KR20050013736A - 흡음재의 흡음률 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 흡음재의 흡음률 측정장치에 관한 것으로서, 주임피던스관과; 주임피던스관의 일단부에 마련되어, 주임피던스관에 음향을 제공하는 스피커와; 주임피던스관의 타단부에 결합되며, 측정하고자 하는 흡음재 시편이 마련되는 시편임피던스관과; 시편임피던스관에 마련되는 흡음재 시편의 위치를 조절하는 위치조절부와; 스피커에서 발생되는 음향을 측정하는 복수의 마이크로폰과; 마이크로폰 사이의 전달함수를 측정한 후 연산을 통해 흡음재 시편의 흡음률을 산출하는 중앙처리장치를 포함하며, 주임피던스관은, 벽면에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 스피커에서 발생되는 저주파 음향을 측정하기 위해 마이크로폰이 설치되는 다수의 저주파 측정부와, 벽면에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 스피커에서 발생되는 고주파 음향을 측정하기 위해 마이크로폰이 설치되는 다수의 고주파 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 단일의 장치에서 저주파 및 고주파 음향을 용이하게 측정할 수 있으며, 주파수 분해능과 범위가 개선되어 신뢰성이 향상된 측정결과를 얻을 수 있다.

Description

흡음재의 흡음률 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING ACOUSTIC ABSORPTION COEFFICIENT OF SOUND-ABSORBING MATERIAL}

본 발명은, 흡음재의 흡음률 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 각종 흡음재료의 수직입사 흡음률을 측정하는 흡음재의 흡음률 측정장치에 관한 것이다.

흡음재의 흡음률을 측정하는 방법은 한국산업규격 KS F 2814-1996(관내법에 의한 건축재료의 수직입사 흡음률 측정방법)과 ISO 10534-1과 ASTM C384-90a 의 정재파 방법, ASTM E1050-90 의 두 개의 마이크로폰법에 규정되어 있다.

이러한 방법은 모두 공통적으로 임피던스관을 이용하여 일측에 흡음재의 시편을 설치하고 타측에 음향을 발생시켜서 측정하게 된다.

그러나, 상기 기본적 방법에 의한 흡음률의 측정시, 흡음재의 효과적인 설치와 배후조건의 미세한 변화에 따른 오차의 발생, 배후조건의 부정확한 정의, 측정 주파수 대역에 따른 임피던스관의 교체, 흡음재의 정확한 위치조절을 위한 적절한 장비가 제시되지 않는 등의 문제점으로 인해 정확하고 신뢰성 있는 흡음재의 흡음률 측정이 이루어지지 않고 있다.

즉, 기존의 측정방법들은 서로 다른 2가지 배후조건을 만들기 위해 시편의 뒤에 강체에 가까운 높은 임피던스의 끝단과 무반사 종단에 가까운 낮은 임피던스의 끝단을 번갈아 생성함으로써, 각각의 경우에 대한 재료의 표면 임피던스를 측정하여 전파 상수와 특성 임피던스를 결정하는 방법을 이용하고 있으나, 이는 생성된 시편 배후 끝단에 매우 민감하여 이에 따른 오차를 포함하게 된다.

이를 개선하여 제시된 방법으로서 극단적인 임피던스 차이를 갖는 두 개의 시편 배후를 사용하는 방법 (two-termination method)이 널리 사용되고 있으나, 이 방법은 사용되는 배후의 특성을 미리 알아야 하고, 시편의 장착 시에 이들 배후의 특성이 변하게 되어 오차가 발생하는 실험상의 문제점을 지닌다.

따라서, 기존의 흡음재의 흡음률 측정장치에 있어서는, 저주파 및 고주파 음향을 측정하기 위해서, 저주파 음향 및 고주파 음향 측정에 대응하여 직경이 상이한 각 임피던스관에 흡음재 시편을 별도로 마련하여 측정하므로 측정이 불편할 뿐만 아니라 별도의 시편의 절단 및 장착시 오차가 발생할 수 있고, 직경이 상이한 임피던스관을 사용함에 따라 발생하는 유효 주파수 및 측정의 오차가 발생할 염려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 단일의 장치에서 저주파 및 고주파 음향을 용이하게 측정할 수 있으며, 주파수 분해능과 범위가 개선되어 신뢰성이 향상된 측정결과를 얻을 수 있는 흡음재의 흡음률 측정장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 흡음률 측정장치의 개략적인 종단면도,

