KR102610597B1 - 방음 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 얇은 두께로 구현될 수 있고, 방음 주파수 영역이 확대될 수 있는 방음 패널을 제공한다. 여기서, 방음 패널은 공명 챔버 및 탄성막을 포함한다. 공명 챔버는 복수 개로 구비되며, 일면이 개방되는 개방구와 내측에 공간을 가지고, 평면상에 인접하여 배치된다. 탄성막은 개방구에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환한다.

Description

방음 패널{SOUND INSULATION PANEL}

본 발명은 방음 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 얇은 두께로 구현될 수 있고, 방음 주파수 영역이 확대될 수 있는 방음 패널에 관한 것이다.

방음재는 음파의 에너지를 완전 반사하여 음파가 전달되지 못하게 하므로 방음효과를 요구하는 분야에 활용되고 있다. 일반적으로 철판, 플라스틱 합판, 석고보드, 합성고무 등의 판상재료를 부착하여 이들이 전달되는 음파를 제어하고 전달음을 줄여주는 재료로써 소음 차단효과가 뛰어나 소재를 활용하고 있다.

이러한 방음재는 주택층간, 세대간 방음재, 방음벽, 기계실, 공조실에 적용되며, 또한 외부의 소음을 완전히 차단하기 위해 활용되면 특수한 목적으로 활용되는 방송국, 스튜디오, 녹음실, 악기연습실에서 다양한 음역대를 차단하기 위해 적용되고 있다.

하지만, 방음재는 기본적인 물리법칙인 질량 법칙(Mass Law)에 적용받고 있다. 이 법칙은 음향학적인 물리현상으로 분리벽(방음재)의 면밀도와 주파수의 곱에 의해 벽의 투과손실이 정해지는 법칙으로, 분리벽이 무거울수록(밀도 증가) 또는 주파수가 높을수록 차음 효과가 커지는 법칙이다.

따라서 기존에 사용하는 재료인 철판, 합성고무, 석고보드 등은 원재료의 밀도가 매우 높아서 무게가 무거워지는 단점이 있으며, 고주파수 대역의 소음 차단은 효과적이지만 저주파수 대역의 소음 차단은 그렇지 못하다. 왜냐하면, 방음재의 두께가 차단주파수의 파장과 관계가 있기 때문에, 저주파수 대역의 소음을 차단하기 위해서는 방음재의 두께가 두꺼워져야 하는 문제점이 있다.

또한, 광대역 주파수대에서 방음 효과를 구현하기 위해서는 방음 주파수대가 서로 다른 복수 개의 방음재를 사용해야 하는 문제점이 있다.

