KR102300445B1 - 바람통로를 갖는 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽 - Google Patents

바람통로를 갖는 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽 Download PDF

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양형근
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최상현
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Abstract

본 발명 바람통로를 갖는 공명형 방음패널은, 측면을 둘러싸는 외곽프레임; 상기 외곽프레임의 전면에 설치되어 복수 개의 바람통로의 입구 또는 출구를 형성하며 전후 방향으로 바람통로 형성을 위해 별개로 분리된 전면 분리판들이 이격 배치되는 전면판; 상기 외곽프레임의 후면에 설치되어 상기 바람통로의 출구 또는 입구를 형성하며 상기 바람통로 형성을 위해 별개로 분리된 후면 분리판들이 상기 전면판과 대응되게 이격 배치되는 후면판; 상기 전면판과 상기 후면판 사이에 설치되어 상기 전면판과 상기 후면판 사이의 바람통로 형성을 위한 공간을 제공함과 아울러 상기 전면판과 상기 후면판 사이의 내부 공간을 좌우로 분할하도록 간격을 두고 설치되며 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 공명홀(CH)이 형성되는 격판; 상기 격판 사이에 구비되어 바람통로와 수직한 방향으로 전, 후면판과 격판 사이의 공간부를 분할함으로써 공명체임버를 형성하는 구획프레임; 및 상기 격판과 구획프레임 사이에 구비되어 공명체임버의 공간부를 바람통로와 수직한 방향으로 다시 분할하며 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 오리피스홀(OH)이 형성되는 오리피스판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

바람통로를 갖는 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽 {Resonant soundproof panel with wind path and soundproof wall using the same}
본 발명은 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 특히 바람통로를 통해 통풍을 허용하여 풍하중을 줄여주면서도 소음을 공명(Resonance)을 통해 소멸시켜 바람통로를 통과하는 소음을 줄여주는 바람통로를 갖는 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽에 관한 것이다.
일반적으로, 도로나 철도 주변에는 도로나 철도에서 발생하는 소음이 주변으로 전달되는 것을 줄이기 위한 방음벽이 설치되는데, 종래의 방음벽은 소음 차단만 생각하여 바람이 통할 수 없는 형태로 만들어졌다.
그러므로, 이러한 종래의 방음벽은 소음뿐만 아니라 공기의 흐름도 차단하여 생태학적 단절을 일으켜서 자연환경 보호에 부정적인 영향을 미친다. 그리고 방음벽 전체의 면적이 바람의 저항을 받으므로, 해당 지역의 최대 풍속을 고려하여 방음벽을 조성할 때, 방음벽 기초의 규모가 과대해지게 되어 단위 길이당 방음벽 설치 단가가 매우 높아진다는 문제점이 있었다.
위와 같은 종래 방음벽의 문제점을 극복하고자 하는 노력으로 풍하중을 저감할 수 있는 풍하중 저감형 방음벽이 개발되어 널리 사용되고 있다.
풍하중 저감형 방음벽과 관련한 종래 기술로는, 본 발명의 출원인은 앞서 개발하여 등록받은 특허로서, 등록번호 10-1838264호(발명의 명칭: 통풍형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽, 발명자: 조영철, 방인석, 백준호 외 3, 이하, "선등록발명 1"이라 함)에는 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 선등록발명은 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.
한편, 도 1을 참조하면 상기한 선등록발명에서는 다른 실시예로서, 단일 레이어 구조(1-레이어)의 공명체임버 뿐만 아니라, 바람통로의 전후 방향으로 공명체임버를 여러 겹으로 겹친 다중 구조(제1 내지 제3 공명체임버가 겹쳐진 2-레이어 또는 3-레이어 구조)로 구성할 수 있음이 개시되어 있다. 이를 통해 단일 레이어 대비 방음성능 또는 차음성능을 향상시키기 위한 다중 레이어 구조 기술을 등록받은 바 있다.
