KR101897468B1 - Air transparent soundproofing device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 환기형 차음장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 환기가 가능한 소음 저감 구조를 가지면서도 기존의 일반적인 차음벽과 동등한 정도의 높은 차음 성능을 얻을 수 있는, 환기형 차음장치에 관한 것이다.The present invention relates to a ventilating type sound insulating apparatus. More particularly, the present invention relates to a ventilating type sound insulation apparatus having a noise reduction structure capable of ventilation, and capable of achieving high sound insulation performance equivalent to that of a conventional general sound insulation wall.
도로, 철도 등과 같이 일상적으로 큰 소음이 발생하는 지역에는, 그 주변으로 퍼져나가는 소음을 차단하기 위한 차음벽이 설치된다. 소음은 공기와 같은 매질을 통해 전파되어 가는 진동이므로, 매질의 진동을 차단함으로써 효과적으로 차음할 수 있음은 자명하다. 이러한 종래의 차음벽의 경우 소음 차단 효과는 뛰어나지만, 필연적으로 공기의 흐름까지 차단하게 되기 때문에 여러 가지 환경적인 문제점을 발생시키는 경우가 많다. 다른 한편으로, 주택 등 건물에 설치되는 창문의 경우에 있어서도, 창문을 닫을 경우 당연히 공기의 흐름이 차단되므로 소음 차단을 실현할 수 있으나, 통풍을 위하여 창문을 열 경우에는 소음 차단 효과를 전혀 얻을 수 없다. 이처럼, 매질의 흐름 자체를 차단함으로써 소음을 차단하는 차음 구조는 통풍까지 막아버리기 때문에 차음 및 통풍을 동시에 실현하는 것이 원천적으로 불가능하다는 단점이 있다.In a region where large noise is routinely generated, such as a road or a railroad, a sound-shielding wall is installed to block noise spreading around the periphery. It is obvious that noise can be effectively absorbed by blocking the vibration of the medium because it is a vibration that propagates through a medium such as air. Such a conventional sound barrier wall is excellent in noise shielding effect, but inevitably blocks air flow, which often causes various environmental problems. On the other hand, even in the case of a window installed in a building such as a house, when the window is closed, the flow of air is blocked, so that noise can be blocked. However, when the window is opened for ventilation, . As described above, since the sound insulation structure that blocks noise by blocking the flow of the medium itself blocks the ventilation, it is disadvantageous that it is not possible to realize sound insulation and ventilation at the same time.
이러한 문제를 해소하고자, 한국특허등록 제1422113호("통기통로 또는 통수통로 둘레에 중첩된 차음용 공진챔버를 갖는 통기형 또는 통수형 방음벽", 2013.04.26, 이하 선행문헌 1), 한국특허등록 제1668676호("풍하중 저감형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽", 2015.09.14, 이하 선행문헌 2) 등에서는, 음파의 공명 현상을 이용하여 소음을 저감하도록 이루어짐으로써, 차음 및 통풍을 동시 실현할 수 있는 기술들을 개시하고 있다. 선행문헌 1의 경우 파동의 회절 및 공명 현상을 조합하여 소음을 저감시키는 공진 챔버를 도입하였으며, 선행문헌 2의 경우 분리된 공명통들을 조합하는 것이 아닌 단층의 공명 챔버를 가지는 1개의 방음패널로 차음 효과를 얻도록 하고 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Registration No. 1422113 ("Ventilated or waterproof type soundproof wall having a resonance chamber for a car which is superimposed around a ventilation passage or a water passage", 2013.04.26, hereinafter referred to as Prior Art 1) No. 1668676 ("Soundproof Panel with Wind Load Reducing Type and Soundproof Wall Using the Same", May 1, 2015, hereinafter referred to as Prior Art 2), the noise is reduced by using the resonance phenomenon of sound waves, Techniques. In the case of the prior art document 1, a resonance chamber for reducing the noise by combining the diffraction and resonance phenomenon of the wave was introduced. In the case of the prior art 2, a single soundproof panel having a single resonance chamber, .
