KR102501146B1 - 흡음 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치는, 복수 개의 흡음 셀이 평면 상에 서로 인접하게 배열된 흡음 장치로서, 상기 복수 개의 흡음 셀 각각은, 내부에 공간을 가지고, 음파가 입사되는 전방 면에 복수의 미세 구멍이 천공된 챔버; 및 상기 전방 면에서 상기 공간을 향해 후방으로 함입되어 연장되고, 외부와 상기 공간을 연통시키는 연통홀이 관통된 목부;를 포함한다.

Description

흡음 장치 {SOUND ABSORBING APPARATUS}
본 발명은 복수 개의 흡음 셀을 포함하는 흡음 장치에 관한 것이다.
주변 소음을 효율적으로 저감시키는 장치는 일상 생활 혹은 산업 현장에서 중요한 고려 사항이다. 각종 기계 설비 등에서 발생하는 소음을 저감시키기 위해 많은 산업 현장에서 이용되는 흡음 방식은 그 원리에 따라 대표적으로 다공질형, 공명형 및 판상형 흡음 방식으로 나눌 수 있다.
다공질형 흡음 방식은 흡음 성능이 높은 적절한 재료를 채택함으로서 특정 주파수 및 광대역 주파수에서의 흡음률을 향상시키는 방식이며, 공명형 및 판상형 흡음 방식은 흡음재의 내부구조를 변형시킴으로써 특정 주파수에서의 흡음률을 부분적으로 향상시키는 방식이다.
기존 흡음 기술들은 얇은 흡음재 두께만으로는 저주파수에서 높은 흡음률을 기대할 수 없다는 분명한 한계점을 가지고 있고, 또한 저주파수 대역에서 광대역 고흡음 효과를 발휘할 수는 없었다.
따라서, 저주파수 광대역 흡음에 적합한 흡음 기술이 필요하다.
일본 공개특허공보 제2014-164237호(2014.09.08.)
본 발명의 일 측면은 저주파수 대역에서 높은 흡음 효과를 발휘하는 흡음 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 흡음 장치는, 복수 개의 흡음 셀이 평면 상에 서로 인접하게 배열된 흡음 장치로서, 내부에 공간을 가지고, 음파가 입사되는 전방 면에 복수의 미세 구멍이 천공된 챔버; 및 상기 전방 면에서 상기 공간을 향해 후방으로 함입되어 연장되고, 외부와 상기 공간을 연통시키는 연통홀이 관통된 목부;를 포함한다.
상기 목부의 끝단은 상기 공간에 위치될 수 있다.
상기 목부는, 상기 전방 면에 수직한 방향으로 연장되고, 중심부에 상기 연통홀이 관통된 실린더 형태를 가질 수 있다.
목표 주파수에서 상기 목부를 통해 방사되는 음파와 상기 복수의 미세 구멍을 통해 방사되는 음파가 반대의 위상을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 챔버는 상기 전방 면을 하나의 밑면으로 하는 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 기둥 형상의 높이가 되는 챔버의 두께는 상기 음파의 파장보다 작을 수 있다.
상기 챔버는 정사각기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 흡음 셀의 상기 전방 면들은 상기 음파가 입사하는 방향에 수직하게 배열될 수 있다.
상기 복수 개의 흡음 셀은 크기가 모두 동일하고, 상기 복수 개의 흡음 셀의 상기 전방 면들은 평면을 형성할 수 있다.
상기 복수 개의 흡음 셀 각각은, 상기 공간의 부피, 상기 목부의 연장 길이가 동일할 수 있다.
상기 복수 개의 흡음 셀 각각은, 적어도 일측으로 인접한 흡음 셀과 상기 연통홀의 크기가 다를 수 있다.
상기 복수 개의 흡음 셀 각각은, 적어도 일측으로 인접한 흡음 셀과 상기 미세 구멍의 개수가 다를 수 있다.
상기 복수의 흡음 셀은 제 1 흡음 셀, 및 상기 제 1 흡음 셀과 상기 연통홀의 크기와 상기 미세 구멍의 개수가 다른 제 2 흡음 셀을 포함하고, 상기 제 1 흡음 셀 및 상기 제 2 흡음 셀이 번갈아 배열될 수 있다.