한국등록특허공보 제10-1735262호(2017.05.06, 등록)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 얇은 두께로 구현될 수 있고, 방음 주파수 영역이 확대될 수 있는 방음 패널을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 일면이 개방되는 개방구와 내측에 공간을 가지고, 평면상에 인접하여 배치되는 복수 개의 공명 챔버; 및 상기 개방구에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환하는 탄성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음 패널을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄성막은 상기 공명 챔버보다 작은 밀도의 소재로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄성막의 상측에 밀착 구비되고, 상기 탄성막의 유효 밀도를 증가시켜 방음하고자 하는 소음의 목표 주파수를 낮추는 패턴 프레임부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 방음 패널은 다층으로 구비되며, 상기 방음 패널 중 상층에 구비되는 방음 패널의 공명 챔버는 하층에 구비되는 방음 패널의 패턴 프레임부의 상부에 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 방음 패널 중 상기 상층에 구비되는 방음 패널의 공명 챔버의 크기와 상기 하층에 구비되는 방음 패널의 공명 챔버의 크기는 서로 다를 수 있다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 일면이 개방되는 개방구와 내측에 제1공간을 가지고, 평면상에 인접하여 배치되는 복수 개의 공명 챔버; 상기 공명 챔버의 일면에 자신의 일면이 대향되게 구비되고 내측에 상기 제1공간과 연결되는 제2공간을 가지는 캐비티; 및 상기 공명 챔버의 일면과 상기 캐비티의 일면 사이와, 상기 캐티비의 타면에 각각 구비되며, 패턴 프레임부와 상기 패턴 프레임부에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환하는 탄성막을 가지는 한 쌍의 메타 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방음 패널을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 패턴 프레임부는 테두리 프레임과, 상기 테두리 프레임의 내측 영역으로 연장 구비되어 상기 내측 영역을 중앙 패턴영역과 주변 패턴영역으로 분리하는 분리 프레임을 가지고, 상기 탄성막은 상기 중앙 패턴영역에 구비되는 중앙 패턴 탄성막 및 상기 주변 패턴영역에 구비되는 주변 패턴 탄성막을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공명 챔버의 바닥부의 두께는 상기 공명 챔버의 측벽부의 두께의 2배 이상일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 메타 구조체는 공명주파수가 동일할 수 있다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 일면이 개방되는 개방구와 내측에 제1공간을 가지고, 평면상에 인접하여 배치되는 복수 개의 공명 챔버; 상기 개방구에 구비되고, 제1패턴 프레임부와 상기 제1패턴 프레임부에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환하는 제1탄성막을 가지는 제1메타 구조체; 상기 제1메타 구조체의 일면에 자신의 일면이 대향되게 구비되고 내측에 제2공간을 가지는 캐비티; 및 상기 캐비티의 타면에 구비되고, 제2패턴 프레임부와 상기 제2패턴 프레임부에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환하는 제2탄성막을 가지는 제2메타 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방음 패널을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴 프레임부는 제1테두리 프레임과, 상기 제1테두리 프레임의 내측 영역으로 연장 구비되어 상기 내측 영역을 제1중앙 패턴영역과 제1주변 패턴영역으로 분리하는 제1분리 프레임을 가지고, 상기 제1탄성막은 상기 제1중앙 패턴영역에 구비되는 제1중앙 패턴 탄성막 및 상기 제1주변 패턴영역에 구비되는 제1주변 패턴 탄성막을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2패턴 프레임부는 제2테두리 프레임과, 상기 제2테두리 프레임의 내측 영역으로 연장 구비되어 상기 내측 영역을 제2중앙 패턴영역과 제2주변 패턴영역으로 분리하는 제2분리 프레임을 가지고, 상기 제2탄성막은 상기 제2중앙 패턴영역에 구비되는 제2중앙 패턴 탄성막 및 상기 제2주변 패턴영역에 구비되는 제2주변 패턴 탄성막을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1메타 구조체의 공명주파수와 상기 제2메타 구조체의 공명주파수는 서로 다를 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공명 챔버에서 중심축 방향에 수직한 단면적과 상기 캐비티에서 중심축 방향에 수직한 단면적은 서로 다르게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 탄성막의 유효 밀도가 증가되도록 하여 공명주파수가 낮춰질 수 있기 때문에, 공명 챔버의 부피를 줄여 방음 패널의 두께를 얇게 하면서도 소음의 목표 주파수를 효과적으로 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 이중의 탄성막을 구성하여 이중 공명기처럼 작동되도록 함으로써, 방음 주파수 영역이 광대역화 되도록 할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널의 패턴 프레임부를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널이 다층으로 마련된 상태를 나타낸 단면예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널이 다층으로 마련된 다른 상태를 나타낸 단면예시도이다.
도 5는 도 4의 (b)의 방음 패널에서의 투과손실을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 메타 구조체를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 방음 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 단면 예시도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 투과손실을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 예시도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 단면예시도이다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 방음 패널의 제1패턴 프레임부 및 제2패턴 프레임부를 나타낸 예시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 예시도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 방음 패널(100)은 공명 챔버(110) 및 탄성막(120)을 포함할 수 있다.

공명 챔버(110)는 바닥부(111)와 측벽부(112)를 가질 수 있으며, 내측에는 공기가 존재하는 공간(113)을 가질 수 있다. 공명 챔버(110)는 바닥부(111)에 대향되는 부분이 개방되는 개방구(114)를 가질 수 있다. 이에 따라서, 공명 챔버(110)는 상부가 개방된 용기 형상을 가질 수 있다.

그리고, 공명 챔버(110)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 제1방향(A1) 및 제2방향(A2)으로 형성되는 가상의 평면상에 인접하여 배치될 수 있다. 즉, 공명 챔버(110)는 제1방향(A1) 및 제2방향(A2)을 따라 어레이될 수 있다.

탄성막(120)은 개방구(114)에 구비되어 개방구(114)를 막을 수 있다. 그리고, 탄성막(120)은 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환할 수 있다.

