KR101851579B1 - 파형 흡음패널 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

모서리들로 경계를 이루는 사각형상으로 면 (face) 영역을 가지는 현수 천장 타일로서 유용하고, 전체 두께를 가지는 최소한 하나의 파형 층 또는 층들로 구성되고, 상기 층 또는 층들은 사각 형상의 하나의 모서리에서 반대측 모서리로 폭을 실질적으로 연장하는 다수의 평행 플루트를 가지고, 상기 플루트는 층 또는 층들의 벽들로 형성되며 부피가 알려져 있고, 각각의 면적이 알려진 일련의 개구가 면에서 대기 (atmosphere)와 연통하도록 플루트의 벽 또는 벽들을 관통하고, 개구 면적, 개구와 연결된 플루트 공동의 부피, 및 개구와 연결된 파형층들 전체 두께는 200 및 2,000 Hz. 사이에서 최대 흡음 주파수를 발생시키도록 구성되는, 흡음패널.

Description

파형 흡음패널 및 제조방법{CORRUGATED ACOUSTICAL PANEL AND PRODUCTION METHOD}
본 발명은 특히 현수 천장에 적합하게 사용될 수 있는 흡음패널에 관한 것이다.
천장타일로서 또는 벽에 전형적으로 사용되는 흡음패널은 원치 않는 소음을 흡수할 뿐 아니라 공간을 확보하고 및/또는 건축구조적 기능을 담당한다.
대부분의 종래 천장패널은 물-펠팅공정 또는 물-기반 주조공정으로 제조된다. 통상 패널은 흡음 성능이 있는 균질 다공 코어를 가진다.
흡음 성능이 있는 균질 다공 코어를 가진 통상 패널이 예를 들어, 미국특허 제4,226,299호에 기재되어 있는데, 이를 참조로 여기에 포함한다. 미국특허 제4,226,299호는 음향 잡음을 줄이기 위해 복수의 주름이 형성된 시트로 이루어진 청각 패널이 제공된다. 미국특허 제4,226,299호에 개시된 패널의 시트에 형성된 복수의 주름은 일반적으로 포물선 모양의 사인 곡선 형태를 가지며 복수의 피크와 밸리를 형성한다. 그러나, 미국특허 제4,226,299호는 주파수 범위에 따른 흡음 성능 변화를 인식하지 못하고 있으며, 파형 패널을 타공함으로써 상대적으로 낮은 목표 주파수 또는 주파수들에서 최대음향에너지를 흡수하도록 동조될 수 있다는 것을 예측하지 못하고 있다.
이러한 유형의 저렴한 제품은 습기가 흡수되어 시간이 경과하면 처질 수 있고 잡음감소율 (NRC)로 측정되는 소음제거성능이 제한된다. 높은 등급 제품은 일반적으로 제조비용이 고가이며 비교적 무겁다. 대부분의 경우, 물 펠팅 및 물 기반의 제품은 800 Hz 이하에서 상대적으로 낮은 흡음성능을 보이고 특히 400 Hz 이하에서 비효율적이다.
본 발명은 타공 파형층 또는 층들로 형성되고 상당히 바람직한 흡음 특성을 가지는 흡음패널을 제공한다. 본 패널은 사람의 가청주파를 흡수하도록 배열되고 정상인 가청범위의 저주파 음향을 흡수하도록 용이하게 동조될 수 있다. 본 발명은 예를들면, 높은 재활용제품인 판지 또는 플라스틱으로 제작된 파형 패널에 적용될 수 있다.
본 발명은 특정 방식으로 타공된 파형 패널은 비교적 높은 NRC 값을 제공하고 상대적으로 낮은 목표 주파수 또는 주파수들에서 최대음향에너지를 흡수하도록 동조될 수 있는 유사 헬름홀츠 공명 공동과 같이 거동한다는 발견에 기초한다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 파형 패널의 개별 플루트는 헬름홀츠 공명 공동으로 취급될 수 있다는 발견에 따른 것이다. 플루트, 개구, 및 개구 간격의 상대 크기를 조정하여, 최대 흡수 주파수를 결정할 수 있다. 본 주파수는 특정 잡음 또는 주파수 대역을 목표로 선택될 수 있다. 본 연구에 의하면 파형 패널은 예를들면600 Hz. 이하의 최대 흡수 주파수에서 ENRC (예측 잡음감소율) .8 및 흡음률 .98을 달성할 수 있다는 것을 보였다. 또한, 본 연구는 고전 헬름홀츠 공동 변수 및 본 발명인 타공 파형 흡음패널에서 발견되는 유사 변수 간 높은 상관관계를 보였다.
