KR102273933B1 - 핀을 가지는 공명모듈 및 이를 이용한 방음벽 - Google Patents

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백준호
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방인석
최상현
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Abstract

본 발명은 통풍을 허용하면서 필요한 주파수대의 소음에 대한 흡수율을 향상시킬 수 있는 방음벽과 이를 위한 공명모듈에 관련된 것이다. 상기 방음벽은 프레임, 상기 프레임에 간격을 두고 배치되어 전후로 관통하는 바람통로를 형성하고, 공명구멍을 통해 상기 바람통로와 연통되는 공명체임버를 가지는 복수의 공명모듈을 포함하고, 상기 공명모듈은 상기 공명구멍과 만나는 부분에서 상기 공명체임버의 내부 쪽으로 연장되어 상기 공명체임버에서의 목표공명주파수를 변동시키기 위한 핀을 가지는 것을 포함하는 구성을 한다.

Description

핀을 가지는 공명모듈 및 이를 이용한 방음벽{Resonant module with fin and soundproof wall using the same}
본 발명은 방음벽에 관련된 것으로, 특히 통풍을 허용하여 풍하중을 줄여주면서 소음을 공명을 통해 소멸시켜 바람통로를 통과하는 소음을 줄여주는 통풍형 방음벽 및 이를 위한 공명모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 풍하중 저감형 방음벽은 바람통로를 형성하여 풍하중을 줄일 수 있도록 하면서 생태학적 차단으로 인한 환경문제를 해결함과 아울러 음파의 공명을 이용하여 바람통로를 통과하는 음파를 줄여줄 수 있도록 구성된다.
풍하중 저감형 방음벽과 관련한 종래기술로는, 본 발명자들이 참여하여 개발하고 특허 받은 등록번호 10-1838264호(발명의 명칭: 통풍형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽, 발명자: 조영철, 방인석, 백준호 외 3, 이하, "선등록발명 1"이라 함)과 등록번호 10-1815656호(발명의 명칭: 표면에 볼록부를 갖는 통풍형 방음패널 및 이를 이용한 표면에 볼록부를 갖는 통풍형 방음벽, 발명자: 방인석, 백준호, 이하, "선등록발명 2"라 함)의 등록특허공보에, 전면판, 후면판 등의 분리된 것끼리의 간격을 조정하여 설치함으로써 풍압 저감에 절대적인 영향을 미치는 개구율을 쉽게 조정할 수 있고, 전면판과 후면판에 구멍을 뚫지 않고도 바람통로를 갖는 방음패널을 만들 수 있으며, 바람통로의 바닥과 공명체임버의 바닥이 턱부 없이 서로 연결되어 있어서 물의 배수도 저절로 이루어지고 공명체임버 바닥의 습기도 신속하게 마를 수 있도록 한 방음패널이 개시되어 있다.
상기와 같은 선등록발명 1과 2는 바람통로의 개구율을 조정함으로써 통풍성능은 쉽게 조정할 수 있음과 아울러 방음을 동시에 달성, 풍압저감, 생태학적 차단으로 인한 환경문제 해결 등 여러 가지 긍정적인 효과를 제공하고, 도로 또는 철도에서 발생하는 소음에 대한 뛰어난 차음성능을 제공한다.
하지만, 도로나 철도의 가장자리에 설치되는 방음벽에 있어서는 충분한 풍하중 저감성능을 가지면서 특정 주파수의 음파에 대한 더 뛰어난 방음성능 또는 차음성능에 대한 요구가 커지고 있다.
본 발명의 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 특정 주파수대 소음의 흡수율이 뛰어난 방음벽 및 이를 위한 공명모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 500Hz대 소음의 흡수율이 뛰어난 방음벽 및 이를 위한 공명모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 1000Hz대 소음의 흡수율이 뛰어난 방음벽 및 이를 위한 공명모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 500Hz대 소음의 흡수율 및 1000Hz대 소음의 흡수율이 함께 뛰어난 방음벽 및 이를 위한 공명모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 흡수율을 높이고자 하는 소음의 주파수대에 맞추어 제작하기가 용이한 방음벽 및 이를 위한 공명모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 방음벽은 프레임; 및 상기 프레임에 간격을 두고 배치되어 전후로 관통하는 바람통로를 형성하고, 공명구멍을 통해 상기 바람통로와 연통되는 공명체임버를 상기 바람통로의 좌우 양측으로 형성하는 복수의 공명모듈을 포함하고, 상기 공명모듈은 같은 높이에서 용적이 서로 다른 2개의 상기 공명체임버가 전후로 배치되고, 상기 공명구멍과 만나는 부분에서 상기 공명체임버의 내부 쪽으로 연장되어 상기 공명체임버에서의 목표공명주파수를 변동시키기 위한 핀을 가지며, 2개의 상기 공명체임버 중 용적이 큰 공명체임버에는 상대적으로 낮은 제1목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 길게 형성되고, 2개의 상기 공명체임버 중 용적이 작은 공명체임버에는 상대적으로 높은 제2목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 짧게 형성된 것을 포함하여 구성되고, 상기 핀을 형성하는 것에 의해, 상기 바람통로를 통과하는 음파에 대해 용적이 큰 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수와, 용적이 작은 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수의 차이가 증가되도록 구성되는 것을 포함하는 구성을 한다.