네 개의 흡음 셀이 서로 인접하여 격자 형태로 배열되어 하나의 흡음 유닛을 형성하며, 상기 흡음 유닛이 상기 평면 상에 서로 인접하게 복수로 배열될 수 있다.
상기 네 개의 흡음 셀은 동일한 크기의 사각기둥 형태이고, 일면이 접하는 흡음 셀 간에 상기 연통홀의 크기 및 상기 미세 구멍의 개수가 다를 수 있다.
상기 네 개의 흡음 셀로 구성된 흡음 유닛은 흡음 주파수가 두 개 이상일 수 있다.
상기 네 개의 흡음 셀은 상기 연통홀의 크기 및 상기 미세 구멍의 개수가 서로 다를 수 있다.
상기 네 개의 흡음 셀로 구성된 흡음 유닛은 흡음 주파수가 네 개 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 헬름홀츠 공명기와 미세천공판이 결합된 구조를 통해, 저주파수 대역에서 높은 흡음률을 가질 수 있다.
또한, 저주파수 대역에서 복수의 주파수에 대하여 높은 흡음률을 가질 수 있으며, 광대역에서 흡음 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 효과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 흡음 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 유닛의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 효과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 유닛의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 효과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 흡음 장치(100)는 평면 상에 2차원적으로 배열된 복수의 흡음 셀(120)를 포함하며, 두께가 얇은 패널(panel) 형태로 이루어질 수 있다.
복수의 흡음 셀(120)은 격자 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 입사하는 음파(S)의 특정 주파수에서 반사율이 0이 될 수 있도록, 복수의 흡음 셀(120)은 입사하는 음파(S)에 수직한 평면 상에 격자 형태로 배열될 수 있으며, 흡음 셀(120)의 연통홀(125, 도 2 등 참조)은 입사하는 음파(S)를 향해 배열될 수 있다. 예를 들어, 흡음 셀(120)은, 내부 공간을 갖는 용기 형태에서 외부와 연통된 홀(목)을 갖는 헬름홀츠 공명기(Helmholtz Resonator)의 구조를 가질 수 있다.
도 1에서 음파(S)가 z축 방향으로 입사하는 경우, 입사하는 음파(S)에 수직한 xy 평면 상에 복수의 흡음 셀(120)이 x축 및 y축 방향으로 배열되고, 흡음 셀(120)의 연통홀(125)은 z축 방향을 향할 수 있다.
흡음 장치(100)를 구성하는 흡음 셀(120)은 음파(S)의 파장보다 작은 크기(아-파장 크기, subwavelength scale)를 가질 수 있다. 즉, 흡음 셀(120)의 한 변의 길이, 예를 들어, 흡음 셀(120)의 두께(z축 방향 길이, H, 도 3 참조)는 음파(S)의 파장보다 작을 수 있다. 이에 따라, 흡음 장치(100)는 얇은 두께를 가짐으로써, 작은 공간에서 높은 흡음 효과를 발휘할 수 있다. 이러한 형태적인 장점을 이용하여, 얇은 두께의 패널(panel) 형태의 흡음 장치(100)를 벽과 같은 구조물에 부착함으로써 메타 표면(Meta-surface)으로 기능할 수 있다.
흡음 장치(100)를 구성하는 복수 개의 흡음 셀(120)은 모두 크기가 동일할 수 있다. 이 때, 복수 개의 흡음 셀(120)의 전방 면(130)들은 음파가 입사하는 방향에 수직하게 배열될 수 있고, 평면을 형성할 수 있다.
본 명세서에서 '전방'은 음파의 입사 방향을 기준으로 앞쪽 방향(음파를 발생시키는 음원에 가까운 방향)을 의미하고, '후방'은 음파의 입사 방향을 기준으로 뒤쪽 방향(음파를 발생시키는 음원에 멀어지는 방향)을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 흡음 장치(100)를 구성하는 흡음 셀(120)의 구조를 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 흡음 셀(120)은 음파(S)가 입사하는 전방 면(130)을 하나의 밑면으로 하는 기둥 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 흡음 셀(120)는 사각 기둥 형상 또는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡음 장치(100)는 복수의 흡음 셀(120) 서로 간에 옆면이 접하도록 배열되어 형성될 수 있다.
