KR20110071418A - 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 소음원의 통과 시 소음이 방음벽의 상단에 입사하여 회절하는 음을 저감하는 능동형 음장제어 방음장치와 소음을 저감시키는 수동형 공명 소음감소기에 관한 것이다.
개시된 상기 방음장치는, 중고주파 영역의 소음을 저감시키는 공명형 소음 감소기와 저주파 영역의 소음을 저감시키는 능동형 음장제어부, 방음벽, 흡음재 및 태양열 집전판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 능동형 음장제어부를 방음벽과 이격하여 설치해야 하는 시공상의 문제점이나 유지보수상의 문제점을 해결하는 효과를 제공하고, 파장이 긴 주파수 대역의 소음을 저감시키기 위해 규모가 커지는 수동형 소음 감소기를 최소화하는 효과를 제공하며, 능동형 음장 제어 장치와 공명형 소음감소기를 조합하여 사용함으로써 광대역 효과의 소음 저감 효과를 제공하고, 능동 음장 제어 기술의 사용시 주파수 대역별 능동 음장 제어 장치의 스위칭 제어를 통해 전력 소비 감소의 효과를 제공한다.
또한 본 발명의 적응형 음장제어 방음방법은, 이동 소음원의 통과 시 저주파수 대역을 검출하고 능동형 음장제어부의 on/off 스위칭을 컨트롤하는 주파수 대역 검출 과정과, 주파수 대역을 검출하고 능동형 음장제어부를 동작시켜 회절하는 음압을 최소화 하기 위한 제2음원의 진폭과 위상을 결정하고 제2음원을 출력하는 제2음원 출력 과정과, 상기 제2음원 출력 후 이동소음원의 저주파수 대역의 미검출 시 제2음원의 출력을 종료하는 제2음원 출력 종료 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
능동형, 음장제어, 공명형, 방음, 흡음, active, noise, 소음

Description

적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술{ACTIVE SOUND FIELD CONTROL DEVICE AND A SOLAR HEAT COLLECTOR USING SOUNDPROOF}
본 발명은 이동 소음원이 접근하고 통과 시에 방음벽의 상단에 입사하여 회절하는 음을 저감시키는 능동형 음장제어 방음장치와 소음을 저감시키는 수동형 공명 소음감소기에 관한 것이다.
일반적으로 이동 소음원의 통과 시 소음을 차단하기 위해 방음벽이나 소음 감소기를 활용한 장치들이 많이 사용이 된다.
기존 공진성 소음 감소기는 저감하고자 하는 소음의 주파수 대역에 대한 공진 주파수를 설정하고 설정된 공진 주파수를 맞출 수 있도록 내부의 공간규모나 전체적인 크기 및 형상을 설계하는 기술이고, 기존 흡음성 방음벽 소음 감소기는 흡음재의 두께와 흡음재에 따라서 저감하고자 하는 소음의 주파수 대역에 따라 설계하는 기술이다. 또한, 기존 능동형 소음 감소기는 회절하는 음을 저감하기 위해서 회절하는 음압을 측정하여 회절하는 음을 상쇄시키기 위하여 제2음원을 출력하는 기술이다.
상술한 세 기술은 모두 설계한 주파수 범위 내에서의 소음을 저감시키는 협대역의 특징을 가지고 있다. 상술한 바와 같이 소음의 주파수 대역이 설계된 협대역 내의 일정 주파수 밴드를 벗어난 경우, 상술한 세 기술에서는 방음벽 효과가 오히려 저하되는 수음위치가 존재한다. 특히 파장이 긴 주파수 영역의 소음을 저감하려면 그 파장의 길이에 상응하게 공진성 소음 감소기 또는 방음벽의 크기가 증가되어야 하므로 더 적은 비용으로 방음의 효과를 높이고자 하는 상단 소음 감소기의 의미를 상실하는 것이나 마찬가지이다.
