KR20000000338A - 임피던스 정합 저역흡수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공간구조의 변경 없이 저음역 주파수의 소리 에너지를 선택적으로 흡수하여 닫힌 공간(closed space)에서 발생하는 주파수의 밀도가 균일하지 않은 정상파(standing wave))와 영상음원(mirror image source)을 제거하여 공간의 음향특성을 향상시킬 수 있도록 한 임피던스 정합 저역흡수기에 관한 것이다.

본 발명은 오각형의 기둥모양으로 본체(1)를 형성하되, 상기 본체(1)의 전면에는 외부의 음장을 흡수하기 위하여 음의 입사방향으로 전협후광(지수함수형 나팔구조)으로 된 다수의 구멍(3) 또는 슬릿트(3')를 천공한 전면배플(2)과, 본체(1) 내부에 공간부(5)를 형성하기 위하여 측면과 배면을 차단할 수 있도록 한 벽판(4)과, 상기 공간부(5)로 유입된 음장을 흡수하기 위하여 벽판(4) 내면에 부착한 유리섬유로 된 흡음재(7)로 구성되어 공간의 음향특성을 개선하는데 적응성을 높일 수 있도록 하며, 광대역 흡수특성 및 높은 결합계수를 갖도록 하고, 부분적으로 흡수되지 못한 소리의 일부가 공명기에서 재 방출될 때 소리를 분산시켜 분산음장을 형성하도록 하여 저역음에서 형성하는 불 균일한 정상파 모드 및 영상음원의 제거로 음향특성을 향상할 수 있는 특징이 있다.

Description

임피던스 정합 저역흡수기{Impedance matching bass trap}

본 발명은 공간구조의 변경 없이 저음역 주파수의 소리 에너지를 선택적으로 흡수하여 닫힌 공간(closed space)에서 발생하는 주파수의 밀도가 균일하지 않은 정상파(standing wave))와 영상음원(mirror image source)을 제거하여 공간의 음향특성을 향상시킬 수 있도록 한 임피던스 정합 저역흡수기에 관한 것이다.

일반적으로 이상적인 음향은 사용목적에 따라 차이가 있으나 적절한 명료도(clarity) 및 균일한 음압(uniformity)과 주파수 응답특성 또는 적당한 잔향시간(reverberation time)등이 요구된다.

닫힌공간(closed space)은 열린공간(open space)과 음향적 특성이 서로 다르기 때문에 닫힌 공간에서는 음원(source)으로 부터 발생되는 직접음(direct sound) 이외에 벽면과 또는 천정으로부터의 반사에 의한 반사음(reflecteg sound) 및 잔향음이 존재하며 이들의 공간적, 시간적 상호작용에 의하여 실내의 음향적 특성이 결정되지만 특히, 닫힌 공간에서 음원으로부터 나온 진행파(travelling wave)는 주위의 벽면들에 의하여 정상파(standing wave)를 만든다. 경계조건(boundary condition)을 만족하는 정상파는 중축성 모드(axial mode), 접선 모드(tangent mode), 및 기운 모드(oblique mode)의 3가지 형태로 존재한다. 공명주파수의 음압은 비공명 주파수의 음압과 큰 차이가 나므로(보통 30dB 정도) 공간의 주파수 응답특성을 왜곡시켜서 색채감(coloration)을 일으키는 원인이 된다. 또한 공명이 일어나는 주파수는 흔히 중첩되어 축퇴(degeneracy)를 일으키거나 주파수 밀도가 불 균일하여 음의 발생부터 소멸까지 시간에 대한 감쇄특성을 불 균일하게 만들어서 부드러운 음장의 형성을 방해한다.

또한 벽면에 입사된 음의 일부는 흡수되고, 일부는 반사된다. 반사된 음은 벽면 내부에 영상음원을 만들게 되며 영상음원의 크기와 위치는 공간의 기하학적 구조, 벽면의 재질에 의하여 결정되어 진다. 이러한 영상음원은 실음원과 간섭을 일으켜 공간의 음향특성 특히 명료도(clarity)를 떨어트리게 된다.

따라서 닫힌 공간에서 형성되는 불규칙한 정상파와 축퇴 및 영상음원의 제거 또는 축소는 음향특성을 개성하기 위한 것이 일차적 과제이다.

그러나 종래에는 닫힌 공간에서 발생하는 영상음원과 정상파를 제거하기 위해서는 흡음재 또는 특정대역에서 공명 진동수를 갖는 재료를 사용하거나 이미 알려진 헬름홀쯔(Helmholtz)형 공명기를 사용하였으며, 이와 같이 정상파와 영상음원을 제거할 목적으로 사용되는 스폰지, 유리섬유등과 같은 전자의 흡음재의 경우에는 흡음율, 흡수주파수 및 흡수대역등 흡수특성이 재료의 물성에 따라 결정되는 결점이 있고, 또한 대부분의 흡음재는 넓은 흡수 주파수 대역을 가지므로 특히 공간의 코너에 집중되는 저음역의 주파수를 선택적으로 흡수하기가 어렵다.