그러나, 상기와 같은 2-레이어 또는 3-레이어의 다중 레이어 구조의 방음벽은 방음성능 또는 차음성능이 일부 향상될 수는 있으나, 두께가 두꺼워 방음벽을 설치하는 주변 환경에 따라 시공상에 공간적인 제약을 받게 될 뿐만 아니라, 무게 또한 무거워 시공 현장까지 부품의 운반이 어렵고, 제작비가 상승되는 등 여러 가지 개선에 대한 요구가 증가되고 있는 상황이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 특정 주파수대 소음의 흡수율이 뛰어난 단일 레이어 구조의 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 500Hz대 소음의 흡수율이 뛰어난 단일 레이어 구조의 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 충분한 통풍을 허용하면서 1000Hz대 소음의 흡수율이 뛰어난 단일 레이어 구조의 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예에 따라, 측면을 둘러싸는 외곽프레임; 상기 외곽프레임의 전면에 설치되어 복수 개의 바람통로의 입구 또는 출구를 형성하며 전후 방향으로 바람통로 형성을 위해 별개로 분리된 전면 분리판들이 이격 배치되는 전면판; 상기 외곽프레임의 후면에 설치되어 상기 바람통로의 출구 또는 입구를 형성하며 상기 바람통로 형성을 위해 별개로 분리된 후면 분리판들이 상기 전면판과 대응되게 이격 배치되는 후면판; 상기 전면판과 상기 후면판 사이에 설치되어 상기 전면판과 상기 후면판 사이의 바람통로 형성을 위한 공간을 제공함과 아울러 상기 전면판과 상기 후면판 사이의 내부 공간을 좌우로 분할하도록 간격을 두고 설치되며 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 공명홀(CH)이 형성되는 격판; 상기 격판 사이에 구비되어 바람통로와 수직한 방향으로 전, 후면판과 격판 사이의 공간부를 분할함으로써 공명체임버를 형성하는 구획프레임; 및 상기 격판과 구획프레임 사이에 구비되어 공명체임버의 공간부를 바람통로와 수직한 방향으로 다시 분할하며 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 오리피스홀(OH)이 형성되는 오리피스판;을 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 공명체임버는 격판의 공명홀을 통해 격판과 오리피스판 사이에 형성된 제1 공명체임버와, 오리피스판의 오리피스홀을 통해 오리피스판과 구획프레임 사이에 형성된 제2 공명체임버로 구성되며, 상기 제1, 제2 공명체임버는 일렬로 배치된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 제1 공명체임버는 상대적으로 낮은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 큰 용적을 가지며, 제2 공명체임버는 상대적으로 높은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 작은 용적을 갖는다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 제1 공명체임버는 상대적으로 높은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 작은 용적을 가지며, 제2 공명체임버는 상대적으로 낮은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 큰 용적을 갖는다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 전면 분리판과 상기 후면 분리판은 직사각형을 이루며, 상기 바람통로는 상하방향으로 수직한 슬릿 형태를 가지며, 상기 바람통로는 전면 분리판과 후면 분리판의 각각의 사이에 일정 간격마다 반복적으로 형성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 외곽프레임은, 상, 하면 및 측면을 감싸는 테두리판과, 바람통로를 제외한 전면을 감싸는 전면커버판과, 바람통로를 제외한 후면을 감싸는 후면커버판으로 이루어진다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 전면판과 후면판은 강화 유리나 플라스틱의 투명한 재료로 형성된다.
또한, 상술한 공명형 방음패널을 포함하는 방음벽이 제공된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따르면, 통풍을 허용하여 풍하중을 줄일 수 있으면서도 필요한 주파수대의 소음에 대한 흡수율이 향상된 공명형 방음패널 및 방음벽을 제공할 수 있다.
둘째, 2개의 서로 다른 목표 주파수의 소음, 예를 들면, 500Hz 및 1000Hz의 소음에 대한 흡수율이 뛰어난 공명형 방음패널 및 방음벽을 제공할 수 있다.
셋째, 풍하중을 크게 줄일 수 있으면서도, 1개의 특정 목표 주파수 또는 2개의 서로 다른 목표 주파수의 소음, 예를 들면, 도로나 철도 주변의 방음벽에서 발생빈도가 높은 500Hz 및 1000Hz의 소음에 대해 흡수율이 뛰어난 공명형 방음패널 및 방음벽을 제공할 수 있다.