일반적으로 기존의 상단장치 기술은 도로소음이나 철도의 차륜/레일 접촉에서 기인하는 전동소음 등 지면과 가까운 높이에서 방음벽 상단을 향해 입사하는 소음원만 고려하여 수치해석이 이루어지고, 시뮬레이션을 수행하여 설계된 경우가 대부분이다. 그러나 철도의 경우 주요 소음원은 하부 전동소음뿐만 아니라 기관차나 동력부, 집전계나 차체 상부 등과 같이 높이별로 존재한다.
이러한 소음 감소를 위한 종래기술의 예로는 이동 소음원의 통과 시 회절하는 음을 측정하고 회절하는 음압을 저감시키기 위해 제2음원을 출력하는 대한민국 등록특허 10-0521823호의 "액티브 음 머플러 및 액티브 음 머플링 방법"(종래기술1)을 들 수 있다.
도1과 도2는 상기 종래기술1에 따른 소음원 제거 및 음장을 제어하는 액티브 음 머플러에 관한 것이다.
도1과 도2에 도시한 바와 같이, 상기 종래기술의 액티브 음 머플러(10)는 음원을 측정 하는 제어 마이크로폰(11)과 추가 음원을 제어하는 제어 회로(12) 및 추가 음원인 제어 확성기(13)를 포함하여 구성된다.
상기 제어 마이크로폰(11)은 회절 음의 음압 또는 음향 강도를 검출하기 위해 후술되는 소정의 위치에서 방음벽(S) 위쪽에 배치된다.
상기 제어 회로(12)는 상기 제어 마이크로폰(11)의 출력에 기초하여 상기 제어 마이크로폰(11)에 의해 검출된 신호를 최소화시키기 위해 상기 제어 확성기(13)로부터 회절 음의 위상에 반대되는 위상을 갖는 음을 발생시킨다.
상기 제어 확성기(13)는 방음벽(S)에서 음이 머플링될 쪽의 측면에 설치된다. 상기 제어 확성기(13)의 구동 동작은 상기 제어 회로(12)에 의해 제어된다. 상기 제어 확성기(13)는 선택적으로 방음벽의 상부면에 설치될 수도 있다.
상술한 종래기술은 마이크나 스피커를 방음벽(S) 주변에 설치해야 하므로 기존 방음장치와 방음벽(S)이 설치되어 있는 곳에서는 시공상의 문제나 유지보수상의 문제가 있다.
또한 상술한 종래기술은 방음벽 상단의 음압을 능동 음장 제어 기술로 제어, 최소화하는 기술은 추가적인 전원 공급이 요구되고, 스피커의 개수나 센서의 개수에 따라 요구되는 양이 비례하여 증가하는 다른 문제점이 있다.
또한 상술한 종래기술은 이동 소음원의 통과 시 하부의 소음원만 고려되어 상부에서 입사하는 소음원에 대한 저감 효과가 높지 않다는 또 다른 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로폰이나 스피커를 방음벽과 이격시켜 설치해야 하는 시공상의 문제점이나 유지보수상의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파장이 긴 주파수 대역의 소음을 최소화하기 위해 수동형 소음 감소기의 크기가 커지는 다른 문제점을 해결하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 능동형 음장 제어 장치나 공명형 소음감소기를 개별로 사용함으로써 협대역 내에서만 소음을 저감시킬 수 있는 문제점을 해결하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이동 소음원의 통과 시 하부의 소음원만 고려되어 상부에서 입사하는 소음원에 대한 저감 효과가 높지 않다는 문제점을 해결하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 능동형 음장 제어 장치의 사용시 상시 동작하여 전력 소비가 큰 또 다른 문제점을 해결하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술은, 공명형 소음 감소기와 모니터링부, 능 동형 음장제어부, 방음벽, 흡음재 및 태양열 집전판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공명형 소음 감소기는 이동 소음원의 통과 시 소음원의 중고주파 영역의 소음을 저감시키기 위하여 상기 공명형 소음 감소기의 표면은 천공형태를 포함하고, 상기 공명형 소음 감소기의 내부는 다수개로 분리된 내부 공간을 포함하고 있으며, 상기 공명형 소음 감소기에 의해 흡수되지 못하고 회절하는 음의 발생 시 전달되는 에너지를 저감하기 위해 원형 기둥 형상에 가까운 외형을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공명형 소음 감소기는 