도 1은 본 발명에 따라 제조되는 흡음패널 제1 실시태양의 사시도이다;
도 1A는 도 1 패널의 부분확대도이다;
도 2는 본 발명의 제2 실시태양의 부분사시도이다;
도 3은 본 발명의 제3 실시태양의 부분사시도이다;
도 4 는 본 발명의 제4 실시태양의 부분사시도이다;
도 5 및 6은 본 발명에 따라 제조되는 패널 실시예에 대한 흡음 특성 그래프이다;
도 7 및 8은 각각 원형 홀 또는 슬릿으로 형성되는 개구를 가지는 패널에 대한 계산 흡음주파수 및 관찰 흡음주파수 간의 선형 상관관계를 보이는 그래프이다;
도 9는 본 발명의 흡음패널을 적용한 현수천장시스템의 개략도이다.
하기 다양한 실시태양들에서, 본 발명은 보통 현수천장격자에 사용되는 천장패널에 적용된다. 산업분야에서 이러한 패널은 명목상 면 치수가 2’ x 2’ 또는 2’ x 4’ 또는 동등 미터 단위이다.
도 1은 3층의 압출 파형 플라스틱 시트로 형성된 흡음 타일 또는 패널 (10)을 도시한다. 본 구조에서, 각각의 층 (11)은 한 쌍의 주벽 (12)을 가지고 이들 사이에 서로 평행하고 주벽 (12)에 수직한 웨브 (13)가 형성된다. 인접 쌍의 웨브 (13) 및 주벽 (12) 영역은 플루트 또는 긴 공동 (14)을 형성하고 이는 패널 일 모서리 (16 )에서 반대측 모서리 (16)로 연장된다. 인접 층 (11) 주벽 (12)은 접착제, 용접 또는 기타 수단으로 적절하게 부착된다. 층 (11)은 폴리에틸렌 공중합체로 압출되며; 층 (11)에 사용되는 적합한 공급원은 코로플라스트 (Coroplast)™, Dallas, Texas USA이다. 개구 (17)가 천공, 타공 또는 기타 방법으로 층 (11) 중 하나의 외벽 (12)에 의해 형성된 패널 (10) 면 (18) 및 면 (18) 반대측 패널 배면 (19)에 있는 층을 제외한 층 (11)의 모든 벽 (12) 면에 형성된다. 따라서, 도 1 및 1A의 도면상의 구조에서, 면 (18)에 있는 각각의 홀은 개재 층 (11) 내벽 (12)에 있는 일련의 동축 홀 또는 개구와 겹쳐져 형성된다. 도 1의 패널 및 도면상의 하기 다른 패널은 현수 천장에 적용될 때 보통 설치되는 방향인 타공 면 (18)이 거실 내부로 하향되는 방향과 반대로 도시된다. 본 발명 구현에 있어서, 각각의 플루트 (14)에 최소한 하나 보통 하나 이상의 동축 개구 세트가 형성된다.
도 1 및 확대도 도 1A 에 도시된 바와 같이 타공 또는 천공 파형 패널은 일련의 유사 헬름홀츠 공명 공동을 형성한다는 것을 알았다. 긴 목의 개구를 가지는 공동에 대한 고전적 헬름홀츠 공식은 다음과 같다:
Figure 112013095826772-pct00001
식 중:
f H 는 공명 주파수;
ν 는 음속;
A 는 목의 단면적;
Vo 는 공동 부피; 및
L 은 목의 길이.
도 1 실시태양 및 이하 다른 실시태양들에 대하여, 상당한 연구 결과 파형 플루트 및 개구의 소정 치수 변수는 고전 헬름홀츠 공식의 치수 변수와 유사하다는 것을 밝혔다. 이들 유사 변수는 다음과 같다:
개구 Ao 면적은 목의 면적 A와 상관되고;
인접 개구 또는 홀 사이 내부 부피 Vf (실질적으로 각각의 개구 측에 있는 2 개의 반쪽 (two half) 플루트 부피들 측정치)는 Vo와 상관되고;
패널 두께로 측정되는 타공 면에서 반대 면까지의 길이 T는 L과 상관된다.
패널의 최대 흡수 주파수는 고전 헬름홀츠 식에서 상관되는 이들 변수를 이용하여 본 발명에 따라 결정된다.
