KR20110064233A - 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽에 관한 것으로서, 특히 헬름홀츠 공명을 이용하여 특정 주파수 대의 소음을 감소시키도록 구성된 방음벽에 관한 것이다.
본 발명은 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽에 있어서, 일측 입구가 개방되어 내부가 밀폐된 헬름홀츠 공명을 일으키는 용기와, 흡음재를 포함하는 유닛이 블럭단위로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 스트레스를 유발하는 특정 주파수(고주파, 저주파)의 소리를 감소시켜 소음으로 인한 스트레스를 덜어주는 효과가 있다.
헬름홀츠, 공명, 방음벽

Description

헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽{Noise barrier using helmholtz resonance}
본 발명은 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주위의 소음, 특히 헬름홀츠 공명을 이용하여 특정 주파수 대의 소음을 감소시키도록 구성된 방음벽에 관한 것이다.
일반적으로 헬름홀츠 공명기는 조그만 구멍이나 주둥이를 가진 밀폐된 공간 모양으로 구성된 장치로서, 조정실에서 많이 이용되는데, 이 원리는 조정실에서 발생되는 정상파가 가느다란 주둥이를 통해서 그 공명기 안으로 들어오면 그 정상파의 파형에 대한 새로운 역상형태의 진동으로 변하여 공명기 밖으로 산출되어 나오는 것이다. 따라서 특정한 주파수에 대한 위상변이가 발생하여 조정실 안에서의 그러한 특정 정상파가 소멸하게 되는 원리이다.
방음벽은 높이가 증가하면 할수록 그 차음효과가 증대한다. 그러나 주변 경관을 방해하는 조망권 침해, 일조량에 대한 불리함, 방음벽 기초 공사에 대한 설계 하중의 증가와 면적 증가에 의한 풍하중의 증가 등 다양한 문제가 발생한다.
방음벽의 높이를 억제하면서 차음성능을 높일 수 있는 기술로 방음벽 상단의 소음저감 장치를 꼽을 수 있다. 현재 연구와 개발이 활발하게 진행 중인 방음벽 상 단 소음저감 장치는 실용화된지 벌써 20여년의 세월이 지났고 개발이 활발해짐에 따라 최근에는 복잡한 구조의 저감장치까지 등장하고 있다.
현재, 노래방 방음벽으로 사용되는 흡음재로는 텍텀보드를 사용하는데, 그 비용이 저렴하나 화재 발생 시 유독가스 배출로 인해 질식사 위험이 크므로 안전성의 위험이 있다. 또한 도로용 방음벽의 재질은 알루미늄, 목재, 콘크리트 등을 사용하는데 알루미늄의 경우 산화부식의 문제점이 있다. 그리고 흡음재는 합성수지재와 무기재, 금속재, 유리섬유가 사용되는데 유리섬유는 환경적인 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 헬름홀츠 공명을 이용하여 특정 주파수 대의 소음을 감소시키도록 구성된 방음벽을 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 사람들에게 스트레스를 주는 원인 중 하나인 저주파와 고주파를 줄여 사람들에게 심리적 안정감을 느끼게 하는 방음벽을 제공함에 있다.
본 발명은 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽에 있어서, 일측 입구가 개방되어 내부가 밀폐된 헬름홀츠 공명을 일으키는 용기; 및 상기 용기를 포함하는 흡음재;를 포함하는 유닛이 블럭단위로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 스트레스를 유발하는 특정 주파수(고주파, 저주파)의 소리를 감소시켜 소음으로 인한 스트레스를 덜어주는 효과가 있다.
그리고 장소에 따라 맞춤형 방음벽이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
본 발명은 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽에 있어서, 일측 입구가 개방되어 내부가 밀폐된 헬름홀츠 공명을 일으키는 용기; 및 상기 용기를 포함하는 흡음재;를 포함하는 유닛이 블럭단위로 연결된 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 용기는, 내부 지름이 16mm, 부피가 67mL이고, 상기 개방된 입구에 연결되는 관의 지름은 5mm 내지 20mm이며, 상기 관의 길이는 5mm 내지 30mm인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 흡음재는, 상기 용기를 포함하고, 상기 용기의 개방된 입구로부터 관 형태의 구멍이 형성되어, 상기 형성된 구멍의 지름이 5mm 내지 20mm이며, 길이는 5mm 내지 30mm인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 유닛은, 정육각형의 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 흡음재의 재질은, 아이소핑크인 것을 특징으로 한다.