넷째, 주변 환경에 따라 흡수율을 향상시키고자 하는 목표 주파수에 맞추어 공명형 방음패널 및 방음벽을 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 공명체임버가 다중 결합된 구조의 종래 통풍형 방음패널을 보인 예시도
도 2는 본 발명 바람통로를 갖는 공명형 방음패널을 일 실시예에 따라 보인 사시도
도 3a는 도 2의 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 외곽 프레임 내부 구성을 분리하여 보인 요부 사시도
도 4는 도 3의 ‘A’ 부분을 분리하여 보인 요부 사시도
도 5a는 도 3의 공명체임버 어레이에 대한 평단면도, 도 5b는 정면도
도 6은 본 발명에 따른 마주보는 한쌍의 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 배치된 상태를 나타낸 정면도
도 7은 도 6의 공명체임버의 평면도
도 8은 도 6의 공명체임버의 측면도
도 9는 본 발명에 따른 공명체임버의 주파수 대역에 따른 투과손실음압의 변화값을 보인 실험 그래프
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2의 전면판, 후면판 및 외곽프레임을 투명한 재료로 구성한 경우의 예시도
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 도 2 내지 도 5b를 참조하여 본 발명 바람통로를 갖는 공명형 방음패널의 구성 및 작동 관계에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 바람통로를 갖는 공명형 방음패널을 일 실시예에 따라 보인 사시도이고, 도 3a는 도 2의 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 외곽 프레임 내부 구성을 분리하여 보인 요부 사시도이며, 도 4는 도 3의 ‘A’ 부분을 분리하여 보인 요부 사시도이고, 도 5a는 도 3의 공명체임버 어레이에 대한 평단면도, 도 5b는 정면도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 공명형 방음패널(100)은 먼저 외곽프레임(110)을 갖추며, 상기 외곽프레임(110)은 본 발명에 따른 방음패널(100)의 상, 하면과 측면, 전, 후면을 둘러싸는 사각 틀의 형상을 갖는다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따라, 상기 외곽프레임(110)은, 상, 하면 및 측면을 감싸는 테두리판(111a, 111b)과, 바람통로(130)를 제외한 전면을 감싸는 전면커버판(112)과, 바람통로(130)를 제외한 후면을 감싸는 후면커버판(113)으로 이루어진다.
이러한 외곽프레임(110)으로는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 금속재로 된 불투명한 것이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 도 10에 나타낸 바와 같이 투명한 강화 유리 또는 플라스틱 재질로 된 외곽프레임(110)이 사용될 수도 있음은 물론이고, 또는 불투명한 플라스틱이 사용될 수도 있다.
또한, 상기 외곽프레임(110)의 내부에는 복수 개의 바람통로(130)의 입구 또는 출구를 형성하며, 전후 방향으로 바람통로(130)의 형성을 위해 별개로 분리된 전면 분리판들(121)이 이격 배치되는 전면판(120)이 설치된다.
외곽프레임(110)의 내부 전면에 설치되는 상기 전면판(120)은 바람통로(130)의 입구 또는 출구를 형성하기 위해 좌우로 분리된 것이 사용되며, 분리된 전면 분리판(121)들끼리 이격 배치된다. 이 실시예에서, 가운데에 있는 전면 분리판(121)의 폭이 맨 양측에 있는 전면 분리판(121)의 폭보다 넓게 형성된다.
또한, 상기 외곽프레임(110)의 내부에는 상기 바람통로(130)의 출구 또는 입구를 형성하며, 상기 바람통로(130)의 형성을 위해 별개로 분리된 후면 분리판(141)들이 상기 전면판(120)과 대응되게 이격 배치되는 후면판(140)이 설치된다.
상기 외곽프레임(110)의 내부 후면에 설치되는 상기 후면판(140)은 바람통로(130)의 입구 또는 출구를 형성하기 위해 전면판(120)과 대응되게 분리된 것이 사용되며, 분리된 후면 분리판(141)들끼리 좌우로 이격하여 배치된다. 후면 분리판(141)들 중 가운데에 있는 후면 분리판(141)의 폭이 맨 양측에 있는 후면 분리판(141)의 폭보다 넓게 형성된다.
이와 같이 전면판(120)과 후면판(140)을 분리된 판들로 구성하는 경우, 바람통로(130)의 입구 또는 출구를 형성하기 위해 구멍을 뚫지 않아도 되므로 방음패널(100)의 제조가 쉽고 생산성이 향상된다. 이에 따라 본 발명에서는 바람직하게 바람통로(130)가 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태로 형성된다.
즉, 상기 전면 분리판(121)과 상기 후면 분리판(141)은 직사각형을 이루며, 상기 바람통로(130)는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태를 가지며, 상기 슬릿 형태의 바람통로(130)는 전면 분리판(121)과 후면 분리판(141)의 각각의 사이에 일정 간격마다 반복적으로 형성된다.