예를들면 200 Hz 및 2,000 Hz 사이NRC 등급범위에 있는 사람의 가청 음향 주파수가 관심 사항이다. 전통적인 물-펠팅 또는 주조 천장 타일은 이들 주파수 중 높은 범위의 음향을 흡수하지만, 400 또는 500 Hz 이하에서는 매우 효율이 떨어진다. 또한, .7 이상의 NRC 값을 가지도록 전통적인 타일을 경제적으로 생산하는 것은 어렵다. 도 1에 도시된 바와 같은 타공 파형 패널은, 200 내지 2,000 Hz 사이 선택 주파수에서 최대 흡수가 일어나도록 쉽게 조정될 수 있다는 것을 알았다. 이러한 패널은, 종래 타일 구조와 비교할 때, 800 Hz. 또는 이하의 잡음 목표에 특히 유용하다. 예시로써, 3-층 10 mm Coroplast™ 에 대하여 ASTM 384에 따라 임피던스 관을 이용한 ENRC 시험샘플은 다음과 같은 결과를 주었다.
3-층 데이터 - 10 mm Coroplast™
층수 홀
직경		 영역 길이
 홀 개수 최대 흡수 주파수
(Hz)		 흡음률
ENRC
3 0.075 2.00 16 436 0.694 0.643
3 0.101 2.00 16 526 0.870 0.716
3 0.128 2.00 16 596 0.982 0.809
3 0.157 2.00 16 676 0.999 0.588
3 0.199 2.00 16 792 0.982 0.546
상기 표는 최대 흡수 주파수에 대한 개구크기의 효과를 보인다. 개구 또는 천공이 작을수록, 흡수 주파수는 낮아진다.
최대 흡수 주파수는 플루트 길이방향에서 측정되는 개구 사이 공간에 영향을 받는다. 공간이 클수록 공명 공동 부피가 커지고, 헬름홀츠 식과 일치하게, 주파수는 낮아진다.
패널을 더욱 두껍게 제조하고 따라서 헬름홀츠 목 개구 길이 L에 대한 유사 변수인 유효 T를 증가할수록, 최대 흡수 주파수가 낮아진다는 것을 보일 수 있다.
도 2는 파형 종이 시트를 포함한 종래 판지를 이용한 본 발명의 제2 실시태양으로 패널 (20)을 도시한 것이다. 패널 (10)과 유사하게, 패널 (20)은 여러 파형층 (21)로 구성되며 각각의 층은 종이 평탄 시트 (22) 및 평탄 시트와 플루트 (26) 사이 접선 (24)에서 결합되는 만곡 파형 종이 시트 (23)로 이루어진다. 개구 형성 면 (29) 반대측 패널 면 (28)에 있는 시트 (22)를 제외하고 층 (21)의 파형 및 평탄 시트들을 통하여 개구 (27)이 천공, 타공 또는 달리 형성된다. 여러 시트들 (22, 23)을 관통하는 개구 (27)는 동일 크기이며 면들 (28, 29)에 수직한 축을 따라 동축 형성된다.
헬름홀츠 공동 공명 주파수 식에 상응하는 패널 유사 변수들은 Coroplast™ 10과 관련하여 상기된 것들과 실질적으로 동일하다. 이들 유사 변수는 다음과 같다:
Ao = 개구 면적;
Vf = 플루트 단면적과 개구 사이 길이 곱으로 얻어지는 플루트 부피;
T = 패널 총 두께.
마지막 시트를 제외하고 여러 층 (21)을 관통하는 개구를, 플루트 (26) 사이 중앙에 형성하여 플루트 사이 공간을 추가 공명 공동으로 이용할 수 있다.
도 3에 도시된 흡음 패널 (30)의 제3 실시태양은, 3개의 압출 이중 벽 파형층 (31)으로 구성된다는 점에서 도 1과 유사하다. 도면부호 32로 표기되는 모든 주벽 및 부호 33으로 표기되는 웨브는 패널 (30) 배면 (34)에 있는 주벽을 제외하고 파형층 (31)의 플루트 (37) 길이방향에 수직 연장되는 수직 슬롯 또는 슬릿 (36)으로 절단된다. 슬롯 (36)으로 인하여 각각의 플루트 (37)에 대한 개별 개구 (38)가 형성된다. 도 3에 도시된 패널 (30)의 유사 변수들은 다음과 같다:
Ao = 개구 면적은 슬롯 폭과 플루트 폭, 즉 인접 플루트 사이 길이의 곱;
Vf = 슬롯 (36) 사이 플루트 부피; 또는 각각의 슬롯 측에 있는 플루트 부피 절반;
T = 패널 (30) 두께.