그리고 바람직하게 상기 흡음재는, 상기 용기를 포함하고, 상기 용기의 개방된 입구로부터 관 형태의 구멍이 형성되며, 소음의 주파수가 550Hz인 경우, 상기 형성된 구멍의 지름이 9mm 내지 11mm이며, 길이는 4mm 내지 6mm인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽의 유닛을 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽의 블럭을 나타낸 예시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽은, 도 1에 도시된 바와 같이, 정육각형의 구조의 유닛으로 설정한다. 공명기의 기본 모양으로 쌓아올려 실생활에 이용한다고 할때, 사각형 구조의 경우, 휘어짐과 비틀림의 경우를 배제할 수 없으므로, 정육각형의 구조로 설정하면 견고하게 이용할 수 있는 효과가 있고, 이를 '유닛'으로 설정하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 유닛을 여러개를 모아 블럭 단위로 방음벽을 제작하는데, 이러한 블럭은 5개의 유닛과 반개짜리 유닛이 2개로 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따른 헬름홀츠 공명기는, 우선 헬름홀츠 공명을 일으키는 용기(1)의 규격이 내부 지름이 16mm, 부피가 67mL로 설정하고, 용기의 입구에 연결되는 관(2)의 지름(5mm 내지 20mm (5mm단위)) 및 길이(5mm 내지 30mm (5mm단위))를 조작변인으로 설정하며, 통제변인을 주파수 발생 크기와 측정장소로 설정한다.
이러한 본 실시예에 따른 헬름홀츠 공명기의 대조군의 경우 관의 길이는 비교군과 같도록 하였으나 관이 막혀 있는 것으로 설정한다. 이때, 관 바로 앞에 소음측정기를 대고 소음을 측정한다. 주파수 발생은 250Hz에서 4000Hz까지이며, 관이 있는 비교군과 관이 없는 대조군끼리의 소음의 방음정도를 비교한 결과는 다음의 표 1과 같이 나타난다. 이때, 음차는 각 진동수에서 대조군과의 소음크기가 가장 많이 차이나는 공명기의 차이정도이다.
진동수(Hz) 관의 지름(비교군)(mm) 관의 길이(비교군)(mm) 비교군 측정값(dB) 대조군 측정값(dB) 음차(dB)
250 5 20 77.4 77.9 2.1
350 10 25 75 83.4 8.4
450 15 30 68 79.8 11.8
550 10 5 61.1 82.8 21.7
650 20 20 68 77.6 9.6
750 20 5 66.7 83.4 16.7
850 20 5 75.1 86.4 11.3
950 20 5 79 89.1 10.1
1000 15 5 80.5 88.3 7.8
2000 15 10 85 88.9 3.9
3000 20 5 74.7 80.7 6
4000 20 30 71.2 80.9 9.7
표 1에 나타난 바와 같이, 주파수250Hz, 지름 5mm, 길이 20mm의 공명기에서 2.1dB의 차음효과가 있었고, 주파수350Hz, 지름 10mm, 길이 25mm의 공명기에서 8.4dB의 차음효과가 있었으며, 주파수450Hz, 지름 15mm, 길이 30mm의 공명기에서 11.8dB의 차음효과가 있었고, 주파수550Hz, 지름 10mm, 길이 5mm의 공명기에서 21.7dB의 차음효과가 있었으며, 주파수650Hz, 지름 20mm, 길이 20mm의 공명기에서 9.6dB의 차음효과가 있었고, 주파수750Hz, 지름 20mm, 길이 5mm의 공명기에서 16.7dB의 차음효과가 있었으며, 주파수850Hz, 지름 20mm, 길이 5mm의 공명기에서 11.3dB의 차음효과가 있었고, 주파수950Hz, 지름 20mm, 길이 5mm의 공명기에서 10.1dB의 차음효과가 있었으며, 주파수1000Hz, 지름 15mm, 길이 5mm의 공명기에서 7.8dB의 차음효과가 있었고, 주파수2000Hz, 지름 15mm, 길이 10mm의 공명기에서 3.9dB의 차음효과가 있었으며, 주파수3000Hz, 지름 20mm, 길이 5mm의 공명기에서 6dB의 차음효과가 있었고, 주파수4000Hz, 지름 20mm, 길이 30mm의 공명기에서 9.7dB의 차음효과가 있었다.