이동 소음원의 통과 시 소음의 저감이 필요한 곳에 지면에서 수십미터까지 상기 측정부를 설치하여 소음을 측정하는 현지 측정이나 가상의 모의 공간이나 프로그램을 통해 이동 소음원과 측정부를 설정하여 시뮬레이션을 통해 소음을 분석하고 소음을 저감시킬 수 있도록 상기 공명형 소음 감소기의 크기와 내부의 공간 및 외형틀 물성을 선택적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 모니터링부는 상기 방음벽의 시작 부분에 설치되어, 이동 소음원의 접근을 측정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 능동형 음장제어부는 회절하는 음압을 저감시킬 수 있도록 측정부와 처리부, 제어부, 출력부 및 스위칭부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 능동형 음장제어부는 회절하는 음압을 감지하고 감지한 신호를 처리부로 송신하는 측정부와, 상기 측정부에서 수신한 신호를 분석하여 상기 능동형 음장 제어부의 on/off 스위칭 제어 신호를 상기 스위칭부로 송신하고 회절하는 음원을 최소화 시킬 수 있도록 제2음원의 진폭과 위상을 판단하고 제2음원 제어 신호를 상기 제어부로 송신하는 처리부와, 상기 처리부로부터 수신한 신호를 토대로 제2음원의 진폭과 위상을 제어하고 상기 출력부로 제2음원 출력 신호를 송신하는 제어부 및 상기 제어부로부터 제2음원 출력 신호를 수신하고 제2음원을 출력하는 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적응형 음장제어 방음방법은, 이동 소음원의 접근 시 소음을 저감하고자 하는 주파수 대역과 진폭을 검출하거나 또는 이동 소음원의 접근 시 일정시간 이상 동안 소음의 주파수 대역 및 진폭이 검출되는 경우 상기 능동형 음장제어부의 on/off 스위칭을 컨트롤하는 주파수 대역 검출 과정과, 주파수 대역을 검출하고 능동형 음장제어부를 on 시킨 후 회절하는 음압을 최소화 하기 위하여 제2음원의 진폭과 위상을 제어하고 제2음원을 출력하는 제2음원 출력 과정과, 상기 제2음원 출력 후 주파수 대역의 미검출 시 제2음원의 출력을 종료하는 제2음원 출력 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로폰이나 스피커를 방음벽과 이격하여 설치해야 하는 시공상의 문제점이나 유지보수상의 문제점을 해결하는 효과를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파장이 긴 주파수 대역의 소음을 최소화하기 위해 규모가 커지는 수동형 소음 감소기를 최소화하는 효과를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 능동형 음장 제어 장치와 공명형 소음감소기를 조합하여 사용함으로써 광대역 범위의 소음 저감 효과를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이동 소음원의 통과 시 하부의 소음원뿐만 아니라 상부에서 입사하는 소음원에 대해서도 소음 저감 효과를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 능동 음장 제어 기술의 사용시 주파수 대역별 능동 음장 제어 장치의 스위칭 제어를 통해 전력 소비 감소의 효과를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용의 기술에 앞서 본 발명에서 사용되는 용어에 대한 정의는 다음과 같다.
이동 소음원이라 함은, 자동차나 열차 또는 비행기 등과 같이 이동을 하면서 소음을 발생시키는 것을 말한다.
회절하는 음이라 함은, 소음이 방음벽을 타고 넘어가는 음을 말한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술에 대해 설명하기로 한다.
도3은 능동형 음장제어부(100)와 공명형 소음 감소기(200), 방음벽(300), 태양열 집전판(400) 및 흡음재(500)를 포함하여 구성되는 방음장치의 사시도이고, 도 4는 도3의 상기 방음장치의 정면도와 측면도이며, 도5는 상기 공명형 소음 감소기(200)의 사시도 및 정면도, 측면도이고, 도6은 상기 공명형 소음 감소기(200) 내부의 상기 능동형 음장제어부(100)의 블록 구성도이다.
