KR102200473B1 - 흡음구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

흡음 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 흡음 구조체는 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 서로 어긋나게 배열된 제1 소자들을 포함하고, 제1 내부 채움 밀도를 가지며, 제1 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제1 흡음층 및 1 흡음층상에 배치되고, 제1 내부 채움 밀도와 다른 제2 내부 채움 밀도를 가지며, 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제2 흡음층;을 포함한다.

Description

흡음구조체 및 그 제조 방법{Sound Absorption Structure and Method of manufacturing the same}

본 개시는 내부 채움을 조절하여 흡음 특성을 조절할 수 있는 흡음 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

음향을 조절하는 방법은 반사, 흡음, 분산 크게 세가지로 구분된다. 이 중 흡음 방식은 내부에 90 % 이상의 기공이 있는 스펀지, 부직포 같은 구조체를 사용하거나, 또는 특정 중심 주파수 대역에서 반응할 수 있는 마이크로 크기의 공진기를 만들어 흡음 성능과 주파수 영역을 조절한다.

일반적인 흡음 소재인 스펀지, 부직포의 경우 기공률을 높여 공기의 임피던스 값과 흡음 구조체의 임피던스 값을 일치시키거나 또는 소재의 두께를 키워 광범위한 중심 주파수 대역에서의 흡음 성능을 향상시킨다.

반면에 특정 주파수에서의 흡음 성능을 향상시키기 위하여 공진기를 소재 표면에 제작하여 사용하기도 한다. 공진기의 경우 제작상의 한계로 인하여 주로 흡음 구조체의 표면에 제작이 되며, 흡음 구조체의 두께 방향으로 배치가 되지 않는다.

한국 공개특허공보 제10-2016-0011575호(2016.02.01)

본 개시는 내부 채움 밀도를 조절할 수 있는 흡음구조체 및 그 제조 방법을 제공한다.

일 측면에서는 계단식으로 내부 채움 밀도를 변경시킴으로써 광범위한 주파수 영역 대에서의 흡음 성능을 갖춘 흡음 구조체 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면(aspect)에 따른 흡음 구조체는, 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 서로 어긋나게 배열된 제1 소자들을 포함하고, 제1 내부 채움 밀도를 가지며, 제1 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제1 흡음층; 및 상기 제1 흡음층상에 배치되고, 상기 제1 내부 채움 밀도와 다른 제2 내부 채움 밀도를 가지며, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제2 흡음층;을 포함한다.

그리고, 상기 제1 소자들 중 상기 흡음 구조체의 두께 방향과 수직하게 배열된 제1 소자들은 서로 나란하게 배열될 수 있다.

또한, 상기 제1 소자들 중 상기 흡음 구조체의 두께 방향과 수직하게 배열된 제1 소자들은 공간적으로 이격 배치될 수 있다.

그리고, 상기 제1 소자들 중 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 배열된 제1 소자들은, 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 상기 길이 방향이 순차적으로 변할 수 있다.

또한, 상기 길이 방향이 변하는 정도는 일정할 수 있다.

그리고, 상기 길이 방향이 변하는 정도는 10도 이상 150도 미만일 수 있다.

또한, 상기 제1 소자들 중 적어도 하나는 바 형상일 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡음층은, 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 어긋나게 배열된 제2 소자들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 소자들의 길이 방향이 어긋나게 배열된 정도는, 상기 제1 소자들의 길이 방향이 어긋나게 배열된 정도가 다를 수 있다.

그리고, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자의 두께, 배열 간격 및 물질 중 적어도 하나가 다를 수 있다.

또한, 상기 제1 흡음층은 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 나선형 또는 직선형의 복수 개의 기공을 포함하고, 상기 제2 흡음층은 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 나선형 또는 직선형의 복수 개의 기공을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡음층상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 내부 채움 밀도와 다른 제3 내부 채움 밀도를 갖는 제3 흡음층;을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제3 내부 채움 밀도는, 상기 제1 내부 채움 밀도와 상기 제3 내부 채움 밀도의 사이값일 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 어긋나게 배열된 제1 소자를 포함하고, 제1 내부 채움 밀도를 가지며, 제1 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제1 흡음층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 흡음층상에 상기 제1 내부 채움 밀도와 다른 제2 내부 채움 밀도를 가지며, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제2 흡음층을 형성하는 단계;을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 흡음층을 형성하는 단계는, 상기 제1 소자들 중 일부를 상기 흡음 구조체의 두께 방향과 수직한 방향으로 서로 나란하게 배열시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 흡음층을 형성하는 단계는, 상기 제1 소자들 중 일부를 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 상기 길이 방향이 순차적으로 변하도록 배열시킬 수 있다.