삭제
상기 공명모듈은 용적이 큰 상기 공명체임버가 좌우 대칭으로 2개 배치된 것과, 용적이 작은 상기 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 이격하여 좌우 대칭으로 2개 배치된 것을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 프레임의 양측 가장자리 사이에 배치되는 상기 공명모듈은 용적이 큰 상기 공명체임버가 좌우 대칭으로 2개 배치된 것과, 용적이 작은 상기 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 이격하여 좌우 대칭으로 2개 배치된 것을 포함하는 것이고,
상기 프레임의 양측 가장자리에 배치되는 상기 공명모듈은 용적이 서로 다른 2개의 상기 공명체임버가 전후로 배치된 것을 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
상기 제1목표주파수는 500Hz이고, 상기 제2목표주파수는 1000Hz일 수 있다.
상기 공명모듈은 양단에 개구가 형성된 것이고, 상기 개구는 상기 프레임에 의해 폐쇄되는 것이 바람직하다.
상기 공명모듈은 플라스틱으로 만들어지고, 외부로 노출된 상기 공명모듈의 표면에 금속케이스가 설치되는 것이 좋다.
상기 프레임은 층상으로 간격을 두고 배치되는 복수의 평판을 포함하고, 양단 사이의 상기 평판에는 상기 금속케이스의 단부가 삽입되어 결합되는 슬롯이 간격을 두고 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 공명모듈은 프레임에 간격을 두고 배치되어 전후로 관통하는 바람통로를 형성하고, 공명구멍을 통해 상기 바람통로와 연통되는 공명체임버를 상기 바람통로의 좌우 양측으로 형성하기 위한 공명모듈에 있어서, 상기 공명모듈은 같은 높이에서 용적이 서로 다른 2개의 상기 공명체임버가 전후로 배치되고, 상기 공명구멍과 만나는 부분에서 상기 공명체임버의 내부 쪽으로 연장되어 상기 공명체임버에서의 목표공명주파수를 변동시키기 위한 핀을 가지며, 2개의 상기 공명체임버 중 용적이 큰 공명체임버는 상대적으로 낮은 제1목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 길게 형성되고, 2개의 상기 공명체임버 중 용적이 작은 공명체임버는 상대적으로 높은 제2목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 짧게 형성된 것을 포함하여 구성되고, 상기 핀을 형성하는 것에 의해, 상기 바람통로를 통과하는 음파에 대해 용적이 큰 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수와, 용적이 작은 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수의 차이가 증가되도록 구성되는 것을 포함하는 구성을 한다.
삭제
상기 공명모듈은 용적이 큰 상기 공명체임버가 좌우 대칭으로 2개 배치되고, 용적이 작은 상기 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 이격하여 좌우 대칭으로 2개 배치된 것을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 제1목표주파수는 500Hz이고, 상기 제2목표주파수는 1000Hz일 수 있다.
상기 공명모듈은 양단에 개구가 형성된 것이고, 상기 개구는 상기 프레임에 의해 폐쇄될 수 있도록 된 것이 바람직하다.
상기 핀은 상기 핀의 길이방향의 상기 공명체임버의 길이의 반을 넘지 않는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 통풍을 허용하여 풍하중을 줄일 수 있으면서도 필요한 주파수대의 소음에 대한 흡수율을 향상시켜서 제작할 수 있는 방음벽을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2개의 서로 다른 목표 주파수의 소음, 예를 들면, 500Hz 및 1000Hz의 소음에 대한 흡수율이 뛰어난 방음벽을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 풍하중을 약 30% 정도까지 크게 줄일 수 있으면서도, 1개의 특정 목표 주파수 또는 2개의 서로 다른 목표 주파수의 소음, 예를 들면, 500Hz 및 1000Hz의 소음에 대한 흡수율이 뛰어난 방음벽을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 흡수율을 향상시키고자 하는 목표주파수에 맞추어 방음벽을 만들 수 있다.
도 1은 층상으로 배치된 공명모듈이 좌우로 간격을 두고 배치된 상태를 나타낸 정면도,
도 2는 도 1의 공명모듈의 평면도,
도 3은 층상으로 배치된 공명체임버의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 방음벽을 구성하기 위한 공명모듈의 일례를 나타낸 사시도,
도 5는 도 4 공명모듈의 평면도,
도 6은 도 5에 나타낸 공명모듈에서의 핀의 유무에 따른 흡음계수의 변화를 설명하기 위한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 공명모듈의 다른 예를 나타낸 사시도,
도 8은 도 7 공명모듈의 평면도,
도 9는 금속케이스 없이 도 4와 도 7의 공명모듈을 프레임에 층상으로 설치한 상태를 나타낸 사시도,
도 10은 각 층에서의 공명모듈의 배치상태를 나타낸 평면도,
도 11은 각 공명모듈의 표면에 설치되는 금속케이스의 평면모양을 나타낸 도면,
도 12는 상하 양단 사이에 설치되는 프레임의 평면도,
도 13은 도 11 금속케이스가 공명모듈 및 프레임에 설치된 상태의 방음벽을 나타낸 사시도,
도 14는 본 발명에 따른 금속케이스의 다른 예를 나타낸 사시도,
도 15는 가장자리의 공명모듈에 설치되는 금속케이스의 또 다른 예를 나타낸 사시도,
도 16은 양측 가장자리 사이의 공명모듈에 설치되는 금속케이스의 다른 예를 나타낸 사시도,
도 17은 도 15와 도 16에 나타낸 금속케이스를 설치한 방음벽의 사시도,
도 18은 본 발명에 따른 금속케이스의 또 다른 예를 나타낸 사시도,
도 19는 본 발명에 따른 방음벽의 다른 예를 나타낸 사시도,
도 20은 도 19 방음벽의 양측 가장자리에 설치되는 금속케이스의 평면도,
도 21은 평판의 또 다른 예를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도로나 철도의 가장자리에 설치되는 통풍형 방음벽에서 일반적으로 요구되는 소음 감소의 일례는 500Hz의 경우 25dB 정도이고, 1000Hz의 경우 30dB 정도이다. 이러한 소음 감소를 위한 방음벽의 흡음계수(sound absorption coefficient)와 소음 감소의 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.