도 3은 본 실시예에 따른 550Hz의 비교군과 대조군에 따른 소음측정기(FFT)로 측정한 결과 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따른 블럭의 측단면도이다.
본 실시예에 따른 유닛에는 7개의 헬름홀츠 공명을 일으키는 용기가 들어간다. 이러한 용기는 앞서 기재된 바와 같이, 내부 지름이 16mm, 부피가 67mL이고, 용기의 입구에 연결되는 관의 지름과 길이는 해당 소음의 주파수에 따라 설정하도록 한다.
여기서, 관을 둘러싸는 흡음재(3)의 경우 견고성과 흡음의 기능을 둘 다 할 수 있는 재질로 아이소핑크로 설정하였다. 이때, 유닛상태에서는 관을 일일이 붙이는 것이 오히려 미관상 좋지 않고, 견고성이 떨어지기 때문에 아이소핑크로 관 역할을 대신하였다.
이러한 유닛을 소음발생기로부터 80cm 떨어진 거리에 두고, 소음측정기로 측정하여, 대조군 유닛의 소음값을 측정하고 비교군 유닛들의 측정값들 중에서 대조군 유닛과 측정값이 가장 많이 차이나는 유닛들은 주파수별로 재정리하면 다음과 같다.
진동수(Hz) 관의 지름(비교군)(mm) 관의 길이(비교군)(mm) 비교군 측정값(dB) 대조군 측정값(dB) 음차(dB)
250 5 20 80.4 82.5 2.1
350 10 25 82.2 89.4 7.2
450 15 30 75 85.8 10.8
550 10 5 67.1 88.8 21.7
650 20 20 71.3 83.6 12.3
750 20 5 73.8 89.4 15.6
850 20 5 82.2 92.4 10.2
950 20 5 86.1 95.1 9
1000 15 5 87.5 94.3 6.8
2000 15 10 93.2 94.9 1.7
3000 20 5 81.8 86.7 4.9
4000 20 30 78.4 86.9 8.5
소음측정기의 분석결과를 살펴보면, 다음의 표 3에 나타난 바와 같다.
250Hz 저주파(100Hz이하)의 주파수가 사라짐
350Hz 350Hz가 5dB정도 줄어들고, 2000Hz이상의 주파수가 사라짐
450Hz 2000Hz이상의 주파수가 사라짐
550Hz 550Hz가 5dB정도 줄어들고, 1500Hz가 15dB정도 줄어들고, 2000Hz이상의 주파수가 사라짐
650Hz 650Hz가 5dB정도 줄어들고, 150Hz~350Hz 사이의 주파수가 사라짐
750Hz 750Hz가 10dB정도 줄어들고, 2000Hz가 20dB정도 줄어들고, 2000Hz이상의 주파수가 사라짐
850Hz 2000Hz이상의 주파수가 줄어들거나 사라짐
950Hz 950Hz가 5dB정도 줄어들음
1000Hz 2000Hz이상의 주파수가 줄어들거나 사라짐
2000Hz 100Hz~1000Hz사이의 주파수가 줄어들음
3000Hz 3000Hz가 5dB정도 줄어들음
4000Hz 3000Hz가 12~15dB정도 줄어들음
다음으로 본 실시예에 따른 다수의 유닛을 모아 블럭형태의 방음벽을 소음발생기로부터 80cm 떨어진 거리에 두고, 소음측정기로 측정하기 위해 각 주파수에서의 기준을 다음의 표 4와 같이 설정하였다.
주파수(Hz) 기준(관의 지름/길이)(mm/mm) 주파수(Hz) 기준(관의 지름/길이)(mm/mm)
250 5/20 850 20/5
350 10/25 950 20/5
450 10/15 1000 15/5
550 10/5 2000 15/5
650 20/15 3000 20/5
750 20/5 4000 20/30
대조군 블럭형태의 방음벽의 소음값을 측정하고 비교군 블럭형태의 방음벽의 측정값들 중에서 대조군과 측정값이 가장 많이 차이나는 블럭형태의 방음벽을 주파수별로 재정리하면 다음의 표 5와 같다.
주파수(Hz) 대조군(dB) 비교군(dB) 차음(dB) 주파수(H
z)		 대조군(d
B)		 비교군(d
B)		 차음(dB)
250 85.5 82.5 3 850 107 94 12.6
350 97 90 7 950 103.2 94.3 8.9
450 98.1 87.6 10.5 1000 104.1 95.1 9
550 104 82 22 2000 94.7 92.4 2.3
650 102.4 89.4 13 3000 91.2 86.7 5
750 106 92 14 4000 95.9 87 8.9
본 발명의 일실시예에 따른 각종 소음의 대표진동수를 구하여 그 진동수에 대한 헬름홀츠 공명기를 방음벽으로 사용한다면 소음감소효과를 얻을 수 있어 이러한 소음을 이루는 주파수와 소리의 세기를 분석한 결과, 다음의 표 6과 같다.
소음의 종류 FFT분석결과(Hz) 소리의 세기 대표주파수(Hz)



