KR102062972B1 - 물-공기 음향 무반사 코팅 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체로 채워진 공동과, 상기 공동의 일측에 형성되는 효율질량 요소, 그리고 상기 공동의 다른 측에 형성되는 분리 멤브레인을 포함하는 물-공기 음향 무반사 코팅에 관한 것이다. 원래는 음파가 물-공기 경계면을 거의 통과하지 않지만, 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅을 사용하면 상당히 유용한 분량의 음파를 투과하도록 하는 것이 가능하며, 따라서, 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅은 수중의 소리를 민감하게 수신하거나 그 반대로 수중으로 음파를 효율적으로 송신하는 데에 사용될 수 있다.

Description

물-공기 음향 무반사 코팅{WATER-AIR ACOUSTICANTI-REFLECTION COATING}

본 발명은 수중 음이 공기 중으로 반사 없이 투과하도록 하는 무반사 코팅에 관한 것이다.

수중에서 발생한 음파는 공기와 만났을 때 물과 공기의 임피던스 차이가 크기 때문에 거의 대부분 반사하고 극히 일부만이 투과한다. 따라서 물속에서 발생한 소리는 물 밖에서 듣기 힘들다. 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅은 수중 음이 직접 공기 중으로 전달되게 하여 감도가 하이드로폰 보다 월등히 좋은 공기 중의 마이크를 사용하여 수중에서 발생하는 미세한 소리를 명확하게 감지할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 기존의 하이드로폰을 사용하여 가청 주파수의 음파를 수중에서 발생시키는 데에는 어려움이 있었는데, 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅을 사용하여 공기 중에서 일반 스피커로 발생시킨 음파를 물속으로 투과하도록 함으로써, 이 문제를 해결할 수 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 기체로 채워진 공동과, 이 공동의 일측에 형성되는 효율질량 요소, 이 공동의 다른 측에 형성되는 분리 멤브레인을 포함하는 물-공기 음향 무반사 코팅을 이용하여 물속의 소리를 물 밖으로, 그리고 공기 중의 소리를 물속으로 효율적으로 전달하는 것을 가능하게 하는 것이다.

본 발명은 기체로 채워진 공동; 상기 공동의 일측에 형성되는 효율질량 요소; 및 상기 공동의 다른 측에 형성되는 분리 멤브레인;을 포함하고, 상기 효율질량 요소는, 한 개 혹은 다수 개의 추가 달린 멤브레인과 추 없는 멤브레인 및 상기 추가 달린 멤브레인과 추 없는 멤브레인을 지지하는 프레임부를 포함하고, 상기 프레임부는, 제1관통공이 형성된 내측프레임과 상기 내측프레임의 외측면에서 돌출되되 다수개가 이격되어 돌출 형성된 연결프레임 및 다수개의 상기 연결프레임 끝단을 연결하여 상기 내측프레임부의 외측에 다수개의 제2관통공을 형성시키며 상기 공동의 일측에 형성된 외측프레임을 포함하고, 상기 추가 달린 멤브레인은, 상기 제1관통공에 구비되고, 상기 추 없는 멤브레인은, 상기 추가 달린 멤브레인의 외측을 감싸도록 상기 제2관통공에 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.

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상기 추가 달린 멤브레인, 상기 추가 달리지 않은 멤브레인, 그리고 상기 분리 멤브레인 중의 하나 이상은 라텍스 고무막을 재질로 하는 것일 수 있다.

상기 추가 달린 멤브레인, 상기 추가 달리지 않은 멤브레인, 그리고 상기 분리 멤브레인 중의 하나 이상은 실리콘 나이트라이드(SiN)를 재질로 하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 물-공기 음향 무반사 코팅은, 기체로 채워진 공동과, 이 공동의 일측에 형성되는 효율질량 요소, 이 공동의 다른 측에 형성되는 분리 멤브레인을 포함하는 물-공기 무반사 코팅을 이용하여 물속의 소리를 물 밖으로, 그리고 공기 중의 소리를 물속으로 효율적으로 전달하는 것을 가능하게 하는 특징을 갖는다.

본 발명은 수중 음이 직접 공기 중으로 전달되게 하여 감도가 월등히 좋은 공기 중의 마이크를 사용하여 미세한 소리를 명확하게 감지할 수 있도록 한다.

또한, 기존의 하이드로폰을 사용하여 가청 주파수의 음파를 수중에서 발생시키는 데에는 어려움이 있었는데, 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅을 사용하여 공기 중에서 일반 스피커로 발생시킨 음파를 물속으로 투과하도록 함으로써, 이 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 물-공기 무반사 단위셀의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 여러 개의 음향 무반사 단위셀들을 연결하여 형성한 물-공기 음향 무반사 코팅막을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅을 사용한 경우와 사용하지 않은 경우 물속의 음파가 물-공기 경계면을 투과할 때 발생하는 투과 손실의 주파수 특성에 대한 실험값을 도시한 것이다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도 1은 본 발명의 물-공기 음향 무반사 단위셀의 구조를 도시한 것이다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 물-공기 음향 무반사 단위셀의 구조는 LCP로 채운 공동(100)과, 상기 공동의 일측에 형성되는 효율질량요소(200), 그리고 상기 공동의 다른 측에 형성되는 분리 멤브레인(300)으로 구성된다. 물과 공기의 경계면에 설치할 때는 상기 효율질량요소(200)는 공기와 접촉하고, 상기 분리 멤브레인(300)은 물과 접촉하도록 한다.