도 2는 본 발명에 따른 흡음률 측정장치를 이용하여 흡음률 측정시 흡음재 시편의 배후조건을 일반적인 측정조건으로 설정한 상태를 도시한 시편임피던스관의 요부 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 흡음률 측정장치를 이용하여 흡음률 측정시 흡음재 시편의 배후조건을 캐비티조건으로 설정한 상태를 도시한 시편임피던스관의 요부 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 흡음률 측정장치를 이용하여 측정한 10mm두께의 흡음재의 수직입사 흡음률 데이터를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 흡음률 측정장치를 이용하여 단단한 플라스틱판의 수직입사 흡음률 데이터를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

7 : 흡음률 측정장치 9 : 흡음재 시편

10 : 주임피던스관 17 : 저주파 측정부

19 : 고주파 측정부 21 : 보정용 홀

30 : 스피커 40 : 시편임피던스관

50 : 위치조절부 51 : 피스톤

55 : 피스톤로드 61 : 로드지지판

70 : 마이크로폰 80 : 중앙처리장치

85 : 밀종홀더

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 주임피던스관과; 상기 주임피던스관의 일단부에 마련되어, 상기 주임피던스관에 음향을 제공하는 스피커와; 상기 주임피던스관의 타단부에 결합되며, 측정하고자 하는 흡음재 시편이 마련되는 시편임피던스관과; 상기 시편임피던스관에 마련되는 흡음재 시편의 위치를 조절하는 위치조절부와; 상기 스피커에서 발생되는 음향을 측정하는 복수의 마이크로폰과; 상기 마이크로폰 사이의 전달함수를 측정한 후 연산을 통해 흡음재 시편의 흡음률을 산출하는 중앙처리장치를 포함하며, 상기 주임피던스관은, 벽면에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 상기 스피커에서 발생되는 저주파 음향을 측정하기 위해 상기 마이크로폰이 설치되는 다수의 저주파 측정부와, 벽면에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 상기 스피커에서 발생되는 고주파 음향을 측정하기 위해 상기 마이크로폰이 설치되는 다수의 고주파 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재의 흡음률 측정장치를 제공한다.

여기서, 상기 저주파 측정부 및 상기 고주파 측정부는 각각 3개가 마련되어 있는 것이 바람직하며, 상기 저주파 측정부는 대략 150mm ∼ 200mm의 간격으로 배치되며, 상기 고주파 측정부는 대략 25mm ∼ 45mm의 간격으로 배치되는 것이 보다 효과적이다.

또한, 상기 저주파 측정부 및 상기 고주파 측정부 중 마이크로폰이 설치되지 않는 어느 하나를 밀봉하는 다수의 밀봉홀더를 더 포함할 수도 있다.

그리고, 상기 주임피던스관 및 상기 시편임피던스관은 투명재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 상기 시편임피던스관의 외주면에는 흡음재 시편의 이동방향을 따라 다수의 눈금을 형성함으로써 흡음재 시편의 이동거리를 용이하게 측정할 수 있게 된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 흡음률 측정장치의 개략적인 종단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 흡음률 측정장치(7)는, 주임피던스관(10)과, 주임피던스관(10)에 음향을 제공하는 스피커(30)와, 주임피던스관(10)의 타단부에 결합되며 측정하고자 하는 흡음재 시편(9)이 마련되는 시편임피던스관(40)과, 시편임피던스관(40)에 마련되는 흡음재 시편(9)의 위치를 조절하는 위치조절부와, 스피커(30)에서 발생되는 음향을 측정하는 복수의 마이크로폰(70)과, 마이크로폰(70) 사이의 전달함수를 측정한 후 연산을 통해 흡음재 시편(9)의 흡음률을 산출하는 중앙처리장치(80)를 가진다.

주임피던스관(10)은 중공의 원형단면의 파이프형상을 가지며, 지지대(11)에 의해 베이스(13)에 지지된다. 지지대(11)와 주임피던스관(10)이 접촉되는 부위에는 진동의 전달을 차단할 수 있도록 고무 재질의 절연재(15)가 마련되어 있다.

주임피던스관(10)에는 스피커(30)에서 발생되는 저주파 음향을 측정하기 위해 마이크로폰(70)이 설치되는 3개의 저주파 측정부(17)가 마련되어 있다. 저주파 측정부(17)는 주임피던스관(10)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 벽면에 관통 형성되어 있다.

또한, 주임피던스관(10)에는 스피커(30)에서 발생되는 고주파 음향을 측정하기 위해 마이크로폰(70)이 설치되는 3개의 고주파 측정부(19)가 마련되어 있다. 고주파 측정부(19)는 주임피던스관(10)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 벽면에 관통 형성되어 있다.