탄성막(120)은 공명 챔버(110)보다 작은 밀도의 소재로 형성될 수 있다.

예를 들면, 공명 챔버(110)는 아크릴, ABS 수지 등의 상대적으로 밀도가 높은 소재로 형성될 수 있다. 그리고, 탄성막(120)은 탄성을 가지는 맴브레인으로써, PE, PP, PET등의 플라스틱 소재나, 라텍스 등의 고무 소재와 같이 전술한 공명 챔버(110)의 소재보다 낮은 밀도의 소재로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 방음 패널(100)은 하나의 공명 챔버(110) 및 탄성막(120)을 단위 구조로 하는 방음셀이 복수개가 배열되어 이루어질 수 있다.

탄성막(120)의 전방에서부터 음파가 입사되면, 단위 구조의 질량(탄성막(120)의 질량, 주변의 공기 질량)과 단위 구조의 탄성계수(탄성막(120)의 탄성력, 공기의 탄성력)를 기반으로 특정 공명이 발생하여 음파를 흡수할 수 있다.

기본적으로 탄성막(120)의 무게가 커지면 공명주파수는 낮아지고, 무게가 작아지면 공명주파수가 높아진다. 즉, 공명주파수는 탄성막(120)의 질량에는 반비례하고, 탄성계수에는 비례한다. 따라서, 종래에는 공명주파수를 낮추기 위해서는 멤브레인의 무게를 크게 하는 방식이 사용된다.

그러나, 본 발명에 따른 방음 패널(100)에서는 단위 구조의 질량과 탄성계수가 다차원 형태로 다중모드 발생할 수 있기 때문에, 탄성막(120)의 무게를 크게 하지 않고서도 광대역 특성이 발생할 수 있다.

그리고, 방음 패널(100)은 패턴 프레임부를 더 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널의 패턴 프레임부를 나타낸 예시도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 패턴 프레임부(130)는 탄성막(120)의 상측에 밀착 구비될 수 있다.

패턴 프레임부(130)는 탄성막(120)의 유효 밀도를 증가시켜 방음하고자 하는 소음의 목표 주파수를 낮출 수 있다.

패턴 프레임부(130)는 테두리 프레임(131)과 분리 프레임(132)을 가질 수 있다.

테두리 프레임(131)에 의해 테두리 프레임(131)의 내측에는 내측 영역이 형성될 수 있다. 분리 프레임(132)은 테두리 프레임(131)의 내측에 구비될 수 있으며, 분리 프레임(132)에 의해 테두리 프레임(131)의 내측 영역은 중앙 패턴영역(133)과 주변 패턴영역(134)으로 나뉠 수 있다.

중앙 패턴영역(133)은 테두리 프레임(131)의 중앙부에 위치한다. 중앙 패턴영역(133)은 분리 프레임(132)에 의해 둘러싸여 있으며, 공기의 진행 방향을 따라 관통되게 형성되는 영역이다.

주변 패턴영역(134)은 복수 개가 마련되어 중앙 패턴영역(133)의 둘레에 각각 배치된다. 주변 패턴영역(134)은 분리 프레임(132)에 의해 중앙 패턴영역(133)과 분리되어 형성되며, 중앙 패턴영역(133)과 마찬가지로 공기의 진행 방향을 따라 관통되게 형성되는 영역이다.

본 실시예의 중앙 패턴영역(133)은 다각형 형상 중 사각형 형상으로 형성될 수 있고, 주변 패턴영역(134)은 삼각형 형상으로 형성되어 중앙 패턴영역(133)의 각 변에 접하도록 배치될 수 있다.

패턴 프레임부(130)는 PP, PC, 아세탈, 아크릴, ABS 수지 등 플라스틱 재질이 이용될 수 있다.

패턴 프레임부(130)는 탄성막(120)에 밀착되어 탄성막(120)의 변형을 좀 더 제한할 수 있다. 구체적으로, 패턴 프레임부(130)가 마련되면 탄성막(120)의 테두리 앞면은 패턴 프레임부(130)에 밀착되고 후면은 공명 챔버(110)에 밀착되어 고정될 수 있다. 그리고, 탄성막(120)의 앞면은 분리 프레임(132)에 접촉될 수 있다. 이렇게 되면, 분리 프레임(132)은 탄성막(120)의 전방으로의 변형을 제한할 수 있다.

