KR20130045497A - 광대역 차음 복층유리 - Google Patents

Abstract

소음 저감 효과가 있는 복층유리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저주파수 대역의 소음과 중주파수 대역의 소음을 흡음할 수 있는 광대역 차음 복층유리에 관하여 개시한다.
본 발명은, 두 장의 판 유리가 서로 이격된 상태에서 측면이 봉지재로 밀폐되어, 두 장의 판 유리 사이에 밀봉공간을 형성하는 복층유리; 상기 복층유리의 밀봉공간에서 상기 봉지재의 내측에 형성되고, 제1흡음홀과 제1흡음공간을 구비하는 제1공명부재; 및 상기 복층유리의 밀봉공간에서 제1공명부재의 제1흡음홀과 제1흡음홀 사이에 형성되고, 제2흡음홀과 제2흡음공간을 구비하는 제2공명부재;를 포함하는 광대역 차음 복층유리를 제공한다.

Description

광대역 차음 복층유리{PAIR GLASS HAVING WIDE BAND WIDTH NOISE REDUCTION EFFECT}

본 발명은 소음 저감 효과가 있는 복층유리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저주파수 대역의 소음과 중주파수 대역의 소음을 흡음할 수 있는 광대역 차음 복층유리에 관한 것이다.

주거용 건축물의 경우에는 일반적으로 두께가 6mm 이하인 판유리 한 쌍을 사용하여 제조한 일반 복층유리가 널리 사용되고 있다. 그러나, 일반 복층유리의 구조는 고음역대의 주파수에는 높은 소음차단 성능을 나타내지만, 저음역대의 주파수에는 공명 투과 현상으로 소음차단 성능이 크게 저하되는 문제가 있다.

도 1은 한 장의 판유리로 구성되는 단판유리와 두 장의 판유리로 구성되는 복층유리의 차음 성능을 개략적으로 나타낸 것이다. 여기서 fr은 복층유리의 공명 투과 주파수를 나타내고, fc는 코인시덴스 한계 주파수 이다. 복층유리 구조는 고주파수 대역에서는 높은 차음 성능을 나타내지만 공명 투과 주파수 부근에서는 차음 성능이 극단적으로 저하된다.

이 공명 투과 현상은 2중 판재 구조에서 나타나는 물리적인 현상으로 2중 판재 구조를 구성하는 2 장의 판재와 그 사이에 존재하는 공기가 질량과 스프링 계를 구성하여 어느 특정 주파수에서 공진을 만들어 내는 것이 원인이다.

이런 공명 투과 현상에 의한 소음 차단 성능 저하를 해결하기 위하여, 일본 특허공개 제2002-356934호에는 한 쌍의 판재 사이에 설치되는 헬름홀츠 공명기르 가지는 복층유리 구조에 있어서 복층유리의 공명 투과 주파수에 맞추어 공명기의 흡음(공명) 주파수를 설계한 복층유리 구조를 제시하였다. 이 특허에는 공명기의 설계에 있어서 공명기를 가지지 않는 복층유리 구조의 공명 투과 주파수인 저주파수 대역의 특정 흡음 주파수에 맞게 공명기를 설계함에 따라 특정 흡음 주파수 부근에서는 비교적 높은 차음 효과를 나타내지만, 도 2의 차음유리1과 같이 공명 투과 주파수 보다 고음역 측의 어느 특정 주파수에서는 흡음 공명기를 가지지 않는 일반 복층유리에 비해서도 차음성능이 저하된 주파수가 존재하는 문제가 있다.

일본 특허 공개 제2004-205992호에는 판유리 사이에 공명기를 가진 복층유리에 있어서, 공명기를 가지지 않은 경우의 복층유리의 공명 투과 주파수보다 1/3 내지 2/3 옥타브 밴드가 고음역측으로 빗나가도록 공명기의 흡음(공명) 주파수를 설계하여 저음역대 주파수뿐만 아니라 보다 넓은 주파수 범위에서 소음차단 효과를 나타내는 복층유리를 제시하였다. 이 특허에서 제시한 방법으로 공명기의 흡음 주파수를 설계할 경우에는 복층유리의 공명 투과 주파수와 일치하는 공명기의 흡음 주파수를 설계한 경우보다 넓은 주파수 범위에서 소음 차단 효과가 나타나기는 하지만, 도 2의 차음유리2의 경우와 같이 복층유리의 공명 투과 주파수 보다 낮은 주파수에서는 공명기의 흡음 주파수를 복층유리의 공명 투과 주파수와 일치하도록 설계한 경우에 비하여 차음 성능이 낮아지는 문제가 있다.