Figure 112020117965724-pat00001
수학식 1에 따르면, 500Hz의 경우 25dB 소음 감소를 달성하기 위한 방음벽의 흡음계수는 500Hz의 경우 최소 0.944이고, 1000Hz의 경우 30dB의 소음 감소를 달성하기 위한 흡음계수는 최소 0.968이어야 한다.
본 발명에 따른 방음벽은 특정 주파수의 소음 감소를 목표로 하는 내부 체임버(chamber)를 가지는데, 바람직하게, 두 개의 내부 체임버를 가진다. 예를 들어, 상대적으로 큰 체임버는 500Hz에서의 감소를 위한 것이고, 상대적으로 작은 체임버는 1000Hz의 감소를 위한 것이다. 각 체임버는 입사 음파를 차단하고 감소시키는 특정 공진기(resonator)의 역할을 한다.
도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 이론적 기초가 되는 소음 감소를 위한 목표 주파수를 산출하는 것에 대해 설명한다.
도 1은 층상으로 배치된 공명모듈이 좌우로 간격을 두고 배치된 상태를 나타낸 정면도, 도 2는 도 1의 공명모듈의 평면도, 도 3은 층상으로 배치된 공명체임버의 측면도이다.
도 1 내지 3에서, LH은 공명체임버(11)의 가로 폭, LV는 공명체임버(11)의 세로 높이, T는 공명체임버(11)의 깊이, t: 공진기 또는 공명통(10)의 재료의 두께, d는 공명구멍(12)의 폭, W는 바람통로(13)의 폭, S는 공명구멍(12)의 면적, A는 공명구멍(12)에 대응되는 바람통로(13)의 면적, V는 공명체임버(11)의 부피, Leff는 유효목길이(t+0.85d), v는 음파의 속도이다.
감소를 위한 목표 주파수 f는 다음 공식으로 계산할 수 있다.
Figure 112020117965724-pat00002
여기에서, F는 공명체임버와 바람통로의 부피 비로서 V/(A×T)을 대입하면,
Figure 112020117965724-pat00003
이고,
대응 값을 대입하면
Figure 112020117965724-pat00004
이 되고, 정리하면 아래와 같다.
Figure 112020117965724-pat00005
위에서 언급한 값들을 이용하여 감소를 위한 목표주파수를 구하는 공진기에 관련된 식을 통해 공명통(10)의 목표주파수인 공명주파수를 구할 수 있고, 반대로 소음 소거를 위한 목표주파수와 위에서 언급한 일부 값들이 정해지면 정해지지 않은 나머지 값들의 적절한 조합을 산출할 수 있다. 공명통(10)의 공명주파수는 공명체임버의 세로 높이에는 영향을 받지 않는다. 방음벽의 흡음계수를 구하는 방법은 기존에 알려져 있으므로 여기에서 자세히 설명하지는 않는다.
위와 같은 이론적 기초에 근거하여 본 발명에 따른 공명모듈에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 방음벽을 구성하기 위한 공명모듈의 일례를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4 공명모듈의 평면도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 공명모듈에서의 핀의 유무에 따른 흠음률의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
길이, 면적 및 부피의 크기를 나타낸 것과 관련해서는 앞의 도 1 내지 도 3을 함께 참고하면서 설명한다.
본 발명에 따른 공명모듈(100)에 설치되는 핀(110, fin)은 공진기의 목(throat)의 역할을 한다. 공명체임버(120)의 입구에 핀(110)을 추가하면 공명을 통해 소멸시켜 흡음률을 높이기 위한 목표 주파수와 각 주파수에 대한 흡음률에 영향을 미친다. 핀(110)이 길수록 흡음률을 높이기 위한 목표 주파수가 낮아지고, 핀(110)이 짧을수록 흡음률을 높이기 위한 목표 주파수가 높아진다.
