KR102540297B1 - 진동 발생 장치를 포함하는 건축용 단열흡음 패널 - Google Patents

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Abstract

건축용 단열흡음 패널에 관한 것으로, 상기 건축용 단열흡음 패널은 건물 내부를 향하는 일면 및 건물 외부를 향하는 타면을 포함하는 비-다공성 판재 형태의 메인 단열층, 상기 메인 단열층의 일면 상에 배치되어 공기를 가열하는 가열박막층, 상기 가열박막층의 일면 상에 배치되어 수분을 차단하는 방수층, 상기 방수층의 일면 상에 배치되고, 상기 건물 내부를 향하는 일면 및 상기 일면의 반대면인 타면을 포함하며, 상기 일면으로부터 리세스된 복수의 공명홈이 형성된 흡음 진동 패널, 상기 메인 단열층의 타면 상에 배치되며, 상기 건물 외부에서 발생하는 음향을 입력받는 마이크, 상기 마이크로부터 입력된 음향을 분석하여, 상기 입력된 음향이 소음인지 여부를 판단하고, 소음 감쇄 신호를 생성하는 제어부, 상기 흡음 진동 패널의 타면 상에 배치되며, 상기 제어부로부터 상기 소음 감쇄 신호를 인가받아 진동하는 진동 발생 장치를 포함하되, 상기 제어부는 상기 입력된 음향이 소음이라고 판단되는 경우 상기 입력된 음향의 파형의 위상과 반대 위상을 가지는 상기 소음 감쇄 신호를 생성하고, 상기 진동 발생 장치가 진동함에 따라 상기 흡음 진동 패널은 상기 진동 발생 장치와 함께 상기 소음 감쇄 신호로 진동한다.

Description

진동 발생 장치를 포함하는 건축용 단열흡음 패널{INSULATION AND SOUND-ABSORBING LAMINATED PANEL FOR ARCHITECTURE INCLUDING VIBRATION GENERATING DEVICE}
본 발명은 진동 발생 장치를 포함하는 건축용 단열흡음 패널에 관한 것으로, 건물 외부에서 발생하는 소음에 대한 역위상 신호를 발생시켜 소음을 감쇄시킴과 동시에 건물 내부에 발생하는 소음은 공명시켜 소음을 흡음할 수 있는 있는 건축용 단열흡음 패널에 관한 것이다.
일반적으로, 건축용 단열흡음 패널은 아파트, 다층주택, 종합복합상가 등의 건축물의 천장면, 바닥면 또는 벽면 등에 설치되어 인접하는 공간으로부터의 소음을 차단 및 흡수함으로써 보다 쾌적한 환경을 조성할 수 있도록 설치되며, 근래까지 다양한 종류의 단열흡음 패널이 개발되고 있다.
종래의 단열흡음 패널은 공명식 흡음 방식과 소실형 흡음 방식 중 하나의 흡음 방식만을 사용하기 때문에 다양한 주파수 대역의 소음을 흡음하거나 저감시킬 수 없는 문제점이 있다. 아울러, 공명식 흡음 방식과 소실형 흡음 방식을 모두 채택하는 경우에도 소실형 흡음 방식에서 흡음공의 크기가 고정되어 사용 환경에 따라 흡음하고자 하는 소음의 주파수를 가변적으로 조절할 수 없다는 문제점이 있다.
한편, 건물 외부에서 발생하는 소음은 주파수가 다양하여 공명식 흡음 방식 또는 소실형 흡음 방식을 채택하는 경우 다양한 주파수 대역의 소음을 흡음 또는 방음할 수 없다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2022-0101025호 등록특허공보 제10-2386430호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 건물 외부에서 발생하는 소음(이하, 외부 소음)이 건물 내로 유입되는 것을 최소화하여 쾌적한 실내 환경을 제공함과 동시에, 건물 내부에서 발생하는 소음(이하, 내부 소음)은 공명 방식에 의해 소음을 흡음할 수 있는 진동 발생 장치를 포함하는 건축용 단열흡음 패널을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생 장치를 포함하는 건축용 단열흡음 패널은 건물 내부를 향하는 일면 및 건물 외부를 향하는 타면을 포함하는 비-다공성 판재 형태의 메인 단열층; 상기 메인 단열층의 일면 상에 배치되어 공기를 가열하는 가열박막층; 상기 가열박막층의 일면 상에 배치되어 수분을 차단하는 방수층; 상기 방수층의 일면 상에 배치되고, 상기 건물 내부를 향하는 일면 및 상기 일면의 반대면인 타면을 포함하며, 상기 일면으로부터 리세스된 복수의 공명홈이 형성된 흡음 진동 패널; 상기 메인 단열층의 타면 상에 배치되며, 상기 건물 외부에서 발생하는 음향을 입력받는 마이크; 상기 마이크로부터 입력된 음향을 분석하여, 상기 입력된 음향이 소음인지 여부를 판단하고, 소음 감쇄 신호를 생성하는 제어부; 상기 흡음 진동 패널의 타면 상에 배치되며, 상기 제어부로부터 상기 소음 감쇄 신호를 인가받아 진동하는 진동 발생 장치를 포함하되, 상기 제어부는 상기 입력된 음향이 소음이라고 판단되는 경우 상기 입력된 음향의 파형의 위상과 반대 위상을 가지는 상기 소음 감쇄 신호를 생성하고, 상기 진동 발생 장치가 진동함에 따라 상기 흡음 진동 패널은 상기 진동 발생 장치와 함께 상기 소음 감쇄 신호로 진동한다.
