KR20110010756U - 출입구에 팽창동공을 구비한 방음터널 - Google Patents

Abstract

본 고안은 환경분야의 소음제어 기술에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 도로교통소음을 차단하기 위한 방음터널에 관한 것이다.
본 고안은 상기와 같은 기술적 과제를 해결한 방음터널로서, 방음터널의 출입구에 팽창동공을 구비하여 소음의 음파가 팽창과 수축을 하면서 저감되도록 하였다. 팽창비가 크지 않은 단순한 팽창동공의 경우 충분한 정도로 소음의 저감이 일어나지 않으므로, 작은 팽창비에도 소음이 크게 저감되도록 팽창동공이 두 부분으로 나누어진 분리형 팽창동공을 형성하였다.
본 고안인 방음터널은 출입구에 구비된 분리형 팽창동공에서 음파의 팽창과 수축으로 소음이 크게 저감되어 출구로 유출된다. 따라서 방음터널의 출입구 부근 지역의 소음공해가 현저히 줄어든다.

Description

출입구에 팽창동공을 구비한 방음터널{Sound Tunnel Having Expansion Cavity at Enterance or Exit}

본 고안은 환경분야의 소음제어 기술에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 도로교통소음을 차단하기 위한 방음터널에 관한 것이다.

도로교통소음이 주변으로 전파되는 것을 차단하기 위하여 방음벽이 가장 보편적으로 설치되고 있는데, 방음벽의 소음저감효과는 기본적으로 방음벽의 높이에 의하여 결정된다. 따라서 일정 이상의 소음저감효과를 달성하기 위해서는 방음벽을 높게 설치하여야 한다. 특히 도로와 인접한 지역에 고층아파트가 있을 경우, 방음벽으로 가려지지 않는 고층 세대의 경우 방음효과가 전혀 없으므로 고층 세대까지 소음저감효과를 보기 위해서는 방음벽을 아주 높게 설치하여야 한다.

그러나 방음벽을 높게 설치하면 바람이 불 경우 큰 풍하중을 받아 방음벽이 전복되어 인명피해를 유발하거나 도로를 덮쳐 교통을 방해할 염려가 있다. 따라서 방음벽은 일정 이상으로 높게 설치할 수 없고, 따라서 소음저감효과도 제한적이다. 또한 높은 방음벽은 거대한 장벽을 형성하여 시계와 일조를 차단하고, 경관을 나쁘게 하는 문제점도 있다. 따라서 통상적으로 방음벽으로 달성할 수 있는 최대 소음저감효과를 20dB로 보고 있다.

상기와 같이 도로교통소음에 대한 대책으로서의 방음벽은 많은 문제점이 있는바, 최근에는 그 대안으로 도 1에 도시한 바와 같은 방음터널이 많이 시공되고 있다.

방음터널은 자동차가 주행하는 도로의 측면과 상부 전부를 일정이상의 차음성능을 가진 방음판으로 밀폐하여 터널 형상으로 설치된다. 이러한 방음터널의 소음저감효과는 바로 방음판의 차음성능이 되고, 방음판의 차음성능은 적당한 두께의 재료를 선택하여 아주 높게 할 수 있다. 특히 방음터널은 도로소음이 주변으로 전파되는 것을 완전히 차단하기 때문에 주변에 고층아파트가 있더라도 모든 세대에서 소음저감효과를 볼 수 있다. 또한 방음터널은 자동차의 주행에 방해가 되지 않을 만큼의 높이로 설치되므로, 주변의 건물들에 일조와 시계 그리고 경관을 해치는 정도가 작다.

상기와 같이 방음터널은 방음벽에 비하여 도로교통소음에 대한 소음저감효과는 좋으나, 방음벽에 비하여 설치비용이 많이 소요되고, 채광이 나쁘고, 터널 내부에 먼지와 매연이 많은 점 등의 문제가 있다. 최근에는 방음터널에 사용하는 방음판을 투명한 재료로 제작하여 채광과 시계를 좋게 한 방음터널이 시공되고 있다.