두께를 5㎜ 정도로 하여 만든 공명모듈(100)에서 500Hz 음파를 25dB 감소하기 위한 상대적으로 용적이 큰 공명체임버(121)의 크기는, 현장에서의 적정한 풍하중 저감을 위한 개구율 등을 감안하면, 예를 들면, LH×T가 대략 110㎜×120㎜ 정도의 것이 사용될 수 있다. 용적이 큰 공명체임버(121)에 설치되는 핀(110a)의 길이는 예를 들어 25㎜∼40㎜정도의 크기로 할 수 있다. 물론, 소음감소를 위한 목표주파수에 따라 핀(110a)의 길이는 변동될 수 있다. 이 경우 핀(110a)은 핀(110a의 길이방향의 공명체임버(120)의 길이의 반을 넘지 않는 것이 바람직하고, 용적이 작은 공명체임버(126)에 형성되는 핀(110b)보다는 길게 형성된다.
또한, 1000Hz 음파를 30dB 감소하기 위한 용적이 작은 공명체임버(126)의 크기는, 현장에서의 적정한 풍하중 저감을 위한 개구율 등을 감안하면, 예를 들면, LH×T가 대략 65㎜×120㎜ 정도의 것이 사용될 수 있고, 핀(110b)의 길이는 예를 들어 2㎜∼8㎜정도의 크기로 할 수 있다. 이 경우 역시 소음감소를 위한 목표주파수에 따라 핀(110b)의 길이는, 예를 들어, 1㎜ 정도로 작게 또는 15㎜ 정도로 크게 변동될 수 있다. 하지만, 이 경우에도 핀(110b)은 핀(110b)의 길이방향의 공명체임버(126)의 길이의 반을 넘지 않는 것이 바람직하다.
공명주파수는 공명체임버(120)의 세로 높이에 영향을 받지 않지만, 개구율 등을 감안하면 각 모듈의 높이는 160㎜~170㎜ 정도가 적당하고, 방음벽이 설치되는 장소의 여건 등에 따라 증감될 수 있다.
도 4와 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 공명모듈(100)은, 바람직하게, PVC 등의 플라스틱으로 만들어지며, 재료의 두께는 5㎜ 정도가 적당하지만, 필요에 따라 증감될 수 있다.
이러한 공명모듈(100)은 공명모듈(100)을 지지하는 프레임에 간격을 두고 배치되어 전후로 관통하는 바람통로를 형성함과 아울러 바람통로를 통과하는 음파를 공명에 의해 감소시키기 위한 것으로, 공명구멍(130)을 통해 바람통로와 연통되는 공명체임버(120)를 형성한다. 공명구멍(130)의 폭은 공명체임버(120)의 폭의 반을 넘지 않는 것이 바람직하다. 이 실시 예에서, 공명구멍(130)은 상하로 길게 형성된 슬롯 모양을 하고 있는 것을 예시하고 있지만, 공명구멍(130)의 모양은 변형될 수 있다.
본 발명에 따른 공명모듈(100)은 공명구멍(130)과 만나는 부분에서 공명체임버(120)의 내부 쪽으로 연장되어 공명체임버(120)에서의 목표공명주파수를 변동시키기 위한 핀(110)을 가진다. 바람직하게, 공명모듈(100)의 양단에는 외부로 개방된 개구(140)가 형성된다. 공명모듈(100)을 이렇게 구성하는 경우, 공명모듈(100)을 만들기 위한 모재를 압출로 뽑아낸 다음 필요한 길이로 절단하여 사용할 수 있으므로 대량생산에 유리하다. 개구(140)는 뒤에서 설명되는 프레임에 의해 폐쇄된다. 프레임에 의해 개구(140)가 폐쇄되지 않는 구조라면, 공명모듈(100)의 상단과 하단 중 어느 하나 또는 둘 모두는 개구(140)가 없는 막힌 구조를 할 수 있다.
이 실시 예의 공명모듈(100)은 용적이 서로 다른 2개의 공명체임버(121, 126)가 전후로 배치된 것을 예시하고 있다. 용적이 큰 공명체임버(121)는 상대적으로 낮은 제1목표주파수의 음파, 예를 들면 500Hz의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 핀(110a)이 상대적으로 길게 형성되고, 용적이 작은 공명체임버(126)는 상대적으로 높은 제2목표주파수의 음파, 예를 들면 1000Hz의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 핀(110b)이 상대적으로 짧게 형성된다.
그리고 용적이 큰 공명체임버(121)는 바람직하게, 2개가 좌우 대칭으로 배치되고, 용적이 작은 공명체임버(126)는 2개가 좌우로 간격을 두고 이격하여 좌우 대칭으로 배치된다. 각 공명체임버(121, 126)는 별개로 만들어질 수 있으나, 프레임에 간격을 두고 배치되어 바람통로를 형성하고 쉬운 장착을 위해서는 도 4와 도 5에 나타낸 바와 같이 용적이 큰 공명체임버(121) 2개와 용적이 작은 공명체임버(126) 2개를 일체의 공명모듈(100)에 형성하는 것이 바람직하다.
도 4와 도 5에 나타낸 공명모듈(100)은, 바람직하게, 뒤에서 설명되는 양측 가장자리에 설치되는 공명모듈 사이에 간격을 두고 설치되어 바람통로를 형성하는 역할을 한다. 공명모듈(100) 간의 간격, 즉, 바람통로의 폭은 40mm~60㎜가 적당하지만, 방음벽이 설치되는 장소의 여건 등에 따라 달라질 수 있다. 양측 가장자리에 설치되는 공명모듈에 대해서는 도 7과 도 8을 참고하여 뒤에서 설명한다.