상기 진동 발생 장치는, 서로 전기적으로 절연되는 제1 전극 및 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 진동층을 포함하고, 상기 진동층은 피에조 물질을 포함하거나, PVDF를 포함할 수 있다.
상기 흡음 진동 패널과 상기 진동 발생 장치 사이에 배치되는 방열층; 상기 흡음 진동 패널과 상기 방열층을 상호 고정시키는 제1 고정 부재; 및 상기 메인 단열층, 상기 가열박막층, 및 상기 방수층을 고정시키는 제2 고정 부재를 더 포함하되, 상기 진동 발생 장치는 상기 흡음 진동 패널과 대향하는 상기 방열층의 일면의 반대면인 타면 상에 접착 부재에 의해 부착될 수 있다.
상기 접착 부재는 압력 민감 점착제(PSA)를 포함할 수 있다.
상기 진동 발생 장치와 상기 방수층은 상기 진동 발생 장치의 진동 방향으로 서로 이격 대향하고, 상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재 사이에는 탄성 부재가 개재되며, 상기 제어부는, 상기 마이크로부터 입력된 음향을 전달받아 분석하여 음향 정보를 추출하는 음향 분석부, 상기 음향 정보와 미리 저장된 소음 정보를 비교하여, 상기 입력된 음향이 소음인지 여부를 판단하는 판단부, 및 상기 입력된 음향이 소음인 경우, 상기 진동 발생 장치에 상기 소음 감쇄 신호를 출력하는 진동 구동부를 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 진동 발생 장치를 포함하는 건축용 단열흡음 패널은 건물 외부에서 발생하는 소음(이하, 외부 소음)이 건물 내로 유입되는 것을 최소화하여 쾌적한 실내 환경을 제공함과 동시에, 건물 내부에서 발생하는 소음(이하, 내부 소음)은 공명 방식에 의해 소음을 흡음할 수 있다.
또한, 외부 소음을 저감시키기 위해 진동하는 진동 발생 장치, 흡음 진동 패널과 단열 성능을 위한 메인 단열층, 가열박막층, 방수층을 고정하는 고정 부재를 독립된 제1 및 제2 고정 부재를 이용하고, 제1 및 제2 고정 부재 사이에 탄성 부재를 개재함으로써 진동 에너지가 단열 부재에 분산되는 것을 방지하여 외부 소음 감쇄 성능이 향상될 수 있다.
또한, 진동 발생 부재과 단열 성능을 위한 메인 단열층, 가열박막층, 방수층을 진동 방향(건축용 단열흡음 패널의 두께 방향)으로 서로 이격되도록 배치함으로써, 진동 에너지가 단열 부재로 분산되는 것을 방지하여 진동 에너지가 흡음 진동 패널에만 전달되도록 하여 소음 감쇄 정확도가 향상될 수 있다.
아울러, 복수의 공명홈이 형성되어 공명식 흡음 패널을 외부 소음을 감쇄하기 위함 진동 패널로 이용함으로써, 별도의 부재를 추가하지 않고 다양한 주파수로 발생하는 외부 소음을 감쇄함과 동시에 내부 소음을 흡음할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 단열흡음 패널의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열층 상에 배치된 진동 발생 장치의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 진동 발생 장치의 제1 내부 전극과 제2 내부 전극 사이에 배치된 진동층의 진동 방법을 보여주는 예시도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건축용 단열흡음 패널의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 건축용 단열흡음 패널(10)은 메인 단열층(110), 가열박막층(120), 방수층(130), 흡음 진동 패널(100), 방열층(200), 진동 발생 장치(300), 제어부(400) 및 마이크(SP)를 포함할 수 있다. 건축용 단열흡음 패널(10)은 제1 고정 부재(910), 제2 고정 부재(920), 탄성 부재(930), 및 접착 부재(PA)를 더 포함할 수 있다.