그리고, 상기 길이 방향이 변하는 정도는 일정할 수 있다.

또한, 상기 제2 흡음층은 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 어긋나게 배열된 제2 소자들을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자의 두께, 배열 간격 및 물질 중 적어도 하나가 다를 수 있다.

한편, 상기 제1 흡음층 및 제2 흡음층 중 적어도 하나는, 3D 프린팅 기법에 의해 형성될 수 있다.

내부 채움, 두께 등을 조절함으로써 다양한 주파수 영역대에서 흡음 성능을 높일 수 있다.

복수 개의 내부 채움 밀도를 이용하여 광대역의 주파수 영역에서 흡음 성능을 높일 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 흡음 구조체를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 흡음 구조체의 두께 방향으로 배열된 제1 소자들의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 일 실시예에 따른 흡음 구조체의 두께 방향과 수직한 방향으로 배열된 제1 소자들이 관계를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 제2 소자들이 배열 관계를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 다른 실시예에 다른 제2 소자들의 배열 관계를 나타내는 도면이다.
도 6는 다른 실시예에 따른 흡음 구조체를 도시한 도면이다.
도 7는 내부 채움 밀도에 따른 주파수 별 흡음 성능을 실험한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 단일의 흡음 구조체와 이종의 흡음 구조체의 흡음 특성을 실험한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 흡음 구조체를 제조하는 방법을 설명하는 흐름도이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 “구성된다” 또는 “포함한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 일 실시예에 따른 흡음 구조체(100)를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 흡음 구조체(100)는 제1 내부 채움 밀도를 갖는 제1 흡음층(110) 및 제1 흡음층(110)상에 배치되며, 상기 제1 내부 채움 밀도와 다른 제2 내부 채움 밀도를 갖는 제2 흡음층(120)을 포함할 수 있다. 여기서 내부 채움 밀도는 전체 구조에서 고형물(하기에서 '소자'라고 칭함)에 의해 채워진 정도를 의미하는 것으로, 공극률과 반비례하는 관계에 있다. 흡음층은 3D 프린팅 기법에 의해 형성될 수 있다. 3D 프린팅 기법에 의해 형성되는 바, 내부 채움 밀도가 100%라고 하더라도 기공이 있을 수 있다.

제1 흡음층(110)은 제1 내부 채움 밀도를 형성하도록 배열된 제1 소자들(200)을 포함할 수 있으며, 제1 중심 주파수 대역의 음파를 흡수할 수 있다. 제1 소자들(200)은 길이가 긴 바 형상일 수 있고, 최대 두께가 약 200 ㎛이하일 수 있다. 제1 소자들(200)은 고분자 필라멘트, 석고, 금속 파우더 등을 포함할 수 있다. 제1 소자들(200)의 크기 및 제1 소자들(200)의 배열 간격, 제1 소자들(200)의 길이 방향의 개수, 노즐에서의 소재 토출양 등의 변경 정도 등에 의해 제1 내부 채움 밀도가 결정될 수 있다. 제1 내부 채움 밀도는 10% 이상 100% 미만일 수 있다. 바람직하게는 제1 내부 채움 밀도는 10% 이상 80% 미만일 수 있다.

제1 소자들(200) 중 일부는 서로 교차하는 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 배열된 제1 소자들(200)은 인접한 제1 소자(200)와 접할 수 있다. 제1 소자들(200) 중 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 배열된 제1 소자들(200)은 길이 방향이 서로 어긋나게 배열될 수 있다. 길이 방향은 소자들의 길이 방향을 의미할 수 있다. 구체적으로, 제1 소자들(200) 중 상기 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 배열된 제1 소자들(200)은, 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 길이 방향이 순차적으로 변할 수 있다. 길이 방향이 변하는 정도는 일정할 수 있다. 그리고, 길이 방향이 변하는 정도는 10도 이상 150도 미만일 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 배열된 제1 소자들(200)의 관계를 나타내는 도면이고, 도 3a 내지 도 3d는 일 실시예에 따른 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)과 수직한 방향으로 배열된 제1 소자들(200)이 관계를 나타내는 도면이다. 상기 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 배열된 제1 소자들(200)은 길이 방향(d)이 순차적으로 변할 수 있다. 제1 소자들(200)을 층별로 제1-1 소자들(210), 제1-2 소자(220)들, 제1-3 소자들(230) 및 제1-4 소자들(240)로 구분될 수 있다.

