KR20020035849A - 광주파수대역에 걸쳐 흡음 효과가 탁월한 컴포넌트 파트 - Google Patents

광주파수대역에 걸쳐 흡음 효과가 탁월한 컴포넌트 파트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운송 수단용 라이닝 또는 형상 소자에 관한 것으로, 적어도 1 마이크로 천공 시트 흡음재, 적어도 1 폼 및/또는 부직 흡음재 및/또는 에어 갭을 반향벽에 대하여 일정 간격 떨어지게 구비한다.

Description

광주파수대역에 걸쳐 흡음 효과가 탁월한 컴포넌트 파트{COMPONENT WITH HIGH ABSORBING EFFECT OVER A WIDE FREQUENCY RANGE}
본 발명은 운송 수단에 사용되는 라이닝 또는 형상 소자에 관한 것이다. 종래에는 섬유재로 된 흡음재로서 부직포를 채용한 것이 알려져 있다. 천연 섬유뿐만 아니라 폴리머 섬유, 무기 또는 금속 섬유를 상기 섬유로 사용한다. 부품에 접합할 때에는 진성(眞性, intrinsic)과 외인성(外因性, extrinsic) 섬유 및/또는 폴리머 또는 무기성의 바인더를 개재하여 접합한다.
또한 무기재뿐만 아니라 폴리머, 유기재의 구멍난 폼(foam)으로 된 흡음재가 알려져 있다. 이러한 재료의 최적 흡수 효과는 2000~10,000Hz 범위내에서 발휘된다.
다양한 기술 분야에서 대역이 넓은 헬름홀쯔(Helmholtz) 공진기가 대기중 음파의 댐핑용으로 알려져 있다. 자동차 구조 분야에서는 독일 공개 공보DE196 15 917 A, DE 196 13 875 A, DE 37 29 765 A 등을 대표적으로 참조할 수 있다. 이들 흡음재는 매우 공간집약적으로 자동차 구조에만 조건부로 적당하다.
DE197 54 107C1과 이에 인용된 종래 기술은, 그 전체 개시를 이하에 참조로 원용하는 바, 마이크로 천공 부품의 흡음 특성을 다룬다. 상기 문서는 소위 컴팩트 흡음재로서 천정 또는 지붕에 설치되는 마이크로 천공 플라스틱 시트의 층으로 된 배플 구조를 다룬다. 마이크로 천공 플라스틱 시트는 공간으로부터 수직, 경사 또는 비스듬한 방향으로 닿는 음파를, 특히 고주파대에서 그 일측 또는 양측에서 효과적으로 흡수하는데 적합하다.
추가로 마이크로 천공 시트마다 천공이 안된 시트를 수센티미터만큼 수평으로 설치하면, 음향학상 액티브한 시트의 흡수는 개선되지 않는다. 이는 그 댐핑 작용을 발휘하기 위해서 후자의 시트는 그 사이에 에어쿠션으로서 반향 후벽이나 임의 형상의 갭을 필요로 하지 않는다는 사실로 설명된다. 한편, 마이크로 천공 시트를 동일 재료의 천공이 안된 시트로 대체하면, 흡수도가 매우 낮아진다. 매스 스프링 효과가 발생할 수 있는 공진기 배열에서 흡음이 발생하는 것은 주지의 사실이다. 마이크로 천공 시트의 흡음에 대한 물리학적 설명이 상기 문서의 발명자에게 가능하리라고는 여겨지지 않는다.
또한 구멍 지름, 벽으로부터 시트의 거리, 보어(bore)로 인해 개방된 표면적 및 시트 두께의 함수로서 소정의 주파수를 필터링할 수 있는 마이크로 천공 시트와 플레이트가 알려져 있다. DE 197 54 107A는 실내용 흡음재를 설명하고 있다. 여기서 비교적 좁은 주파수 범위에 걸쳐서만 높은 흡음도가 얻어짐을 알 수 있다. 흡음 범위의 확대는 항상 흡음도의 현격한 열화로 이어지고 결국 비효과으로 된다.
두 시트를 겹쳐서 배열하는 2층 배열에서는 2 주파수대가 흡음될 수 있다. 따라서 자동차 분야에서 필요한 광범위도에 달하지 않고도 확대가 가능하다.
또한 차음성 플라스틱 시트에 천공을 하여 아래에 깔린 흡음재로부터 흡음 효과를 달성한 구조도 DE 30 18 072 A, DE 71 23 593 A등에서 그 예를 보이는 바와 같이 알려져 있다.