메인 단열층(110)은 건물 외벽 방향으로 배치된 외면과 실내 공간 방향으로 배치된 내측면을 이루는 비-다공성 판재 형태로 구성될 수 있다. 메인 단열층(110)은 실내외 단열 성능을 충분히 확보 가능한 경량화된 소재인 것이 바람직하다. 예를 들어 메인 단열층(110)은 로크울(rockwool), 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP), 진공단열패널(Vacuum Insulated Panels, VIP) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
가열박막층(120)은 상기 메인 단열층(110)의 내측면(도면에서 상면) 상에 적층된 박막으로서 상기 실내 공간 방향으로의 공기를 가열하는 역할을 수행한다. 가열박막층(120) 상에는 열선(미도시)이 형성되어 있을 수 있다. 상기 열선은 전기적 에너지를 열에너지로 변경시키기 위한 것이라면 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 열선의 배치 패턴은 도시된 것에 제한되지 않는다. 열선의 적어도 일측 말단에는 인접한 패널의 열선과의 전기적 연결을 위한 커넥터가 구비되어 있을 수 있다.
방수층(130)은 상기 가열박막층(120)의 내측면 상에 적층되어 상기 실내 공간으로부터의 수분을 차단하는 역할을 수행한다. 방수층(130)은 방수방습 역할을 수행가능한 합성수지재 필름, 또는 코팅처리된 섬유 필름일 수 있으며, 전기전도성은 낮되 열전도성은 높은 소재로 구비되는 것이 바람직하다.
흡음 진동 패널(100)은 방수층(130)의 내측면(도면에서 상면) 상에 배치될 수 있다. 흡음 진동 패널(100)은 건물 내부에서 발생하는 소음 중 일부를 공명시켜 소음을 흡음하는 흡음층의 역할을 함과 동시에, 건물 외부에서 발생하는 소음에 따라 진동함으로써 건물 외부로부터 발생한 소음이 건물 내부에 전달되는 것을 방지하는 소음 감쇄층일 수 있다.
흡음 진동 패널(100)은 건물 내부를 향하는 일면(도면에서 상면) 및 건물 외부를 향하는 타면(도면에서 하면)을 포함할 수 있다. 흡음 진동 패널(100)은 흡음 진동 패널(100)의 일면으로부터 리세스된 복수의 공명홈(HM)이 형성될 수 있다. 상기 복수의 공명홈(HM)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 흡음 진동 패널(100)은 복수의 공명홈(HM)에 의해 건물 내부에서 발생하는 소음을 공명하는 방식으로 흡음 또는 저감하는 역할을 할 수 있다.
흡음 진동 패널(100)에 형성된 복수의 공명홈(HM)은 건물 내부에서 발생한 소음 또는 음파 중 복수의 공명홈(HM)으로 입사하는 특정 주파수 영역의 소음을 공명시켜 소음을 저감시키는 역할을 할 수 있다.
공명홈(HM)은 유입부 및 홈을 포함할 수 있다. 유입부는 소음이 유입되는 통로 구조로서 흡음 진동 패널(100)의 일면과 연결되어 형성될 수 있다. 유입부는 원통 형상으로 두께 방향으로의 양단이 개방된 구조를 가질 수 있다. 홈은 유입부의 개방된 부분과 연결될 수 있다. 홈은 내부가 원형 또는 타원형의 구조의 공간을 가질 수 있으며, 구체적으로 두께 방향으로 홈의 단면적이 확장되었다가 축소되는 형상을 가질 수 있다. 흡음 진동 패널(100)의 외부 중 건물 내부에서 발생한 소음은 상기 유입부를 통해 홈으로 유입되어 홈 내에서 공명 효과에 의해 상쇄될 수 있다.
흡음 진동 패널(100)은 후술하는 진동 발생 장치(300)의 진동을 전달받아 진동할 수 있다. 흡음 진동 패널(100)은 외부에서 발생하는 소음에 대한 역위상 신호에 따라 진동하는 진동 발생 장치(300)의 진동에 따라 함께 진동하여 외부로부터 발생하는 소음을 감쇄하는 역할도 할 수 있다.
흡음 진동 패널(100)과 방수층(130) 사이에는 방열층(200)이 배치될 수 있다. 즉, 방열층(200)은 방수층(130)의 향하는 흡음 진동 패널(100)의 일면(도면에서 하면) 상에 배치될 수 있다. 방열층(200)은 가열박막층(120)에 의해 가열된 공기의 열이 흡음 진동 패널(100)로 전달되거나 진동 발생 장치(300)가 진동함에 따라 발생하는 열이 흡음 진동 패널(100)로 전달되어 건물 내부의 온도가 변화되는 것을 방지하기 위해 열을 효율적으로 방출하기 위한 방열 부재일 수 있다.
방열층(200)은 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 방열층(200)은 그라파이트나 탄소 나노 튜브 등을 포함하거나, 열전도성이 우수하고 전자기파를 차폐할 수 있는 구리, 니켈, 페라이트, 은과 같은 금속 박막으로 형성될 수 있다.