이에 따라, 상기 전면판(120)과 후면판(140), 바람통로(130)를 슬릿 형태로 형성함에 따라 본 발명 공명형 방음패널(100)의 구조가 복잡하지 않고 제작이 쉬우면서도 풍압저감을 위한 충분한 개구율을 쉽게 확보할 수 있게 된다. 아울러, 차음하고자 하는 목표 공명주파수에 따라 다양한 구조로 변형 제작이 용이하게 된다.
경우에 따라, 전면판(120)과 후면판(140)의 및/또는 구획프레임(150)의 두께에 해당하는 부분은 일체로 연결된 것이 사용될 수 있다. 전면판(120)과 후면판(140)을 금형으로 일체로 성형하거나 프레스로 찍어내는 경우, 이런 형태의 것이 사용될 수 있다.
또한, 상기 전면판(120)과 후면판(140) 사이에는 일정 간격마다 다수의 격판(152)이 설치되는데, 상기 격판(152)은 전면판(120)과 상기 후면판(140) 사이의 바람통로(130) 형성을 위한 공간부를 제공함과 아울러 상기 전면판과 상기 후면판 사이의 내부 공간을 좌우로 분할하도록 간격을 두고 설치되며, 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 공명홀(CH)이 형성된다.
상기 격판(152)은 넓은 면끼리 좌우로 간격을 두고 마주보고 배치됨과 함께 두께 면끼리는 전후로 간격을 두고 마주 보고 배치되며, 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 공명홀(RH)이 형성된다. 이러한 구조의 격판(152)은 공명구명(RH)을 제외하고는 바람통로(130)와 제1 공명체임버(RC)를 구획하는 벽의 역할을 수행한다.
상기 격판(152)들은 상하로 분리된 것이 구획프레임(150)의 대응 위치의 표면에 각각 부착될 수 있으나, 때에 따라 상하로 분리되지 않은 것에 끼움홈(미도시)을 형성하고, 외곽프레임(110)의 대응 위치에도 마주 보고 결합될 수 있는 끼움홈(미도시)을 형성하여 조립할 수도 있다.
또한, 상기 격판(152) 사이에는 상기 바람통로(130)와 수직한 방향으로 전, 후면판(120)(130)과 격판(152) 사이의 공간부를 분할함으로써 공명체임버(RC1, RC2)를 형성하는 구획프레임(150)이 설치된다.
상기 구획프레임(150)은 전면판(120)과 후면판(140) 사이의 바람통로(130) 형성을 위한 공간을 제공함과 아울러 전면판(120)과 후면판(140) 사이의 내부 공간을 좌우로 분할하며, 전면판(120)과 후면판(140)이 풍압을 견딜 수 있게 지지하는 역할도 한다. 이러한 구획프레임(150)은 도면에 도시된 것처럼 세로판이 일정 간격마다 배치된 창살 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 격판(152)과 구획프레임(150) 사이에는 오리피스판(160)이 설치되는데, 상기 오리피스판(160)은 일체로 결합된 공명체임버(RC1, RC2)의 공간부를 바람통로(130)와 수직한 방향으로 다시 분할하며 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 오리피스홀(OH)이 형성된다.
이와 같이, 상술한 구성요소들이 결합됨으로써 본 발명 공명형 방음패널(100)이 구성된다.
또한, 상기 공명체임버는 격판(152)의 공명홀(RH)을 통해 상기 격판(152)과 오리피스판(160) 사이에 형성된 제1 공명체임버(RC1)와, 오리피스판(160)의 오리피스홀(OH)을 통해 상기 오리피스판(160)과 구획프레임(150) 사이에 형성된 제2 공명체임버(RC2)로 구성된다.
이 때, 상기 제1 공명체임버(RC1)는 상대적으로 낮은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버(RC2)보다 상대적으로 큰 용적을 가지며, 제2 공명체임버(RC2)는 상대적으로 높은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제1 공명체임버(RC1)보다 상대적으로 작은 용적을 갖는다.
이 때, 바람직하게는, 상기 제1 공명체임버(RC1)의 목표 공명주파수는 500Hz이고, 제2 공명체임버(RC2)의 목표 공명주파수는 1000Hz일 수 있다.
즉, 상기 제1, 제2 공명체임버(RC1, RC2)는 일렬로 배치 결합되어 있음에 따라 공기통로(130)를 지나는 소음은 먼저 공명홀(RH)을 통해 상기 제1 공명체임버(RC1)로 진입한 후 500Hz의 음파가 흡수 및 제거되고, 이 후 오리피스홀(OH)을 통해 상기 제2 공명체임버(RC2)로 진입한 후 1000Hz의 음파가 흡수 및 제거되어진다.