DE 41 19 783 A는 다른 하나의 위에 천공 플레이트를 기판 부품으로부터 그리고 서로로부터 일정 거리를 두고 얹힌 2플레이트로 된 흡음 부품을 나타낸다. 2 흡음 플레이트 사이에는 폼 플레이트가 있다. 소리나는 쪽의 천공율은 50%이고 반대쪽은 20%로 여기서 필요하다고 여겨지는 값을 훨씬 상회한다.
본 발명의 목적은 자동차 산업에 있어 관심사인 주파수대역(500~5000Hz)에 걸쳐서 흡음 효과를 가지며 설치 공간을 많이 차지하지 않는 흡음재를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 마이크로 천공 흡음재와 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭의 적층 구조로서 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭이 마이크로 천공 플레이트/시트(마이크로 천공 시트 흡음재)를 교대로 배치한 적층 구조를 제공함으로써 달성된다. 바람직하게는 흡음재는 1 또는 2 마이크로 천공 플레이트/시트가 2 또는 3부직포 및/또는 폼 흡음재 또는 1또는 2 에어 갭이 적층된 구조를 갖는다.
마이크로 천공 흡음재의 천공 설계와 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭의 두께로 인해, 2종류의 흡음재의 결합이 가능하다. 결합되는 개개의 흡음재 타입의 결합을 고려한다면, 음향의 진입 방향으로 표면에 마련된 것의 타입으로 구별해야 할 것이다.
부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭이 소리나는 쪽에 위치하면, 반대쪽의 물성치(마이크로 천공 플레이트/시트-부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭)는 소정 두께로 떨어진 부직포 및/또는 폼 흡음재만에 의해 결정된다. 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭의 종류에 따라서 이 두께는 20~ 40mm 범위 내이다.
부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭의 두께의 감소(40mm에서 ㅇ.3mm로)에 따라 마이크로 천공 흡음재는 점차로 효과를 발휘한다. 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭의 두께를 선택함으로써, 2 흡음재의 효과는 서로 매치될 수 있다. 마이크로 천공 흡음재와 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭이 다층 흡음재를 이룰 때에도 그 종된 특성 역시 이와 마찬가지이다.
마이크로 천공 시트 흡음재가 소리나는 쪽에 위치하면, 2종류의 흡음재의 결합은 주로 개방 표면적에 의해 영향받을 수 있다. 개방 표면적이 증가할수록, 흡수 특성은 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭에 의해 결정되게 된다. 약 40%의 개방 표면적의 경우, 부직포 및/또는 폼 흡음재 및/또는 에어 갭은 마이크로 천공 흡음재가 그 성능을 완전히 상실하지 않은 채로 완전 성능에 도달한다.
본 발명에 의하면, 1 이상의 마이크로 천공 시트 흡음재는 바람직하게는 약 4% 까지의 개방 표면적으로 적층된다. 소리나는 쪽의 표면에 및/또는 플레이트 사이 또는 벽과 마지막 마이크로 천공 시트 공진기 사이에는 폼 및/또는 부직 흡음재 또는 에어가 있다.
소리나는 쪽의 표면을 나타내는 흡음재의 흡음 특성이 전체 시스템의 흡음 특성을 좌우한다.
따라서 폼 및/또는 부직 흡음재가 표면에 위치한 경우에는, 물론 흡음재의 두께 또한 영향을 미친다. 자동차 분야에서 사용되는 폼 및/또는 부직 흡음재가 음향에 부딪치는 쪽으로 제1층에 위치할 때, 음원으로부터 보아서 제2층에 위치한 마이크로 천공 시트 흡음재의 효과는 약 7mm의 폼 및/또는 부직 흡음재의 두께로부터 그 효과가 더 이상 검출되지 않을 정도로까지 감소한다. 이 경우에는 폼/ 부직 흡음재의 특성이 지배한다.
반면에 마이크로 천공 시트 흡음재가 소리나는 쪽의 표면에 위치할 때에는 전체 시스템의 성향을 좌우할 것이다. 이 경우, 폼 및/또는 부직 흡음재 및/또는 에어 갭의 효과는 매우 미미하여 별로 중요하지 않다.
마이크로 천공 시트 흡음재가 음원으로부터 보아서 폼 및/또는 부직 흡음재 및/또는 에어 갭 앞에 위치할 때에는, 마이크로 천공 시트 흡음재의 개방 표면적의 부가 삽입은 마이크로 천공 시트 흡음재와 폼 및/또는 부직 흡음재 및/또는 에어 갭의 결합을 초래한다.