그러나 이러한 종래기술들의 경우 어떤 정해진 사이즈에 대한 측정 결과만을 제시했을 뿐으로, 사이즈를 변경하여 적용하고자 할 경우 설계변수를 어떻게 변경 적용해야 할지도 명확하지 않아, 일반적인 유리창, 방음벽 등에 그대로 적용하기 어려운 문제가 있었다. 뿐만 아니라 제시된 측정 결과로 볼 때, 일반적으로 사용되고 있는 유리창이나 방음벽에 비해 차음 성능이 상당히 낮은 수준이라는 문제 또한 있었다.However, in the case of these conventional technologies, only a measurement result of a predetermined size is presented, and it is not clear how to apply design variables when the size is changed and applied, so that it is difficult to apply it to ordinary windows and soundproof walls . In addition, the measured results show that the sound insulation performance is significantly lower than that of commonly used windows or soundproof walls.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 환기가 가능한 소음저감 구조로서, 이해가 용이한 한 쌍의 설계변수를 사용하여 설계자가 원하는 주파수 범위에서 일반적인 차음벽체와 동등한 수준의 차음 성능을 얻을 수 있도록 하는, 환기형 차음장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a noise reduction structure capable of being ventilated, So as to obtain a sound insulation performance equivalent to that of a general soundproof wall in a frequency range.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 환기형 차음장치는, 내부에 빈 공간이 형성되며, 전면 및 후면에 통기구멍(111h)이 형성되는 몸체부(111); 관형으로 형성되어 각각의 상기 통기구멍(111h)에 구비되되, 상기 몸체부(111)의 내부로 삽입 연장되는 삽입관(112); 을 포함하여 이루어지는 플래넘 챔버(110)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 환기형 차음장치(100)는, 복수 개의 상기 플래넘 챔버(110)가 상하 방향 및 좌우 방향으로 배열되어 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a ventilating type sound insulating apparatus comprising: a body portion having an empty space formed therein and having a ventilation hole formed in a front surface and a rear surface thereof; An insertion tube (112) formed in a tubular shape and provided in each of the ventilation holes (111h), and inserted and extended into the body part (111); And a
또한 상기 환기형 차음장치(100)는, 미리 결정된 목적주파수 대역의 소음을 차단하도록 상기 플래넘 챔버(110)의 형상이 설계되되, 상기 플래넘 챔버(110)의 형상에 의하여 결정되는 공명주파수(fr) 및 차단주파수(fc)를 설계변수로 하여, 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되고, 상기 차단주파수(fc)가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 형상이 설계될 수 있다.In addition, the ventilation-type
보다 구체적으로 상기 환기형 차음장치(100)는, 상기 공명주파수(fr)는 하기 제1식에 의하여 결정되고, 상기 차단주파수(fc)는 하기 제2식에 의하여 결정될 수 있다.More specifically, in the ventilating type sound
(제1식)(Formula 1)
(여기에서, c: 음속, S: 삽입관 단면적, L: 삽입관 등가길이, V: 몸체부 부피)(C: sonic velocity, S: insertion tube cross sectional area, L: insertion tube equivalent length, V: body volume)
(제2식)(Second formula)
(여기에서, c: 음속, D: 몸체부 직경)(Where, c: sound velocity, D: body diameter)
또한 이 때 상기 목적주파수 대역은, 가청주파수 대역으로 결정될 수 있다.Also, the target frequency band may be determined to be an audio frequency band.
또한 상기 통기구멍(111h)은, 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면의 중심에 형성될 수 있다.Further, the
또한 상기 삽입관(112)은, 상기 통기구멍(111h) 하나당 단일 개 또는 복수 개가 구비될 수 있다.Also, the
또한 상기 삽입관(112)은, 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면에 수직하게 연장되는 파이프 형상이거나, 일측 끝단이 상기 통기구멍(111h)에 연통되고 타측 끝단이 상기 몸체부(111) 내부 공간으로 개방된 나선관(spiral tube) 형상일 수 있다.The
이 때 상기 삽입관(112)은, 나선관 형상으로 형성되되, 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면에 평행하게 적층되며, 일측 끝단이 상기 통기구멍(111h)에 상응하는 위치에 배치되는 나선구멍(112s)이 형성된 패널(112a) 및 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면에 평행하게 적층되며, 상기 나선구멍(112s)의 타측 끝단에 상응하는 위치에 연통구멍(112h)이 형성된 마감판(112b)을 포함하여 이루어질 수 있다.The
또한 본 발명의 환기형 차음장치의 설계방법은, 내부에 빈 공간이 형성되며, 전면 및 후면의 중심에 통기구멍(111h)이 형성되는 몸체부(111); 관형으로 형성되어 각각의 상기 통기구멍(111h)에 구비되되, 상기 몸체부(111)의 내부로 삽입 연장되는 한 쌍의 삽입관(112); 을 포함하여 이루어지는 플래넘 챔버(110)를 포함하여 이루어지는 환기형 차음장치(100)의 설계방법으로서, 차단하고자 하는 소음의 주파수 대역인 목적주파수 대역이 결정되는 목적주파수 대역결정단계; 상기 플래넘 챔버(110)의 형상에 의하여 결정되는 공명주파수(fr) 및 차단주파수(fc)를 설계변수로 하도록, 미리 결정된 상기 플래넘 챔버(110)의 형상의 초기값을 사용하여, 하기 제1식에 의하여 상기 공명주파수(fr)가 산출되고, 하기 제2식에 의하여 상기 차단주파수(fc)가 산출되는 설계변수 산출단계;In addition, the method of designing a ventilating type sounder according to the present invention includes: a
(제1식)(Formula 1)
(여기에서, c: 음속, S: 삽입관 단면적, L: 삽입관 등가길이, V: 몸체부 부피)(C: sonic velocity, S: insertion tube cross sectional area, L: insertion tube equivalent length, V: body volume)
(제2식)(Second formula)
(여기에서, c: 음속, D: 몸체부 직경)(Where, c: sound velocity, D: body diameter)
상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 삽입관 단면적(S), 삽입관 등가길이(L), 몸체부 부피(V)가 각각 조절되고, 상기 차단주파수(fc)가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 몸체부 직경(D)이 조절되어, 상기 플래넘 챔버(110)의 형상이 설계되는 플래넘 챔버 형상설계단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.The insertion tube cross-sectional area S, the equivalent tube insertion length L and the body volume V of the
이 때 상기 플래넘 챔버 형상설계단계는, 상기 차단주파수(fc)가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 몸체부 직경(D)이 결정되는 단계; 미리 결정된 상기 환기형 차음장치(100)의 설계조건 중요도에 따라, 상기 환기형 차음장치(100)의 두께 설계조건 중요도가 높을 경우, 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 삽입관 등가길이(L) 및 몸체부 부피(V)가 먼저 결정된 후 상기 삽입관 단면적(S)이 결정되며, 상기 환기형 차음장치(100)의 개구부 면적 설계조건 중요도가 높을 경우, 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되도록 삽입관 단면적(S)이 먼저 결정된 후 삽입관 등가길이(L) 및 몸체부 부피(V)가 결정되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.In this case, the planar chamber shape designing step may include the steps of: determining a body portion diameter D of the
본 발명에 의하면, 공기가 소통할 수 있도록 이루어진 플래넘 챔버를 이용하여 장치를 구성함으로써, 환기가 가능하면서도 소음이 차단되는 효과를 얻을 수 있는 큰 장점이 있다. 종래에도 환기형 차음장치가 존재하기는 하였으나 유리창, 차음벽 등과 같은 일반적인 차음벽체에 비해서는 차음 성능이 상당히 떨어진다는 문제가 있었으나, 무엇보다도 본 발명에 의하면 일반적인 차음벽체의 차음 성능과 동등한 수준까지도 소음이 차단된다는 큰 효과가 있다.According to the present invention, there is a great advantage in that the apparatus can be constructed using a plenum chamber in which air can be communicated, thereby achieving the effect of ventilation and noise isolation. Although there is a ventilating type sound insulation apparatus in the past, there has been a problem that the sound insulation performance is significantly lower than that of a general sound insulation wall such as a window and a sound insulation wall. However, according to the present invention, noise is equivalent to a sound insulation performance of a general sound insulation wall There is a big effect of being blocked.