상기 능동형 음장제어부(100)는 이동 소음원의 통과 시 회절하는 음을 측정하기 위한 측정부(110)와 상기 측정부(110)로부터 측정된 회절하는 음을 분석하고 상기 스위칭부(150)로 상기 능동형 음장제어부(100)의 on/off 스위칭 제어 신호를 송신하는 처리부(120), 상기 처리부(120)로부터 분석된 음압의 신호를 수신하고 제2음원 출력 신호를 상기 출력부(140)로 송신하는 제어하는 제어부(130), 상기 제어부(130)로부터 제2음원 출력 신호를 수신하고 제2음원을 출력하는 출력부(140), 상기 처리부(120)로부터 상기 능동형 음장제어부(100)의 on/off 스위칭 제어 신호를 수신하고 상기 능동형 음장제어부(100)의 on/off 스위칭을 제어하는 스위칭부(150)를 포함하여 구성된다.
또한 상기 능동형 음장제어부(100)는 본 발명의 실시예에 따라 상기 공명형 소음 감소기(200)의 내부에 구성될 수 있다.
상기 모니터링부(미도시)는 상기 방음벽(300)의 시작하는 위치에 별도로 설치되어 상기 이동 소음원의 접근 시 1초 이상 상기 이동 소음원의 소음 감지 시간이나 상기 이동 소음원의 주파수 진폭을 감지할 수 있도록 구성된다.
또한 상기 모니터링부(미도시)는 스펙트럼 분석기나 비교기 등으로 구성되어, 이동 소음원의 접근 시 이동 소음원의 주파수 대역 및 진폭을 감지하거나 또는 이동 소음원의 접근 시 일정시간 이상 이동 소음원의 주파수 대역 및 진폭을 감지 할 경우 상기 능동형 음장제어부(100)의 on/off 스위칭을 제어할 수 있도록 상기 처리부(120)와 도통되어 구성된다.
상기 측정부(110)는 상기 이동 소음원의 통과 시 상기 방음벽(300) 상부로 회절하는 음압을 실시간 모니터링 하고, 상기 모니터링 된 회절하는 음압을 상기 처리부(120)로 송신할 수 있는 에러 마이크로폰 등과 같은 것을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 측정부(110)는 상기 이동 소음원의 통과시 상기 회절하는 음압을 최소화 할 수 있는 곳에 상기 출력부(140)및 상기 측정부(110)가 상기 공명형 소음 감소기(200) 내부에 설치되도록 구성된다.
또한, 상기 측정부(110)는 상기 출력부(140)에서 출력되는 제2음원 신호를 통해 회절하는 음을 최소화 시킬 수 있도록 이동 소음원의 통과 시 지면에서부터 수십미터까지 상기 측정부(110)를 설치하여 소음의 주파수 대역 및 진폭을 측정한 현지 측정의 결과 또는 가상의 모의 공간이나 시뮬레이션 프로그램으로 이동 소음원과 상기 측정부(110)를 설정하여 소음의 시뮬레이션 분석을 통해 회절하는 음을 측정하기 용이한 곳에 부착될 수 있도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서 상기 측정부(110)는 상기 공명형 소음감소기(200) 내부에 부착되었다.
상기 처리부(120)는 상기 측정부(110)로부터 회절하는 음압을 분석하고 회절하는 음압을 최소화 시킬 수 있도록 제2음원의 진폭과 위상을 제어하는 제2음원 제어 신호를 상기 제어부(130)로 송신한다.