구멍 지름을 똑같게 유지한 채로, 구멍의 개수만을 늘리는 식으로, 즉 구멍 간격을 줄여서 개방 표면적을 늘리면, 전체 시스템의 특성은 마이크로 천공 시트 흡음재의 특성이 변화하는 정도만큼 변할 것이며, 즉 최대치를 경과한 후에 효과는 급격히 감소한다.
그러나 마이크로 천공 시트 흡음재의 개방 표면적을 6mm2에서 40,000mm2(매크로 천공)의 표면적을 갖는 구멍을 더 냄으로써 늘리게 되면, 마이크로 천공 시트 흡음재만의 주어진 구조(벽 거리, 시트 두께, 관통 구멍 거리)에는 아무런 흡음 효과가 발현되지 않으므로, 폼 및/또는 부직 흡음재에 결합이 일어날 것이다.
예상과는 달리, 두 효과가 단순하게 합쳐지지 않는 것은 1효과의 증가가 다른 효과의 감소로 이어지는 관계로 이해할 수 있다. 더군다나 최대 흡음 효과가 일어나는 주파수대가 다른 대역으로 변적이하거나 2개의 독립한 최대 흡음치가 형성되는 수도 있다.
이 접속에서는 가청의 주파수 대역이 2 흡음재의 결합에 의해 커버될 수 있느냐가 관건으로, 1마이크로 천공 시트 흡음재에 의해서나 1폼/부직 시트 흡음재만을 주어진 벽 거리(10~20mm)를 띄우는 방법으로는 달성될 수 없다.
이 접속에서는 마이크로 천공에서 구멍의 밀집도, 컴포넌트의 전체 표면에 대하여 구멍의 배열 양상은, 도3에 나타낸 바와 같이 흡음율에 영향을 미치지 않는다.
도3a~도3c에서, 컴포넌트는 동일 지름의 구멍과 동일 개방 표면적을 갖는다. 쿤트 (Kundt)의 튜브 측정법에 따라, 이들은 모두 동일 주파수에서 거의 같은 최대 흡음치를 갖는다.
한편 이 천공은 특히 눈에 띄는 영역, 예를 들어 인테리어를 고려한 설계에서 적절한 방법을 동원하여 활용할 수 있다.
반면, 마이크로 천공(매크로 천공이 아님)만으로 된 마이크로 천공 시트 흡음재의 면적을 그 표면적을 증가시켜서 매크로 천공을 하지 않은 때와 같은 효과(높은 효율)를 얻게 할 수 있다. 매크로 천공은 폼 및/또는 부직 흡음재의 효과를 발휘한다.
동일한 개방 표면적에 대하여, 마이크로 천공 시트 흡음재의 효과는 개방 면적의 설계에 의해 결정된다. 개방 영역의 증가를 마이크로 천공의 수의 증가로 달성할 수 있다면, 2흡음재 타입의 효과는 각 개방 표면적에 대해 최적이다.
그러나 이러한 마이크로 천공 시트 흡음재의 준비가 까다로와 마이크로 천공 흡음재와 부직포 및/또는 폼 흡음재의 줄무늬 구조에이르기까지 구멍을 증가시킴으로써 개방 표면적을 증가시키는 방법을 동시에 채용할 수도 있다. 개방 면적의 크기는 6~40,000mm2이내이다.
공간적으로 균일한 흡음을 달성하기 위해선, 인접 개방 표면적은 40,000mm2를 넘지 말아야 한다.
다음에서는 자동차 분야에서 자주 사용하는 구조를 들어 설명한다.
본 발명에 의한 라이닝 또는 형상 소자는 종래에 차량 분야에서 사용되던 비흡음 라이닝 또는 형상 소자를 흡음 라이닝 또는 형상 소자로 대체하기에 적절한 것이다. 또한 본 발명은 종래 기술에는 없던 신규의 부품 설계가 차량 분야에서 가능하도록 하였다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 라이닝 또는 형상 소자는, 예를 들어 휠 하우징, 후드, 후드 라이닝, 엔진 인켑슐레이션(encapsulation), 열전달 플레이트, 차량 실드(shield), 트랜스미션 터널 라이닝, 대시보드, 차량 시트, 시트백, 팔걸이, 운전대, 카펫팅, 특히 카펫, 루프(roof) 라이닝, 필라(pillar) 라이닝, 도어 라이닝, 승객실 라이닝, 화물칸, 뒷칸, 히트 실드 및/또는 트렁크 라이닝을 포함한다.