즉, 패턴 프레임부(130)가 없을 때와 비교했을 때, 패턴 프레임부(130)가 마련되면 탄성막(120)의 변형은 좀 더 제한될 수 있다. 이는 탄성막(120)의 유효 밀도가 증가되는 것과 같은 효과를 야기할 수 있고, 반공진 현상을 야기할 수 있다.

소음의 목표 주파수를 낮추기 위해서는 탄성막(120)의 질량을 높이거나, 공명 챔버(110)를 크게 하여 공간(113)을 키워야 한다. 그러나, 패턴 프레임부(130)가 마련되어 탄성막(120)의 유효 밀도가 증가되면 공명주파수가 낮춰질 수 있기 때문에, 공명 챔버(110)의 부피를 줄여 방음 패널의 두께를 얇게 하면서도 소음의 목표 주파수를 효과적으로 낮출 수 있다. 이는 방음 패널의 경량화, 소형화 및 박형화에 도움이 된다.

패턴 프레임부(130)는 탄성막(120)에 단순히 접촉되도록 마련되거나, 또는 탄성막(120)이 패턴 프레임부(130)에 접착되도록 마련될 수도 있다. 탄성막(120)이 패턴 프레임부(130)의 일면에 접착되는 경우, 패턴 프레임부(130)에 의해 탄성막(120)의 전방 및 후방으로의 변형이 좀 더 제한될 수 있기 때문에, 유효 밀도는 더욱 커질 수 있으므로, 소음의 목표 주파수를 더욱 낮출 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널이 다층으로 마련된 상태를 나타낸 단면예시도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 방음 패널(100,100a)은 다층으로 구비될 수 있다.

이때, 각 방음 패널(100,100a)은 탄성막(120,120a)이 동일한 방향을 향하도록 구비될 수 있다. 그리고, 방음 패널 중 상층에 구비되는 방음 패널(100a)의 공명 챔버(110a)는 하층에 구비되는 방음 패널(100)의 패턴 프레임부(130)의 상부에 구비될 수 있다.

그리고, 상층에 구비되는 방음 패널(100a)과 하층에 구비되는 방음 패널(100)은 동일한 공명주파수를 가질 수 있다. 동일한 공명주파수의 방음 패널(100,100a)을 다층으로 구성하면 하층의 방음 패널(100)의 탄성막(120)과 패턴 프레임부(130)가 격벽 역할을 하면서 이중 공명기처럼 작동할 수 있으며, 이를 통해, 방음 주파수 영역이 확대될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 방음 패널이 다층으로 마련된 다른 상태를 나타낸 단면예시도이고, 도 5는 도 4의 (b)의 방음 패널에서의 투과손실을 설명하기 위한 그래프이다.

한편, 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 방음 패널 중 상층에 구비되는 방음 패널(100a)의 공명 챔버(110a)의 크기와 하층에 구비되는 방음 패널(100)의 공명 챔버(110)의 크기는 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상층에 구비되는 방음 패널(100a)의 공명주파수와 하층에 구비되는 방음 패널(100)의 공명주파수는 서로 다를 수 있다. 서로 다른 공명주파수를 가지는 방음 패널이 다층으로 마련되면 다중 공명기처럼 작동할 수 있으며, 이를 통해, 광대역 특성이 나타날 수 있다.

즉, 서로 다른 공명주파수를 가지는 방음 패널은 각각 다른 주파수(F)대에서 투과손실(TL) 효과가 발생하게 된다(도 5의 (a) 및 (b) 참조). 그런데, 이러한 서로 다른 공명주파수를 가지는 방음 패널이 다층으로 마련되면 더욱 넓은 영역의 주파수(F)대에서 투과손실(TL) 효과가 발생할 수 있으며, 이를 통해, 광대역에서 방음 효과를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 메타 구조체를 나타낸 예시도이다.

도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 방음 패널은 공명 챔버(210), 캐비티(220) 및 탄성막(236)을 가질 수 있다.

공명 챔버(210)는 일면이 개방되는 개방구와 내측에 제1공간(213)을 가질 수 있다. 그리고, 공명 챔버(210)는 평면상에 인접하도록 복수 개가 배치될 수 있다. 공명 챔버(210)는 제1실시예에서 설명한 공명 챔버와 동일할 수 있다.