도 2 및 도 3a를 참조하면, 제1 소자들(200) 중 제1-1 소자들(210)은 길이 방향이 X축 방향으로 나란하게 배열될 수 있다. 소자들의 길이 방향이 X축 방향과 나란한 방향을 0도의 지향 각으로 정의할 수 있다. 그리하여 제1-1 소자들(210)의 지향 각은 0도일 수 있다. 제1-1 소자들(210)은 공간적으로 서로 이격 배치될 수 있다.

도 2 및 도 3b를 참조하면, 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 제1-1 소자들(210)의 상에는 제1-2 소자(220)들이 배치될 수 있다. 제1-2 소자(220)의 일 영역은 제1-1 소자(210)의 일 영역과 접하게 배치될 수 있다. 제1-2 소자(220)들의 길이 방향(d2)은 제1-1 소자들(210)의 길이 방향(d1)과 어긋나게 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1-2 소자(220)들의 지향각은 45도일 수 있다. 제1-2 소자(220)들은 서로 공간적으로 이격 배치될 수 있다.

도 2 및 도 3c를 참조하면, 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 제1-2 소자(220)들의 상에는 제1-3 소자들(230) 배치될 수 있다. 제1-3 소자(230)의 일 영역은 제1-2 소자(220)의 일 영역과 접하게 배치될 수 있다. 제1-3 소자들(230)의 길이 방향(d3)은 제1-2 소자(220)들의 길이 방향(d2)과 어긋나게 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1-3 소자들(230)의 지향각은 제1-2 소자(220)들의 지향각보다 45도 어긋나게 배열될 수 있자. 즉, 제1-3소자들의 지향각은 90도일 수 있다. 제1-3 소자들(230)은 서로 공간적으로 이격 배치될 수 있다.

마찬가지로, 도 2 및 도 3d를 참조하면, 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 제1-3 소자들(230)의 상에는 제1-4 소자들(240) 배치될 수 있다. 제1-4 소자(240)의 일 영역은 제1-3 소자(230)의 일 영역과 접하게 배치될 수 있다. 제1-4 소자들(240)의 길이 방향(d4)은 제1-3 소자들(230)의 길이 방향(d3)과 어긋나게 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1-4 소자들(240)의 지향각은 제1-3 소자들(230)의 지향 각보다 45도 어긋나게 배열될 수 있자. 즉, 제1-4 소자들(240)의 지향각은 135도일 수 있다. 제1-4 소자들(240)은 서로 공간적으로 이격 배치될 수 있다.

일 실시예에 따른 제1-1 소자들(210) 내지 제1-4 소자들(240)은 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 복수 회 반복될 수 있다. 제1-1 소자들 내지 제1-4 소자들(210, 220, 230, 240)들의 배열에 따라 제1 흡음층(110)에는 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 계단식 또는 나선형으로 변하는 기공이 형성될 수 있다. 즉, 제 1-1 소자들(210)에 의해 형성된 기공은 제1-2 소자들(220)에 의해 형성된 기공과 두께 방향으로 일부 영역이 중첩되고 두께 방향과 수직한 방향으로도 일부 영역이 중첩된다. 그리고, 제1-2 소자들(220)에 의해 형성된 기공은 제1-3 소자들(230)에 의해 형성된 기공과 두께 방향으로 일부 영역이 중첩되고 두께 방향과 수직한 방향으로도 일부 영역이 중첩된다

상기한 계단형 또는 나선형의 기공은 음파의 진행을 방해하면서 음파를 열 에너지로 변환시켜 음파를 소멸시킬 수 있다. 상기한 나선형의 기공은 광범위한 중심 주파수 대역의 음파를 흡수할 수 있다.

도 2에서는 길이 방향이 45도로 변하는 제1 소자들(200)에 대해 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 길이 방향의 변경 정도는 흡수하고자 하는 음파의 중심 주파수에 따라 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 길이 방향의 변경 정도는 30도 또는 60도일 수 있다. 또는 제1 소자들(200)의 길이 방향의 변경 정도는 일정할 수 도 있지만, 일정하지 않을 수도 있다. 제1 흡음층(110)은 내부 채움 밀도가 10% 이상 100% 미만일 수 있다. 바람직하게는 제1 흡음층(110)은 내부 채움 밀도가 10% 이상 80% 미만일 수 있다.

