(70)들, 제3공명부(45)의 흡음판(70)들을 통과한 후 내부공명공간(47)으로 유입되면서 2차로 저감되며 내부공명공간(47) 내의 소음이 제4공명부(46)의 흡음판(70)들을 통과한 후 출구(42)로 배출되면서 3차로 저감되며 출구(42)로 배출되는 소음이 외부공명통(10)의 캐비티(12) 내에서 4차로 저감되도록 구비되고;
    흡음판(70)에는,
    외부의 소음이 외부공명통(10) 내부로 유입되도록 다수의 흡음구멍(71)이 형성되어 있으며, 이 흡음구멍(71)들은 흡음판(70)이 1∼10%의 공극율을 갖도록 형성되며;
    흡음구멍(71)들은,
    입구(71a)가 출구(71b)보다 더 좁으며, 입구(71a)의 시작 부분과 출구(71b)의 끝나는 부분의 단면적비는, 1:1.2 ∼ 1:5 이고;
    외부공명통(10)의 둘레에는 폴리프로필렌 수지 조성물이 코팅되되, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함하고, 상기 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체는 에틸렌 0.5~7중량% 및 탄소수가 4~5인 알파올레핀 1~15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 저주파수 소음저감용 다중공명기.
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