KR200380489Y1 - 압전감쇠를 이용한 도로용 소음감쇠기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 압전감쇠를 이용하여 진동에너지를 감쇠시키도록 하는 방음시설에 관한 것으로, 차량통행이 빈번한 도로변에 설치되어 소음을 차단하는 방음벽에 있어서, 방음벽의 상단에 추가로 장착하되 소음원이 있는 쪽에는 이중으로 흡음재를 볼록한 형태로 형성하고, 하단일측에는 소음원을 내부로 통과시키는 입사공을 형성하며, 뒤쪽에는 통상의 흡음재로 이루어진 후판을 일체로 장착하고, 내부에는 수직방향으로 스마트 판을 세워 형성하며, 스마트 판의 중앙에는 압전감쇠를 위한 션트회로를 구비하여 구성한 것인바, 입사공을 통하여 들어오는 소음원을 들어오도록 하고, 압전감쇠에서 전기적 임피던스 값을 측정한 후 션트회로에서 적절한 튜닝(tuning) 작업을 전기적 공진이 되도록 함으로서 최대의 방음 효과를 얻을 수 있도록 하는 압전감쇠를 이용한 도로용 소음감쇠기를 제공하려는 것이다.

Description

압전감쇠를 이용한 도로용 소음감쇠기 {sound proofing for road use piezoelectric}

본 고안은 압전감쇠를 이용하여 진동에너지를 감쇠시키도록 하는 방음시설에 관한 것이다.

보다 상세하게는 차량통행이 빈번한 도로변에 설치되어 소음을 차단하는 방음벽에 있어서, 방음벽의 상단에 추가로 장착하되 소음원이 있는 쪽에는 이중으로 흡음재를 볼록한 형태로 형성하고, 하단일측에는 소음원을 내부로 통과시키는 입사공을 형성하며, 뒤쪽에는 통상의 흡음재로 이루어진 후판을 일체로 장착하고, 내부에는 수직방향으로 스마트 판을 세워 형성하며, 스마트 판의 중앙에는 압전감쇠를 구비하여 구성한 것인바, 입사공을 통하여 들어오는 소음원을 들어오도록 하고, 압전감쇠에서 전기적 임피던스 값을 측정한 후 션트회로에서 적절한 튜닝(tuning) 작업을 통해 전기적 공진이 되도록 함으로서 최대의 방음 효과를 얻을 수 있도록 하는 압전감쇠를 이용한 도로용 소음감쇠기를 제공하려는 것이다.

최근 들어 차량의 증가로 인하여 도로의 주변에서는 차량소음으로 인한 소음공해로 인하여 생활에 많은 불편을 겪고 있다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 다양한 형태의 방음벽이 이용되어왔다.

종래의 방음벽을 구성하는 각각의 패널들은 H빔과 같은 구조재로써 지주를 설치한 다음 지주와 지주의 사이의 홈으로 끼워 넣어 적재된 상태로써 방음벽을 구성하고 있다.

일반적으로 사용되는 방음벽의 패널은 판재(혹은 판 구조물), 판재와 흡음재 또는 두 판재와 흡음재의 조합으로 이루어져 있다.

이러한 패널은 판재의 공진주파수에서 삽입손실이 저하되며 흡음재를 부착할수록 중주파수 및 고주파수 대역에서 삽입손실이 증대된다.

단일 판재의 패널보다는 이중 판재를 사용한 패널의 삽입손실이 높지만 판재 및 두 판재가 이루는 공간의 공진주파수에서는 역시 삽입손실 저하가 발생한다.

즉, 흡음재를 판재와 결합하여 사용하면 중/고주파수 대역에서 패널의 삽입손실을 높일 수 있으나 패널의 공진주파수에서는 삽입손실의 저하를 막을 수 없다.

공진 주파수에서의 삽입손실 저하를 줄이기 위한 방법으로 점탄성 재료를 판재에 부착하는 방법이 있다. 그러나 점탄성 재료는 넓은 주파수 영역에서 점탄성 감쇠의 성질을 보이므로 특정 주파수에 특성을 맞추기 어려운 단점이 있으며, 또한 감쇠효과를 증대시키기 위하여 부착되는 점탄성 재료에 의해 판재가 무거워지는 단점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제를 해소할 수 있도록 더욱 개선된 압전감쇠를 이용한 도로용 소음감쇠기를 제공하려는 것이다.