그러나, 흡음 셀(120)의 형태가 직육면체 형상에 한정되는 것은 아니며, 빗각 기둥 형태일 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 직육면체 형상의 흡음 셀(120)의 구조를 예시적으로 설명한다.
흡음 셀(120)은, 내부에 공간(E)을 가지는 챔버(110)와, 외부와 공간(E)을 연통시키는 연통홀(125)이 관통된 소정 길이(Ln)의 목부(127)를 포함한다.
챔버(110)는 음파가 입사되는 전방 면(130)에 복수의 미세 구멍(126)이 천공된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 미세 구멍(126)이 천공된 판이 전방이 개구된 박스형 구조물의 개구된 전방을 밀폐함으로써 챔버(110)가 이루어질 수 있다.
목부(127)는 전방 면(130)에서 내부의 공간(E)을 향해 후방으로 함입되어 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 목부(127)는 챔버(110)의 전방 면(130)에서 내부의 공간(E)을 향해 삽입된(embedded) 형태를 가질 수 있다. 즉, 연통홀(125)은 챔버(110)의 전방 면(130)에서 목부(127)를 따라 관통될 수 있다. 예를 들어, 연통홀(125)은 관통 방향에 수직한 단면이 원 형태일 수 있다.
목부(127)는 일정한 크기의 원형 단면을 가지고, 흡음 셀(120)의 외부와 내부의 공간(E)을 서로 연결하도록 길게 연장되며, 소정의 직경(2rn)을 가질 수 있다. 즉, 목부(127)는 연통홀(125)을 통해 음파가 발생되는 외부와 공간(E)을 연통하도록 전방 면(130)의 후방으로 연결될 수 있다. 목부(127)는 전방 면(130)에 수직한 방향으로 연장될 수 있으며, 끝단이 공간(E)에 위치될 수 있다. 즉, 목부(127)의 연장 길이(Ln)는 챔버(110) 내부의 공간(E)의 길이(z축 방향)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 목부(127)는 챔버(110)의 전방 면(130)에 수직한 방향으로 연장되고, 중심부에 연통홀(125)이 관통된 실린더 형태를 가질 수 있다.
챔버(110)는 일정 두께를 가지는 외벽으로 구성될 수 있으므로, 공간(E)은 챔버부(110)의 형상에 대응되도록 직육면체 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면 공간(E)은 가로(x축 방향 길이), 세로(y축 방향 길이), 두께(z축 방향 길이)가 각각 a, a, b 인 직육면체 형상일 수 있다. 그러나, 공간(E)의 형상이 직육면체에 한정되는 것은 아니며, 소정의 부피를 가지는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 전술하였듯이, 챔버(110)의 두께는 음파의 파장보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 흡음 셀(120)은 복수의 흡음 셀이 배열된 평면에 나란한 방향의 단면이 정사각형일 수 있다. 즉, 흡음 셀(120)은 정사각기둥 형태일 수 있다. 이에 따라 흡음 장치(100)를 전방에서 보았을 때(-z축 방향으로 보았을 때) 또는 후방에서 보았을 때(z축 방향으로 보았을 때) 정사각형의 흡음 셀(C)이 연속적으로 배열된 격자 형태로 이루어질 수 있다.
전술한 구조의 흡음 셀(120)에서의 흡음 과정을 설명하면, 흡음 셀(120)를 향해 입사하는 음파(S)는 챔버(110)의 전방 면(130)으로 입사된 후 챔버 내부의 공간(E)을 형성하는 벽면에서 반사되어 목부(127) 및 미세 구멍(126)들을 통해 방사된다. 이 때, 목표 주파수에서 목부(127)를 통해 방사되는 음파와 미세 구멍(126)들을 통해 방사되는 음파의 위상이 반대가 되도록 흡음 셀(120)이 구성된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 흡음 장치(100)는, 관통홀(125)의 크기(직경)와 미세 구멍(126)의 개수가 최적으로 설계된 흡음 셀(120)을 배열함으로써, 흡음 셀(120) 각각에서 목부(127)를 통해 방사되는 음파와 미세 구멍(126)들을 통해 방사되는 음파가 서로 상쇄간섭을 일으켜 완벽한 흡음을 이룰 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 효과를 나타낸 그래프이다. 도 4에서 x축은 주파수, y축은 흡수율을 나타내었다.