그리고 합판과 같이 저음역에서 공진 주파수를 갖는 재료 또한 흡수특성이 물성에 의하여 결정되고 흡음 효율이 낮은 문제점이 있다. 또한 헬름홀쯔형 공명기는 흡음효율이 비교적 높고 외부 파라미트에 의하여 흡수특성을 갖고 있어 응용범위는 비교적 넓으나, 흡수대역이 한정되어서 넓은 범위의 저음역을 흡수하기 위하여는 서로 다른 흡수 주파수 대역을 갖는 다수의 저역흡수기가 피요하기 때문에 저음역을 흡수하기 위한 설치가 번거럽고 설치시간이 많아 소요되게 되는 문제점등이 야기되었다.

본 발명은 상기한 종래의 제 결점 및 문제점등을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 그 주된 목적으론 오각형의 기둥모양으로 형성하되 전면에 외부의 음장을 흡수할 수 있도록 입사방향으로 전협후광(지수 함수형 나팔구조(exponential horn)) 구조로 된 구멍 또는 슬릿트를 천공하고, 내부에 유리섬유로 된 흡음재를 고정하여 공간의 음향특성을 개선하고, 특히 기본적인 헬름홀쯔 공명원리를 이용하여 저역의 음을 효율적으로 흡수가 되도록 흡음재의 물성에 구애받지 않고 다수의 공명체를 갖는 것과 같은 기하학적 특수 형태로된 공명체를 형성하여 작은 실내에서 문제가 되는 300㎐ 미만의 저역을 효과적으로 흡수코자 하려는 임피던스 정합 저역흡수기를 제공하려는 것이다.

도1은 본 발명의 사시도

도2는 본 발명의 일부 절결 사시도.

도3은 본 발명의 횡단면도.

도4는 본 발명의 전면배플에 천공된 원형 구멍 사시도.

도5는 본 발명의 전면배플에 형성된 다른 실시예의 슬릿트 사시도.

도6은 본 발명의 사용상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 본체 2 : 전면배플

3 : 구멍 3' : 슬릿트

4 : 벽판 5 : 공간부

6 : 덮개판 7 : 흡음재

본 발명은 오각형의 기둥모양으로 형성하되 외부의 음장을 흡수하기 위하여 전협후광으로 된 다수개의 구멍 또는 슬릿트가 천공된 전면배플과, 내부의 공간부를 형성하기 위하여 측면과 배면을 차단할 수 있도록 한 벽면과, 공간부로 유입된 음장을 흡수하기 위하여 유리섬유로 된 흡음재로 이루어져 구성되고,본체의 양측면 벽판을 평면상 전면배플에서 후방으로 갈수록 d값이 가변되도록 경사각을 갖게한 것이 그 특징이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 사시도이고,

도2는 본 발명의 일부 절결 사시도이며,

도3은 본 발명의 횡 단면도이고,

도4는 본 발명의 전면배플에 천공된 원형 구멍 사시도이다.

도1 내지 도4에서와 같이 본 발명의 저역흡수기는 본체(1)의 전면에 음을 흡수할 수 있도록 전협후광의 구멍(3)을 다수개 천공한 전면배플(2)을 위치시켜 고정하고, 측면과 배면에는 오각형의 공간부(5)가 형성되도록 벽판(4)을 위치되게 설치시켜 고정하며 상,하측에는 덮개판(6)을 덮어 고정하였다.

이때 상기 본체(1)의 전면배플(2)상에 천공된 다수개의 구멍(3)을 소리가 입사되는 방향으로 전협후광이 되도록 천공하여 음의 흡수특성을 높일 수 있도록 함이 바람직하고, 상기 구멍(3)은 용도에 따라 지수함수적(exponentially)으로 원형, 사각형 또는 도5에서와 같이 직사각형의 지수 함수적인 슬릿트(3')와 같은 다양한 형상으로 천공하여도 무방하다.

그리고 상기 본체(1)의 내부에 형성된 공간부(5) 후방의 벽판(4) 내면에는 전협후광의 구멍(3)을 통하여 흡수된 외부 음장을 흡수할 수 있도록 유리섬유(glass fiber)로 된 흡음재(7)를 위치시켜 구성된 것이다.

이때 상기 본체(1)의 벽판(4)은 전면배플(2)에서 후방으로 갈수록 경사지게 형성하여 d값이 가변되도록 한 것이다.