앞에서 설명한 식 3을 이용한 도 4와 도 5에 나타낸 바와 같은 공명모듈(100)에 의해 형성되는 용적이 큰 공명체임버(121)와 용적이 작은 공명체임버(126)에서의 핀(110a, 110b)의 유무에 따른 주파수별 음파의 흡음계수의 일례는 도 6의 그래프에 나타낸 바와 같다.
도 6 그래프를 참고하면, 용적이 큰 공명체임버(121)에서 핀(110a)이 없는 경우(g1) 1250Hz에서 가장 큰 흡음계수 나타내지만 핀(110a)이 있는 경우(g2)에는 500Hz에서 가장 큰 흡음계수를 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 용적이 작은 공명체임버(126)에서도 핀(110b)이 없는 경우(g3) 1250Hz에서 가장 큰 흡음계수를 나타내지만 핀(110b)이 있는 경우(g4)에는 1000Hz에서 가장 큰 흡음계수를 나타내는 것을 알 수 있다. 해당 주파수의 흡음계수가 커지면 흡음률도 커진다.
즉, 공명모듈(100)의 공명구멍(130)을 형성하는 부분의 가장자리에 핀(110a, 110b)을 설치하면, 흡음률이 큰 주파수대를 도 6의 화살표로 나타낸 바와 같이 이첩 또는 변동시킬 수 있다.
위 내용을 참고하면 공명모듈(100)의 공명구멍(130)을 형성하는 부분의 가장자리에 핀(110a, 110b)을 설치함으로써 특정 주파수에 대한 흡음률의 크기를 조정할 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 공명모듈의 다른 예를 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7 공명모듈의 평면도이다.
이 실시 예의 공명모듈(100)은 용적이 서로 다른 2개의 공명체임버(121, 126)를 전후로 배치하되, 용적이 큰 공명체임버(121) 1개와 용적이 작은 공명체임버(126) 1개를 구비하여 공명구멍(130)이 한쪽으로만 형성된 것을 보여준다.
이 실시 예의 공명모듈(100)은 프레임의 양측 가장자리에 설치하기 위한 것으로, 도 4와 도 5에 나타낸 것의 대략 반 정도의 형상을 하고 있다.
이 실시 예의 공명모듈(100) 역시, 용적이 큰 공명체임버(121)는 상대적으로 낮은 제1목표주파수의 음파에 대한 흡음계수를 높일 수 있도록 핀(110a)이 상대적으로 길게 형성되고, 용적이 작은 공명체임버(126)는 상대적으로 높은 제2목표주파수의 음파에 대한 흡음계수를 높일 수 있도록 핀(120b)이 상대적으로 짧게 형성되어 있다.
나머지는 도 4 내지 도 6을 통해서 앞에서 설명한 것과 같다.
도 9는 금속케이스 없이 도 4와 도 7의 공명모듈을 프레임에 층상으로 설치한 상태를 나타낸 사시도이고, 도 10은 각 층에서의 공명모듈의 배치상태를 나타낸 평면도, 도 11은 각 공명모듈의 표면에 설치되는 금속케이스의 평면모양을 나타낸 도면이고, 도 12는 상하 양단 사이에 설치되는 프레임의 평면도, 도 13은 도 11 금속케이스가 공명모듈 및 프레임에 설치된 상태의 방음벽을 나타낸 사시도이다. 도 1 내지 도 8을 함께 참고하면서 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방음벽(200)은 프레임(160)을 구비한다. 프레임(160)은 복수의 평판(162)으로 구성될 수 있다. 평판(162)으로는 두께가 1.6㎜ 정도인 철판이 적당하며 방음벽(200)의 설치장소나 주변 상황에 따라 두께 및 재료는 변동될 수 있다. 상하 양단의 평판(162a, 162b) 사이에 배치되는 평판(162c, 162d)에는, 바람직하게, 도 12에 나타낸 바와 같이, 각 금속케이스(170)의 단부의 일부가 삽입되어 걸릴 수 있는 슬롯(SL)이 간격을 두고 형성된다. 슬롯(SL)은 "ㄱ"자 모양으로 형성하여, 금속케이스(170)가 바깥으로 이탈되는 것을 방지하도록 된 것이 좋다. 슬롯(SL)은 평판(162c, 162d)에 관통형으로 형성하는 것이 바람직하지만, 때에 따라 양 측면으로 통하지 않는 홈으로 형성될 수 있다. 또, 때에 따라, 슬롯(SL)은 금속케이스(170)와 같은 단면모양으로 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 뒤에서 설명한다.
본 발명에 따른 방음벽(200)은, 바람직하게, 공명모듈(100)의 일부 표면을 감싸면서 공명모듈(100)을 프레임(160)에 고정하는 역할을 하는 금속케이스(170)를 가진다. 금속케이스(170)는 금속판을 공명모듈(100)의 일부 외관 모양으로 벤딩하여 만든 것으로, 바람직하게, "ㄱ"자 모양으로 형성된 슬롯(SL)에 결합되어 바깥으로 빠지지 않도록 내측 끝부분에 "ㄱ"자 모양으로 벤딩되어 형성된 걸림부(172)를 가진다.