방음터널의 음향적인 측면에서의 문제점으로는 자동차가 주행할 때 발생한 소음이 외부로 확산되지 못하고 터널 내부에서 다중반사를 일으켜 터널 내부의 소음레벨이 증가한다는 점이다. 특히 채광 등의 목적으로 투명방음판을 사용한 방음터널의 경우, 방음판에 입사된 소음이 흡수되어 소실되지 않고 대부분 반사되는 것을 반복하여(이러한 현상을 "음의 다중반사"라고 한다.) 터널 내부에 반사음으로 계속 잔존하게 되고, 이 반사음은 새로 발생하는 소음과 합쳐져서 터널 내부의 소음레벨을 높인다. 실제로 도로소음을 측정해 보면 방음터널의 출입구는 방음터널이 없는 구간에 비하여 소음이 3 내지 5dB 높게 측정되고 있다.

상기와 같이 음의 다중반사에 의하여 소음레벨이 높아지는 것을 방지하기 위하여 방음터널의 내부에 흡음재를 설치하여 음의 반사를 억제하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 흡음재라고 하더라도 음을 100% 흡수할 수 있는 것은 아니며, 흡음재를 설치하는 비용 또한 적지 않고, 기본적으로 다공질 재료인 흡음재를 벽 또는 천장에 설치할 경우 청소 등의 유지관리가 어려운 문제점이 있다.

상기와 같이 방음터널 내부에서 다중반사에 의하여 소음레벨이 높아지면, 터널 내를 주행하는 자동차에 탑승한 사람에게도 좋지 않은 영향을 미치지만, 그보다는 터널의 출입구로 높은 레벨의 소음이 유출되어 방음터널의 출입구 부근에 거주하는 사람에게 방음터널이 없는 경우보다 더 큰 소음공해를 유발하게 된다.

방음터널은 주로 사람이 밀집하여 생활하는 도심지의 교통량이 많은 도로에 설치되는 것으로서 방음터널을 무한정 길게 할 수는 없고, 따라서 방음터널의 출입구는 인구가 밀집한 곳에 위치할 수밖에 없다. 따라서 상기와 같이 방음터널의 출입구를 통하여 유출되는 소음공해는 새로운 민원의 원인이 되고 있는 실정이다.

지금까지 상기와 같이 방음터널의 출입구로 유출되는 소음을 저감시킬 수 있는 기술이 공개된 바가 없다.

상기와 같이 종래의 방음터널은 터널 내부에서 음의 다중반사에 의하여 증가된 소음이 방음터널의 출입구를 통하여 외부로 유출되는 문제점이 있는바, 이에 대한 대책이 필요하다.

방음터널의 출입구를 통하여 유출되는 소음을 저감시키기 위한 수단은 소음을 일정 수준으로 저감시킬 수 있어야 하고, 자동차의 주행에 나쁜 영향을 주지 않아야 한다.

본 고안은 상기와 같은 기술적 과제를 해결한 방음터널로서, 방음터널의 출입구에 팽창동공을 구비하여 소음의 음파가 팽창과 수축을 하면서 저감되도록 하였다.

그러나 팽창비가 크지 않은 단순한 팽창동공의 경우 충분한 정도로 소음의 저감이 일어나지 않으므로, 작은 팽창비에도 소음이 크게 저감되도록 팽창동공이 두 부분으로 나누어진 분리형 팽창동공을 형성하였다.

본 고안인 방음터널은 출입구에 구비된 분리형 팽창동공에서 음파의 팽창과 수축으로 소음이 크게 저감되어 출구로 유출된다. 따라서 방음터널의 출입구 부근 지역의 소음공해가 현저히 줄어든다.

도 1은 통상의 방음터널 외형도이다.
도 2는 본 고안 방음터널의 외형도이다.
도 3은 본 고안 방음터널의 단면도이다.
도 4는 다른 실시예의 방음터널의 단면도이다.
도 5는 팽창동공에서의 소음 저감량 그래프이다.

본 고안인 방음터널은 도 2에 도시한 바와 같이, 평탄부(10)의 끝단인 출입구에 팽창동공(20)을 구비한 방음터널이다. 팽창동공(20)은 평탄부(10)에 비하여 그 단면적이 넓다.

팽창동공(20)은 도 3에 도시한 바와 같이, 평탄부(10)를 양 측방과 상방으로 균일하게 확장시켜 형성하고, 내부에는 1개 이상의 분리판(30)을 구비하여, 팽창동공(20)이 내부에서 2개 이상의 팽창공간으로 나누어진다. 분리판(30)은 팽창동공(20)의 벽과 천장에 고정되어 부착된다. 분리판(30)은 서로 간격을 다르게 하여, 각 팽창공간의 길이(L1, L2, L3)를 서로 다르게 하는 것이 모든 주파수의 음을 저감시킬 수 있어 좋다.