개시된 각 실시태양들에 대하여 플루트 부피 관계식은 유효하다는 것에 주목하여야 한다. 국부적으로 벽들이 파손 또는 붕괴되어 플루트를 따라 개구 사이 중간 지점에서 플루트가 차단될 수 있고 동일한 흡음 효과가 달성될 수 있다는 것이 고려된다.
도 4는 도 3 패널과 유사한 흡음패널을 도시한다. 패널 (40)은 도 2 실시태양의 패널과 유사한 파형 판지로 제조된다. 3종의 파형 판지, 단일벽 층들이 도시된다. 파형은 플루트 (42)를 형성한다. 평탄벽 (43) 및 파형 시트 (44)은, 패널 (40) 배면 (45)의 평탄벽을 제외하고, 플루트 (42) 길이방향에 수직한 수직 슬롯 (46)으로 절단된다. 슬롯 (46)이 플루트 (42)를 횡단하면서, 개구 (47)가 형성된다.
패널 (40)의 유사 변수들은 다음과 같다:
Ao = 슬롯 (46) 폭과 플루트 사이 길이의 곱;
Vf = 인접 슬롯 (46) 사이 플루트 (42) 부피;
T = 패널 (40) 두께.
플루트 (42) 사이 공간 (48)은, 플루트와 실질적으로 동일한 부피이고, 플루트의 경우와 동일한 최대 흡수 주파수의 음향을 흡수한다.
도 1 - 4에 도시된 패널들은 본 발명 적용의 예시이다. 이들 실시태양에서, 3개의 파형층들이 도시되지만, 하나로 적어진 층 및 4개로 많아진 층들도 실용적이라는 것을 이해하여야 한다.
도 5 및 6은 본 발명에 의해 제조된 타공 파형 흡음패널의 흡음특성 그래프이다. 최대 흡음주파수는 도 5에서 약 600 Hz 이고 도 6에서 약 900 Hz을 보인다. 패널 변수들을 조정하여, 최대 흡수 주파수를 원하는 대로 높이거나 낮출 수 있다.
상기된 바와 같이, 플루트 공동은 유사 헬름홀츠 공명 공동으로 취급되어 공명 주파수에서 최대로 흡음된다. 상당한 연구 결과 상기 유사 변수들을 이용하여 최대 흡음되는 계산 공명 주파수들 간 높은 선형 상관관계를 확인하였다. 계산 및 관찰 주파수 간 예시적 상관관계는 도 7 및 8에 도시된다.
패널 두께, 플루트 단면적, 및 개구 사이 플루트 길이와 같은 소정의 변수들을 초기 결정하면, 개구 크기를 달리하여 둘 이상의 샘플을 제조할 수 있다. 공명 또는 최대 흡수 주파수를 계산하고 샘플에 대한 실험 결과로 결정할 수 있다. 이들 샘플에서 이상적인 실제 공명 주파수가 얻어지지 않으면, 이들 데이터 점들을 단순히 외삽하여 유사 변수의 값들을 변경시킴으로써 원하는 최대 흡수 주파수 달성에 필요한 선택 변수 또는 변수들에 대한 적당한 값을 신속하게 획득할 수 있다. 적당한 유사 변수 값들을 선택하여, 즉200 내지 2,000 Hz. 사이 실질적으로 임의의 음향 주파수가 최대 흡수 주파수로 설정될 수 있다. 기재된 바와 같이 구현될 때 본 발명은 200 내지 800 Hz. 사이 최대 흡수 주파수를 가지는 패널을 생산하는데 특히 유용하다. 이러한 가청범위에서의 흡음은 전통적인 습식 펠트 또는 주조 천장 타일에 의해 쉽게 달성될 수 없다.
도 9는 대체로 종래 현수 천장 구조를 개략적으로 도시한 것이며, 사각 격자 형성 금속성 러너 또는 티 (49) 및 상기된 파형 구조의 흡음패널 (51)을 포함한다. 상이한 패널들 (51)은 광폭의 흡음 범위를 달성하도록 상이한 주파수, 예를들면, 250, 500, 1,000 및 2,000 Hz.를 흡수하도록 조정된다. 달리, 단일 패널이 다수의 차별 영역을 가질 수 있고, 영역 각각은 상이한 최대 흡수 주파수를 제공한다. 어떤 경우에도, 천장시스템은 사람의 넓은 가청범위에 걸쳐 음향을 흡수하도록 설계될 수 있다. 패널 타공 면은 음향 투과성 스크림 또는 베일로 덮여 개구를 감출 수 있다. 여러 개시된 패널 실시태양들의 중공 특성으로 인하여 이들은 중량 비례적 고강도 특성을 포함한 샌드위치 패널 특성을 보인다. 예를들면, 파형 형성 종이를 내습성 재료로 처리하면 비교적 높은 처짐 저항성을 달성할 수 있다.