진동 발생 장치(300)는 방수층(130)을 향하는 흡음 진동 패널(100)의 일면 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 진동 발생 장치(300)는 방수층(130)을 향하는 방열층(200)의 일면(도면에서 하면)에 배치될 수 있다.
진동 발생 장치(300)는 방수층(130)의 건축용 단열흡음 패널(10)의 두께 방향으로 이격될 수 있다. 이에 따라, 진동 발생 장치(300)가 진동함에도 불구하고, 메인 단열층(110), 가열박막층(120) 및 방수층(130)은 진동하지 않을 수 있다. 이에 따라, 진동 발생 장치(300)에 의해 발생된 진동이 흡음 진동 패널(100) 및 방열층(200)으로만 전달되어, 진동 에너지가 진동이 필요하지 않은 다른 부재로 전달됨으로써 분산되는 것을 최소화하고, 진동하고 자 하는 진동 신호(소음 감쇄 신호)로 흡음 진동 패널(100)을 진동시키는 (진공)정확도가 향상될 수 있다. 이에 따라, 건축용 단열흡음 패널(10)의 소음 감쇄 성능이 향상될 수 있다.
진동 발생 장치(300)는 방열층(200)의 하부에서 접착 부재(PA)에 의해 방열층(200)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 진동 발생 장치(300)는 접착 부재(PA)에 의해 방열층(200)의 하면에 고정 및 접착될 수 있다. 접착 부재(PA)는 압력 민감 점착제(pressure sensitive adhesive, PSA)와 같은 접착 부재, 이방성 도전 점착제(anisotropy conductive paste) 및 이방성 도전 필름(anisotropy conductive film)과 같은 이방성 도전 접착 부재일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 진동 발생 장치(300)는 흡음 진동 패널(100)의 하면에 부착될 수도 있다.
진동 발생 장치(300)는 외부에서 발생하는 소음에 따라 제어부(400)로부터 소음 감쇄 신호(또는 진동 신호)를 전달받아, 상기 소음 감쇄 신호에 따라 진동할 수 있다. 이에 따라, 진동 발생 장치(300)를 이용하여 흡음 진동 패널(100)을 진동면으로 이용하여 진동함으로써 건물 외부에서 발생하는 소음은 감쇄될 수 있다.
마이크(SP)는 건물 외벽 방향으로 배치된 메인 단열층(110)의 외면 상에 배치될 수 있다. 마이크(SP)는 수음부를 포함하여, 마이크(SP)는 수음부가 건물 외벽을 향하도록 배치될 수 있다.
마이크(SP)는 건물 외부에서 발생하는 소음을 입력(수음)받는 역할을 할 수 있다. 마이크(SP)는 건물 외부에서 발생하는 소음을 입력받고, 상기 소음을 제어부(400)로 전달할 수 있다.
한편, 도면에는 마이크(SP)가 메인 단열층(110)의 외면 상에 1개 배치된 것을 도시하고 있으나, 마이크(SP)의 개수는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 마이크(SP)는 건축용 단열흡음 패널(10)의 단면 크기에 따라 복수 개로 구비될 수도 있다.
제어부(400)는 마이크(SP)로부터 전달받은 음향(소음)을 전기적 신호로 변환하고, 상기 전기적 신호를 분석하여 소음 여부를 판단하여, 진동 발생 장치(300)를 진동시키기 위한 진동 신호를 진동 발생 장치(300)에 전달할 수 있다. 진동 발생 장치(300)는 제어부(400)로부터 전달받은 진동 신호에 따라 진동할 수 있고, 상기 진동 발생 장치(300)의 진동에 의해 흡음 진동 패널(100) 및 방열층(200)은 건축용 단열흡음 패널(10)의 두께 방향으로 진동할 수 있다.
제어부(400)는 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter)를 포함할 수 있으며, 이에 따라 마이크(SP)로부터 전달받은 음향을 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 분석하여 음향의 파형, 주파수, 음압 레벨 등을 추출할 수 있다. 제어부(400)는 음향의 파형, 음압 레벨, 주파수, 라우드니스(loudness) 등을 분석하여, 소음 여부를 판단할 수 있다.
제어부(400)는 마이크(SP)로부터 전달받은 음향이 소음이라고 판단하는 경우, 소음 감쇄 신호를 생성하고, 소음 감쇄 신호(즉, 진동 신호)를 진동 발생 장치(300)에 전달할 수 있다. 상기 소음 감쇄 신호(진동 신호)는 소음 파형의 위상과 반대 위상을 갖는 파형을 가지는 신호일 수 있다.
제1 고정 부재(910)는 메인 단열층(110), 가열박막층(120), 방수층(130)을 고정할 수 있다. 메인 단열층(110), 가열박막층(120) 및 방수층(130)은 제1 고정 부재(910)의 내측벽에 고정될 수 있다.
제2 고정 부재(920)는 흡음 진동 패널(100) 및 방열층(200)을 고정할 수 있다. 흡음 진동 패널(100) 및 방열층(200)은 제2 고정 부재(920)의 내측벽에 고정될 수 있다.