본 실시예에서 다수의 저주파 측정부(17)와 자수의 고주파 측정부(19) 중 각 하나는 공통의 측정부(17,19)를 형성하며, 이 공통의 측정부(17,19)는 시편임피던스관(40)과 인접한 위치에 마련되어 있다.

여기서, 저주파 측정부(17)는 대략 150mm ∼ 200mm의 간격으로 배치되며, 고주파 측정부(19)는 대략 25mm ∼ 45mm의 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 주임피던스관(10)은 내부를 들여다 볼 수 있도록 투명의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 각 측정부들(17,19) 중 하나의 측정부가 위치하는, 본 실시예에서는 하나의 저주파 측정부(17)가 위치하는 주임피던스관(10)의 원주에는 원주 종단방향을 따라 120도 등간격을 유지하며 주임피던스관(10)의 벽면에 관통 형성된 한 쌍의 보정용 홀(21)이 마련되어 있다. 보정용 홀(21)은 각 마이크로폰(70) 사이의 위상과 크기를 보정하기 위한 것으로서, 본 실시예에서 사용되는 3개의 마이크로폰(70)을 측정에 앞서 동시에 교정할 수 있게 된다. 여기서, 한 쌍의 보정용 홀(21)은 흡음재 시편(9)의 흡음률 측정시 후술할 밀봉홀더(85)에 의해 밀봉된다.

스피커(30)는 스피커 고정부(31)에 수용되어 있으며, 스피커 고정부(31)는 주임피던스관(10)의 일단부에 결합된다. 스피커 고정부(31)는 지지대(11)에 의해 베이스(13)에 지지된다. 지지대(11)와 스피커 고정부(31)가 접촉되는 부위에는 진동의 전달을 차단할 수 있도록 고무 재질의 절연재(15)가 마련되어 있다.

주임피던스관(10)의 타단부에는 측정하고자 하는 흡음재 시편(9)을 수용하는 시편임피던스관(40)이 결합된다. 시편임피던스관(40)은 시편임피던스관(40)과 동일 내경의 크기를 갖는 중공의 파이프형상을 가지며, 지지대(11)에 의해 베이스(13)에 지지된다. 지지대(11)와 시편임피던스관(40)이 접촉되는 부위에는 진동의 전달을 차단할 수 있도록 고무 재질의 절연재(15)가 마련되어 있다. 시편임피던스관(40)은 내부를 들여다 볼 수 있도록 투명의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 시편임피던스관(40)의 외주면에는 흡음재 시편(9)의 이동거리를 용이하게 측정할 수 있도록 흡음재 시편(9)의 이동방향을 따라 다수의 눈금(미도시)을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 주임피던스관(10) 및 시편임피던스관(40)의 결합영역에는 각각 내경측 및 외경측에 나사가 형성되어 있다. 주임피던스관(10)과 시편임피던스관(40)은 스피커(30)에서 발생되는 음향이 외부로 새나가지 않도록 기밀을 유지함과 동시에, 동심을 이루며 나사결합된다. 주임피던스관(10)을 향하는 시편임피던스관(40)의 일단부에는 측정하고자 하는 흡음재 시편(9)의 표면이 주임피던스관(10)의 단부와 일치되도록 흡음재 시편(9)이 수용되며, 시편임피던스관(40)의 타단부에는 후술할 위치조절부(50)의 로드지지판(61)이 결합된다.

시편임피던스관(40)에 마련되어 흡음재 시편(9)의 위치를 조절하는 위치조절부(50)는, 흡음재 시편(9)에 접근 및 이격하며 시편임피던스관(40)의 내주를 따라 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤(51)과, 피스톤(51)에 연결되어 왕복운동하는피스톤로드(55)와, 시편임피던스관(40)의 타단부의 개구를 폐쇄하며 피스톤로드(55)가 관통 결합되는 로드지지판(61)을 가진다.

피스톤(51)의 외경은 시편임피던스관(40)의 내경과 동일한 크기를 가지며, 시편임피던스관(40)의 내주를 따라 왕복운동한다.

피스톤로드(55)는 원형단면의 봉형상을 가지며, 외주면에는 수나사가 형성되어 있다. 피스톤로드(55)는 일단부가 피스톤(51)에 연결되고, 타단부가 시편임피던스관(40)으로부터 돌출되도록 시편임피던스관(40)의 축선을 따라 설치된다. 피스톤로드(55)의 타단부에는 피스톤로드(55)를 작동하기 위한, 즉 피스톤로드(55)를 회전시키기 위한 손잡이부(57)가 마련되어 있다.