한편, 방음패널이 설치되는 환경을 감안하면 제거하고자 하는 소음이 500Hz와 1000Hz가 아닌 주파수를 경우도 존재하며, 이 때에는 상술한 제1, 제2 공명체임버(RC1, RC2)의 용적을 달리 설계할 수 있다.
즉, 다른 실시예에 따라, 상기 제1 공명체임버는 상대적으로 높은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 작은 용적을 가지며, 제2 공명체임버는 상대적으로 낮은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 큰 용적을 가질 수도 있는 등 설치 환경에 따라 용적 설계를 가변할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 마주보는 한쌍의 공명체임버가 좌우로 간격을 두고 배치된 상태를 나타낸 정면도이고, 도 7은 도 6의 공명체임버의 평면도이며, 도 8은 도 6의 공명체임버의 측면도이다.
이하, 상기 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 공명체임버의 이론적 기초가 되는 소음 감소를 위한 목표 주파수를 산출하는 것에 대해 설명한다.
먼저, 도로나 철도의 가장자리에 설치되는 통풍 방식의 방음벽에서 일반적으로 요구되는 소음 감소의 일례는 500Hz의 경우 25dB 정도이고, 1000Hz의 경우 30dB 정도이다.
이러한 소음 감소를 위한 주파수 대역에 따른 공명형 방음벽의 소음 감소의 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 공명형 방음패널 및 이를 이용한 방음벽은 특정 주파수의 소음 감소를 목표로 하는 내부 공명체임버(RC1, RC2)를 가지는데, 바람직하게, 상기 내부 체임버는 안팎으로 이중의 공명체임버(RC1, RC2)가 일렬로 결합된 구조를 갖는다.
예를 들어, 입구쪽의 상대적으로 큰 용적의 제1 공명체임버(RC1)는 500Hz, 안쪽의 상대적으로 작은 용적의 제2 공명체임버(RC2)는 1000Hz의 감소를 위한 것이다. 각 공명체임버(RC1, RC2)는 입사 음파를 차단하고 감소시키는 특정 공진기(resonator)의 역할을 수행한다.
상기 도 6 내지 8을 참조하면, LH은 공명체임버(RC1)의 가로 폭, LV는 제1 공명체임버(RC1)의 세로 높이, T는 공명체임버(RC1)의 깊이, t: 공진기의 재료의 두께, d는 공명홀(RH)의 폭, W는 바람통로(130)의 폭, S는 공명홀(RH)의 면적, A는 공명홀(RH)에 대응되는 바람통로(130)의 면적, V는 공명체임버(RC1)의 부피, Leff는 유효목길이(t+0.85d), v는 음파의 속도이다.
이 때, 소음 감소를 위한 목표 공명주파수 f는 다음 공식으로 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020126056310-pat00001
여기에서, F는 공명체임버(RC1)와 바람통로(130)의 부피 비로서 V/(A×T)을 대입하면,
Figure 112020126056310-pat00002
이고,
대응 값을 대입하면
Figure 112020126056310-pat00003
이 되고, 정리하면 아래와 같다.
[수학식 2]
Figure 112020126056310-pat00004
위에서 언급한 값들을 이용하여 감소를 위한 목표 공명주파수를 구하는 공진기에 관련된 식을 통해 공명체임버(RC1)의 목표 주파수인 공명주파수를 구할 수 있고, 반대로 소음 소거를 위한 목표 공명주파수와 위에서 언급한 일부 값들이 정해지면 정해지지 않은 나머지 값들의 적절한 조합을 산출할 수 있다.
이 때, 상기 공명체임버(RC1)의 공명주파수는 상기 제1 공명체임버(RC1)의 세로 높이에는 영향을 받지 않는다. 상술한 방음벽의 공명주파수를 구하는 방법은 기존에 알려져 있으므로 여기에서 자세히 설명하지는 않기로 한다.
한편, 상술한 입구쪽의 격판(152) 및 공명홀(RH)에 의한 제1 공명체임버(RC1)를 지나 그 안쪽에는 오리피스판(160)에 의해 구획된 제2 공명체임버(RC2)가 위치된다. 상기 제1 공명체임버(RC1) 안쪽의 제2 공명체임버(RC2)는 오리피스판(160) 및 오리피스홀(OH)에 의해 형성된다.