캐비티(220)는 공명 챔버(210)의 일면에 자신의 일면이 대향되게 구비될 수 있다. 그리고, 캐비티(220)의 내측에는 공명 챔버(210)의 제1공간(213)과 연결되고 공기가 존재하는 제2공간(222)을 가질 수 있다.

캐비티(220)는 공명 챔버(210)의 측벽부(212, 도 9의 (a) 참조)에 대응되는 측벽부(221, 도 9의 (a) 참조)를 가질 수 있다. 따라서, 캐비티(220)가 공명 챔버(210)의 일면에 구비되었을 때, 캐비티(220)의 측벽부와 공명 챔버(210)의 측벽부는 연속될 수 있다.

그리고, 메타 구조체(230)는 공명 챔버(210)의 일면과 캐비티(220)의 일면 사이와, 캐비티(220)의 타면에 각각 구비될 수 있다. 따라서, 공명 챔버(210)의 제1공간(213)과 캐비티(220)의 제2공간(222)은 한 쌍의 메타 구조체(230) 중 하나의 메타 구조체(230)에 의해 구획될 수 있다. 그리고, 캐비티(220)의 제2공간(222)은 캐비티(220)의 측벽부(221)와 한 쌍의 메타 구조체(230) 사이의 공간이 될 수 있다.

메타 구조체(230)는 패턴 프레임부(231) 및 탄성막(236)을 가질 수 있다.

그리고, 패턴 프레임부(231)는 테두리 프레임(232)과, 테두리 프레임(232)의 내측 영역으로 연장 구비되어 내측 영역을 중앙 패턴영역(234)과 주변 패턴영역(235)으로 분리하는 분리 프레임(233)을 가질 수 있다. 패턴 프레임부(231)의 전체적인 형상은 제1실시예에서 설명한 패턴 프레임부와 동일할 수 있다.

탄성막(236)은 중앙 패턴영역(234)에 구비되는 중앙 패턴 탄성막(237) 및 주변 패턴영역에 구비되는 주변 패턴 탄성막(238)을 가질 수 있다. 일예로, 패턴 프레임부(231)는 한 쌍으로 마련되고, 탄성막(236)은 한 쌍의 패턴 프레임부(231)의 사이에 구비되어 패턴 프레임부(231)에 고정될 수 있는데(도 7의 (b) 참조), 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 패턴 프레임부(231)는 하나로 마련되고 패턴 프레임부(231)의 일면에 탄성막(236)이 부착되어 마련될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 방음 원리를 설명하기 위한 예시도이다.

도 8을 참조하면, 메타 구조체(230)의 공진 주파수에서 중앙 패턴영역(234) 내의 중앙 패턴 탄성막(237)의 변위와 주변 패턴영역(235) 내의 주변 패턴 탄성막(238)의 변위는 서로 반대로 형성된다. 이때, 메타 구조체(230)는 차단하고자 하는 소음의 목표 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지도록 설계되어 있다.

예를 들어, 메타 구조체(230)의 공진 주파수 대역에서 어느 일순간에는 주변 패턴 탄성막(238)의 변위가 공기의 진행 방향(A)을 향해 형성되고, 중앙 패턴 탄성막(237)의 변위가 공기의 진행 방향(A)과 반대 방향을 향해 형성될 수 있다. 다음 순간에는 주변 패턴 탄성막(238)의 변위가 공기의 진행 방향(A)과 반대 방향을 향해 형성되고, 중앙 패턴 탄성막(237)의 변위가 공기의 진행 방향(A)을 향해 형성될 수 있다.

이와 같이, 공기의 진행 방향(A)을 향해 중앙 패턴 탄성막(237)의 변위가 양의 변위를 가질 때 주변 패턴 탄성막(238)의 변위는 음의 변위를 가지고, 공기의 진행 방향(A)을 향해 중앙 패턴 탄성막(237)의 변위가 음의 변위를 가질 때 주변 패턴 탄성막(238)의 변위는 양의 변위를 가지는 공진 모드가 반복되게 된다.