금속케이스(170)는 슬롯(SL)에 삽입되는 높이를 감안하여 공명모듈(100)보다 조금 높게 만든다. 바람직하게, 최하단에 설치되는 금속케이스(170)의 하단과 최상단에 설치되는 금속케이스(170)의 상단은 프레임(160)을 구성하는 평판(162a, 162b)에 용접으로 고정된다. 슬롯(SL)이 관통형으로 형성된 경우, 금속케이스(170)는 공명모듈(100)에 비해 평판(162c, 162d) 두께의 반 정도 더 높은 높이를 가지는 것이 바람직하고, 슬롯(SL)이 비관통형인 홈으로 형성된 경우에는 홈의 깊이만큼 더 높은 높이를 가지도록 된 것이 바람직하다.
상하 양단 사이에 설치되는 금속케이스(170)는, 슬롯(SL)이 관통형으로 형성된 경우, 공명모듈(100)에 비해 평판(162c, 162d)의 두께 정도만큼 더 높게 만들어진 것이 바람직하고, 슬롯(SL)이 비관통형인 홈으로 형성된 경우에는 홈 깊이의 2배 정도만큼 더 높게 만들어진 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방음벽(200)의 조립과정의 바람직한 일례를 설명하면 다음과 같다.
양측 단부에 설치되는 평판(162a, 162b)에는 각 금속케이스(170)들을 도 11에 나타낸 바와 같은 평면 배치를 가지도록 평판(162a, 162b)에 각각 용접으로 고정한다.
그런 다음 공명모듈(100)들을 평판(162a, 162b)에 고정된 금속케이스(170)들과 평판(162a, 162b)에 고정되지 않은 금속케이스(170)들에 결합한다.
프레임(160)을 구성하는 하단의 평판(162a)에 설치된 공명모듈(100)과 금속케이스(170) 상에 도 12에 나타낸 바와 같이 슬롯(SL)들이 간격을 두고 형성된 평판(162c)을 결합한다. 이 때, 평판(162c)의 슬롯(SL)으로는 하단의 평판(162a)에 고정된 금속케이스(170)의 상단이 삽입되어 결합되고, 하단의 평판(162a)에 설치된 공명모듈(100)은 그 위에 설치되는 평판(162c)의 저면을 지지한다.
다음으로 금속케이스(170)에 결합된 2층의 공명모듈(100)들을 평판(162c) 상에 결합한다. 이 때, 2층의 금속케이스(170)의 하단 일부는 평판(162c)에 형성된 슬롯(SL)에 삽입되어 고정되고, 상단 일부는 공명모듈(100)보다 상방으로 조금 더 돌출된다.
금속케이스(170)에 결합된 2층의 공명모듈(100) 상에 3층의 평판(162d)을 결합한다. 이 때, 2층의 금속케이스(170)의 상단 일부는 평판(162d)에 형성된 슬롯(SL)에 삽입되어 고정되고, 2층의 공명모듈(100)은 3층의 평판(162d)의 저면을 지지한다.
상단의 평판(162b)에 고정된 금속케이스(170)와 공명모듈(100)을 3층의 평판(162d) 상에 결합한다. 이 때, 상단의 평판(162b)에 고정된 금속케이스(170)의 하단 일부가 3층의 평판(162d)에 형성된 슬롯(SL)에 삽입되어 결합된다.
물론, 공명모듈(100)을 3층의 평판(162d) 상에 먼저 배치한 다음 상단의 평판(162b)에 고정된 금속케이스(170)를 공명모듈(100)과 슬롯(SL)에 결합할 수 있다. 이 때, 3층의 공명모듈(100)은 3층의 평판(162d)과 4층의 평판(162b) 사이를 지지한다.
위와 같은 과정으로 복수의 공명모듈(100)과 복수의 금속케이스(170)를 프레임(160)을 구성하는 평판(162a, 162b, 162c, 162d)에 조립하여, 도 7에서 설명한 공명모듈(100)은 양측 가장자리에 설치하되 공명구멍(130)이 내측을 향하도록 각각 배치되도록 하고, 양측 가장자리의 공명모듈(100) 사이에 도 4에서 설명한 공명모듈(100)을 간격을 두고 배치되도록 하면, 바람통로(180)가 형성되도록 함과 아울러 공명구멍(130)을 통해 바람통로(180)와 연통된 공명체임버(120)를 가지는 도 13에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 방음벽(200)을 구성할 수 있다.
위와 같은 본 발명에 따른 방음벽(200)의 조립과정은 공장에서 수행될 수 있다. 때에 따라, 공명모듈(100)과 프레임(160) 및 금속케이스(170)를 분리된 상태로 현장으로 이동시켜 현장에서 방음벽(200)으로 조립된 후 도로나 철도의 가장자리에 설치될 수 있다.
때에 따라, 금속케이스(170) 없이 접착제 등의 별도의 고정수단을 이용하거나 평판(162)에 별도의 장착부를 형성하여 공명모듈(100)을 프레임(160)에 간격을 두고 그리고 층상으로 설치하여 도 9에 나타낸 바와 같은 형태로 방음벽을 구성할 수 있다.
또, 때에 따라, 가장자리에 H형강 등이 간격을 두고 설치되는 도로나 철도의 방음벽 시공 현장에서, 양 측 가장자리에 설치되는 평판(162)과 공명모듈(100) 및 금속케이스(170)를 H형강의 홈에 순차로 결합하면서 방음벽(200)의 조립과정이 수행될 수도 있다.