탄성 부재(930)는 제1 고정 부재(910)와 제2 고정 부재(920) 사이에 개재될 수 있다. 탄성 부재(930)는 탄성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 제1 고정 부재(910)는 메인 단열층(110), 가열박막층(120), 방수층(130)을 고정하고, 제2 고정 부재(920)는 흡음 진동 패널(100) 및 방열층(200)을 고정하며, 제1 고정 부재(910)와 제2 고정 부재(920) 사이에 탄성을 가지는 탄성 부재(930)가 개재됨으로써, 진동 발생 장치(300)에 의해 흡음 진동 패널(100) 및 방열층(200)이 진동하는 경우에도 메인 단열층(110), 가열박막층(120) 및 방수층(130)의 진동은 최소화할 수 있다. 이에 따라, 건축용 단열흡음 패널(10)의 부재의 불필요한 진동을 방지할 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 건축용 단열흡음 패널(10)의 외부 소음을 감쇄하거나 내부 소음을 흡음하는 기능에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 건물 외벽 방향인 메인 단열층(110)의 외면에 배치된 마이크(SP)는 건물 외부에서 발생한 음향을 입력받고, 상기 음향을 제어부(400)로 전달할 수 있다.
제어부(400)는 음향 분석부(미도시), 판단부(미도시), 및 진동 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 제어부(400)는 마이크(SP)로부터 전달받은 음향의 파형, 주파수, 음압 레벨 등을 분석하여, 전달받은 음향이 소음인지 여부를 판단하고, 소음인 경우 진동 발생 장치(300)에 소음 감쇄 신호(진동 신호)를 인가할 수 있다.
구체적으로, 제어부(400)의 음향 분석부는 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter)를 포함하여, 마이크(SP)로부터 전달받은 음향을 분석하여, 상기 음향 정보를 추출할 수 있다. 상기 음향 정보는 음향의 파형, 주파수, 음압 레벨, 라우드니스(loudness)를 추출할 수 있다. 제어부(400)의 음향 분석부는 추출된 음향 정보를 제어부(400)의 판단부로 출력할 수 있다.
제어부(400)의 판단부는 음향 정보를 분석하여 상기 음향이 소음인지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)의 판단부는 마이크(SP)로부터 전달받은 음향의 음향 정보와 미리 저장된 소음 정보를 비교하여 상기 음향이 소음인지 여부를 판단할 수 있다. 더욱 구체적으로, 제어부(400)의 판단부는 마이크(SP)로부터 입력된 음향의 파형, 주파수, 음압 레벨, 라우드니스를 미리 저장된 소음 정보의 파형, 주파수, 음압 레벨, 라우드니스와 비교하여 소음 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 마이크(SP)로부터 입력되어 음향 분석부를 통해 분석된 음향의 파형과 미리 저장된 소음의 파형을 상호 비교하여, 파형의 유사율이 특정 임계 유사율 이상이라고 판단되는 경우, 소음이라고 판단할 수 있다.
다른 예를 들어, 마이크(SP)로부터 입력되어 음향 분석부를 통해 분석된 음향의 주파수와 미리 저장된 소음의 주파수(이하, 임계 주파수)를 상호 비교하여, 마이크(SP)로부터 입력된 음향의 주파수가 임계 주파수 이상이라고 판단되는 경우, 소음이라고 판단할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 마이크(SP)로부터 입력되어 음향 분석부를 통해 분석된 음향의 음압 레벨과 미리 저장된 소음의 음압 레벨(이하, 임계 음압 레벨)을 상호 비교하여, 마이크(SP)로부터 입력된 음향의 음압 레벨이 임계 음압 레벨 이상이라고 판단되는 경우, 소음이라고 판단할 수 있다.
제어부(400)의 판단부는 마이크(SP)로부터 입력된 음향이 소음이라고 판단되는 경우, 진동 발생 신호 및 음향 정보를 제어부(400)의 진동 구동부로 전달할 수 있다. 제어부(400)의 진동 구동부는 전달하는 음향 정보의 음향 파형의 위상과 반대 위상을 가지는 소음 감쇄 신호를 생성할 수 있다.
제어부(400)의 진동 구동부는 마이크(SP)로부터 입력된 음향의 파형의 위상과 반대 위상을 가지는 신호, 즉 역위상 신호를 소음 감쇄 신호로 진동 발생 장치(300)에 출력(인가)할 수 있다. 상기 소음 감쇄 신호는 후술하는 진동 발생 장치(300)의 제1 전극(312)에 인가되는 제1 구동 전압과 제2 전극(313)에 인가되는 제2 구동 전압을 포함할 수 있다. 제1 구동 전압과 제2 구동 전압은 소음 감쇄 신호에 따라 진동할 수 전압일 수 있으며, 제1 구동 전압과 제2 구동 전압에 따라 수축 또는 팽창하고 이에 따라 진동 발생 장치(300)가 건축용 단열흡음 패널(10)의 두께 방향으로 진동할 수 있다. 이에 따라, 흡음 진동 패널(100)을 진동면으로 하여 진동이 발생되어 외부 소음이 감쇄될 수 있다.