이 때, 상기 오리피스판(160)은 가운데 부분에 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 오리피스홀(OH)을 가지며, 상기 오리피스판(160)에 형성된 오리피스홀(OH)의 단면적(S2)은 아래 식으로 구할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020126056310-pat00005
또한, 상기 제2 공명체임버(RC2)의 단면적(Sl)을 구하는 식은 다음과 같다.
[수학식 4]
Figure 112020126056310-pat00006
상기 오리피스판(160)에 형성된 오리피스홀(OH)의 단면적(S2)에 대한 상기 제2 공명체임버(RC2)의 단면적(S1)의 비(S2/S1)는 0 < S2/S1 < 0.16의 범위를 가지는 것이 바람직하다.
만약, 이 때 상기 제2 공명체임버(RC2)의 표면적(S1)에 대한 상기 오리피스판(160)에 형성된 빈 공간의 단면적(S2)의 비(S2/S1)가 0.16 이상이면, 본 발명은 다중 동조 공명기가 아닌 단면적이 증가된 일반적인 헬름홀츠(Helmholtz) 공명기의 특성을 가진다.
일 실시예에 따라, 본 발명에 따른 공명체임버(RC1, RC2)의 두께를 5㎜ 정도로 할 때, 500Hz 음파를 25dB 감소하기 위한 상대적으로 용적이 큰 제1 공명체임버(RC1)의 크기는, 현장에서의 적정한 풍하중 저감을 위한 개구율 등을 감안하면, 예컨대 LH×T가 대략 110㎜×120㎜ 정도의 것이 사용될 수 있다.
또한, 1000Hz 음파를 30dB 감소하기 위한 용적이 작은 제2 공명체임버(RC2)의 크기는, 현장에서의 적정한 풍하중 저감을 위한 개구율 등을 감안하면, 예컨대 LH×T가 대략 65㎜×120㎜ 정도의 것이 사용될 수 있다.
공명주파수는 공명체임버(RC1, RC2)의 세로 높이에 영향을 받지 않지만, 공명홀(RH)과 오리피스홀(OH)의 개구율 등을 감안하면 공명체임버(RC1, RC2)의 높이는 160㎜~170㎜ 정도가 적당하고, 이는 방음벽이 설치되는 장소의 여건 등에 따라 증감될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 공명체임버(RC1, RC2)를 형성하는 전면판(120), 후면판(140), 구획프레임(150) 등은, 바람직하게, PVC 등의 플라스틱으로 만들어지며, 재료의 두께는 5㎜ 정도가 적당하지만, 이 또한 필요에 따라 증감될 수 있다.
이러한 공명체임버(RC1, RC2)는 좌우로 일정 간격을 두고 배치되어 전후로 관통하는 바람통로(130)를 형성함과 아울러 바람통로(130)를 통과하는 음파를 공명에 의해 감소시키기 위한 것으로, 공명홀(RH)을 통해 바람통로(130)와 연통되는 제1 공명체임버(RC1)를 형성한다.
이 때, 공명홀(RH)의 폭은 제1 공명체임버(RC1)의 폭의 반을 넘지 않는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 공명홀(RH)은 상하로 길게 형성된 슬롯 모양을 하고 있는 것을 예시하고 있지만, 상기 공명홀(RH)의 모양은 현장 상황을 반영하여 슬릿 형태에 한정된 것이 아니라 얼마든지 다르게 변형될 수 있다.
한편, 상기 공명체임버(RC1, RC2)를 제조하기 위해서는 모재를 압출로 뽑아낸 다음 필요한 길이로 절단하여 사용할 수 있으므로 대량생산에 유리하다.
이 실시 예의 공명체임버(RC1, RC2)는 용적이 서로 다른 2개의 공명체임버(RC1, RC2)가 안팎으로 배치된 것을 예시하고 있다. 용적이 큰 제1 공명체임버(RC1)는 상대적으로 낮은 제1 목표 주파수의 음파, 예를 들면 500Hz의 음파에 대한 흡수율이 높고, 용적이 작은 제2 공명체임버(RC2)는 상대적으로 높은 제2 목표 주파수의 음파, 예를 들면 1000Hz의 음파에 대한 흡수율이 높게 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 8에 나타낸 본 발명 공명형 방음패널(100)의 격판(152)은 일정 간격을 두고 설치되어 바람통로(130)를 형성하는 역할을 한다. 바람직하게, 바람통로(130)의 폭은 40 내지 60mm가 적당하지만, 방음패널(100)이 설치되는 장소의 여건 등에 따라 얼마든지 변경될 수 있다.