중앙 패턴 탄성막(237)의 변위와 주변 패턴 탄성막(238)의 변위가 서로 반대로 형성되면서, 탄성막(236)의 국소 위치에서의 변위를 합하여 평균한 개념인 탄성막(236)의 유효 변위는 거의 제로가 될 수 있다. 탄성막(236)의 유효 변위가 거의 제로가 되면, 탄성막(236)을 통해 공기의 음파 에너지가 전달되지 않는 현상이 발생하게 되고, 소음의 목표 주파수를 효과적으로 낮출 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 단면 예시도인데, 도 9의 (a)는 공명 챔버(210)의 공명주파수와 캐비티(220)의 공명주파수가 동일한 경우를 설명하기 위한 것으로, 도 9의 (b)는 공명 챔버(210)의 공명주파수와 캐비티(220)의 공명주파수가 동일하지 않은 경우를 설명하기 위한 것이다.

먼저 도 9의 (a)를 참조하면, 한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)는 서로 동일한 형태로 형성되고, 공명 챔버(210)의 공명주파수와 캐비티(220)의 공명주파수는 동일하기 때문에, 동일한 음파에 동일한 방식으로 작동하는 동상(In Phase) 현상을 보일 수 있다. 즉, 한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)의 각각의 탄성막은 동일한 움직임을 보이면서 동일한 공명 모드 현상이 나타날 수 있다. 그러면, 공명 챔버(210)를 통한 커패시턴스(Capacitance) 효과로 에너지 축적을 통해 모드 주파수에서 효과적인 소음 감소 효과가 구현될 수 있다. 이는, In Phase 현상에 의해 각 메타 구조체(230a,230b)의 탄성막이 동일하게 움직이면 공기 중으로 전달하는 운동에너지가 많아질 수 있으며, 이를 통해, 공기 중 흡음효과가 증가될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.

그리고, 공명 챔버(210)의 바닥부(211)의 두께(t1)는 공명 챔버(210)의 측벽부(212)의 두께(t2)의 2배 이상임이 바람직하다.

또한, 소음 흡수가 높아지도록 하기 위해서는 캐비티(220)의 높이(H1)가 낮아지도록 함이 바람직하다.

한편, 캐비티(220)의 높이(H1)가 높아질수록 한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)의 상호 작용 효과가 적어질 수 있다. 즉, 캐비티(220)의 높이(H1)가 파장보다 2배 이상 커지면 한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)는 독립적으로 작용할 수 있다.

한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)가 독립적인 형태로 작용하면, 동일한 음파에 각각 다르게 작동하는 이상(Out of Phase) 현상을 보일 수 있다. 그러면, 한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)의 탄성막의 유효 밀도가 증가하여 차음효과가 증가될 수 있다.

한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)가 In Phase 현상을 보이거나, 또는 Out of Phase 현상을 보이면 결과적으로는 투과손실이 증가되기 때문에, 흡음효과 또는 차음효과가 구현되어 방음 효과가 향상될 수 있다.

한편, 한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)는 서로 다른 공명주파수를 가질 수도 있다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 방음 패널의 투과손실을 설명하기 위한 것으로, 도 9의 (b)의 경우의 방음 패널의 투과손실을 설명하기 위한 그래프이다.

도 9의 (b) 및 도 10에서 보는 바와 같이, 한 쌍의 메타 구조체(230a,230b)는 서로 다른 형태로 형성되고, 공명주파수는 서로 다를 수 있으며, 이에 따라, In Phase 현상, 또는 Out of Phase 현상은 나타나지 않을 수 있다.

외측의 메타 구조체(230b)의 공명주파수를 제1공명주파수라고 하고, 내측의 메타 구조체(230a)의 공명주파수를 제2공명주파수라고 할 때, 제1공명주파수가 제2공명주파수보다 낮으면, 제1공명주파수에서는 내측의 메타 구조체(230a)는 작동하지 않고 영향을 주지 않을 수 있다. 그러나, 제2공명주파수에서는 내측의 메타 구조체(230a)가 공명하여 외측의 메타 구조체(230b)에 영향을 주어 새로운 공명 모드 현상이 야기될 수 있다.

반면, 제1공명주파수가 제2공명주파수보다 높으면, 내측의 메타 구조체(230a)가 공명할 때 외측의 메타 구조체(230b)에 영향을 주어 새로운 공명 모드 현상이 야기될 수 있다.