또한, 상기 처리부(120)는 상기 이동 소음원의 통과시 상기 측정부(110)로부터 수신한 신호를 통해 소음원의 주파수 대역 및 주파수대의 진폭을 분석하여 상기 스위칭부(150)로 스위칭 제어 신호를 송신하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 처리부(120)는 본발명의 실시예와 같은 스펙트럼 분석기나 비교기 또는 밴드패스필터 등을 통해 이동 소음원의 통과 시 선택적 영역의 주파수(90㎐∼330㎐)대역과 진폭을 판단할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 처리부(120)는 상기 모니터링부(미도시)가 상기 방음벽(300)의 시작하는 위치에 설치되어 이동 소음원의 주파수 및 주파수대의 진폭이나 이동 소음원의 소음 감지 시간을 초과하는 경우 상기 능동형 음장제어부(100)의 on/off 스위칭 제어 신호를 상기 스위칭부(150)로 송신할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 제어부(130)는 상기 처리부(120)로부터 수신한 제2음원 제어 신호를 수신하고 상기 소음원이 회절하는 음압과 상쇄시킬 수 있도록 제2음원의 진폭을 증폭시키고 위상을 제어하며 상기 출력부(140)로 제2음원 출력 신호를 송신하도록 구성된다.
또한 상기 제어부(130)는 위상과 진폭을 제어할 수 있는 엠프 등와 같은 증폭과 위상 제어의 특성을 가진 것을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 출력부(140)는 상기 제어부(130)로부터 수신한 제2음원 출력 신호를 통해 제2음원을 출력할 수 있도록 본 발명의 실시예와 같은 스피커를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 출력부(140)는 본 발명의 일실시예로 저감하고자 하는 소음의 주 파수 대역과 수음 위치에 따라 소음 감소의 효과가 가장 높은 90~145도 사이의 일정 경사각을 지니고 상기 공명형 소음 감소기(200)의 내부에 구성될 수 있다.
상기 스위칭부(150)는 상기 태양열 집전판(300)으로부터 전원을 공급받을 수 있도록 구성되고, 상기 스위칭부(150)는 상기 처리부(120)의 on/off 스위칭 제어 신호에 따라 상기 능동형 음장제어부(100)의 on/off를 제어하도록 구성된다.
상기 공명형 소음 감소기(200)는 천공홀(210)을 포함하여 구성되고, 상기 이동 소음원의 통과시 소음원의 회절을 감소시키기 위하여 원통모양에 가까운 다각형 모양의 형태를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공명형 소음 감소기(200)는 방음벽의 상단부에 부착되므로 장시간 사용하더라도 황변 현상이 일어나지 않고 다양한 날씨 변화에도 사용할 수 있는 폴리카보네이트 수지 등과 같은 내후성이 강한 재질을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공명형 소음 감소기(200)는 이동 소음원의 통과시 중고주파수 영역에 해당하는 소음의 저감 성능을 향상하기 위해 외부 표면에 구멍이 뚫린 천공형 표면 형태를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 공명형 소음 감소기(200)는 본 발명의 일실시예로 6개의 내부공간과 1.4m~2.7m의 가로와 한변이 15cm~20cm를 가지는 정육각형 형태의 기둥으로 디자인될 수 있다.
또한, 상기 공명형 소음 감소기(200)는 이동 소음원의 통과 시 소음의 저감이 필요한 곳에 지면에서부터 수십미터까지 측정부를 설치하여 소음의 주파수 대역을 측정하는 현지 측정이나 가상의 모의 공간이나 프로그램을 통해 이동 소음원과 측정부를 설정하여 시뮬레이션 분석을 통해 상기 공명형 소음 감소기의 크기와 내부의 공간 및 외형틀 물성을 선택적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공명형 소음 감소기(200)는 저감하고자 하는 소음의 주파수 대역과 수음 위치에 따라 소음 저감을 높일 수 있도록 전체적인 크기 및 형태, 다수개의 내부공간이 본 발명의 일실시예와는 다른 형태로 디자인될 수 있다.
상기 천공홀(210)은 상기 이동 소음원의 통과시 저감하고자 하는 소음의 주파수 대역에 대한 공진 주파수에 맞도록 복수개의 천공홀(210)을 포함하고 각각의 천공홀(210)의 지름은 디자인된 결과 값에 따라 변할 수 있다.