본 발명의 출원인은 위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 슬릿형의 바람통로를 갖는 공명형 방음패널을 특정 현장에서 차음하고자 하는 목표 주파수에 따라 공명형 방음패널을 쉽게 응용하여 설계 및 제작을 할 수 있도록 차음효과와 관련하여 본 발명의 공명형 방음패널에 대해 아래와 같이 실험을 수행하였다.
아래의 실험 결과는 실제 현장에 적용한 본 발명에 따른 공명형 방음패널의 설계 및 제작에 큰 도움이 될 것이다.
<실험 예>
차음성능 실험 결과
도 9를 참조하면, 위 차음성능 실험을 통해 2-레이어의 두꺼운 이중 구조를 갖는 종래 Slot 1 및 Slot 2 모델 대비 그 절반의 두께를 갖는 본 발명에 따른 공명형 방음패널은 차음성능에 있어 거의 차이가 없는 것으로 확인되었다.
즉, 제1, 제2 공명체임버를 이중으로 두껍게 배치하지 않더라도 1-레이어로 배치된 제1, 제2 공명체임버의 용적 비에 따라 종래 2-레이어 구조의 모델과 거의 대등한 차음성능을 보임을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 제1, 제2 공명체임버의 용적 비를 조절함으로써, 차음하고자 하는 목표 주파수대에 따라 차음성능을 조정하여 설계할 수 있음을 확인하였는데, 도 9의 그래프를 보면 다중 레이어 구조를 갖는 종래 Slot 1 및 Slot 2 모델 대비 단일 레이어 구조를 갖는 본 발명 공명형 방음패널이 500Hz와 1000Hz의 주파수 대역에서 거의 대등한 차음성능을 보임을 확인할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같은 실험에 따른 데이터로부터 방음벽을 설치하고자 하는 현장에 맞는 방음벽을 설계하는 데 도움이 되는 다양한 정보와 데이터를 추출하여 사용할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구성된 방음패널(100)을 가로, 세로 방향으로 연결 조립함으로써 필요한 설계 사양의 면적을 갖는 방음벽(미도시)을 구성할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2의 전면판, 후면판 및 외곽프레임을 투명한 재료로 구성한 경우의 예시도이다.
상기 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 전면판(120)과 후면판(140)은 앞서 도 1 내지 5b에 나타낸 바와 같이 불투명한 것이 사용될 수 있으나, 때에 따라서는 경관의 조망 또는 채광을 이유로 도 10에 나타낸 바와 같이 투명한 재료가 사용될 수 있다.
이 때, 상기 전면판(120)과 후면판(140)에 사용가능한 투명한 재료로는 강화 유리나 플라스틱 등의 재료가 사용될 수 있다.
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
100: 공명형 방음패널 110: 외곽프레임
111: 테두리판 112, 113: 전면커버판, 후면커버판
120: 전면판 121: 전면 분리판
130: 바람통로 140: 후면판
141: 후면 분리판 150: 구획프레임
152: 격판 160: 오리피스판
RH: 공명홀 OH: 오리피스홀
RC1, RC2: 제1, 제2 공명체임버

Claims (11)

  1. 상, 하면 및 측면의 테두리판과, 바람통로를 제외한 전면을 감싸는 전면커버판과, 바람통로를 제외한 후면을 감싸는 후면커버판으로 이루어져 상기 전면커버판과 후면커버판을 연결하는 바람통로를 제외한 상, 하면, 측면, 전, 후면을 모두 둘러싸는 외곽프레임;
    상기 외곽프레임의 전면에 설치되어 복수 개의 바람통로의 입구 또는 출구를 형성하며 전후 방향으로 바람통로 형성을 위해 별개로 분리된 전면 분리판들이 이격 배치되는 전면판;
    상기 외곽프레임의 후면에 설치되어 상기 바람통로의 출구 또는 입구를 형성하며 상기 바람통로 형성을 위해 별개로 분리된 후면 분리판들이 상기 전면판과 대응되게 이격 배치되는 후면판;
    상기 전면판과 상기 후면판 사이에 설치되어 상기 전면판과 상기 후면판 사이의 바람통로 형성을 위한 공간을 제공함과 아울러 상기 전면판과 상기 후면판 사이의 내부 공간을 좌우로 분할하도록 간격을 두고 설치되며 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 공명홀(RH)이 형성되는 격판;
    상기 격판 사이에 구비되어 바람통로와 수직한 방향으로 전, 후면판과 격판 사이의 공간부를 분할함으로써 공명체임버를 형성하는 구획프레임; 및