도1은 마이크로 천공 시트 흡음재의 구멍 크기가 서로 다른 트랜스미션 터널라이닝을 나타낸다. 도2는 본 발명에 의해 설계된 루프 라이닝을 나타낸다.
따라서 본 발명에 의하면, 반향벽으로부터 이격된 마이크로 천공 시트 흡음재 뿐만 아니라 수개의 마이크로 천공 시트 흡음재가 추가로 그 상면에 교대로, 각각 소정 거리를 두고 배치되는 라이닝 또는 형상 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 차량 분야에서의 라이닝 또는 형상 소자의 흡음 특성은 마이크로 천공 시트 흡음재의 수, 구멍 면적의 비율, 구멍 간격 및 구멍 지름에 의해 결정된다.
따라서 본 발명에 의해 특히 바람직한 차량 분야의 라이닝 또는 형상 소자는 상기 마이크로 천공 시트 흡음재가 마이크로 천공 시트 흡음재의 표면적에 따라서 0.2~4%, 보다 바람직하게는 0.3~2%의 마이크로 천공 구멍 면적의 비율을 갖는다. 물론 각각을 동일 또는 다른 구멍 면적 비율로 설계할 수도 있다. 구멍은 종래로부터 공지의 방법으로, 예를 들어 펀칭 또는 레이저 조사에 의해 임의 형상으로 마이크로 천공 시트 흡음재에 도입될 수 있다.
구멍 면적 비율을 너무 낮게 잡으면, 흡음 효과가 거의 없거나 충분하지 않으며, 반면에 구멍 면적 비율을 너무 높게 잡으면 흡음 효과가 도리어 감소한다.
바람직하게는, 본 발명에 의한 차량 분야예서의 라이닝 또는 형상 소자는 0.05~2mm 범위, 특히 0.01~0.8mm의 1 이상의 지름을 갖고, 1~3mm, 특히 2~20mm의 1이상의 구멍 간격을 갖는 마이크로 천공 시트 흡음재로 된다.
제2 또는 그 이하의 종된 마이크로 천공 시트 흡음재에서의 구멍 크기 또는 구멍 간격은 제1 마이크로 천공 시트 흡음재에서와 동일 스케일이지만, 그 절대 크기로 구별한다.
따라서, 예를 들어 차량의 내부의 통상 컴포넌트, 특히 오목한 공간 앞에 배열되는 것들은 모두 마이크로 천공 구성으로 설계할 수 있다. 예를 들어, 레이저 조사로 모든 공지의 재료에 비관통공을 만들어낼 수 있다.
흡음 효과를 만들기 위해서, 본 발명에 의하면 지름을 더 크게 한, 예를 들어 0.5~2mm 범위 내의 구멍을 좀 떨어진 가시 영역, 예를 들어 자동차의 루프 라이닝 또는 뒤칸 또는 비행기의 루프 라이닝 또는 손짐칸에 형성하는 것이 바람직하다. 특히 광학적으로 인식되는 가까운 영역에서는 본 발명에 따르는 0.05~0.5mm의 지름을 갖는 구멍을 형성하는 것이 바람직하다. 0.3~0.1mm 지름을 갖는 구멍은 시각적으로 표면의 구멍으로 인식할 수 없다. 따라서 예를 들어 차량 시트, 시트백, 팔걸이, 시트의 측부, 대시보드와 사이드 및 도어 라이닝 역시 본 발명에 따른 마이크로 천공 표면을 가질 수 있다.
엔진부에서는, 많은 부품이 오목한 공간 앞에 배열되고 이 오목한 공간은 둘러쌀 필요가 없다. 배기 기관 위의 히트 실드와 엔진의 다른 고열 부품은 마이크로 천공 설계를 하는 것이 좋다. 엔진 인켑슐레이션 또는 후드 라이닝 같은 엔진부의 내부 라인닝을 마이크로 천공 설계로 마무리할 수 있다. 차량이나 엔진의 표면이 본 발명에 의하여 갖추어질 때, 소리의 진원지에서 특히 양호한 흡음 효과를 달성할 수 있다.