미설명부호 10은 스피커이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 저역흡수기의 본체(1)는 헬름홀쯔(Helmholtz) 공명원리를 이용하는 것으로서, 도6에서와 같이 닫힌공간의 각 모서리에 일정간격 이격되게 설치하고, 상기 본체(1)의 전면에는 스피커(10)를 설치한 후, 음향기기를 작동시키면 스피커(10)로 부터 나오는 각음원중 임피던스 매칭 저역흡수기의 고유진동수와 같은 주파수에 대하여 공명(resonance)이 일어나 전면배플(2) 근처의 공기분자들이 격렬한 운동을 하며 전면배플(2)에 다수개 천공된 소리입사 방향으로 정협후광의 구멍(3) 또는 슬릿트(3')를 통과하는 과정에서 소리에너지가 열에너지의 형태로 변환되어 흡음이 일어난다.

이때 상기 흡수 중심 주파수가 결정되는 것은 전면배플(2)에 형성된 구멍(3) 또는 슬릿트(3')의 크기와 갯수, 공명기의 깊이, 전면배플(2)의 두께에 의하여 결정되고 흡수대역폭의 가변은 음장의 고유진동수 전면배플(2), 공명기의 깊이 즉 d값이 변화되는 양측면 벽판(4)의 경사각등을 변환 시킴으로서, 흡수대역폭을 가변하게 되는 것이다.

즉, 헬름홀쯔형 공명기의 고유진동수 f와 전면배플과 공명기의 깊이 d사이에인 관계가 성립된다. 측면 벽판에 경사각을 두어 d값을 연속적으로 변화시킴으로서, 한 공명기 안에 흡수대역폭이 좁고 여러 가지 흡수중심 주파수를 공명기들이 있는 것과 같은 효과를 가지므로서 흡수대역폭이 넓은 흡수기로 동작하게 되는 것이다.

또한 단일파장의 경우 음파가 공기중에 전파될때 임피던스는 거리에 대하여 지수함수적으로 변한다.

즉 지수 함수형 나팔 구조(exponential horn)를 가지면 임피던스 정합이 이루어져서 반사(reflection) 없이 소리에너지가 전달되면 외부 음장이 전면배플(2)의 구멍(3) 또는 슬릿트(3')를 통하여 공명기에 입사되면 특정 저역의 소리에너지는 전면배플(2)에 천공된 구엉(3) 또는 슬릿트(3')를 통과하는 과정에서 열에너지의 형태로 변환되고, 변환되지 않은 소리에너지의 일부는 저역흡수기 본체(1)의 측면 벽판(4) 내면에 일정한 두께로 설치된 흡음재(7)에 흡수되어 제거되는 것이다.

이때 상기 흡음제(7)는 전면배플(2)에 천공된 구멍(3) 또는 슬릿트(3')에서 열에너지의 형태로 변환되지 못한 소리에너지를 흡음재료 분자의 진동에너지(vibratonal energy)로 변환시키고, 흡수대역의 폭을 넓이기 위하여 내부에 2.5㎝ ∼ 10㎝의 두께로 설치함이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 저역흡수기 본체를 오각형의 기둥모양으로 형성하되 전면에 외부의 음장을 흡수할 수 있도록 입사방향으로 전협후광으로 된 구멍 또는 직사각형의 슬릿트를 천공하고, 내부에 유리섬유로된 흡음재를 고정하여 닫힌 공간의 음향특성을 개선하는데 적응성을 높일 수 있도록 하며, 공명기에서 재 방출될 때 소리를 분산시켜 분산음장을 형성하여 음향특성을 개선하게 되는 것으로서, 전면배플의 크기, 두께, 공명기의 용적, 구멍 또는 슬릿트의 크기 및 흡음재의 가변에 의해 흡수특성을 간편용이하게 가변할 수 있는 것이고, 이로 인하여 광대역 흡수(broad band absorption)특성 및 높은 결합계수를 가지며, 부분적으로 흡수하지 못한 소리의 일부가 공명기에서 재 방출될 때 소리를 분산시켜 분장음을 형성하여 저역음에서 형성하는 불 균일한 정상파를 제거로 음향특성을 향상할 수 있는 특징이 있다.

Claims (3)

1. 오각형의 기둥모양으로 본체(1)를 형성하되, 상기 본체(1)의 전면에는 외부의 음장을 흡수하기 위하여 음의 입사방향으로 전협후광(지수함수형 나팔구조)으로된 다수의 구멍(3)을 천공한 전면배플(2)과, 내부의 공간부(5)를 형성하기 위하여 측면과 배면을 차단할 수 있도록 한 벽판(4)과, 상기 공간부(5)로 유입된 음장을 흡수하기 위하여 벽판 (4) 내면에 고정한 유리섬유로 된 흡음재(7)로 이루어져 구성된 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 저역흡수기.
2. 제1항에 있어서, 상기 전면배플(2)에 외부의 음장을 흡수하기 위하여 전협후광(지수함수형 나팔구조)으로 된 다수의 슬릿(3')를 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 저역흡수기.
3. 제1항에 있어서 본체(1)의 양측면 벽판(4)을 평면상 전면배플(2)에서 후방으로 갈수록 d값이 가변되도록 경사각을 갖게 함을 특징으로 하는 임피던스 정합 저역흡수기.