또한 본 발명은 이해하기 용이한 한 쌍의 설계변수를 사용하여 형상을 설계할 수 있도록 하여, 차음하고자 하는 영역의 사이즈가 달라지더라도 이에 맞추어 쉽게 설계를 변경할 수 있어, 설계자에게 있어 설계 용이성을 크게 향상시켜 주는 효과가 있다.Further, the present invention can design a shape using a pair of design variables that are easy to understand, so that even if the size of a region to be sounded is changed, the design can be changed easily according to the size, There is an effect to improve.
도 1은 일반적인 헬름홀츠 공명기.
도 2는 본 발명의 환기형 차음장치에 포함되는 플래넘 챔버의 실시예.
도 3은 본 발명의 환기형 차음장치의 삽입관의 다른 실시예.
도 4는 본 발명의 환기형 차음장치의 실시예.
도 5는 본 발명의 환기형 차음장치의 실시예 사진.
도 6은 본 발명의 환기형 차음장치의 설계변수가 표시된 STL(Sound Transfer Loss, 투과소음손실) 그래프.
도 7은 본 발명의 환기형 차음장치의 실제 차음성능 측정 결과.1 is a typical Helmholtz resonator.
2 is an embodiment of a plenum chamber included in the ventilating type sound insulating apparatus of the present invention.
3 is another embodiment of the insertion tube of the ventilating sound insulating apparatus of the present invention.
4 is an embodiment of the ventilating type sound insulating apparatus of the present invention.
5 is a photograph of an embodiment of a ventilating sound insulating apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a STL (Sound Transfer Loss) graph showing design parameters of the ventilating type sound insulating apparatus of the present invention.
7 is a graph showing the results of actual sound insulation performance measurement of the ventilating type sound insulating apparatus of the present invention.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 환기형 차음장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a ventilating type sound insulating apparatus according to the present invention having the above-described structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 헬름홀츠 공명기를 도시한 것이다. 헬름홀츠 공명기란 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 빈 공간이 형성되는 몸체에 상대적으로 작은 직경의 목(neck)이 구비된 용기 형태로 형성되어 흡음하는 장치를 말한다. 헬름홀츠 공명기는 질량 및 스프링으로 이루어지는 시스템으로 치환시킬 수 있는데, 즉 목 부분의 공기가 질량으로서 작용하고, 내부의 공기가 스프링으로서 작용한다. 공명이 이루어질 때에는 목 부분의 공기가 심하게 출입하여 관벽과 마찰을 일으키며, 이 마찰에 의해 열에너지로 전환됨으로써 흡음이 이루어지게 된다. 헬름홀츠 공명기에서 공명이 이루어지는 주파수(fresonant)를 구하는 식은 다음과 같이 알려져 있다.Figure 1 shows a typical Helmholtz resonator. As shown in FIG. 1, the Helmholtz resonator is formed in a container shape having a relatively small diameter neck in a body in which an empty space is formed, and is a sound absorbing device. The Helmholtz resonator can be replaced by a system of mass and spring, ie the air in the neck acts as the mass and the air inside acts as a spring. When resonance occurs, the air in the neck part is severely exited, causing friction with the pipe wall, and the friction is converted into thermal energy, thereby causing sound absorption. The equation for finding the resonant frequency at resonance in Helmholtz resonator is known as follows.