도 4에서는 흡음 셀(120)의 사이즈가 a = 33 mm, b = 47 mm, Ln = 14 mm, H = 50 mm 이고, 목표 주파수가 350 Hz일 때, 최적화 알고리즘을 통해 연통홀(125)의 반경 rn = 2.75 mm, 미세 구멍(16)의 개수 mn = 16 로 설계하였고, 최적 설계된 흡음 셀(120)을 복수로 배열한 흡음 장치(100)에 대하여 흡음 성능을 실험한 결과를 나타내었다. 도 4에서는 이론값(theory)과 시뮬레이션 실험값(simulation)을 함께 나타내었다.
연통홀(125)의 반경과 미세 구멍(16)의 개수를 최적 설계한 최적화 알고리즘을 설명하면, 목표 주파수에 대해 계산한 전방 면(130)의 임피던스와 외부 공기 사이의 임피던스 차이가 최소가 되도록 순차 2차 계획법 (SQP) 방식을 사용했으며, 목적함수를 흡음 셀(120)의 반사 계수가 최소가 되도록 설정했다.
도 4를 참조하면, 목표 주파수인 350 Hz에서 완벽하게 흡음할 수 있고, 이 때, 목표 주파수 기준으로, 흡음 장치(100)의 두께(H)는 입사 음파의 파장 대비 1/20배이다. 또한, 음파의 90% 이상 에너지를 흡수할 수 있는 주파수 대역폭은 67Hz로, 매우 넓은 주파수 대역을 높은 흡음률로 흡수할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 전술한 흡음 장치(100)의 구조를 변형하여, 하나 이상의 특정 주파수 및 광대역 주파수에 대하여 높은 흡음률을 발휘할 수 있는데, 이하 변형된 실시예에 따른 흡음 장치를 설명한다. 이하 설명하는 실시예에서 전술한 제 1 실시예와 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 흡음 장치의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡음 장치(200, 300)는 복수의 흡음 유닛(C2, C3)가 평면 상에 배열되어 구성될 수 있다. 이 때, 네 개의 흡음 셀(220, 320)을 배열하여 하나의 흡음 유닛(C2, C3)이 구성될 수 있다.
이 때, 흡음 유닛(C2, C3)을 구성하는 네 개의 흡음 셀(220, 320)은 격자 형태로 배열될 수 있고, 복수의 주파수를 흡음할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 유닛의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 효과를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제 2 실시예의 흡음 장치(200)를 구성하는 흡음 유닛(C2)은 네 개의 흡음 셀(220) 중 대각 방향에 배치된 흡음 셀(220) 간에는 연통홀(225-1, 225-2)의 크기 및 미세 구멍(226)의 개수가 서로 같게 형성될 수 있다. 즉, 서로 면이 접하는 흡음 셀(220) 간에 연통홀(225)의 크기 및 미세 구멍(226)의 개수 중 적어도 하나가 서로 다르게 배치될 수 있다. 다시 말해, 제 2 실시예의 흡음 장치(200)를 구성하는 흡음 유닛(C2)은 두 종류의 흡음 셀(220)로 구성될 수 있다. (즉, rn, mn 에서 n = 1, 2)
전술한 두 종류의 흡음 셀(220)로 구성된 흡음 유닛(C2)이 배열된 흡음 장치(200)의 경우, 두 개의 주파수를 흡수 할 수 있다.
참고로, 앞서 설명한 제 1 실시예의 경우, 도 1을 참조하면, 흡음 유닛(C)을 구성하는 네 개의 흡음 셀(120)은 모두 연통홀의 크기 및 미세 구멍의 개수가 모두 동일하다. 즉, 제 1 실시예의 흡음 유닛(C)은 한 종류의 흡음 셀(120)로 구성될 수 있다.
도 7에서 (a)는 제 2 실시예의 흡음 장치(200)의 흡음률을 나타낸 실험 결과이고, (b)는 제 2 실시예의 흡음 장치(200)를 구성하는 두 종류의 흡음 셀(220) 각각의 흡음률을 하나의 그래프에 함께 나타낸 것이다. 도 7의 (a)에서는 이론값(theory)과 시뮬레이션 실험값(simulation)을 함께 나타내었다.