이에 따라, 진동 발생 장치(300)는 제어부(400)의 진동 구동부로부터 출력된 소음 감쇄 신호가 인가되어 마이크(SP)로부터 입력된 음향의 위상과 반대 위상을 가지는 진동을 발생할 수 있다.
상기 진동 발생 장치(300)가 외부 소음의 파형과 반대 위상을 가지는 파형을 가지도록 진동됨에 따라, 외부 소음은 본 발명에 따른 건축용 단열흡음 패널(10)을 통과하며 감쇄될 수 있다.
다음으로, 건물 내부에서 음향은 건물 내벽 방향에 위치하는 흡음 진동 패널(100)로 진입할 수 있다. 내부에서 발생한 음향 중 흡음 진동 패널(100)의 일면에 형성된 복수의 공명홈(HM)으로 입사하는 음향 중 소음 주파수 영역에 포함되는 소음은 공명홈(HM)에 의해 공명되어 내부 소음이 저감될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 건축용 단열흡음 패널(10)은 제어부(400)의 음향 구동부에 전원을 인가하는 베터리를 포함할 수 있다. 상기 베터리는 건축용 단열흡음 패널(10)의 내부 또는 외부에 제한되지 않고 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열층 상에 배치된 진동 발생 장치의 일 예를 보여주는 단면도이다. 도 3은 진동 발생 장치의 제1 내부 전극과 제2 내부 전극 사이에 배치된 진동층의 진동 방법을 보여주는 예시도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진동 발생 장치(300)는 인가된 전압에 따라 수축하거나 팽창하는 압전 물질을 이용하여 방열층(200) 및 흡음 진동 패널(100)을 진동시키는 압전 소자(piezoelectric element, 壓電素子) 또는 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator)일 수 있다. 진동 발생 장치(300)는 진동층(311), 제1 전극(312), 및 제2 전극(313)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 진동 발생 장치(300)는 서로 전기적으로 절연되는 제1 및 제2 전극(312, 313) 및 제1 전극(312)과 제2 전극(313) 사이에 배치된 진동층(311)을 포함할 수 있다.
제1 전극(312)과 제2 전극(313) 각각은 불투명한 금속 물질 또는 투명한 도전 산화물(transparent conductive oxide)로 형성될 수 있다. 진동층(311)은 PVDF(Poly Vinylidene Fluoride) 또는 PZT(Plumbum Ziconate Titanate(티탄산지르콘납))로 형성될 수 있다.
제1 전극(312)은 제1 외부 전극(3121)과 제1 내부 전극(3122)들을 포함할 수 있다. 제1 외부 전극(3121)은 도 2와 같이 진동층(311)의 적어도 일 측면에 배치될 수 있다. 또는, 제1 외부 전극(3121)은 진동층(311)의 일부를 관통하여 배치될 수 있다. 제1 내부 전극(3122)들은 제1 외부 전극(3121)으로부터 분지될 수 있다. 제1 내부 전극(3122)들은 서로 나란하게 배치될 수 있다.
제2 전극(313)은 제2 외부 전극(3131)과 제2 내부 전극(3132)들을 포함할 수 있다. 제2 전극(313)은 제1 전극(312)과 이격되어 배치될 수 있다. 이로 인해, 제2 전극(313)과 제1 전극(312)은 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 제2 외부 전극(3131)은 진동층(311)의 적어도 일 측면에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 외부 전극(3121)은 진동층(311)의 제1 측면에 배치되고, 제2 외부 전극(3131)은 진동층(311)의 제2 측면에 배치될 수 있다. 또는, 제2 외부 전극(3131)은 진동층(311)의 일부를 관통하여 배치될 수 있다. 제2 내부 전극(3132)들은 제2 외부 전극(3131)으로부터 분지될 수 있다. 제2 내부 전극(3132)들은 서로 나란하게 배치될 수 있다.
제1 내부 전극(3122)들과 제2 내부 전극(3132)들은 수평 방향으로 서로 나란하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 내부 전극(3122)들과 제2 내부 전극(3132)들은 수직 방향으로 교대로 배치될 수 있다. 즉, 제1 내부 전극(3122)들과 제2 내부 전극(3132)들은 수직 방향에서 제1 내부 전극(3122), 제2 내부 전극(3132), 제1 내부 전극(3122), 제2 내부 전극(3132)의 순서로 반복적으로 배치될 수 있다.