(여기에서, c: 음속, S: 목 단면적, L: 목 등가길이, V: 몸체부 부피, l: 목 길이, r: 목 반경)(C: speed of sound, S: neck cross section, L: neck equivalent length, V: body volume, l: neck length, r: neck radius)
본 발명의 환기형 차음장치는 근본적으로는 상술한 바와 같은 헬름홀츠 공명기의 원리를 기반으로 한다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 환기형 차음장치는 헬름홀츠 공명기의 원리를 이용하여 흡음이 이루어지는 플래넘 챔버를 포함하여 이루어진다. 도 2는 본 발명의 환기형 차음장치에 포함되는 플래넘 챔버(110)의 실시예를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 상기 플래넘 챔버(110)는 몸체부(111) 및 삽입관(112)을 포함하여 이루어진다.The ventilating type sound insulating apparatus of the present invention is fundamentally based on the principle of the Helmholtz resonator as described above. More specifically, the ventilating type sound insulation apparatus of the present invention includes a plenum chamber in which sound absorption is performed using the principle of Helmholtz resonator. 2 shows an embodiment of the
상기 몸체부(111)는, 도시된 바와 같이 내부에 빈 공간이 형성되며, 전면 및 후면에 통기구멍(111h)이 형성된다. 헬름홀츠 공명기의 경우에는 한쪽 면에만 통기구멍(111h)이 형성되므로 공기가 들락날락하게 되지만, 본 발명의 몸체부(111)의 경우 전면 및 후면 양쪽에 통기구멍(111h)이 형성되므로 한쪽에서 들어온 공기가 다른 쪽으로 빠져나갈 수 있다. 즉 공기가 상기 몸체부(111)를 통과해 나가는 것이 가능하다. 상기 통기구멍(111h)은 도시된 바와 같이 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면의 중심에 형성되게 하는 것이 일반적이겠으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 중심이 아닌 위치에 형성되게 하여도 무방하다.As shown in the drawing, the
상기 삽입관(112)은, 도시된 바와 같이 관형으로 형성되어 각각의 상기 통기구멍(111h)에 구비된다. 상기 삽입관(112)은 상기 통기구멍(111h) 하나당 단일 개 구비될 수도 있고, 복수 개가 구비될 수도 있다. 도 2에서는 상기 삽입관(112)이 상기 통기구멍(111h) 하나당 단일 개 구비되는 경우를 도시하고 있는데, 이 경우에는 상기 몸체부(111)의 전면 및 후면 양쪽에 통기구멍(111h)이 형성되므로, 상기 삽입관(112)은 한 쌍이 구비되게 된다.The
한편 헬름홀츠 공명기의 경우에는 도시된 바와 같이 목이 몸체 외부로 돌출 연장된 형상으로 이루어지는 반면, 본 발명의 삽입관(112)은 도시된 바와 같이 상기 몸체부(111)의 내부로 삽입 연장된 형상으로 이루어진다. 더불어 본 발명의 삽입관(112)은, 도 2의 예시에 도시된 바와 같이 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면에 수직하게 연장되는 파이프 형상일 수도 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.On the other hand, in the case of the Helmholtz resonator, as shown in the figure, the neck is protruded to the outside of the body, whereas the
이후 보다 상세히 설명되겠지만, 상기 삽입관(112)의 길이, 직경 등은 차단하고자 하는 소음의 주파수와 긴밀하게 관련된다. 그런데 상기 삽입관(112)의 형상이 도 2의 예시와 같은 형상으로 한정될 경우, 상기 삽입관(112)의 길이가 길어질수록 상기 플래넘 챔버(110)의 두께가 필연적으로 상기 삽입관(112) 길이의 2배 이상으로 두꺼워져야만 한다. 이 때 상기 플래넘 챔버(110)를 포함하는 본 발명의 환기형 차음장치(100)가 설치될 영역의 두께에 제한이 있을 경우, 차단하고자 하는 소음의 주파수를 원하는 대로 설정하기 어려워질 수 있다.As will be described in greater detail below, the length, diameter, etc. of the
상술한 바와 같은 문제를 해소할 수 있도록, 상기 삽입관(112)은 일측 끝단이 상기 통기구멍(111h)에 연통되고 타측 끝단이 상기 몸체부(111) 내부 공간으로 개방된 나선관(spiral tube) 형상으로 이루어질 수 있다. 도 3은 이러한 나선관 형상으로 된 상기 삽입관(112)의 예시를 도시하고 있다. 보다 구체적으로, 도 3(A)는 파이프가 나선 모양으로 벤딩됨으로써 나선관 형상을 형성하는 예시를 도시하고 있다. 한편 도 3(B)는, 일측 끝단이 상기 통기구멍(111h)에 상응하는 위치에 배치되는 나선구멍(112s)이 형성된 패널(112a) 및 상기 나선구멍(112s)의 타측 끝단에 상응하는 위치에 연통구멍(112h)이 형성된 마감판(112b)이, 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면에 순차적으로 적층됨으로써 나선관 형상을 형성하는 예시를 도시하고 있다.In order to solve the above-described problem, the
본 발명의 환기형 차음장치(100)는, 상술한 바와 같은 형상으로 된 상기 플래넘 챔버(110) 단일 개로 이루어질 수도 있으나, 차음하고자 하는 영역의 사이즈에 맞게 복수 개의 상기 플래넘 챔버(110)가 상하 방향 및 좌우 방향으로 배열된 형태로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 도 4는 이러한 본 발명의 환기형 차음장치(100)의 실시예를 도시하고 있으며, 도 5는 본 발명의 환기형 차음장치(100)의 실시예 사진을 보이고 있다.The ventilation type
이처럼 본 발명의 환기형 차음장치(100)는 환기가 가능한 소음저감 구조로서, 이해가 용이한 한 쌍의 설계변수를 사용하여 설계자가 원하는 주파수 범위에서 일반적인 차음벽체와 동등한 수준의 차음 성능을 얻을 수 있도록 한다. 이에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.As described above, the ventilating type