로드지지판(61)에는 피스톤로드(55)가 관통하는 관통부(63)가 마련되어 있으며, 관통부(63)의 내주에는 피스톤로드(55)의 수나사와 나사결합되는 암나사가 형성되어 있으며, 이에 피스톤로드(55)는 로드지지판(61)에 대해 나사운동하게 된다.

이로써, 손잡이부(57)를 잡고 피스톤로드(55)를 정역 회전시키면, 피스톤로드(55)는 로드지지판(61)에 의해 나사운동하여 피스톤로드(55)는 전진 및 후진하게 되어, 피스톤(51)은 흡음재 시편(9)에 접근 및 이격하며 시편임피던스관(40) 내에 마련된 흡음재 시편(9)의 위치를 조절한다. 이에, 육안으로 흡음재 시편(9)과 피스톤(51)의 위치를 확인하면서, 시편임피던스관(40)에 형성된 다수의 눈금에 맞추어 흡음재 시편(9) 및 피스톤(51)의 위치를 정확하게 제어할 수 있게 된다.

마이크로폰(70)은 주임피던스관(10)의 저주파 측정부(17) 및 고주파 측정부(19) 중 어느 하나에 설치되어, 스피커(30)에서 발생되는 저주파 음향 및 고주파 음향을 각각 측정한다.

중앙처리장치(80)는 마이크로폰(70) 사이의 전달함수를 측정한 후 연산을 통해 흡음재 시편(9)의 흡음률을 산출한다.

한편, 본 발명에 따른 흡음재의 흡음률 측정장치(7)는 저주파 측정부(17) 및 고주파 측정부(19) 중 마이크로폰(70)이 설치되지 않는 어느 하나에 설치되어, 스피커(30)에서 발생되는 음향이 외부로 새나가지 않도록 기밀을 유지하는 다수의 밀봉홀더(85)를 더 가진다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 흡음재의 흡음률 측정장치(7)를 이용하여 흡음률 측정시, 배후조건을 일반적인 측정조건으로 설정한 상태에서 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마이크로폰(70) 사이의 위상보정값 측정을 위해 스피커(30)로부터 동일한 거리에 있는 보정용 홀(21)에 3개의 마이크로폰(70)을 나란히 위치시켜 측정을 수행한 후, 이 측정된 보정값을 본 측정시 구해진 마이크로폰(70) 사이의 전달함수에 반영하도록 하여 마이크로폰(70) 사이의 측정 데이터의 위상을 일치하도록 해준다.

보정값 측정이 완료되면, 마이크로폰(70)을 주임피던스관(10)의 저주파 측정부(17) 및 고주파 측정부(19) 중 어느 하나에 설치하고, 측정하고자 하는 흡음재 시편(9)을 시편임피던스관(40)에 설치한다.

흡음재 시편(9)이 시편임피던스관(40)에 설치되면, 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤로드(55)를 전진 이동시켜 피스톤(51)을 흡음재 시편(9)과 밀착시킴과 동시에, 시편(9)의 전면이 시편임피던스관(40)의 끝단과 일치하도록 한 후, 시편임피던스관(40)을 주임피던스관(10)에 결합하고 스피커(30)를 작동시킨다.

스피커(30)를 작동시킨 후, 시편(9)에서 제일 가까운 마이크로폰(70)에 대한 다른 2개의 마이크로폰(70)의 전달함수를 측정하고, 상기 전달함수로부터 중앙처리장치(80)의 연산에 의해 흡음재의 흡음률을 산출하게 된다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 흡음률 측정장치(7)는 흡음재 시편(9)의 배후 조건을 캐비티 조건으로 설정한 상태에서 흡음재 시편(9)의 흡음률을 측정할 수 있다.

이 때, 피스톤(51)이 흡음재 시편(9)의 측면과 밀착하도록 피스톤로드(55)를 전진 이동시켜 시편(9)의 전면이 시편임피던스관(40)의 끝단과 일치하도록 한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 흡음재 시편(9)과 피스톤(51) 사이에 소정의 캐비티(90)를 형성하도록 피스톤로드(55)를 후진 이동시켜 흡음재 시편(9)으로부터 피스톤(51)을 이격시킨다.