진동층(311)은 제1 전극(312)에 인가된 구동 전압과 제2 전극(313)에 인가되는 구동 전압에 따라 변형되는 압전 소자일 수 있다. 상기 제1 전극(312)에 인가된 구동 전압과 제2 전극(313)에 인가된 구동 전압은 상술한 소음 감쇄 신호에 대응하는 구동 전압일 수 있다. 이 경우, 진동층(311)은 PVDF(Poly Vinylidene Fluoride) 필름이나 PZT(Plumbum Ziconate Titanate(티탄산지르콘납)) 등의 압전체, 전기 활성 고분자(Electro Active Polymer) 중 어느 하나일 수 있다.
진동층(311)의 제조 온도가 높기 때문에, 제1 전극(312)과 제2 전극(313)은 녹는점이 높은 은(Ag) 또는 은(Ag)과 팔라듐(Pd)의 합금으로 형성될 수 있다. 제1 전극(312)과 제2 전극(313)의 녹는점을 높이기 위해, 제1 전극(312)과 제2 전극(313)이 은(Ag)과 팔라듐(Pd)의 합금으로 형성되는 경우, 은(Ag)의 함량이 팔라듐(Pd)의 함량보다 높을 수 있다.
진동층(311)은 제1 내부 전극(3122)들과 제2 내부 전극(3132)들 사이마다 배치될 수 있다. 진동층(311)은 제1 외부 전극(3122)에 인가되는 구동 전압과 제2 외부 전극(3132)에 인가되는 구동 전압 간의 차이에 따라 수축하거나 팽창한다.
구체적으로, 도 3과 같이 제1 내부 전극(3122)과 제1 내부 전극(3122)의 하부에 배치된 제2 내부 전극(3132) 사이에 배치된 진동층(311)의 극성 방향이 상부 방향(↑)인 경우, 진동층(311)은 제1 내부 전극(3122)에 인접한 상부 영역에서 정극성을 가지며, 제2 내부 전극(3132)에 인접한 하부 영역에서 부극성을 가질 수 있다. 또한, 제2 내부 전극(3132)과 제2 내부 전극(3132)의 하부에 배치된 제1 내부 전극(3122) 사이에 배치된 진동층(311)의 극성 방향이 하부 방향(↓)인 경우, 진동층(311)은 제2 내부 전극(3132)에 인접한 상부 영역에서 부극성을 가지며, 제1 내부 전극(3122)에 인접한 하부 영역에서 정극성을 가질 수 있다. 진동층(311)의 극성 방향은 제1 내부 전극(3122)과 제2 내부 전극(3132)을 이용하여 진동층(311)에 전계를 가하는 폴링(poling) 공정에 의해 정해질 수 있다.
도 3과 같이 제1 내부 전극(3122)과 제1 내부 전극(3122)의 하부에 배치된 제2 내부 전극(3132) 사이에 배치된 진동층(311)의 극성 방향이 상부 방향(↑)인 경우, 제1 내부 전극(3122)에 정극성의 구동 전압이 인가되고, 제2 내부 전극(3132)에 부극성의 구동 전압이 인가되면, 진동층(311)은 제1 힘(F1)에 따라 수축될 수 있다. 제1 힘(F1)은 수축력일 수 있다. 또한, 제1 내부 전극(3122)에 부극성의 구동 전압이 인가되고, 제2 내부 전극(3132)에 정극성의 구동 전압이 인가되면, 진동층(311)은 제2 힘(F2)에 따라 팽창할 수 있다. 제2 힘(F2)은 신장력일 수 있다.
이와 유사하게, 제2 내부 전극(3132)과 제2 내부 전극(3132)의 하부에 배치된 제1 내부 전극(3122) 사이에 배치된 진동층(311)의 극성 방향이 하부 방향(↓)인 경우, 제2 내부 전극(3132)에 정극성의 구동 전압이 인가되며, 제1 내부 전극(3122)에 부극성의 구동 전압이 인가되면, 진동층(311)은 신장력에 따라 팽창할 수 있다. 또한, 제2 내부 전극(3132)에 부극성의 구동 전압이 인가되고, 제1 내부 전극(3122)에 정극성의 구동 전압이 인가되면, 진동층(311)은 수축력에 따라 수축될 수 있다.
제1 전극(312)에 인가되는 구동 전압과 제2 전극(313)에 인가되는 구동 전압이 정극성과 부극성으로 교대로 반복되는 경우, 진동층(311)은 수축과 팽창을 반복하게 된다. 이로 인해, 진동 발생 장치(300)는 진동하게 된다. 진동 발생 장치(310)가 방열층(200)의 일면에 배치되므로, 진동 발생 장치(300)의 진동층(311)이 수축과 팽창하는 경우, 방열층(200)의 일면 상에 배치되는 흡음 진동 패널(100)은 응력에 의해 건축용 단열흡음 패널(10)의 두께 방향으로 진동하게 된다.