경적소리
550,650,950,1050,1100,2000
>10dB

1120

1050,1100,2200
>15dB

1080,1116,1120
>20dB



쇠가는 소리
650,1500,1900,2300,2900
>7dB

2800

650,1900,2300,2900
>10dB

2800
>15dB

피아노
1430
>10dB
1430

꽹가리
406,1099,1510
>15dB
750

750,1026,2117
>20dB
위의 실험결과를 바탕으로 본 실시예에 따른 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽의 용도를 보면, 350Hz에는 피아노 교습소, 국악 연습장, 450Hz에는 국악 연습장, 550Hz에는 공사장, 750Hz에는 국악연습장, 950Hz에는 도로, 1150Hz에는 피아노 교습소와 도로, 2000Hz에는 강당, 공사장, 국악 연습장, 2500Hz에는 강당, 공사장으로 선정될 수 있다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽은, 소음을 이루는 주파수에 해당하는 헬름홀츠 공명기를 이용하여 각 소음에 대한 소음 감소효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한 사람에게 스트레스를 주는 고주파 또는 저주파를 소거하여 소음으로 인한 스트레스를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽의 유닛을 나타낸 예시도.
도 2는 본 실시예에 따른 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽의 블럭을 나타낸 예시도.
도 3은 본 실시예에 따른 550Hz의 비교군과 대조군에 따른 소음측정기(FFT)로 측정한 결과 그래프.
도 4는 본 실시예에 따른 블럭의 측단면도.
*도면 부호에 대한 설명*
1 : 용기
2 : 관
3 : 흡음재

Claims (6)

  1. 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽에 있어서,
    일측 입구가 개방되어 내부가 밀폐된 헬름홀츠 공명을 일으키는 용기; 및
    상기 용기를 포함하는 흡음재;를 포함하는 유닛이 블럭단위로 연결된 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는,
    내부 지름이 15 내지 17mm, 부피가 66mL 내지 68mL이고, 상기 개방된 입구에 연결되는 관의 지름은 5mm 내지 20mm이며, 상기 관의 길이는 5mm 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡음재는,
    상기 용기를 포함하고, 상기 용기의 개방된 입구로부터 관 형태의 구멍이 형성되어, 상기 형성된 구멍의 지름이 5mm 내지 20mm이며, 길이는 5mm 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유닛은,
    정육각형의 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡음재의 재질은,
    아이소핑크인 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡음재는,
    상기 용기를 포함하고, 상기 용기의 개방된 입구로부터 관 형태의 구멍이 형성되며, 소음의 주파수가 550Hz인 경우, 상기 형성된 구멍의 지름이 9mm 내지 11mm이며, 길이는 4mm 내지 6mm인 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽.
KR1020090120734A 2009-12-07 2009-12-07 헬름홀츠 공명을 이용한 방음벽 KR20110064233A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112435647A (zh) * 2020-04-30 2021-03-02 南京光声超构材料研究院有限公司 吸声单元及吸声装置

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