본 고안은 H빔을 지주형태로 세워 설치하고, H빔의 홈에 방음패널을 순차적으로 삽입시켜 방음벽을 형성하는 것에 있어서, 상기 방음벽의 최상단에 추가로 장착하되, 소음원이 발생하는 쪽에는 이중으로 흡음재를 볼록한 형태로 형성하고, 소음원이 발생하는 쪽의 하단일측에 입사공을 형성하여 소음원이 내부로 진입하도록 하며, 배면일측에는 흡음재를 내장하는 후판을 일체로 장착하고, 내부에는 전후면에 공간부를 형성하도록 스마트 판을 세워 장착하며, 스마트 판의 후면에는 압전감쇠를 구비하여, 이중의 흡음재에 의해 소음을 1차 감쇠시키도록 하고, 내부에 장착한 스마트판과 션트회로를 이용한 압전감쇠에서는 입사공을 통해 들어오는 소음원의 전기적 임피던스 값에 따라 션트회로에서 적절한 튜닝(tuning) 작업을 통해 전기적 공진이 되도록 하여 최대의 방음효과를 얻을 수 있도록 하는 압전감쇠를 이용한 도로용 소음감쇠기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 상기 목적과 특징은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명에 의하여 더욱 명확하게 이해 할 수 있을 것이다.

첨부도면 도 1은 본 고안에 따른 소음감쇠기를 보인 예시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 본 고안에 따른 소음감쇠기의 내부 구성을 보인 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 본 고안에 따른 소음감쇠기는 H빔(5)을 소정의 간격으로 세워 설치하고, 그 H빔(5)사이에 방음패널(6)을 적층시켜 방음벽을 형성하되, 방음벽의 최상측에 설치되는 것이다.

본 고안에 따른 상기 소음감쇠기는 저면일측에 상기 방음패널(6)의 상측에 장착할 수 있도록 하는 연결판(4)과, 소음원이 발생하는 쪽에 형성하되 이중으로 볼록하게 형성한 흡음재(7)와, 상기 흡음재(7)를 보호하도록 하고, 하단일측에 소음원을 통과시키는 입사공을 형성하는 외피(1), 상기 외피의 뒤쪽에 일체로 장착하는 후판(2), 후판(2)의 안쪽에 내장한 흡음재(12), 상기 외피(1)와 후판(2)사이 공간에 수직방향으로 장착한 스마트 판(10), 및 상기 스마트 판(10)에 일체로 장착한 압전감쇠(11)로 구성된다.

상기 내장된 외피(1)와 후판(2)의 측면에는 측면판(3)으로 막은 것이다.

상기 흡음재(7)는 발포 알루미늄으로 형성한 것이나 재질에 한정하는 것은 아니며 폴리에스테르(polyester)등으로 제작이 가능함은 물론이다.

상기 흡음재(7)는 이중으로 형성한 것으로 사이에 공간부(8)를 형성하여 방음효과를 향상시키도록 한 것이다.

상기 입사공(9)은 외피(1)를 절개하여 절곡시킨 형태로서 가늘고 긴 형상을 여러 개로 연속 형성한 것이다.

특히 상기 입사공(9)은 감쇠기 아랫부분에서 유동하는 상승음의 유입을 증가시켜 소음저감효과를 높이도록 하는 것이다.

상기 압전감쇠(11)는 공지의 기술을 이용한 것으로 간략하게 설명하면 다음과 같다.

상기 압전감쇠(11)는 션트회로와 연결되는 압전재를 판 구조물에 부착하고, 상기 션트회로의 튜닝을 통해 압전재에서 발생하는 전기적 에너지를 열에너지로 소산시키는 압전감쇠(piezoelectric damping)를 만들어 주어, 판 구조물 공진 주파수에서의 삽입손실을 극대화하도록 한 것이다.

상기 압전감쇠(11)는 가청 주파수 대역의 소음을 저감시키기 위한 판 구조물과, 상기 판 구조물의 일측면에 부착되어 가청 주파수 대역의 소음을 저감시키는 흡음재와, 상기 판 구조물에 부착되어 상기 판 구조물의 공진주파수와 동일한 가청 주파수가 전파될 때의 소음을 저감시키는 압전부들로 구성되는 것이다.

이하 작동상태를 설명한다.

상기 흡음재(7)(12)와 공간부(8)는 가청 주파수 대역의 소음을 저감시킨다.

압전감쇠(11)는 압전재에 전기적으로 접속되는 션트회로로 구성되어 상기 판 구조물의 공진주파수에서의 삽입손실(즉, 방음효과)을 높여 준다.

상기 압전재와 션트회로를 연결시키는 이유는 판 구조물에 부착된 압전재의 전기적 임피던스 값을 측정한후 션트회로에서 적절한 튜닝(tuning) 작업을 통하여 전기적 공진이 되도록 함으로써 최대의 방음 효과를 얻도록 하기 위함이다.