상기 방음벽(300)은 이동 소음원의 통과시 방음을 필요로 하는 위치에 설치된다.
또한, 상기 방음벽(300)은 수음위치와 소음을 저감하고자 하는 주파수 대역을 고려하여 상기 방음벽(300)의 높이가 고려되어 디자인될 수 있다.
상기 태양열 집전판(400)은 상기 이동 소음원의 통과시 상기 방음벽(300)의 소음원 측면에 부착되며, 상기 태양열 집전판(400)은 태양빛을 받을 수 있도록 일정 경사각을 유지하여 부착될 수 있다. 또한 상기 태양열 집전판(400)은 상기 이동 소음원의 통과시 안전거리 확보를 위하여 일정거리를 이격하여 설치될 수 있다.
또한, 상기 태양열 집전판(400)은 상기 능동형 음장제어부(100)의 전원과 필요시 상기 흡음재(500)의 전원을 공급할 수 있도록 구성된다.
상기 흡음재(500)는 상기 방음벽(300)의 소음원 측면에 부착되고, 상기 흡음재(500)는 친환경 흡음재를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 흡음재(500)는 미세먼지를 흡수, 제거하는 특수 필터가 내장되는 경우 또는 사계절 녹음을 유지해야 하는 식재 흡음재를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 상기 능동형 음장제어부(100)의 상기 처리부(120)는 다음과 같은 수학식을 통해 회절하는 음압을 최소화 시킬 수 있는 제2음원의 위상과 진폭을 결정할 수 있다.
Figure 112009078919344-PAT00001
상기 수학식 1의 경우 회절하는 음압을 측정하기 위해 상기 공명형 소음 감소기(200) 표면의 임의의 점을 잡아 소음을 측정한다. 이 경우 상기 측정부(110)는 적어도 1개 이상의 것을 통해 측정된 것을 나타낸다. 이때, Min은 적어도 1개 이상의 측정부(110)를 통해 측정된 음압(Ptot)의 제곱의 합이 최소가 되는 것을 뜻한다.
Figure 112009078919344-PAT00002
상기 측정부(110)를 통해 측정된 음압(Ptot)는 상기 수학식 2와 같이 계산할 수 있으며, 이는 방음벽이 존재하는 공간에 형성되는 음압(Pscreen)과 공명형 소음 감소기를 추가함으로써 형성되는 음압(Pedge), 그리고 αk라는 제어요소에 의해 제 어된 제2음원에 의해 형성된 음압(Psec)의 합으로 표현된다.
상기 수학식 2의 각각의 Ptot(m)의 합이 최소가 되도록 제2음원의 진폭과 위상이 조절된다.
상술한 본 발명은 국내에서 이용되는 되는 화물열차나 고속철, 또는 무궁화 열차 등과 같은 파장이 긴 저주파 영역의 소음이 타겟이 될 수 있다.
국내 이용되는 열차들의 주파수 대역 및 소음원의 측정 높이에 따른 특성은도8a와 도8b와 같다.
상기 도8의 a와 b를 참조하면 주파수 대역 및 소음의 측정 높이에 따른 소음의 강도를 알 수 있다.
상술한 본 발명은 상기 공명형 소음 감소기(200)의 소음 저감 주파수 대역뿐만 아니라 상기 능동형 음장제어부(100)를 결합 사용함으로써 상기 공명형 소음 감소기(200)에서 저감시킬 수 있는 소음 주파수 대역 외의 추가 저주파수 영역(90Hz~330Hz)까지 확장하여 광대역 범위의 소음을 저감시킬 수 있고, 상기 방음벽(300)의 높이보다 높은 수음위치까지 소음을 저감시킬 수 있으며, 상기 방음벽(300)의 높이보다 더 높은 위치에서 입사하는 소음원까지 소음을 저감시킬 수 있다.
상술한 본 발명을 통해 향상되는 주파수 대역별 소음감소 효과는 도9a와 도9b를 통해 알 수 있다.