도 7의 (a)에서는 흡음 유닛(C2)을 구성하는 네 개의 흡음 셀(220)에서 a = 33 mm, b = 57 mm, Ln = 10 mm, H = 60 mm이고, 목표 주파수가 380 Hz, 490 Hz일 때, 최적화 알고리즘을 통해 두 종류의 흡음 셀의 연통홀(225)의 직경(크기) 및 미세 구멍(226)의 개수는 r1 = 3.3 mm, m1 = 12, r2 = 3.7 mm, m2 = 48 로 설계하였다. 즉, 네 개의 흡음 셀(220)에서 공간의 부피, 상기 목부의 연장 길이가 동일하게 하고, 두 종류의 흡음 셀 간에 연통홀(225)의 직경과 미세 구멍(226)의 개수를 다르게 하였다.
도 7의 (a)를 참조하면, 380 Hz 주파수 기준으로, 흡음 장치(200)의 두께(H)는 입사 음파의 파장 대비 1/15배이다. 소음의 90% 이상 에너지를 흡수할 수 있는 주파수 대역폭은 181 Hz 이다. 전술한 제 1 실시예의 흡음 장치(100)보다도 두 배 이상 넓은 주파수 대역에서 흡음할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 7의 (a)와 (b)를 비교하면, 서로 인접한 다른 종류의(연통홀과 미세 구멍의 개수가 다른) 흡음 셀 간의 상호 작용으로 인하여, 각각의 흡음 셀의 피크 주파수에 비하여, 피크 주파수 간의 간격이 좁아짐에 따라 광대역에서 높은 흡음 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 유닛의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 효과를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 제 3 실시예의 흡음 장치(300)를 구성하는 흡음 유닛(C3)은 네 개의 흡음 셀(320)는 각각 연통홀(325-1, 325-2, 325-3, 325-4)의 크기 및 미세 구멍(326)의 개수가 서로 다르게 형성될 수 있다. 다시 말해, 제 3 실시예의 흡음 장치(300)를 구성하는 흡음 유닛(C3)은 네 종류의 흡음 셀(320)로 구성될 수 있다. (즉, rn, mn 에서 n = 1, 2, 3, 4)
전술한 네 종류의 흡음 셀(320)로 구성된 흡음 유닛(C3)이 배열된 흡음 장치(200)의 경우, 네 개의 주파수를 흡수 할 수 있다.
도 9에서 (a)는 제 3 실시예의 흡음 장치(300)의 흡음률을 나타낸 실험 결과이고, (b)는 제 3 실시예의 흡음 장치(300)를 구성하는 네 종류의 흡음 셀(320) 각각의 흡음률을 하나의 그래프에 함께 나타낸 것이다. 도 9의 (a)에서는 이론값(theory)과 시뮬레이션 실험값(simulation)을 함께 나타내었다.
도 9의 (a)에서는 흡음 유닛(C3)을 구성하는 네 개의 흡음 셀(320)에서 a = 33 mm, b = 57 mm, Ln = 10 mm, H = 60 mm이고, 목표 주파수가 420 Hz, 475 Hz, 600 Hz 790 Hz일 때, 최적화 알고리즘을 통해 네 종류의 흡음 셀의 연통홀(325)의 직경(크기) 및 미세 구멍(326)의 개수는 r1 = 4.8 mm, m1 = 8, r2 = 5.45 mm, m2 = 16, r3 = 6.15 mm, m3 = 48, r4 = 7.2 mm, m4 = 120 로 설계하였다. 즉, 네 개의 흡음 셀(320)에서 공간의 부피, 상기 목부의 연장 길이가 동일하게 하고, 연통홀(325)의 직경과 미세 구멍(326)의 개수를 모두 다르게 하였다.
도 9의 (a)를 참조하면, 420 Hz 주파수 기준으로, 흡음 장치(300)의 두께(H)는 입사 음파의 파장 대비 1/14배이다. 소음의 90% 이상 에너지를 흡수할 수 있는 주파수 대역폭은 413 Hz 이다. 전술한 제 2 실시예의 흡음 장치(200)보다도 두 배 이상 넓은 주파수 대역에서 흡음할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 9의 (a)와 (b)를 비교하면, 서로 인접한 다른 종류의(연통홀과 미세 구멍의 개수가 다른) 흡음 셀 간의 상호 작용으로 인하여, 각각의 흡음 셀의 피크 주파수에 비하여, 피크 주파수 간의 간격이 좁아짐에 따라 광대역에서 높은 흡음 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 챔버에 연통홀이 형성된 헬름홀츠 공명기 형태에 미세 구멍이 천공된 판이 결합된 구조를 갖는 흡음 셀을 통해, 저주파수 대역에서 높은 흡음률을 가질 수 있다.