본 발명은 예시적이고 본 발명 교시의 공정한 범위를 이탈하지 않고 상세 사항을 추가, 변경 또는 생략함으로써 여러 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명은 필요한 정도로만 하기 청구범위가 제한되는 것을 제외하고 상기 개시된 특정한 상세 설명에 제한되지 않는다.

Claims (8)

  1. 흡음패널에 있어서, 모서리들로 경계를 이루는 사각형상으로 면 (face) 영역을 가지는 현수 천장 타일로 유용하고, 적어도 하나 이상의 파형 층들로 구성되고, 상기 층들은 사각 형상의 하나의 모서리에서 반대측 모서리로 실질적으로 폭을 연장하는 다수의 평행 플루트를 가지고, 상기 플루트는 층 또는 층들의 벽들로 형성되며 부피가 알려져 있고, 각각의 면적이 알려진 일련의 개구가 면에서 대기 (atmosphere)와 동축으로 연통하도록 플루트의 벽들을 관통하고, 개구 면적, 개구와 연결된 플루트 공동의 부피, 및 개구와 연결된 파형층들의 전체 두께는 200 내지 2,000 Hz 사이에서 최대 흡음 주파수를 갖도록 구성되는, 흡음패널.
  2. 제1항에 있어서, 파형층은 만곡 단면 특성의 판지 유형인, 흡음패널.
  3. 제1항에 있어서, 파형은 사각 단면인, 흡음패널.
  4. 제1항에 있어서, 개구는 면 및 상기 면과 평행 또는 거의 평행인 내벽들에 형성된 원형의 동축 홀인, 흡음패널.
  5. 흡음패널에 있어서, 모서리들로 경계를 이루는 사각형상으로 면 (face) 영역을 가지는 현수 천장 타일로 유용하고, 최소한 하나의 파형 층 또는 층들로 구성되고, 상기 층 또는 층들은 사각 형상의 하나의 모서리에서 반대측 모서리로 실질적으로 폭을 연장하는 다수의 평행 플루트를 가지고, 상기 플루트는 층 또는 층들의 벽들로 형성되며 부피가 알려져 있고, 각각의 면적이 알려진 일련의 개구가 면에서 대기 (atmosphere)와 연통하도록 플루트의 벽 또는 벽들을 관통하고, 개구 면적, 개구와 연결된 플루트 공동의 부피, 및 개구와 연결된 파형층들의 전체 두께는 200 내지 2,000 Hz 사이에서 최대 흡음 주파수를 갖도록 구성되며,
    상기 개구는 상기 플루트와 수직으로 플루트를 절개 (slot)하여 형성된 층 또는 층들에 있는 단면 개구인, 흡음패널.
  6. 제1항에 있어서, 개구는 플루트를 따라 배치되고 플루트 공동 (cavity) 부피는 플루트 단면적 및 상기 각 개구가 형성된 플루트 길이의 곱인, 흡음패널.
  7. 흡음패널 제조방법에 있어서, 강성 (rigid) 사각 시트를 제공하는 단계로 구성되고, 사각 시트는 적어도 하나 이상의 파형층을 가지고, 파형 층들은 중공의 공동을 가지고 시트의 한 쌍의 모서리 사이에서 서로 평행하게 연장되는 다수의 플루트를 포함하고, 시트는 일측에 정면 및 정면 반대 일측에 배면을 가지고, 정면은 각각의 연속적인 층의 정면 및 동축에서 층의 플루트 공동과 연통되는 개구가 형성되고, 파형 층 또는 층들의 전체 두께, 개구 면적, 및 개구와 연결된 플루트 공동의 유효부피는 200 내지 2,000 Hz. 사이에서 최대 흡음 주파수를 가지는 유사 헬름홀츠 공동으로 작동하는 공동이 형성되도록 선택되는, 흡음패널 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 더욱 정밀하게 원하는 최대 흡수 주파수를 얻기 위하여 유사 헬름홀츠 공식을 이용한 예비 기초 작업 (basis)으로 다수의 샘플들을 제작하고, 샘플들을 실험적으로 시험하고, 실험 결과를 외삽하여 더욱 개선하여, 개구 면적, 패널 두께, 및 플루트 공동 부피 관계식을 더욱 정밀하게 조정하는, 흡음패널 제조방법.
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