상기 도9a와 도9b를 살펴보면 x-축은 주파수를 나타내고 y-축은 소음의 개선도을 나타낸다.
또한, 상기 도9a의 그래프에서 실선은 공명형 소음 감소기만을 사용하였을 때의 소음의 개선도을 나타낸 부분이고, 점선은 공명형 소음 감소기와 능동형 음장 제어 장치를 함께 사용하였을 때의 소음도를 나타낸 그래프이다.
상기 도9b의 그래프에서 상기 도9a의 소음의 개선도를 실제 소음 측정기를 통해 얼마만큼의 소음이 줄었는지를 나타낸 것이다. 상기 도9a의 실선은 도9b의 가는 실선을 나타내고 상기 도9a의 점선은 도9b의 굵은 점선을 나타낸다.
도7을 참고하여 본 발명의 소음원 감지시 제2음원을 출력하는 과정을 상세히 설명한다.
이동 소음원의 접근 시 상기 모니터링부(미도시)는 소음을 줄이고자 하는 주파수 대역(90Hz~330Hz, 이하 '타겟 주파수') 및 상기 타겟 주파수대의 진폭 검출 또는 1초 이상의 소음 감지를 판단한다. 만약 타겟 주파수를 검출하지 못하면 상기 모니터링부는 지속적으로 상기 타겟 주파수의 검출을 판단한다.(S10; 주파수 검출 판단)
상기 주파수 검출 판단 과정에서 소음을 줄이고자 하는 타겟 주파수 대역이 검출되면 상기 처리부(120)에서 상기 능동형 음장제어부(100)의 on 스위칭을 수행하게 된다.(S20; 능동형 음장제어부 동작)
상기 S20의 과정에서 타겟 주파수 대역이 검출되면 상기 능동형 음장 제어부는 on 상태가 되고 상기 처리부(120)에서 타겟 주파수 대역의 소음을 저감하기 위한 제2음원의 진폭 및 위상을 결정하게 된다.(S30; 제2음원 위상 및 진폭 제어)
상기 제2음원 위상 및 진폭이 결정되면 상기 처리부(120)는 상기 증폭 부(130)로 제2음원 제어 신호를 전달하고, 제2음원 제어 신호를 수신한 상기 증폭부(130)는 제2음원의 진폭과 위상을 제어하게 되고, 상기 출력부(140)로 제2음원 출력 신호를 송신하게 된다. 상기 제2음원 출력 신호를 수신한 상기 출력부(140)는 제2음원을 출력한다.(S40; 제2음원 출력)
상기 제2음원 출력과정에서 상기 측정부(110)는 지속적으로 타겟 주파수 대역의 검출을 판단한다. 상기 타겟 주파수가 계속 검출이 될 경우 상기 제2음원 진폭 및 위상제어 동작부터 재수행하게 된다.(S50; 타겟 주파수 검출 과정)
상기 타겟 주파수 검출 과정에서 타겟 주파수가 검출이 되지 않으면 상기 측정부(110)는 상기 스위칭부(150)로 상기 능동형 음장 제어부(100)의 off를 제어하게 된다.(S60; 능동형 음장 제어부 off 동작)
상기 능동형 음장 제어부가 off 되면 상기 출력부(140)는 제2음원의 출력을 종료하게 된다.(S70; 제2음원 출력 종료)
도1과 도2는 종래기술의 능동형 음장 제어장치를 사용한 액티브 음 머플러의 구성을 도시한 도면이고,
도3은 본 발명에 따른 방음장치의 사시도이며,
도4는 본 발명에 따른 방음장치의 측면도 및 정면도이고,
도5는 본 발명에 따른 공명형 소음 감소기의 사시도, 측면도, 정면도이며,
도6은 본 발명에 따른 공명형 소음 감소기와 결합된 능동 음장제어부의 블록도이고,
도7은 본 발명의 실시예에 따른 순서도이다.
도8a와 도8b는 본 발명을 위한 국내에서 이용되는 열차들의 통과 시 측정위치에 따른 소음을 나타낸 그래프이다.