진동 발생 장치(300)의 제2 면과 측면들 상에는 보호층(319)이 더 배치될 수 있다. 즉, 진동 발생 장치(300)의 제1 전극(312), 제2 전극(313), 및 제1 전극(312)과 제2 전극(313)에 의해 덮이지 않고 노출된 진동층(311) 상에는 보호층(319)이 배치될 수 있다. 보호층(319)은 제1 전극(312), 제2 전극(313), 및 제1 전극(312)과 제2 전극(313)에 의해 덮이지 않고 노출된 진동층(311)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 그러므로, 진동 발생 장치(300)의 진동층(311), 제1 전극(312), 및 제2 전극(313)은 보호층(319)에 의해 보호될 수 있다. 보호층(319)은 세라믹(ceramic)과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 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.
10: 건축용 단열흡음 패널(10)
100: 흡음 진동 패널
200: 방열층
300: 진동 발생 장치
400: 제어부
110: 메인 단열층
120: 가열박막층
130: 방수층
SP: 마이크
910: 제1 고정 부재
920: 제2 고정 부재
930: 탄성 부재
PA: 접착 부재
HM: 공명홈

Claims (5)

  1. 건물 내부를 향하는 일면 및 건물 외부를 향하는 타면을 포함하는 비-다공성 판재 형태의 메인 단열층;
    상기 메인 단열층의 일면 상에 배치되어 공기를 가열하는 가열박막층;
    상기 가열박막층의 일면 상에 배치되어 수분을 차단하는 방수층;
    상기 방수층의 일면 상에 배치되고, 상기 건물 내부를 향하는 일면 및 상기 일면의 반대면인 타면을 포함하며, 상기 일면으로부터 리세스된 복수의 공명홈이 형성된 흡음 진동 패널;
    상기 메인 단열층의 타면 상에 배치되며, 상기 건물 외부에서 발생하는 음향을 입력받는 마이크;
    상기 마이크로부터 입력된 음향을 분석하여, 상기 입력된 음향이 소음인지 여부를 판단하고, 소음 감쇄 신호를 생성하는 제어부;
    상기 흡음 진동 패널의 타면 상에 배치되며, 상기 제어부로부터 상기 소음 감쇄 신호를 인가받아 진동하는 진동 발생 장치를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 입력된 음향이 소음이라고 판단되는 경우 상기 입력된 음향의 파형의 위상과 반대 위상을 가지는 상기 소음 감쇄 신호를 생성하고,
    상기 진동 발생 장치가 진동함에 따라 상기 흡음 진동 패널은 상기 진동 발생 장치와 함께 상기 소음 감쇄 신호로 진동하고,
    상기 흡음 진동 패널과 상기 진동 발생 장치 사이에 배치되는 방열층;
    상기 흡음 진동 패널과 상기 방열층을 상호 고정시키는 제1 고정 부재; 및
    상기 메인 단열층, 상기 가열박막층, 및 상기 방수층을 고정시키는 제2 고정 부재를 더 포함하되,
    상기 진동 발생 장치는 상기 흡음 진동 패널과 대향하는 상기 방열층의 일면의 반대면인 타면 상에 접착 부재에 의해 부착되고,
    상기 진동 발생 장치와 상기 방수층은 상기 진동 발생 장치의 진동 방향으로 서로 이격 대향하고,
    상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재 사이에는 탄성 부재가 개재되며,
    상기 제어부는,
    상기 마이크로부터 입력된 음향을 전달받아 분석하여 음향 정보를 추출하는 음향 분석부,
    상기 음향 정보와 미리 저장된 소음 정보를 비교하여, 상기 입력된 음향이 소음인지 여부를 판단하는 판단부, 및
    상기 입력된 음향이 소음인 경우, 상기 진동 발생 장치에 상기 소음 감쇄 신호를 출력하는 진동 구동부를 포함하는,
    건축용 단열흡음 패널.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 진동 발생 장치는,
    서로 전기적으로 절연되는 제1 전극 및 제2 전극, 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 진동층을 포함하고,
    상기 진동층은 피에조 물질을 포함하거나, PVDF를 포함하는,
    건축용 단열흡음 패널.
  3. 삭제
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 접착 부재는 압력 민감 점착제(PSA)를 포함하는,
    건축용 단열흡음 패널.
  5. 삭제
KR1020230034557A 2023-03-16 2023-03-16 진동 발생 장치를 포함하는 건축용 단열흡음 패널 KR102540297B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20070111248A (ko) * 2006-05-17 2007-11-21 인하대학교 산학협력단 능동소음제어시스템
KR102386430B1 (ko) 2022-01-17 2022-04-14 주식회사 종합건축사사무소건 건축용 단열흡음 적층패널
KR20220101025A (ko) 2021-01-10 2022-07-19 김민준 액티브 노이스 캔슬링 기술을 이용한 층간소음을 줄여주는 진동기

Patent Citations (3)

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