본 발명의 환기형 차음장치(100)는, 미리 결정된 목적주파수 대역의 소음을 차단하도록 상기 플래넘 챔버(110)의 형상이 설계되되, 상기 플래넘 챔버(110)의 형상에 의하여 결정되는 공명주파수(fr) 및 차단주파수(fc)를 설계변수로 한다. 이 때 상기 목적주파수 대역은, 일반적인 차음 목적을 고려할 때 가청주파수 대역으로 결정될 수 있으며, 일반적으로 널리 사용되는 표준 범위인 100~3500Hz 또는 125~4000Hz가 될 수 있다. 또는, 어떤 특정한 주파수 대역의 소음이 특히 많이 발생되는 지역의 경우, 해당 주파수 대역의 소음을 더욱 효과적으로 차단할 수 있도록 상기 목적주파수 대역이 해당 주파수 대역으로 보다 좁게 결정될 수도 있다. 또는 본 발명의 환기형 차음장치(100)의 원리상, 수중 등과 같이 매질이 공기가 아닌 지역에도 적용이 가능하며, 이러한 경우 역시 소음의 효과적인 차단을 위해 매질의 변화에 따라 적절하게 목적주파수 대역을 일반적인 가청주파수 대역과 다르게 결정될 수도 있다. 이와 같이 상기 목적주파수 대역은 목적, 환경 등에 따라 적절하게 변경 결정될 수 있다.The ventilation type
한편, 일반적으로 차음 성능을 따질 때에는 주파수에 대한 STL(Sound Transfer Loss, 투과소음손실) 그래프를 사용한다. 즉 어떤 주파수에서 얼마나 투과소음이 줄어들었는지 주파수별로 측정한 것으로서, 일반적으로 투과소음손실 양이 30dB 이상이면 차음 성능이 충분한 것으로 본다. 도 6는 본 발명의 환기형 차음장치의 설계변수가 표시된 STL 그래프인데, 본 발명에서 사용하는 한 쌍의 설계변수, 즉 상기 공명주파수(fr) 및 상기 차단주파수(fc)에서는 이러한 STL 그래프에서 로컬 최저값들이 나타나게 된다. 다시 말해 상기 공명주파수(fr) 및 상기 차단주파수(fc) 사이의 주파수 대역에서는 효과적인 소음 차단이 이루어질 수 있다.On the other hand, in general, when the sound insulation performance is evaluated, a STL (Sound Transfer Loss) graph is used for the frequency. In other words, it is a frequency-by-frequency measurement of how much the transmission noise is reduced at a certain frequency. In general, if the transmission noise loss amount is 30 dB or more, the sound insulation performance is considered sufficient. FIG. 6 is a STL graph showing the design parameters of the ventilating type sound insulating apparatus of the present invention. In the STL graph, a pair of design variables, that is, the resonance frequency fr and the cutoff frequency fc, The lowest values are displayed. In other words, effective noise cancellation can be achieved in the frequency band between the resonance frequency fr and the cut-off frequency fc.
본 발명에서는, 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되고, 상기 차단주파수(fc)가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 형상이 설계되도록 함으로써, 원하는 소음 차단 성능을 달성함과 동시에 소음 차단을 원하는 영역의 사이즈에 맞는 설계가 용이하게 이루어질 수 있도록 한다. 상기 공명주파수(fr) 및 상기 차단주파수(fc)는, 각각 하기 제1식 및 제2식에 의하여 결정된다.In the present invention, by designing the shape of the
(제1식)(Formula 1)
(여기에서, c: 음속, S: 삽입관 단면적, L: 삽입관 등가길이, V: 몸체부 부피)(C: sonic velocity, S: insertion tube cross sectional area, L: insertion tube equivalent length, V: body volume)
제1식은 앞서 설명한 헬름홀츠 공명기의 공명주파수를 구하는 식과 유사하나, 본 발명의 상기 플래넘 챔버(110)는 (헬름홀츠 공명기의 목에 해당하는) 상기 삽입관(112)이 2개가 구비되므로, √ 안의 값이 2배가 된 점이 다르다. 한편 삽입관 등가길이(L)를 구하는 여러 가지 경우에 대해 설명하자면 다음과 같다. 상기 삽입관(112)이 도 2에서와 같이, 상기 통기구멍(111h) 하나당 단일 개만 구비되고, 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면에 수직하게 연장되는 파이프 형상인 경우에는 앞서 헬름홀쯔 공명기의 공명주파수를 구하는 식에서와 마찬가지로 [삽입관 등가길이(L) = 삽입관 길이(l) + 0.1 x 삽입관 반경(r)]이라는 식을 동일하게 사용할 수 있다. 그러나 상기 삽입관(112)이 상기 통기구멍(111h) 하나당 복수 개가 구비되는 경우에는, 삽입관 단면적(S)은 그에 맞는 유효면적으로 계산되어야 한다. 또한 상기 삽입관(112)이 도 3과 같은 나선관 형상인 경우에도, 나선관 형상에 맞는 유효길이, 유효면적, 유효반경 등을 계산하고 이를 위의 식에 적용하도록 한다.The first equation is similar to the above-described equation for obtaining the resonance frequency of the Helmholtz resonator, but since the
(제2식)(Second formula)
(여기에서, c: 음속, D: 몸체부 직경)(Where, c: sound velocity, D: body diameter)
제2식은 음파의 고차 모드가 처음 생기는 주파수를 계산하는 식으로서, (헬름홀츠 공명기의 공명주파수를 구하는 식과 마찬가지로) 일반적으로 잘 알려져 있는 공식이다. 음파의 고차 모드가 생기면 이 음파는 차단되지 않고 통과되어 버리게 된다. 즉 목적주파수 대역의 소음이 효과적으로 차단되려면, 이렇게 고차 모드가 생기는 주파수(상기 차단주파수(fc))가 목적주파수 대역보다 높게 나와야 한다.The second equation is a formula for calculating the frequency at which the higher-order mode of a sound wave first occurs, and is a generally well-known formula (similar to the equation for obtaining the resonant frequency of a Helmholtz resonator). When a higher-order mode of sound waves occurs, the sound waves pass through without being blocked. That is, in order for the noise of the target frequency band to be effectively blocked, the frequency at which the higher-order mode occurs (the cut-off frequency fc) should be higher than the target frequency band.