내측의 메타 구조체(230a)와 외측의 메타 구조체(230b)의 공명주파수 사이에 특정 모드가 항상 발생하게 되며, 이를 통해 에너지 투과 현상이 나타날 수 있다.

따라서, 외측의 메타 구조체(230b) 및 캐비티(220)에 의한 투과손실(21)과, 내측의 메타 구조체(230a) 및 공명 챔버(210)에 의한 투과손실(22)에 의한 광대역 효과가 발생되어 광대역 주파수대에서의 방음 효과가 구현될 수 있다.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 예시도이고, 도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 방음 패널을 나타낸 단면예시도이며, 도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 방음 패널의 제1패턴 프레임부 및 제2패턴 프레임부를 나타낸 예시도이다. 본 실시예에서는 공명 챔버 및 내측의 메타 구조체가 전술한 제2실시예에서의 공명 챔버 및 내측의 메타 구조체보다 작은 크기로 형성된다는 점에서 차이가 있고, 다른 기본적인 내용은 전술한 제2실시예와 동일하며, 반복되는 내용은 가급적 설명을 생략한다.

도 11 내지 도 13에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 방음 패널은 복수 개의 공명 챔버(310), 제1메타 구조체(320), 캐비티(330), 및 제2메타 구조체(340)를 포함할 수 있다.

공명 챔버(310)는 내측에 제1공간(313)을 가질 수 있다. 그리고 캐비티(330)는 내측에 제2공간(332)을 가질 수 있다.

제1메타 구조체(320)는 캐비티(330) 및 공명 챔버(310)의 사이에 구비될 수 있으며, 제1패턴 프레임부(321) 및 제1탄성막(326)을 가질 수 있다.

제1패턴 프레임부(321)는 제1테두리 프레임(322)과, 제1테두리 프레임(322)의 내측 영역으로 연장 구비되어 내측 영역을 제1중앙 패턴영역(324)과 제1주변 패턴영역(325)으로 분리하는 제1분리 프레임(323)을 가질 수 있다. 그리고, 제1탄성막(326)은 제1중앙 패턴영역(324)에 구비되는 제1중앙 패턴 탄성막(327) 및 제1주변 패턴영역(325)에 구비되는 제1주변 패턴 탄성막(328)을 가질 수 있다.

또한, 제2메타 구조체(340)는 캐비티(330)의 외측면에 구비될 수 있으며, 제2패턴 프레임부(341) 및 제2탄성막(346)을 가질 수 있다.

제2패턴 프레임부(341)는 제2테두리 프레임(342)과, 제2테두리 프레임(342)의 내측 영역으로 연장 구비되어 내측 영역을 제2중앙 패턴영역(344)과 제2주변 패턴영역(345)으로 분리하는 제2분리 프레임(343)을 가지고, 제2탄성막(346)은 제2중앙 패턴영역(344)에 구비되는 제2중앙 패턴 탄성막(347) 및 제2주변 패턴영역(345)에 구비되는 제2주변 패턴 탄성막(348)을 가질 수 있다.

제1메타 구조체(320)는 공명 챔버(310)의 크기에 대응되게 형성되고, 제2메타 구조체(340)는 캐비티(330)의 크기에 대응되게 형성될 수 있다. 그리고, 제1메타 구조체(320)의 공명주파수와 제2메타 구조체(340)의 공명주파수는 서로 다를 수 있다.

또한, 공명 챔버(310)에서 중심축 방향(A3, 도 1 참조)에 수직한 단면적과 캐비티(330)에서 중심축 방향(A3)에 수직한 단면적은 서로 다르게 형성될 수 있다. 일예로, 공명 챔버(310)에서 중심축 방향에 수직한 단면적은 캐비티(330)에서 중심축 방향에 수직한 단면적의 4배일 수 있다. 이 경우, 하나의 캐비티(330)의 하측에는 4개의 공명 챔버(310)가 배열될 수 있다. 그리고 도 13에서 보는 바와 같이, 하나의 제2메타 구조체(340)는 4개의 제1메타 구조체(320)의 면적과 같을 수 있다.

제2실시예와 비교했을 때, 크기가 더 작게 형성되는 공명 챔버(310)를 복수 개로 배열하면, 즉, 하나의 캐비티(330)에 복수개의 공명 챔버(310)를 하나의 단위 구조로 형성하면, 제1메타 구조체(320)가 격벽 역할을 하게 되어 이중 공명기처럼 작동할 수 있기 때문에, 광대역 특성이 나타나서 방음 주파수 영역이 확대될 수 있다.