또한, 흡음 장치를 구성하는 복수의 흡음 셀에서 연통홀의 크기 및 미세 구멍의 개수 중 적어도 하나를 다르게 배열함으로써, 저주파수 대역에서 복수의 주파수에 대하여 높은 흡음률을 가질 수 있으며, 광대역에서 흡음 효과를 발휘할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 200, 300 흡음 장치
110 챔버부
125, 225, 325 연통홀
126, 226, 326 미세 구멍
127 목부
120, 220, 320 흡음 셀

Claims (18)

  1. 복수 개의 흡음 셀이 평면 상에 서로 인접하게 배열된 흡음 장치로서,
    상기 복수 개의 흡음 셀 각각은,
    내부에 공간을 가지고, 음파가 입사되는 전방 면에 미세 구멍이 천공된 챔버; 및
    상기 전방 면에서 상기 공간을 향해 후방으로 함입되어 연장되고, 외부와 상기 공간을 연통시키는 연통홀이 관통된 목부;
    를 포함하고,
    상기 챔버는 상기 전방 면을 하나의 밑면으로 하는 기둥 형상을 갖고, 상기 기둥 형상의 높이가 되는 상기 챔버의 두께는 상기 음파의 파장보다 작으며,
    목표 주파수에서, 상기 목부를 통해 방사되는 음파와 상기 복수의 미세 구멍을 통해 방사되는 음파가 반대의 위상을 갖고, 상기 전방 면의 임피던스와 외부 공기의 임피던스 차이가 최소가 되는, 흡음 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 목부의 끝단은 상기 공간에 위치된, 흡음 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 목부는
    상기 전방 면에 수직한 방향으로 연장되고, 중심부에 상기 연통홀이 관통된 실린더 형태를 갖는, 흡음 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 정사각기둥 형상을 갖는, 흡음 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 흡음 셀의 상기 전방 면들은 상기 음파가 입사하는 방향에 수직하게 배열되는, 흡음 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 흡음 셀은 크기가 모두 동일하고,
    상기 복수 개의 흡음 셀의 상기 전방 면들은 평면을 형성하는, 흡음 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 흡음 셀 각각은
    상기 공간의 부피, 상기 목부의 연장 길이가 동일한, 흡음 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 흡음 셀 각각은
    적어도 일측으로 인접한 흡음 셀과 상기 연통홀의 크기가 다른, 흡음 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 흡음 셀 각각은
    적어도 일측으로 인접한 흡음 셀과 상기 미세 구멍의 개수가 다른, 흡음 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 흡음 셀은 제 1 흡음 셀, 및 상기 제 1 흡음 셀과 상기 연통홀의 크기와 상기 미세 구멍의 개수가 다른 제 2 흡음 셀을 포함하고,
    상기 제 1 흡음 셀 및 상기 제 2 흡음 셀이 번갈아 배열되는, 흡음 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    네 개의 흡음 셀이 서로 인접하여 격자 형태로 배열되어 하나의 흡음 유닛을 형성하며,
    상기 흡음 유닛이 상기 평면 상에 서로 인접하게 복수로 배열되는, 흡음 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 네 개의 흡음 셀은,
    동일한 크기의 사각기둥 형태이고, 일면이 접하는 흡음 셀 간에 상기 연통홀의 크기 및 상기 미세 구멍의 개수가 다른, 흡음 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 네 개의 흡음 셀로 구성된 흡음 유닛은 흡음 주파수가 두 개 이상인, 흡음 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 네 개의 흡음 셀은 상기 연통홀의 크기 및 상기 미세 구멍의 개수가 서로 다른, 흡음 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 네 개의 흡음 셀로 구성된 흡음 유닛은 흡음 주파수가 네 개 이상인, 흡음 장치.
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