본 발명의 환기형 차음장치(100)를 구성하는 상기 플래넘 챔버(110)는, 이처럼 그 형상에 따라 상기 공명주파수(fr) 및 상기 차단주파수(fc)을 결정할 수 있다. 즉 거꾸로 보면, 상기 공명주파수(fr) 및 상기 차단주파수(fc)를 원하는 정도로 결정하면, 그에 맞게 상기 플래넘 챔버(110)의 형상을 결정할 수도 있다. 이처럼 본 발명의 환기형 차음장치(100)는, 원하는 목적주파수 대역의 소음을 차단하도록 상기 공명주파수(fr) 및 상기 차단주파수(fc)를 정하고, 그에 맞게 상기 플래넘 챔버(110)의 형상을 결정하는 방식으로 매우 용이하게 설계가 가능하다. 또한 이에 따라, 상기 플래넘 챔버(110) 도는 상기 환기형 차음장치(100)의 사이즈가 특정한 사이즈로 한정되지 않고 원하는 대로 조절할 수 있다는 장점 또한 있다.The
본 발명의 환기형 차음장치(100)의 설계방법을 요약하면, 목적주파수 대역결정단계, 설계변수 산출단계, 플래넘 챔버 형상설계단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 각 단계를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The method for designing the ventilating type
상기 목적주파수 대역결정단계에서는, 앞서 설명한 바와 같이 원하는 목적, 차음장치가 설치될 지역의 환경 등에 따라 차단하고자 하는 소음의 주파수 대역을 적절히 결정한다. 이는 사용자가 원하는 대로 결정하면 되는 것으로서, 별다른 제한이나 조건이 없다면 가청주파수 대역으로서 일반적으로 널리 사용되는 표준 범위인 100~3500Hz 또는 125~4000Hz으로 결정될 수 있다.In the determination of the target frequency band, as described above, the frequency band of the noise to be blocked is appropriately determined according to a desired purpose, an environment of a region where the sound insulating device is to be installed, and the like. This can be determined as the user desires, and if there are no limitations or conditions, it can be determined to be a standard range of 100 to 3500 Hz or 125 to 4000 Hz, which is generally widely used as an audio frequency band.
상기 설계변수 산출단계에서는, 상기 플래넘 챔버(110)의 형상에 의하여 결정되는 공명주파수(fr) 및 차단주파수(fc)를 설계변수로 하도록, 미리 결정된 상기 플래넘 챔버(110)의 형상의 초기값을 사용하여, 상기 제1식에 의하여 상기 공명주파수(fr)가 산출되고, 상기 제2식에 의하여 상기 차단주파수(fc)가 산출된다. 상기 플래넘 챔버(110)의 형상의 초기값은 말 그대로 단순 초기값으로서, 설계자가 적절하게 원하는 대로 결정할 수 있다.The initial value of the shape of the
상기 플래넘 챔버 형상설계단계에서는, 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되고, 상기 차단주파수(fc)가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 형상이 설계가 이루어지게 된다. 이 때 상기 제1식을 참조하면, 상기 공명주파수(fr)는 삽입관 단면적(S), 삽입관 등가길이(L), 몸체부 부피(V)와 관련되며, 상기 차단주파수(fc)는 상기 플래넘 챔버(110)의 몸체부 직경(D)과 관련된다. 즉 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 삽입관 단면적(S), 삽입관 등가길이(L), 몸체부 부피(V)가 각각 조절되면 되고, 또한 상기 차단주파수(fc)가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 몸체부 직경(D)이 조절되면 된다.The shape of the
한 예시로서 상기 플래넘 챔버 형상설계단계를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.As an example, the planar chamber shape designing step will be described in more detail as follows.