시트 흡음재 간의 벽 거리가 흡음 능력을 크게 좌우한다는 것은 공지의 사실이다. 본 발명에 의한 바람직한 실시예에서, 마이크로 천공 시트 흡음재 간의 거리는 2 이상의 마이크로 천공 시트 흡음재가 있을 때에는 일정하다. 따라서 이들은 평행, 옵션으로 평면 평행한 층이다. 평면 평행은 차량 구조에 바람직하지 않으므로, 본 발명의 보다 바람직한 실시예에서는 마이크로 천공 시트 흡음재 간의 거리는 2이상의 마이크로 천공 시트 흡음재가 있을 때에 가변적이다. 또한 이는 예를 들어 커브진, 다른 곡률 반경을 갖는 볼록 또는 오목한 층을 서로 대향하게 한다는 의미로 이해할 수 있다.
본 발명에 의하면, 각각의 마이크로 천공 시트 흡음재 간의 거리를 댐핑재로 채울 필요가 없다. 댐핑재가 있다면, 나머지는 특히 플라스틱이나 금속으로 되거나 부직포로 된 구멍 난 폼에서 고를 수 있다. 마이크로 천공 시트 흡음재 사이를 부분적으로 또는 전체에 소망의 물질로 채워 간격을 매꿀 수 있다.
따라서 본 발명을 이용하여, 차량, 특히 자동차, 예를 들어 승용차,트럭, 버스, 모터사이클, 트랙카, 기관차 엔진, 웨건, 스트리트카와 선박, 항공기에 사용되는 라이닝 또는 형상 소자를 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 적어도 1개의 마이크로 천공 시트 흡음재와 적어도 1개의 폼 및/또는 부직 흡음재 및/또는 에어 갭을 반향벽으로부터 일정 간격 떨어지게 하여 구비한 운송 수단용 라이닝 또는 형상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    휠 하우징, 후드, 후드 라이닝, 엔진 인캡슐레이션(encapsulation), 열전달 플레이트, 차량 실드(shield), 트랜스미션 터널 라이닝, 대시보드(dash board), 차량 시트, 시트백, 팔걸이, 운전대, 카펫팅, 특히 카펫, 루프(roof) 라이닝, 필라(pillar) 라이닝, 도어 라이닝, 승객실 라이닝, 짐칸, 뒤칸, 히트 실드 및/또는 트렁크 라이닝을 구비한 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 천공 시트 흡음재는 흡음재의 표면적에 대하여 0.2~4%, 특히 0.3~2%의 구멍 면적 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 천공을 한 마이크로 천공 시트 흡음재의 구멍은 0.05~2mm, 특히 0.01~0.8mm의 1개 이상의 지름과 1~3mm의 1개 이상의 구멍 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    수개의 마이크로 천공 시트 흡음재를 포함하는, 특히 마이크로 천공 시트 흡음재마다 각각 구경이 다르고 마이크로 천공 시트 흡음재마다 구멍 간격을 가각 구멍 간격이 다르게 갖는 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  6. 제3항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서,
    상기 마이크로 천공 시트 흡음재는 흡음재의 표면적에 대하여 0.2~4%의 마이크로 천공된 구멍 면적 비율과 2~20%의 마이크로 천공된 구멍 면적 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 한항에 있어서,
    마이크로 천공된 인근 표면적이 6~40,000mm2인 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  8. 제1항 내지 제7항중 어느 한항에 있어서,
    마이크로 천공된 구멍이 흡음재의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되고, 또는 흡음재의 1개 또는 수개소에 동일 구경 및 개방 표면적으로 집중되는 것을 특징으로하는 라이닝 또는 형상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    마이크로 천공 시트 흡음재의 층 두께는 0.2~5mm, 특히 0.2~2mm인 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 천공 시트 흡음재의 재질은 플라스틱, 가죽, 코르크, 우드, 러버, 직물, 글라스 및/또는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소자는 다중 적층되고, 층들은 동일 재질로 되거나 개개의 층이 다른 재질로 된 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    마이크로 천공 시트 흡음재 간의 거리는 적어도 3 개 마이크로 천공 시트 흡음재가 있을 경우에 일정한 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    마이크로 천공 시트 흡음재 간의 거리는 적어도 3개 마이크로 천공 시트 흡음재가 있을 경우에 다른 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    재료의 두께, 구멍 간격 및 구경은 소자에 걸쳐서 가변적인 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
  15. 제1항 내지 제14항중 어느 한항에 있어서,
    상기 운송 수단은 자동차, 특히 승용차,트럭, 버스, 모터사이클, 트랙카, 특히 기관차 엔진, 웨건, 스트리트카와 선박, 항공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이닝 또는 형상 소자.
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