제2 흡음층(120)은 제2 내부 채움 밀도를 형성하도록 배열된 제2 소자들(300)을 포함할 수 있으며, 제2 중심 주파수 대역의 음파를 흡수할 수 있다. 제2 소자들(300)은 길이가 긴 바 형상일 수 있고, 최대 두께가 약 300 ㎛이하일 수 있다. 제2 소자들(300)은 고분자 필라멘트, 석고, 금속 파우더 등을 포함할 수 있다. 최대 두께가 약 300 ㎛이하일 수 있다. 제2 내부 채움 밀도는 10% 이상 100% 미만일 수 있다. 바람직하게는 내부 채움 밀도는 10% 이상 80% 미만일 수 있다. 제2 소자(300)는 두께, 배열 간격, 물질, 길이 방향의 변경 정도가 제1 소자(200)와 다를 수 있다.

제2 소자들(300) 중 일부는 서로 교차하는 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 두께 방향(t)으로 배열된 제2 소자들(300)은 두께 방향(t)으로 인접한 제2 소자(300)와 접할 수 있다. 제2 소자들(300) 중 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 배열된 제2 소자들(300)은 길이 방향이 서로 어긋나게 배열될 수 있다. 구체적으로, 제2 소자들(300) 중 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 배열된 제2 소자들(300)은, 길이 방향이 순차적으로 변할 수 있다. 길이 방향이 변하는 정도는 일정할 수 있다. 그리고, 길이 방향이 변하는 정도는 90도일 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 제2 소자들의 배열 관계를 나타내는 도면이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 흡음층(120)은 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 길이 방향이 다른 제2-1 소자들(310) 및 제2-2 소자들(320)을 포함할 수 있다. 제2-1 소자들(310)의 지향 각은 0도 일 수 있으며, 제2-2 소자들(320)의 지향 각은 90도 일 수 있다. 그리고, 제2-1 소자들(310)은 서로 이격 배치되고, 제2-2 소자들(320)도 서로 이격 배치될 수 있다. 제2-1 소자들(310) 및 제2-2 소자들(320)은 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 복수 개 회 반복적으로 형성될 수 있다.

상기한 제2 소자들(300)에 의해 기공은 직선형일 수 있다. 그리하여 제2 흡음층(120)은 MPP(Micro Perforated Plate)로 모사될 수 있다. 직선형의 기공은 공진기 역할을 하는 바, 특정 주파수 대역의 음파에 대한 흡음 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 다른 실시예에 따른 제2 소자들의 배열 관계를 도시함 도면이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2 흡음층(120)은 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 길이 방향(d2, d4)이 다른 제2-3 소자들(330) 및 제2-4 소자들(340)을 포함할 수 있다. 제2-3 소자들(330)의 지향 각은 45도 일 수 있으며, 제2-4 소자들(340)의 지향 각은 135도 일 수 있다. 그리고, 제2-3 소자들(330)은 서로 이격 배치될 수 있고, 제2-4 소자들(340)도 서로 이격 배치될 수 있다. 제2-3 소자들(330) 및 제2-4 소자들(340)은 흡음 구조체(100)의 두께 방향(t)으로 복수 개 회 반복적으로 형성될 수 있다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 제2 소자들(300)에 의해 형성된 기공도 직선형일 수 있다. 그리하여 제2 흡음층(120)은 MPP(Micro Perforated Plate)로 모사될 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 제2 흡음층(120)과 도 5a 및 도 5b의 제2 흡음층(120)은 모두 직선형의 기공을 갖는다는 점에서 공통된다.

도 1에서는 나선형의 기공을 갖는 제1 흡음층(110)과 직선형의 기공을 갖는 제2 흡음층(120)을 포함하는 흡음 구조체(100)를 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 흡음 구조체(100)는 내부 채움 밀도가 서로 다른 나선형의 기공을 갖는 복수 개의 흡음층으로 구성될 수도 있고, 내부 채움 밀도가 서로 다른 직선형의 기공을 갖는 복수 개의 흡음층으로 구성될 수도 있다. 또는 3층 이상의 흡음층으로 구성된 흡음 구조체(100)를 형성할 수도 있다.