상기 효율질량요소(200)는, 음향적으로 실제 질량보다 큰 효율질량을 가지도록 형성된 음향 메타물질 요소이다. 바람직한 한 실시 예는 도 1A에 도시한 바와 같이, 추가 달린 멤브레인(210)과, 추 없는 멤브레인(220), 그리고 이 멤브레인들을 지지하는 프레임부(230)를 포함할 수 있다. 도 1A의 구조를 갖는 효율질량요소는 특정 주파수에서 매우 높은 효율질량을 갖는다는 것을 본 발명자들은 실험적으로 입증하였다. 그러나 원래의 질량보다 훨씬 높은 효율질량을 갖는 음향메타물질 요소로서는 다른 구조의 여러 가지가 있음은 잘 알려진 사실이다. 어떤 구조를 갖는 효율질량요소이든지 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅을 작동하는 데에는 상관이 없다. 음파가 반사하지 않고 물-공기 경계면을 잘 통과하는 기작은 높은 효율질량을 갖는 효율질량요소(200)와 그 안의 기체로 채워진 공동(100)과의 상호 작용에 의한 것이기 때문이다.

분리 멤브레인(300)은 공동 안의 기체와 물이 섞이지 않도록 분리하는 역할을 한다.

가청주파수 영역에서 사용될 수 있는 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅에서는, 상기 추가 달린 멤브레인, 상기 추 없는 멤브레인, 그리고 상기 분리 멤브레인의 재질로서 라텍스 고무막이 바람직하다.

초음파 영역에서는 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅에서는, 상기 추가 달린 멤브레인, 상기 추 없는 멤브레인, 그리고 상기 분리 멤브레인의 재질로서 실리콘 나이트라이드(SiN)가 바람직히다.

도 2에는 본 발명의 물-공기 음향 무반사 단위셀을 횡 방향으로 서로 연결하여 얇고 넓은 면 형태로 형성한 음향 무반사 코팅을 도시한 것이다.

일반적으로 단위셀이 작으므로 넓은 면적에서 사용하려면 도 2에 도시한 바와 같이 여러 개의 단위셀들을 횡 방향으로 연결하여 넓은 면을 형성해야 한다.

도 3에는 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅을 사용한 경우와 사용하지 않은 경우 물속의 음파가 물-공기 경계면을 투과할 때 발생하는 투과 손실의 주파수 특성에 대한 실험값을 도시한 것이다. 삼각점들로 표시된 실험값은 본 발명의 무반사 코팅을 사용하지 않고 물속에서 발생한 소리가 공기 중으로 얼마나 잘 나오는가는 실험한 실험 데이터인데, 물속에서 발생한 소리가 물과 공기의 경계면을 통과 하면서 투과 손실이 약 27dB 발생하였음을 알 수 있다. 즉, 약 0.2%의 소리만이 공기 중을 나올 수 있다는 것이다. 그 반면에, 본 발명의 무반사 코팅을 물과 공기의 경계면에 설치하였을 경우의 실험 결과는 도 3에서 원형 점들로 표시하였는데, 목표 주파수인 700Hz 근처에서 투과 손실이 약 5dB 정도로 줄어들었음을 볼 수 있다. 이것은 물속에서 발생한 음파의 약 30%가 공기 중으로 나오게 되었다는 것을 의미한다. 도 3에 도시한 실험 결과를 통해, 원래를 음파가 물-공기 경계면을 거의 통과하지 않지만, 본 발명의 물-공기 음향 무반사 코팅을 사용하면 상당히 유용한 분량의 음파를 투과하도록 하는 것이 가능함을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 공동 200: 효율질량요소
210: 추가 달린 멤브레인 220: 추 없는 멤브레인
230: 프레임부 300: 분리 멤브레인

Claims (4)

1. 기체로 채워진 공동;
   상기 공동의 일측에 형성되는 효율질량 요소; 및
   상기 공동의 다른 측에 형성되는 분리 멤브레인;을 포함하고,
   상기 효율질량 요소는, 한 개 혹은 다수 개의 추가 달린 멤브레인과 추 없는 멤브레인 및 상기 추가 달린 멤브레인과 추 없는 멤브레인을 지지하는 프레임부를 포함하고,
   상기 프레임부는, 제1관통공이 형성된 내측프레임과 상기 내측프레임의 외측면에서 돌출되되 다수개가 이격되어 돌출 형성된 연결프레임 및 다수개의 상기 연결프레임 끝단을 연결하여 상기 내측프레임부의 외측에 다수개의 제2관통공을 형성시키며 상기 공동의 일측에 형성된 외측프레임을 포함하고,
   상기 추가 달린 멤브레인은, 상기 제1관통공에 구비되고,
   상기 추 없는 멤브레인은, 상기 추가 달린 멤브레인의 외측을 감싸도록 상기 제2관통공에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 물-공기 음향 무반사 코팅.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 추가 달린 멤브레인, 상기 추 없는 멤브레인, 그리고 상기 분리 멤브레인 중의 하나 이상이 라텍스 고무막을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 물-공기 음향 무반사 코팅.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 추가 달린 멤브레인, 상기 추 없는 멤브레인, 그리고 상기 분리 멤브레인 중의 하나 이상이 실리콘 나이트라이드(SiN)를 재질로 하는 것을 특징으로 하는 물-공기 음향 무반사 코팅.
   

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