그리고, 시편임피던스관(40)을 주임피던스관(10)에 결합하고 스피커(30)를 작동시킨 후, 시편(9)에서 제일 가까운 마이크로폰(70)에 대한 다른 2개의 마이크로폰(70)의 전달함수를 측정하고, 상기 전달함수로부터 중앙처리장치(80)의 연산에 의해 흡음재의 흡음률을 산출함으로써, 흡음재 시편(9)의 배후조건을 캐비티 조건으로 설정한 상태에서 흡음재의 흡음률을 측정할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 흡음률 측정장치(7)는 흡음재 시편(9)의 배후 조건을 다양한 조건으로 변경하면서, 흡음재의 흡음률을 측정할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 흡음률 측정장치(7)의 성능을 확인하기 위하여 흡음률이 높은 폴리우레탄 흡음재 10mm시편과 흡음률이 낮은 단단한 플라스틱판에 대해 흡음률 시험을 수행하였다.

도 4는 본 발명에 따른 흡음률 측정장치(7)를 이용하여 측정한 10mm두께의 흡음재의 수직입사 흡음률 데이터를 도시한 그래프로서, 저주파 측정부(17)를 이용하여 80 ∼ 800Hz까지 측정하고, 고주파 측정부(19)를 이용하여 800 ∼ 4000Hz까지 측정한 결과가 800Hz에서 근접한 결과를 보여주었다

또한, 도 5는 본 발명에 따른 흡음률 측정장치(7)를 이용하여 단단한 플라스틱판의 수직입사 흡음률 데이터를 도시한 그래프로서, 역시 800Hz의 중첩되는 부분의 데이터가 근접한 결과를 보여주어, 종래의 직경이 다른 2개의 관을 사용하여 측정한 흡음률 데이터가 경계주파수대에서 잘 일치하지 않던 문제점이 개선되었다.

이상과 같은 시험결과에 의하면, 본 발명에 따른 흡음률 측정장치(7)를 이용하여 흡음률을 측정시, 종래의 흡음률 측정장치에 비해 정확도가 개선되어 신뢰성이 향상된 측정결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 주임피던스관에 스피커에서 발생되는 저주파 음향을 측정하기 위한 다수의 저주파 측정부와 스피커에서 발생되는 고주파 음향을 측정하기 위한 다수의 고주파 측정부를 마련함으로써, 단일의 장치에서 저주파 및 고주파 음향을 용이하게 측정할 수 있으며, 주파수 분해능과 범위가 개선되어 신뢰성이 향상된 측정결과를 얻을 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 단일의 장치에서 저주파 및 고주파 음향을 용이하게 측정할 수 있으며, 주파수 분해능과 범위가 개선되어 신뢰성이 향상된 측정결과를 얻을 수 있는 흡음재의 흡음률 측정장치가 제공된다.

Claims (6)

1. 주임피던스관과;

   상기 주임피던스관의 일단부에 마련되어, 상기 주임피던스관에 음향을 제공하는 스피커와;

   상기 주임피던스관의 타단부에 결합되며, 측정하고자 하는 흡음재 시편이 마련되는 시편임피던스관과;

   상기 시편임피던스관에 마련되는 흡음재 시편의 위치를 조절하는 위치조절부와;

   상기 스피커에서 발생되는 음향을 측정하는 복수의 마이크로폰과;

   상기 마이크로폰 사이의 전달함수를 측정한 후 연산을 통해 흡음재 시편의 흡음률을 산출하는 중앙처리장치를 포함하며,

   상기 주임피던스관은, 벽면에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 상기 스피커에서 발생되는 저주파 음향을 측정하기 위해 상기 마이크로폰이 설치되는 다수의 저주파 측정부와, 벽면에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 상기 스피커에서 발생되는 고주파 음향을 측정하기 위해 상기 마이크로폰이 설치되는 다수의 고주파 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재의 흡음률 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 저주파 측정부 및 상기 고주파 측정부는 각각 3개가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 흡음재의 흡음률 측정장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 저주파 측정부는 대략 150mm ∼ 200mm의 간격으로 배치되며, 상기 고주파 측정부는 대략 25mm ∼ 45mm의 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 흡음재의 흡음률 측정장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저주파 측정부 및 상기 고주파 측정부 중 마이크로폰이 설치되지 않는 어느 하나를 밀봉하는 다수의 밀봉홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재의 흡음률 측정장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 주임피던스관 및 상기 시편임피던스관은 투명재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡음재의 흡음률 측정장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 시편임피던스관의 외주면에는 흡음재 시편의 이동방향을 따라 다수의 눈금이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡음재의 흡음률 측정장치.