상기 제2식을 보면 상기 차단주파수(fc)는 단지 몸체부 직경(D)과만 관련되기 때문에 상대적으로 설계가 용이하다. 따라서 맨 먼저, 상기 차단주파수(fc)가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 몸체부 직경(D)이 결정될 수 있다.In the second equation, the cut-off frequency fc is related only to the body portion diameter D, so that it is relatively easy to design. Therefore, first, the body portion diameter D of the
한편, 상기 환기형 차음장치(100)가 설치될 영역의 사이즈 등에 따라 상기 환기형 차음장치(100)의 설계조건 중요도가 달리 결정될 수 있다. 예를 들어 차음하고자 하는 영역의 면적은 상관없으나 두께가 어느 수준 이하이기를 원할 수도 있고, 또는 환기성능에 영향을 미치는 개구부 면적이 고정적으로 결정되어야 하는 경우도 있다. 이와 같이 미리 결정된 상기 환기형 차음장치(100)의 설계조건 중요도에 따라, 두께와 관련된 형상변수를 먼저 조절할지 아니면 면적과 관련된 형상변수를 먼저 조절할지가 결정될 수 있다. 즉 상기 환기형 차음장치(100)의 두께 설계조건 중요도가 높을 경우, 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되도록 상기 플래넘 챔버(110)의 삽입관 등가길이(L) 및 몸체부 부피(V)가 먼저 결정된 후 상기 삽입관 단면적(S)이 결정될 수 있다. 반면 상기 환기형 차음장치(100)의 개구부 면적 설계조건 중요도가 높을 경우, 상기 공명주파수(fr)가 상기 목적주파수 대역 미만이 되도록 삽입관 단면적(S)이 먼저 결정된 후 삽입관 등가길이(L) 및 몸체부 부피(V)가 결정될 수 있다.Meanwhile, the importance of the design condition of the ventilating type
위의 예시는 상기 삽입관(112)이 상기 몸체부(111)의 전면 또는 후면에 수직하게 연장되는 파이프 형상인 경우를 전제한 것으로 생각할 수 있는데, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 만일 두께와 관련된 형상변수를 조절함에 있어서 도저히 원하는 만큼 두께를 줄일 수가 없다면, 위 과정 중 적절한 순서에서 상기 삽입관(112)의 형상을 파이프 형상에서 나선관 형상으로 바꾸고 설계를 진행할 수 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.It is assumed that the above example assumes that the
도 7은 본 발명의 환기형 차음장치의 실제 차음성능 측정 결과를 도시하고 있다. 도 7에서 Rw-30이란 ISO(국제 표준 기구)에서 사용하는 차음성능 평가기준을 나타내는 것이다. Rw는 측정 대상의 100~3150 Hz대역의 음압 전달 손실 (Sound Transmission Loss)과 Rw 기준 곡선의 차이값으로 계산하게 되며, 두 값의 주파수 밴드별 차이의 합이 32 dB가 넘지 않는 최대값으로부터 Rw를 계산하게 된다.FIG. 7 shows a result of measuring the actual sound insulation performance of the ventilating type sound insulating apparatus of the present invention. In Fig. 7, Rw-30 indicates a sound insulation performance evaluation standard used in the ISO (International Organization for Standardization). Rw is calculated as the difference between the sound transmission loss and the Rw reference curve in the range of 100 to 3150 Hz of the measurement object. The sum of the differences of the two values in the frequency bands is calculated from Rw .
[표 1][Table 1]
[표 2][Table 2]
표 1 및 표 2는, 참고문헌(M. Garai, P. Guidorzi, JASA 108, 1054, 2000, European methodology for testing the airborne sound insulation characteristics of noise barriers in situ: Experimental verification and comparison with laboratory data)에 나와 있는 방음벽 재료들 및 그 성능을 보이고 있다. 이러한 방음벽 재료들은 모두 실제 산업계에서 많이 사용되는 것들로서, 상기 표 1 및 표 2를 보면 철제 방음벽 (MET1~7), 아크릴 방음벽 (ARC1) 등의 구성 및 Rw 값이 잘 나타나 있다. 이러한 값들과 비교하였을 때, 본 발명은 환기를 위한 개구부가 포함되어 있음에도 실제 적용되는 산업용 방음벽과 비교하여 유사한 정도의 매우 훌륭한 성능을 보임을 알 수 있다.Tables 1 and 2 are presented in the references (M. Garai, P. Guidorzi, JASA 108, 1054, 2000, Experimental verification and comparison with laboratory data of insulation characteristics of noise barriers in situ: European methodology for testing Which shows the soundproof wall materials and their performance. These soundproof wall materials are widely used in the real industry. Table 1 and Table 2 show the structures and Rw values of the iron soundproof walls (MET1-7), the acrylic soundproof wall (ARC1) and the like well. Compared with these values, it can be seen that the present invention has a very good performance comparable to that of an actual industrial soundproofing wall even though it includes openings for ventilation.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
100: 환기형 차음장치 110: 플래넘 챔버
111: 몸체부 111h: 통기구멍
112: 삽입관
112a: 패널 112s: 나선구멍
112b: 마감판 112h: 연통구멍100: ventilating type sound insulating device 110: plenum chamber
111:
112: insertion tube
112a:
112b: Finishing
Claims (10)
미리 결정된 목적주파수 대역의 소음을 차단하도록 상기 플래넘 챔버의 형상이 설계되되, 상기 플래넘 챔버의 형상에 의하여 결정되는 공명주파수 및 차단주파수를 설계변수로 하여,
상기 공명주파수가 상기 목적주파수 대역 미만이 되고, 상기 차단주파수가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버의 형상이 설계되되,
상기 공명주파수는 하기 제1식에 의하여 결정되고,
상기 차단주파수는 하기 제2식에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치.