분리판(30)은 팽창 동공의 벽과 천장의 면과 수직인 수직판(31)만으로 구성할 수도 있고, 도 4에 도시한 바와 같이, 수직판(31)의 끝에 터널의 길이방향으로 부착되는 수평판(32)을 추가로 구비하여 단면이 T-자 형상이 되도록 할 수도 있다.

팽창동공(20)은 평탄부(10)를 양 측방과 상방으로 균일하게 확장시키는 것이 보통이겠으나, 공간이 여의치 않을 경우(예 : 측방으로는 확장할 수 없는 경우 등)에는 확장할 수 있는 공간이 확보되는 쪽(예 : 상방)으로만 확장하여도 무방하다.

소음의 원인이 되는 음파는 일정한 단면적의 통로를 따라 전파되다가 갑자기 통로의 단면적이 확대되거나 축소되면, 음파가 급하게 수축 및 팽창을 하는 과정에서 음파의 에너지가 감소된다. 음파의 에너지의 감소 정도는 단면적이 변하는 비율인 팽창비(m = 큰단면적/작은단면적)에 크게 의존하는데, 일반적으로 팽창비가 클수록 음파의 에너지는 크게 감소된다.

소음을 크게 저감시키기 위해서는 팽창동공(20)의 단면적을 평탄부(10)의 단면적에 비하여 크게 하여 팽창비(m)를 증대시키면 되지만, 이 경우 방음터널의 설치비가 증가하므로, 팽창비를 작게 하면서도 소음이 크게 저감되는 팽창부의 구조가 요구된다.

음파가 진행하는 통로에 단순한 하나의 팽창동공이 있을 경우, 이론적인 음파의 음압레벨의 감소량인 투과손실(TL, Transmission Loss)은 다음과 식과 같다.

여기서, k = 2πf/c (f : 음의 주파수, c : 음속),

m : 팽창비, L : 팽창동공의 길이

상기 식의 주파수(f)에 대한 투과손실(TL)의 그래프는 도 5의 (a)와 같은데, 감음이 크게 일어나는 주파수와 감음이 전혀 일어나지 않는 주파수가 반복적으로 나타난다.

만약 길이가 서로 다른 두 팽창동공이 연속해 있을 경우, 투과손실(TL)의 그래프는 도 5의 (b)와 같이, 동공 1과 동공 2에서 일어나는 투과 손실을 합한 것이 전체 투과손실이 된다. 즉 이 경우 하나의 팽창공간에서 감음되지 못한 주파수의 음은 다음 팽창공간에서 감음되어 전체적으로 모든 주파수의 음에 대하여 감음이 일어난다.

만약 본 고안에서와 같이 단면이 T-자인 팽창동공(20)의 형태가 복잡한 형상을 하게 되면, 음파의 주파수별 투과손실 양상도 복잡하게 변하고, 투과손실이 훨씬 커지게 되어 소음 저감량이 커진다.

10 : 평탄부, 20 : 팽창동공, 30 : 수직판.
31 :수직판, 32 : 수평판,

Claims (3)

1. 도로의 측면과 상부를 방음판으로 밀폐하여 설치하는 도로소음 방지용 방음터널에 있어서, 평탄부(10)의 끝단인 출입구에, 상기 평탄부(10)에 비하여 단면적이 확대되는 팽창동공(20)을 구비한 방음터널에 있어서,
   상기 팽창동공(20)은 벽과 천장에 고정되어 부착되는 1개 이상의 분리판(30)을 구비하여, 팽창동공(20)이 내부에서 2개 이상의 팽창공간으로 나누어지도록 한 것을 특징으로 하는, 팽창동공을 구비한 방음터널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 분리판(30)은, 벽과 천장의 면과 수직인 수직판(31), 그리고 상기 수직판(31)의 끝에 터널의 길이방향으로 부착되는 수평판(32)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 팽창동공을 구비한 방음터널.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 분리판(30)으로 구분되는 팽창동공(20)의 각 팽창공간이 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는, 팽창동공을 구비한 방음터널.

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