또한, 프레임(160)을 구성하는 각 평판(162)은 별도의 연결부재를 통해, 바람직하게, 양측 가장자리에서 상하로 배치되는 평판 등의 연결부재를 통해 서로 연결되어 고정될 수 있다.
도 4, 도 5, 도 7 및 도 8을 함께 참고하면, 도 13에 나타낸 본 발명에 따른 방음벽(200)은 공명구멍(130)을 통해 바람통로(180)와 통하며 500Hz 등의 제1목표주파수의 음파를 줄이기 위한 제1공명체임버(121)와 공명구멍(130)을 통해 바람통로(180)와 통하며 제1목표주파수보다 높은 1000Hz 등의 제2목표주파수의 음파를 줄이기 위한 제2공명체임버(126)를 함께 가진다.
공장에서의 위에서 설명한 바와 같은 방음벽(200)의 조립과정은, 바람직하게, 공명모듈(100) 등을 옆으로 눕혀 바닥의 평면상에서 수행하는 것이 바람직하고, 조립의 각 과정의 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 금속케이스의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
때에 따라, 양측 가장자리에 설치되는 금속케이스(170)는 일체형으로 만들어질 수 있다. 이 경우, 도 12를 통해 앞에서 설명한 양 단 사이에 설치되는 평판(162c, 162d)에는 금속케이스(170)의 단부의 일부가 삽입될 수 있는 통공형태의 슬롯(SL)이 형성되어 있어야 한다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
도 15는 가장자리의 공명모듈에 설치되는 금속케이스의 또 다른 예를 나타낸 사시도이고, 도 16은 양측 가장자리 사이의 공명모듈에 설치되는 금속케이스의 다른 예를 나타낸 사시도이고, 도 17은 도 15와 도 16에 나타낸 금속케이스를 설치한 방음벽의 사시도이다.
때에 따라, 양측 가장자리의 공명모듈(100)에 설치되는 금속케이스(170)는 도 15에 나타낸 것과 같이 절개부(174)를 형성한 일체형의 것이 사용될 수 있다.
또한, 양측 가장자리 사이의 공명모듈(100)에 설치되는 금속케이스(170) 역시 평판(162)이 삽입될 수 있는 절개부(174)를 형성하여 일체형의 형태로 구성할 수 있다. 이 경우, 평판(162)에는 도 12에 나타낸 바와 같은 별도의 슬롯을 형성하지 않아도 된다.
도 15와 도 16에 나타낸 금속케이스(170)를 이용하는 경우, 본 발명에 따른 방음벽(200)은 도 17에 나타낸 바와 같은 외관을 가질 수 있다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
도 18은 본 발명에 따른 금속케이스의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
때에 따라, 양측 가장자리 사이에 설치되는 금속케이스(170) 역시 절개부를 형성하지 않은 일체형으로 만들어질 수 있다. 이 경우, 도 12를 통해 앞에서 설명한 양단 사이에 설치되는 평판(162c, 162d)에는 금속케이스(170)의 단부의 일부가 삽입될 수 있는 통공형태의 슬롯(SL)이 형성되어 있어야 한다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
도 19는 본 발명에 따른 방음벽의 다른 예를 나타낸 사시도이고, 도 20는 도 19 방음벽의 양측 가장자리에 설치되는 금속케이스의 평면도이다.
때에 따라, 프레임(160)을 구성하는 평판(162)의 양측 가장자리의 평면모양을 도 7에 나타낸 공명모듈(100)의 평면모양과 같이 형성함과 아울러 금속케이스(170)도 도 7에 나타낸 공명모듈(100)의 평면모양에 맞게 도 20에 나타낸 바와 같이 형성한 것을 사용하여 도 19에 나타낸 바와 같이 방음벽(200)을 구성할 수 있다.
도 19에 나타낸 바와 같이 구성된 방음벽(200)의 양단으로 돌출된 돌출부(202)는 도로나 철로의 가장자리를 따라 간격을 두고 설치되는 H빔(HB)에 결합되도록 할 수 있다. 이렇게 하는 경우, 방음벽(200)의 설치가 매우 간편해진다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
도 21은 평판의 또 다른 예를 나타낸 평면도이다.
때에 따라, 슬롯(SL)은 금속케이스(170)의 단면모양으로 형성될 수 있다. 이 경우, 금속케이스(170)의 한쪽 단부 전체가 슬롯(SL)에 삽입된다. 이 경우에도, 슬롯(SL)은 평판(162c, 162d)에 관통형으로 형성되거나 양 측면으로 통하지 않는 홈으로 형성될 수 있다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
본 발명은 특정 주파수의 음파에 대한 소음차단 성능이 우수한 통풍형 방음벽을 만드는데 이용될 가능성이 있다.