(제1식)
(여기에서, c: 음속, S: 삽입관 단면적, L: 삽입관 등가길이, V: 몸체부 부피)
(제2식)
(여기에서, c: 음속, D: 몸체부 직경)
A body portion having a hollow space formed therein and having a ventilation hole formed on a front surface and a rear surface thereof; An insertion tube formed in a tubular shape and provided in each of the ventilation holes, the insertion tube being inserted into the body part; And a plenum chamber including a plenum chamber,
Wherein the shape of the plenum chamber is designed so as to block noise of a predetermined target frequency band, and a resonance frequency and a cutoff frequency determined by the shape of the plenum chamber are designed as design variables,
The shape of the plenum chamber is designed such that the resonant frequency is less than the target frequency band and the cutoff frequency is greater than the target frequency band,
Wherein the resonant frequency is determined by the following equation (1)
Wherein the cut-off frequency is determined by the following equation (2).
(Formula 1)
(C: sonic velocity, S: insertion tube cross sectional area, L: insertion tube equivalent length, V: body volume)
(Second formula)
(Where, c: sound velocity, D: body diameter)
복수 개의 상기 플래넘 챔버가 상하 방향 및 좌우 방향으로 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치.
The ventilating type sound insulating apparatus according to claim 1,
Wherein the plurality of the plenum chambers are arranged in the up-and-down direction and the left-right direction.
가청주파수 대역으로 결정되는 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치.
2. The method of claim 1,
And is determined to be an audible frequency band.
상기 몸체부의 전면 또는 후면의 중심에 형성되는 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치.
The air conditioner according to claim 1,
Wherein the ventilation hole is formed at the center of the front surface or the rear surface of the body portion.
상기 통기구멍 하나당 단일 개 또는 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치.
The insertion tube according to claim 1,
Wherein a single or a plurality of ventilation holes are provided per one of the ventilation holes.
상기 몸체부의 전면 또는 후면에 수직하게 연장되는 파이프 형상이거나,
일측 끝단이 상기 통기구멍에 연통되고 타측 끝단이 상기 몸체부 내부 공간으로 개방된 나선관(spiral tube) 형상인 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치.
The insertion tube according to claim 1,
A pipe shape extending vertically to the front surface or the rear surface of the body portion,
And a spiral tube having one end connected to the vent hole and the other end opened to the internal space of the body.
나선관 형상으로 형성되되,
상기 몸체부의 전면 또는 후면에 평행하게 적층되며, 일측 끝단이 상기 통기구멍에 상응하는 위치에 배치되는 나선구멍이 형성된 패널 및
상기 몸체부의 전면 또는 후면에 평행하게 적층되며, 상기 나선구멍의 타측 끝단에 상응하는 위치에 연통구멍이 형성된 마감판
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치.
9. The apparatus according to claim 8,
And is formed in a helical tube shape,
A panel having a spiral hole formed at a position corresponding to the vent hole and having one end thereof stacked in parallel on the front surface or the rear surface of the body portion,
A finishing plate which is stacked in parallel to a front surface or a rear surface of the body portion and has a communication hole at a position corresponding to the other end of the helical hole,
Wherein the ventilating-type sound insulating apparatus comprises:
차단하고자 하는 소음의 주파수 대역인 목적주파수 대역이 결정되는 목적주파수 대역결정단계;
상기 플래넘 챔버의 형상에 의하여 결정되는 공명주파수 및 차단주파수를 설계변수로 하도록, 미리 결정된 상기 플래넘 챔버의 형상의 초기값을 사용하여, 하기 제1식에 의하여 상기 공명주파수가 산출되고, 하기 제2식에 의하여 상기 차단주파수가 산출되는 설계변수 산출단계;
(제1식)
(여기에서, c: 음속, S: 삽입관 단면적, L: 삽입관 등가길이, V: 몸체부 부피)
(제2식)
(여기에서, c: 음속, D: 몸체부 직경)
상기 공명주파수가 상기 목적주파수 대역 미만이 되도록 상기 플래넘 챔버의 삽입관 단면적, 삽입관 등가길이, 몸체부 부피가 각각 조절되고,
상기 차단주파수가 상기 목적주파수 대역 초과가 되도록 상기 플래넘 챔버의 몸체부 직경이 조절되어,
상기 플래넘 챔버의 형상이 설계되는 플래넘 챔버 형상설계단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환기형 차음장치의 설계방법.A body portion having a hollow space formed therein and having a vent hole at the center of the front and rear surfaces; A pair of insertion tubes formed in a tubular shape and provided in the respective vent holes, the insertion tubes being inserted into the body part; And a plenum chamber including a plenum chamber,
Determining a target frequency band that is a frequency band of a noise to be blocked;
Using the initial value of the shape of the plenum chamber determined in advance so that the resonance frequency and the cut-off frequency determined by the shape of the plenum chamber are design variables, the resonance frequency is calculated by the following equation A design parameter calculating step of calculating the cutoff frequency according to a second equation;
(Formula 1)
(C: sonic velocity, S: insertion tube cross sectional area, L: insertion tube equivalent length, V: body volume)
(Second formula)
(Where, c: sound velocity, D: body diameter)
The insertion tube cross-sectional area, the insertion tube equivalent length, and the body volume of the plenum chamber are adjusted so that the resonance frequency is less than the target frequency band,
The diameter of the body portion of the plenum chamber is adjusted so that the cutoff frequency is greater than the target frequency band,
A planar chamber shape design step in which the shape of the plenum chamber is designed;
Wherein the first and the second ventilation holes are formed in a predetermined shape.
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