    상기 격판과 구획프레임 사이에 구비되어 공명체임버의 공간부를 바람통로와 수직한 방향으로 다시 분할하며 가운데 영역에는 상하 방향으로 수직한 슬릿 형태의 오리피스홀(OH)이 형성되는 오리피스판;을 포함하되,
    상기 공명체임버는 격판의 공명홀을 통해 격판과 오리피스판 사이에 형성된 제1 공명체임버와, 오리피스판의 오리피스홀을 통해 오리피스판과 구획프레임 사이에 형성된 제2 공명체임버로 구성되고,
    상기 제1 공명체임버는 바람통로를 사이에 두고 격판의 공명홀이 서로 대향되게 배치되고,
    상기 제1, 제2 공명체임버 및 상기 제1 공명체임버의 공명홀과 제2 공명체임버의 오리피스홀은 모두 일렬로 배치되고,
    상기 제1 공명체임버는 상대적으로 낮은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 큰 용적을 갖되, 제2 공명체임버는 상대적으로 높은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 작은 용적을 갖고,
    이에 따라 충분한 통풍을 허용하면서 특정 목표 공명주파수대에서 흡수율이 뛰어난 단일 레이어 구조를 갖는 것을 특징으로 하는,
    바람통로를 갖는 공명형 방음패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공명체임버는 상대적으로 높은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 작은 용적을 가지며, 제2 공명체임버는 상대적으로 낮은 목표 공명주파수의 음파에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 제2 공명체임버보다 상대적으로 큰 용적을 갖는,
    바람통로를 갖는 공명형 방음패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면 분리판과 상기 후면 분리판은 직사각형을 이루며, 상기 바람통로는 상하방향으로 수직한 슬릿 형태를 가지며, 상기 바람통로는 전면 분리판과 후면 분리판의 각각의 사이에 일정 간격마다 반복적으로 형성되는,
    바람통로를 갖는 공명형 방음패널.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면판과 후면판은 강화 유리나 플라스틱의 투명한 재료로 형성되는,
    바람통로를 갖는 공명형 방음패널.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 공명체임버 및 상기 제1 공명체임버의 공명홀과 제2 공명체임버의 오리피스홀은 모두 일렬로 배치 결합되어 있음에 따라 공기통로를 지나는 소음은 먼저 공명홀(RH)을 통해 상기 제1 공명체임버(RC1)로 진입한 후 500Hz의 음파가 흡수 및 제거된 후, 오리피스홀(OH)을 통해 상기 제2 공명체임버(RC2)로 진입한 후 1000Hz의 음파가 흡수 및 제거되는 것을 특징으로 하는,
    바람통로를 갖는 공명형 방음패널.
  10. 제 1 항에 있어서,
    소음 감소를 위한 제1, 제2 공명체임버의 용적에 따른 목표 공명주파수 f는 하기 수식 1에 의해 산출되되,
    Figure 112021051890426-pat00018
    (수식 1)
    여기에서, F는 공명체임버(RC1)와 바람통로(130)의 부피 비로서 V/(A×T)을 대입하면,
    Figure 112021051890426-pat00019
    이고,
    대응 값을 대입하면 하기 수식 2가 도출되는,
    Figure 112021051890426-pat00020
    (수식 2)
    (여기서, LH은 공명체임버(RC1)의 가로 폭, LV는 제1 공명체임버(RC1)의 세로 높이, T는 공명체임버(RC1)의 깊이, t: 공진기의 재료의 두께, d는 공명홀(RH)의 폭, W는 바람통로(130)의 폭, S는 공명홀(RH)의 면적, A는 공명홀(RH)에 대응되는 바람통로(130)의 면적, V는 공명체임버(RC1)의 부피, Leff는 유효목길이(t+0.85d), v는 음파의 속도이다.)
    바람통로를 갖는 공명형 방음패널.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스판에 형성된 오리피스홀(OH)의 단면적(S2)에 대한 상기 제2 공명체임버(RC2)의 단면적(S1)의 비(S2/S1)는 0 < S2/S1 < 0.16의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는,
    바람통로를 갖는 공명형 방음패널.
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