도 6는 다른 실시예에 따른 흡음 구조체(400)를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 흡음 구조체(400)는 내부 채움 밀도가 서로 다른 3개의 흡음층(410, 420, 430)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 흡음층(410, 420, 430)은 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 제1 흡음층(410)에서 제3 흡음층(430)으로 갈수록 내부 채움 밀도가 점진적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 흡음층(410)의 내부 채움 밀도가 가장 크며, 제3 흡음층(430)의 내부 채움 밀도가 가장 작을 수 있다. 제2 흡음층(420)의 내부 채움 밀도를 제1 흡음층(410)의 내부 채움 밀도 및 제3 흡음층(430)의 내부 채움 밀도의 사이값일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제1 흡음층(410)의 내부 채움 밀도가 가장 작고, 제3 흡음층(430)의 내부 채움 밀도가 가장 클 수 있다. 제2 흡음층(420)의 내부 채움 밀도를 제1 흡음층(410)의 내부 채움 밀도 및 제3 흡음층(430)의 내부 채움 밀도의 사이값일 수 있다.

또는 제1 흡음층(110)과 제3 흡음층(430)의 내부 채움 밀도는 동일하고, 제2 흡음층(420)의 내부 채움 밀도는 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3 흡음층(410, 430)의 내부 채움 밀도는 제2 흡음층(420)의 내부 채움 밀도보다 클 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제3 흡음층(410, 430)의 내부 채움 밀도는 제2 흡음층(420)의 내부 채움 밀도보다 작을 수 있다. 제1 내지 제3 흡음층(410, 420, 430) 각각은 특정 내부 채움 밀도를 형성하기 위한 배열된 소자들(411, 421, 431)을 포함할 수 있다.

내부 채움 밀도의 변경 정도는 사용되는 장소의 음향 특성에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예를 들어, 음파가 제1 흡음층(410)에서 제3 흡음층의 특성과 일치할 때, 특정 주파수 대역의 음파를 보다 효율적으로 제거하고자 하는 경우에는 제1 흡음층(410)에서 제3 흡음층(430)으로 갈수록 내부 채움 밀도를 점진적으로 커지게 설계할 수 있다. 제1 흡음층(410)에서 제3 흡음층으로 진행하는 음파 및 제3 흡음층(430)에서 제1 흡음층(410)으로 진행하는 음파 모두를 차단하고자 하는 경우에는 제1 및 제3 흡음층(410, 430)의 내부 채움 밀도를 동일하게 하고 제2 흡음층(420)의 내부 채움 밀도를 다르게 설계할 수 있다.

도 7는 내부 채움 밀도에 따른 주파수 별 흡음 성능을 실험한 결과를 나타내는 도면이다. 두께 30 mm이고 내부 채움 밀도가 각각 20, 40, 50, 60, 80, 100 % 인 흡음 구조체를 형성하고, 흡음 성능과 주파수 간의 관계를 임피던스 튜브 측정법을 사용하여 측정하였다. 흡음 구조체 각각은 특정 내부 채움 밀도를 갖도록 길이 방향의 변경 정도가 조절된 소자들을 배열시켰다. 내부 채움 밀도가 20 %인 흡음 구조체는 최대 흡음 성능은 2800 Hz에서 0.5을 나타내었고, 내부 채움 밀도가 40 %인 흡음 구조체는 2300 Hz 주파수 대에서 약 0.85의 흡음 성능을 보였다.

그리고, 내부 채움 밀도가 50 %인 흡음 구조체는 2100 Hz 영역에서 0.97의 흡음 성능을 나타냄을 확인하였다. 뿐만 아니라, 내부 채움 밀도가 60 %인 흡음 구조체는 1600Hz에서 1.0의 흡음 성능을 나타냈으며, 내부 채움 밀도가 80 %인 흡음 구조체는 1250Hz 영역에서 0.65의 흡음 성능을 보였다. 이를 통하여, 내부 채움 밀도에 따라 흡수되는 음파의 중심 파장 대역이 달라짐을 확인할 수 있다. 또한 내부 채움 밀도에 따라 흡음 성능이 달라짐을 확인할 수 있다. 따라서, 흡수하고자 하는 음파의 중심 주파수에 따라 내부 채움 밀도를 조절하여 흡음 구조체를 제조할 수 있다. 특히 내부 채움 밀도가 40%이상 80%미만일 때 흡음 성능이 우수함을 확인할 수 있다. 도 7의 흡음 성능은 공기 중에서 음파의 흡음 성능을 실험한 결과이다. 수중에서의 음파의 흡음 성능은 다를 수 있으며, 수중에서의 흡음 성능은 내부 채움 밀도가 100%인 경우에도 우수함을 확인할 수 있었다.