이하 압전감쇠(11)에서의 작용상태를 상세하게 설명한다.

공진주파수 성분을 가진 소음이 상기 압전재에 압력을 전달할 때 진동에너지 및 소리 에너지는 상기 압전재에 의해 전기적 에너지로 변환된다.

한편 압전재 자체에 공진이 일어나지 않으면 상기 언급한 진동 및 소음에너지를 압전재가 받아들일 수 있는 최대 에너지량으로 흡수함이 불가능하고, 이를 해결하기 위해 션트회로를 압전재에 연결하였으며, 상기 압전재의 전기적 성분과 함께 전기적 공진이 일어나도록 상기 션트회로를 튜닝함으로서, 압전재가 최대 에너지량을 흡수하도록 한 것이다.

이러한 션트회로의 특징은 서로 다른 공진주파수를 가지는 판 구조물들에서 소음저감효과를 최대로 얻을 수 있다는 점이다.

좀더 상세히 설명하면, 우선 판 구조물에 압전재를 부착한 후 압전재에서 전기적 임피던스를 측정하고, 측정된 임피던스를 가지고 상기 판 구조막이 전기적 공진이 되도록 션트회로를 구성하는 저항(R), 인덕터(L) 소자의 크기를 조절한다. 다수의 압전재를 에너지가 전달되는 상기 판 구조막의 최대 변위점에 부착하고, 임피던스 측정기를 사용하여 전기적 임피던스를 측정한다. 측정된 압전재의 전기적 임피던스를 상기 압전재의 등가회로모델인 반다이크(Van Dyke) 모델로 구성하되 판 구조물에 부착한 각 압전재의 전기적 임피던스에 따라 구성한다. 반다이크 모델의 각 계수는 전용 프로그램을 사용하여 구할 수 있다. 상기 션트회로는 저항(R), 인덕터(L)가 직렬 또는 병렬로 연결된 회로로서, 이러한 션트회로를 판 구조물의 각 공진 모드를 나타내는 반다이크 모델과 연결시킨다. 그리고 상기 션트회로의 저항(R), 인덕터(L)의 값을 전기적 에너지 값이 최대가 되도록 최적설계 한다.

즉 전기적 공진이 되도록 설계하는 것이고, 이러한 튜닝과정을 판 구조물의 각 공진모드에 대하여 실시함으로서 다중모드에 대한 전기적 공진을 구현할 수 있게 되는 것이다.

본 고안은 기재된 구체적인 예에 대하여만 상세히 설명되었지만 본 고안의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.

본 고안에 따른 소음감쇠기는 소음원을 흡음재에 의해 1차적으로 감쇠시키고, 소음원의 전기적인 공진주파수를 압전감쇠에 의해 분석하여 압전감쇠에서 전기적 공진이 이루어지도록 하여 2차적으로 최대의 방음효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 소음감쇠기를 보인 예시도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 본 고안에 따른 소음감쇠기의 내부 구성을 보인 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 외피 2: 후판

3: 측면판 4: 연결판

5: H빔 6: 방음패널

7: 흡음재 8: 공간부

9: 입사공 10: 스마트 판

11: 압전감쇠 12: 흡음재

Claims (1)

1. 흡음재를 내장시켜 소음원을 감쇠 및 차단시키도록 하는 방음시설에 있어서,

   소음원이 발생하는 쪽에 장착하되 하단일측에 소음원을 통과시키는 입사공을 형성하고 일측에 압전재료를 부착하여 압전감쇠를 하는 외피(1)와,

   상기 외피(1)의 안쪽에 구성하되 이중으로 볼록하게 형성하여 중간에 공간부(8)를 형성한 흡음재(7)와,

   상기 외피(1)의 배면에 일체로 장착하되 안쪽에 흡음재(12)를 내장한 후판(2)과,

   상기 외피(1)와 후판(2)사이에 고정되어 전면과 배면에 공기층을 형성하도록 하는 스마트 판(10)과,

   상기 스마트 판(10)의 일측에 장착되어 입사공(9)을 통해 유입된 소음원을 분석하여 전기적 임피던스 값을 측정한 후 그 측정된 임피던스 값을 션트회로에 제공하여 전기적 공진을 발생시켜 열에너지로 소음을 감쇠시키는 압전감쇠(11), 및

   상기 외피(1)와 후판(2)의 하단에 고정되어 통상의 방음벽 상측에 고정시키도록 하는 연결판(4)으로 구성하는 것을 특징으로 하는 압전감쇠를 이용한 도로용 소음감쇠기.