그리고, 제2메타 구조체(340)는 제1메타 구조체(320)보다 낮은 공명주파수를 가질 수 있기 때문에, 제2메타 구조체(340)의 모드로 인하여 제1메타 구조체(320)의 모드에 표면파가 발생할 수 있으며, 이를 통해 특정 모드에서 음파에너지 흡수가 높아질 수 있다. 즉, 제1메타 구조체(320) 및 제2메타 구조체(340)가 비균일한 모드를 야기하는 특성으로 인해 흡음성이 높아지며, 방음하고자 하는 소음의 주파수 영역의 광대역화가 가능하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 방음 패널
110, 210, 310: 공명 챔버
120: 탄성막
130: 패턴 프레임부
220, 330: 캐비티
230: 메타 구조체
236: 탄성막
237: 중앙 패턴 탄성막
238: 주변 패턴 탄성막
320: 제1메타 구조체
340: 제2메타 구조체

Claims (14)

1. 일면이 개방되는 개방구와 내측에 공간을 가지고, 평면상에 인접하여 배치되는 복수 개의 공명 챔버;
   상기 개방구에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환하는 탄성막; 및
   상기 탄성막의 상측에 밀착 구비되고, 상기 탄성막의 유효 밀도를 증가시켜 방음하고자 하는 소음의 목표 주파수를 낮추는 패턴 프레임부를 포함하는 방음 패널이며,
   상기 방음 패널은 다층으로 구비되고,
   상기 방음 패널 중 상층에 구비되는 방음 패널의 공명 챔버는 하층에 구비되는 방음 패널의 패턴 프레임부의 상부에 구비되며,
   상기 방음 패널 중 상기 상층에 구비되는 방음 패널의 공명 챔버의 크기와 상기 하층에 구비되는 방음 패널의 공명 챔버의 크기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 방음 패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄성막은 상기 공명 챔버보다 작은 밀도의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 방음 패널.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 일면이 개방되는 개방구와 내측에 제1공간을 가지고, 평면상에 인접하여 배치되는 복수 개의 공명 챔버;
    상기 개방구에 구비되고, 제1패턴 프레임부와 상기 제1패턴 프레임부에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환하는 제1탄성막을 가지는 제1메타 구조체;
    상기 제1메타 구조체의 일면에 자신의 일면이 대향되게 구비되고 내측에 제2공간을 가지는 캐비티; 및
    상기 캐비티의 타면에 구비되고, 제2패턴 프레임부와 상기 제2패턴 프레임부에 구비되고 공기의 진행 경로를 막아 공기의 음파를 탄성파로 변환하는 제2탄성막을 가지는 제2메타 구조체를 포함하며,
    상기 공명 챔버에서 중심축 방향에 수직한 단면적과 상기 캐비티에서 중심축 방향에 수직한 단면적은 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 방음 패널.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1패턴 프레임부는
    제1테두리 프레임과, 상기 제1테두리 프레임의 내측 영역으로 연장 구비되어 상기 내측 영역을 제1중앙 패턴영역과 제1주변 패턴영역으로 분리하는 제1분리 프레임을 가지고,
    상기 제1탄성막은
    상기 제1중앙 패턴영역에 구비되는 제1중앙 패턴 탄성막 및 상기 제1주변 패턴영역에 구비되는 제1주변 패턴 탄성막을 가지는 것을 특징으로 하는 방음 패널.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제2패턴 프레임부는
    제2테두리 프레임과, 상기 제2테두리 프레임의 내측 영역으로 연장 구비되어 상기 내측 영역을 제2중앙 패턴영역과 제2주변 패턴영역으로 분리하는 제2분리 프레임을 가지고,
    상기 제2탄성막은
    상기 제2중앙 패턴영역에 구비되는 제2중앙 패턴 탄성막 및 상기 제2주변 패턴영역에 구비되는 제2주변 패턴 탄성막을 가지는 것을 특징으로 하는 방음 패널.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1메타 구조체의 공명주파수와 상기 제2메타 구조체의 공명주파수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 방음 패널.
14. 삭제

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