도 8은 단일의 흡음 구조체와 이종의 흡음 구조체의 흡음 특성을 실험한 결과를 나타내는 도면이다. 이종의 흡음 구조체는 흡음 구조체양단에 MPP를 모사한 흡음층을 배치시키고, 흡음 구조체의 가운데 영역을 내부 채움 밀도가 50%이면서 나선형의 기공을 형성하는 흡음층을 배치시켰다. 단일의 흡음 구조체는 내부 채움 밀도가 50%이면서 나선형의 기공을 형성하는 흡음층으로 구성하였다. 그래프내 실선은 이종의 흡음 구조체의 주파수별 흡음 성능을 나타내고, 그래프내 점선은 단일의 흡음 구조체(100)의 주파수별 흡음 성능을 나타낸다.

이종의 흡음 구조체는 단일의 흡음 구조체보다 낮은 주파수 영역에서부터 흡음 특성이 상승하며, 1800 Hz이상의 주파수 대역에서 약 0.92의 최대 흡음 계수를 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 또한 이종의 흡음 구조체는 최대 흡음 계수를 나타낸 주파수 이상의 주파수 대역에서 흡음 계수의 하강폭이 크지 않으며, 0.75 이상의 흡음 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다. 반면에 단일의 흡음 구조체는 약 1900 Hz에서 0.97의 최대 흡음 계수를 갖지만 1900 Hz 이상의 주파수 대역에서 흡음 성능이 급격히 감소되어 3000 Hz 이상의 주파수 대역에서 0.5 미만의 흡음 성능을 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서, 이종의 흡음 구조체를 이용하면 광대역의 음파를 흡수할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 9을 일 실시예에 따른 흡음 구조체를 제조하는 방법을 설명하는 흐름도이다.

제1 내부 채움 밀도를 갖는 제1 흡음층을 형성한다(S910). 상기한 제1 흡음층은 복수 개의 제1 소자들을 3차원으로 배열하여 형성할 수 있다. 제1 소자들은 길이가 긴 바 형상일 수 있다. 흡음 구조체의 두께 방향과 평행한 방향으로 제1 소자들을 평행하게 이격 배치시키고, 흡음 구조체의 두께 방향으로 제1 소자들의 길이 방향을 어긋나게 배열시킬 수 있다. 흡음 구조체의 두께 방향으로 배열된 제1 소자들은 길이 방향이 순차적으로 변할 수 있다. 길이 방향의 변경 정도는 30도 이상 150도 이하일 수 있으며, 길이 방향의 변경 정도는 일정할 수도 있고 일정하지 않을 수도 있다.

제1 내부 채움 밀도는 제1 소자의 두께, 제1 소자들간이 배열 간격, 제1 소자들의 길이 방향의 변경 정도 등에 의해 결정되며, 20%이상 100%미만일 수 있다. 바람직하게는 제1 내부 채움 밀도는 20%이상 80%미만일 수 있다. 제1 내부 채움 밀도에 따라 제1 흡음층이 흡수하는 음파의 중심 주파수 대역이 달라질 수 있다. 제1 흡음층은 3D 프린팅 기법에 의해 형성될 수 있다.

그리고 나서, 제1 흡음층상에 제1 내부 채움 밀도와 다른 제2 내부 채움 밀도를 갖는 제2 흡음층을 형성한다(S920). 상기한 제2 흡음층은 복수 개의 제2 소자들을 3차원으로 배열하여 형성할 수 있다. 제2 소자들은 길이가 긴 바 형상일 수 있다. 흡음 구조체의 두께 방향과 평행한 방향으로 제2 소자들을 평행하게 이격 배치시키고, 흡음 구조체의 두께 방향으로 제2 소자들의 길이 방향을 어긋나게 배열시킬 수 있다. 흡음 구조체의 두께 방향으로 배열된 제3 소자들은 길이 방향이 순차적으로 변할 수 있다. 길이 방향의 변경 정도는 10도 이상 150도 이하일 수 있으며, 길이 방향의 변경 정도는 일정할 수도 있고 일정하지 않을 수도 있다.