도9a와 도9b는 방음장치를 사용했을 경우 소음의 저감효과를 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
100 : 능동형 음장제어부 110 : 측정부
120 : 처리부 130 : 제어부
140 : 출력부 150 : 스위칭부
200 : 공명형 소음 감소기 210 : 천공홀
300 : 방음벽
400 : 태양열 집전판
500 : 흡음재

Claims (9)

  1. 다양한 이동 소음원의 통과시 소음을 감소시키고 회절하는 음을 최소화하기 위한 방음장치에 있어서,
    상기 방음장치는 공명형 소음감소기;와,
    상기 상기 공명형 소음감소기와 결합된 능동형 음장제어부;와,
    상기 방음장치의 전원을 공급하기 위해 방음벽에 부착된 태양열 집전판;과
    반사되는 소리가 다시 전달되어 소음이 증폭되는 것을 저감할 수 있는 흡음형 판넬 또는 흡음재로 구성된 방음벽;을 포함하여
    상기 방음장치의 높이보다 높은 곳에서 입사하는 소음원까지 감소시키고 상기 방음벽 높이보다 높은 수음위치까지 소음저감이 가능한 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 능동형 음장제어부는,
    이동 소음원의 접근 시 소음의 주파수 대역 및 진폭에 따라 on/off 스위칭 되거나, 또는 이동 소음원의 접근 시 일정시간 이상 동안 소음의 주파수 대역 및 진폭이 감지되었을 경우 on/off 스위칭 되는 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 능동형 음장제어부는,
    이동 소음원의 통과 시 회절하는 음압을 측정하는 에러 마이크로폰;과 상기 회절하는 음압을 최소화 하기 위해 제2음원을 출력하는 스피커;와, 상기 제2음원의 진폭과 위상을 제어하는 제어부;와, 상기 능동형 음장제어부의 on/off 스위칭을 제어하는 처리부 및 스위칭부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공명형 소음 감소기는 상기 방음벽 상단에 부착되어 상기 능동 음장제어부와 결합 사용되어 광대역 범위의 소음을 저감시키는 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공명형 소음 감소기의 표면은 원통 기둥 또는 다각기둥의 형태를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양열 접전판은 태양으로부터 에너지원을 공급받을 수 있도록 일정 경 사각을 유지하여 상기 방음벽에 부착되어 상기 방음장치의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양집전 방음판을 활용한 친환경 방음벽 기술.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방음벽은 이동 소음원의 통과 시 반사되는 소리가 다시 전달되어 소음이 증폭되는 것을 저감할 수 있는 친환경 흡음형 판넬 또는 흡음재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술.
  8. 다양한 이동 소음원의 통과 시 소음을 감소시키고 회절하는 음을 최소화하기 위한 방음방법에 있어서,
    이동 소음원의 접근 시 상기 능동형 음장 제어부를 스위칭하기 위한 주파수 대역 및 진폭의 검출 과정과,
    주파수 대역의 검출 시 상기 능동형 음장 제어부를 on 시키고 회절하는 음압을 최소화 하기 위한 제2음원의 진폭과 위상을 결정하고 제2음원을 출력하는 제2음원 출력 과정과,
    상기 제2음원 출력 후 주파수 대역의 미검출 시 제2음원의 출력을 종료하는 제2음원 출력 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주파수 대역 및 진폭의 검출과정에 있어서,
    이동 소음원의 통과 시 상기 방음벽의 시작부분에 설치된 모니터링부에서 저감하고자 하는 소음의 주파수 대역에 따라 상기 능동형 음장 제어부의 on/off 스위칭 신호를 검출 판단하거나, 또는 이동 소음원의 통과 시 상기 방음벽의 시작부분에 설치된 상기 모니터링부에서 일정시간 이상 동안 소음의 주파수 대역 및 진폭이 검출되었을 경우 상기 능동형 음장 제어부의 on/off 스위칭 신호를 검출하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적응형 음장제어 방음장치 및 태양열 집전판을 활용한 친환경 방음벽 기술 방법.
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