100: 공명모듈 110, 110a, 110b: 핀
120: 공명체임버 121: 용적이 큰 공명체임버
126: 용적이 작은 공명체임버 130: 공명구멍
140: 개구 160: 프레임
162, 162a, 162b, 162c, 162d: 평판
170: 금속케이스 172: 걸림부
174: 절개부 180: 바람통로
200: 방음벽 202: 돌출부
SL: 슬롯 HB: H빔

Claims (14)

  1. 프레임; 및
    상기 프레임에 간격을 두고 배치되어 전후로 관통하는 바람통로를 형성하고, 공명구멍을 통해 상기 바람통로와 연통되는 공명체임버를 상기 바람통로의 좌우 양측으로 형성하는 복수의 공명모듈을 포함하고,
    상기 공명모듈은 같은 높이에서 용적이 서로 다른 2개의 상기 공명체임버가 전후로 배치되고, 상기 공명구멍과 만나는 부분에서 상기 공명체임버의 내부 쪽으로 연장되어 상기 공명체임버에서의 목표공명주파수를 변동시키기 위한 핀을 가지며,
    2개의 상기 공명체임버 중 용적이 큰 공명체임버에는 상대적으로 낮은 제1목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 길게 형성되고, 2개의 상기 공명체임버 중 용적이 작은 공명체임버에는 상대적으로 높은 제2목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 짧게 형성된 것을 포함하여 구성되고,
    상기 핀을 형성하는 것에 의해, 상기 바람통로를 통과하는 음파에 대해 용적이 큰 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수와, 용적이 작은 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수의 차이가 증가되도록 구성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음벽.
  2. 삭제
  3. 제1항에서, 상기 공명모듈은 용적이 큰 상기 공명체임버가 좌우 대칭으로 2개 배치된 것과, 용적이 작은 상기 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 이격하여 좌우 대칭으로 2개 배치된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음벽.
  4. 제1항에서, 상기 프레임의 양측 가장자리 사이에 배치되는 상기 공명모듈은 용적이 큰 상기 공명체임버가 좌우 대칭으로 2개 배치된 것과, 용적이 작은 상기 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 이격하여 좌우 대칭으로 2개 배치된 것을 포함하는 것이고,
    상기 프레임의 양측 가장자리에 배치되는 상기 공명모듈은 용적이 서로 다른 2개의 상기 공명체임버가 전후로 배치된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음벽.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 제1목표주파수는 500Hz이고, 상기 제2목표주파수는 1000Hz인 것을 특징으로 하는 방음벽.
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 공명모듈은 양단에 개구가 형성된 것이고, 상기 개구는 상기 프레임에 의해 폐쇄되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음벽.
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 공명모듈은 플라스틱으로 만들어지고, 외부로 노출된 상기 공명모듈의 표면에 금속케이스가 설치되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음벽.
  8. 제7항에서, 상기 프레임은 층상으로 간격을 두고 배치되는 복수의 평판을 포함하고,
    양단 사이의 상기 평판에는 상기 금속케이스의 단부가 삽입되어 결합되는 슬롯이 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 방음벽.
  9. 프레임에 간격을 두고 배치되어 전후로 관통하는 바람통로를 형성하고, 공명구멍을 통해 상기 바람통로와 연통되는 공명체임버를 상기 바람통로의 좌우 양측으로 형성하기 위한 공명모듈에 있어서,
    상기 공명모듈은 같은 높이에서 용적이 서로 다른 2개의 상기 공명체임버가 전후로 배치되고, 상기 공명구멍과 만나는 부분에서 상기 공명체임버의 내부 쪽으로 연장되어 상기 공명체임버에서의 목표공명주파수를 변동시키기 위한 핀을 가지며,
    2개의 상기 공명체임버 중 용적이 큰 공명체임버는 상대적으로 낮은 제1목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 길게 형성되고, 2개의 상기 공명체임버 중 용적이 작은 공명체임버는 상대적으로 높은 제2목표주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 상기 핀이 상대적으로 짧게 형성된 것을 포함하여 구성되고,
    상기 핀을 형성하는 것에 의해, 상기 바람통로를 통과하는 음파에 대해 용적이 큰 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수와, 용적이 작은 상기 공명체임버에서의 흡음률이 가장 큰 주파수의 차이가 증가되도록 구성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 핀을 가지는 공명모듈.
  10. 삭제
  11. 제9항에서, 용적이 큰 상기 공명체임버가 좌우 대칭으로 2개 배치되고, 용적이 작은 상기 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 이격하여 좌우 대칭으로 2개 배치된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 핀을 가지는 공명모듈.
  12. 제9항 또는 제11항에서, 상기 제1목표주파수는 500Hz이고, 상기 제2목표주파수는 1000Hz인 것을 특징으로 하는 상기 핀을 가지는 공명모듈.
  13. 제9항 또는 제11항에서, 양단에 개구가 형성된 것이고, 상기 개구는 상기 프레임에 의해 폐쇄될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 상기 핀을 가지는 공명모듈.
  14. 제9항 또는 제11항에서, 상기 핀은 상기 핀의 길이방향의 상기 공명체임버의 길이의 반을 넘지 않는 것을 특징으로 하는 상기 핀을 가지는 공명모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11555280B2 (en) * 2020-09-29 2023-01-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Sound absorbing structure having one or more acoustic scatterers for improved sound transmission loss

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JP2547927B2 (ja) * 1992-09-18 1996-10-30 西日本旅客鉄道株式会社 共鳴型吸音・遮音パネル
KR102052618B1 (ko) * 2019-04-22 2019-12-05 주식회사 큐디앤 통풍형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽

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