제2 내부 채움 밀도는 제1 내부 채움 밀도와 다를 수 있다. 제2 내부 채움 밀도는 제2 소자의 두께, 제2 소자들간이 배열 간격, 제2 소자들의 길이 방향의 변경 정도 등에 의해 결정되며, 10%이상 100%미만일 수 있다. 제2 내부 채움 밀도에 따라 제2 흡음층이 흡수하는 음파의 중심 주파수 대역이 달라질 수 있다. 제2 흡음층은 3D 프린팅 기법에 의해 형성될 수 있다.

내부 채움 밀도가 서로 다른 복수 개의 층을 적층하여 흡음 구조체를 형성하기 때문에 광대역 주파수의 음파를 흡수할 수 있다.

이제까지 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 400: 흡음 구조체
110, 410: 제1 흡음층
120, 420: 제2 흡음층
200: 제1 소자
300: 제2 소자

Claims (20)

1. 흡음 구조체에 있어서,
   상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 서로 어긋나게 배열된 제1 소자들을 포함하고, 제1 내부 채움 밀도를 가지며, 제1 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제1 흡음층; 및
   상기 제1 흡음층상에 배치되고, 상기 제1 내부 채움 밀도와 다른 제2 내부 채움 밀도를 가지며, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제2 흡음층;을 포함하고,
   상기 제1 소자들 중 상기 흡음 구조체의 두께 방향과 수직하게 배열된 제1 소자들은 공간적으로 서로 나란하게 이격 배열되고, 제1 소자들 중 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 배열된 제1 소자들은 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 순차적으로 변함으로써 상기 제1 흡음층에 나선형의 복수 개의 기공이 형성되며,
   상기 흡음 구조체는 1800Hz이상의 주파수 대역의 음파에서 0.75이상의 흡음 계수를 갖는 흡음 구조체.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 내부 채움 밀도가 상기 제2 내부 채움 밀도보다 클 때, 상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역보다 낮은 흡음 구조체.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 길이 방향이 변하는 정도는 일정한 흡음 구조체.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 길이 방향이 변하는 정도는 10도 이상 150도 미만인 흡음 구조체.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 소자들 중 적어도 하나는 바 형상인 흡음 구조체.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 흡음층은,
   상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 어긋나게 배열된 제2 소자들을 포함하는 흡음 구조체.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 제2 소자들의 길이 방향이 어긋나게 배열된 정도는,
    상기 제1 소자들의 길이 방향이 어긋나게 배열된 정도가 다른 흡음 구조체.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 소자와 상기 제2 소자의 두께, 배열 간격 및 물질 중 적어도 하나가 다른 흡음 구조체.
12. 삭제
13. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 흡음층상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 내부 채움 밀도와 다른 제3 내부 채움 밀도를 갖는 제3 흡음층;을 더 포함하는 흡음 구조체.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 제2 내부 채움 밀도는,
    상기 제1 내부 채움 밀도와 상기 제3 내부 채움 밀도의 사이값인 흡음 구조체.
15. 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 어긋나게 배열된 제1 소자를 포함하고, 제1 내부 채움 밀도를 가지며, 제1 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제1 흡음층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 흡음층상에 상기 제1 내부 채움 밀도와 다른 제2 내부 채움 밀도를 가지며, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 음파를 흡수하는 제2 흡음층을 형성하는 단계;을 포함하고,
    상기 제1 흡음층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 소자들 중 상기 흡음 구조체의 두께 방향과 수직하게 배열된 제1 소자들은 공간적으로 서로 나란하게 이격 배열되고, 제1 소자들 중 상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 배열된 제1 소자들은 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 순차적으로 변함으로써 상기 제1 흡음층에 나선형의 복수 개의 기공이 형성되며,
    상기 흡음 구조체는 1800Hz이상의 주파수 대역의 음파에서 0.75이상의 흡음 계수를 갖는 흡음 구조체의 제조 방법.
16. 삭제
17. 삭제
18. 제 15항에 있어서,
    상기 제2 흡음층은
    상기 흡음 구조체의 두께 방향으로 길이 방향이 어긋나게 배열된 제2 소자들을 포함하는 흡음 구조체의 제조 방법.
19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 소자와 상기 제2 소자의 두께, 배열 간격 및 물질 중 적어도 하나가 다른 흡음 구조체의 제조 방법.
20. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 흡음층 및 제2 흡음층 중 적어도 하나는,
    3D 프린팅 기법에 의해 형성되는 흡음 구조체의 제조 방법.
    

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