보다 넓은 주파수 범위의 소음 차단 효과를 얻기 위해서 복층유리 공명 투과 주파수 부근의 저주파수 흡음 공명기의 일부를 중저주파수 대역의 흡음 주파수를 갖는 공명기로 변경하는 방법이 사용될 수 있지만, 이렇게 되면 보다 광대역의 소음 차단 효과를 얻을 수는 있지만 공명 투과 주파수 부근의 흡음 공명기의 수가 줄어들어 결국 저주파수 영역의 차음 성능이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 복층유리의 공명 투과 주파수 근처의 저주파 영역의 차음 성능을 저하시키지 않고, 저주파수와 중저주파수의 흡음을 동시에 수행할 수 있는 광대역 차음 복층유리를 제공함에 있다.

본 발명은, 두 장의 판 유리가 간봉에 의해 서로 이격된 상태에서 측면이 봉지재로 밀폐되어, 두 장의 판 유리 사이에 밀봉공간을 형성하는 복층유리; 상기 복층유리의 밀봉공간에서 상기 봉지재의 내측에 형성되고, 제1흡음홀과 제1흡음공간을 구비하는 제1공명부재; 및 상기 복층유리의 밀봉공간에서 제1공명부재의 내측에 형성되고, 제2흡음홀과 제2흡음공간을 구비하는 제2공명부재;를 포함하는 광대역 차음 복층유리를 제공한다.

상기 제1공명부재의 흡음주파수 대역과 상기 제2공명부재의 흡음주파수 대역은 150~600Hz 범위 내에서 서로 상이한 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제1공명부재의 흡음주파수 대역은 150~350Hz 범위이고, 상기 제2공명부재의 흡음주파수 대역은 400~600Hz 범위이면 더욱 바람직하다.

한편, 상기 제1공명부재는 상기 밀봉공간에 대면하는 내벽을 구비하며, 상기 내벽에 제1흡음홀을 형성하고, 상기 제2공명부재는 상기 내벽을 외벽으로 공유하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1공명부재는 상기 제1흡음홀을 복수개 구비하고, 상기 제2공명부재는 상기 제1흡음홀 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1공명부재 또는 상기 제2공명부재는 상기 두 장의 판유리 중 어느 하나의 판유리를 상벽 또는 하벽으로 활용할 수 있다.

본 발명에 따른 광대역 차음 복층유리는 저주파수 공명기가 설치되는 공간을 줄이지 않고 중저주파수 공명기를 설치함에 따라 저주파수와 중저주파수의 흡음을 동시에 수행하여 저주파수 대역의 차음성능을 저하시키지 않고 보다 넓은 범위의 소음차단 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복층유리용 광대역 흡음기 및 그 제조방법은 기존의 흡음 공명기를 가지는 복층유리가 공명기를 가지지 않은 일반 복층유리에 비하여 차음성 능이 1 ~ 2 dB 정도 향상되는데 반해, 본 발명의 이중 구조의 흡음 공명기를 가지는 복층유리는 일반 복층유리에 비하여 차음성능이 3 dB 이상 향상되고, 일반 복층유리의 차음성능에 문제가 되는 500 Hz 이하의 주파수 범위에서 기존 복층유리 대비소음이 절반 이하로 줄어드는 효과를 가져온다.

도 1은 단판유리와 복층유리의 차음성능을 비교하여 나타낸 그래프,
도 2는 일반 복층유리와 차음 복층유리의 차음성능을 비교하여 나타낸 그래프,
도 3은 헬름홀쯔 공명기의 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 차음 복층유리의 정면 구조를 나타낸 도면
도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도,
도 6은 도 4의 B-B선에 따른 단면도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 A-A 선과 B-B 선의 단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 A-A 선과 B-B 선의 단면도,
도 11은 본 발명의 실시예의 규격을 설명하기 위한 도면임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광대역 차음 복층유리에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 흡음주파수 대역을 설명함에 있어서 저주파수 대역은 150~350 Hz 범위를 의미하고, 중저주파수 대역은 400~600 Hz 범위를 의미한다.

일반적인 구조의 복층유리가 갖는 고유의 공명 투과 주파수는 통상 200 내지 500 Hz의 저음역대 주파수이고, 이 주파수에서는 공명 투과 현상으로 복층유리의 차음 성능이 단판 유리 보다도 크게 저하된다.

따라서, 복층유리의 공명 투과 주파수에 따라 차음성능이 저하되는 주파수 범위를 포함하도록 복층유리의 두 판유리 사이에 설치되는 공명기의 흡음 주파수를 광범위하게 설계함으로써, 복층유리의 차음 성능을 크게 개선시킬 수 있다.

도 3은 헬름홀쯔 공명기의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 실시예의 설명에 앞서 헬름홀쯔 공명기에 대하여 설명을 하면 다음과 같다. 기계적인 구조물 뿐만 아니라, 특정 구조에 둘러싸인 공기의 경우에 있어서도 진동이론이 존재하며, 관심의 대상이 되는 파장에 비해 짧은 목과 부피를 가지는 통을 헬름홀쯔 공명기라 한다. 여기서 목 부분의 공기는 질량으로, 통의 부

피는 스프링으로 작용하며 이 질량과 스프링에 의해서 고유 진동수가 결정된다.

이 헬름홀쯔 공명기는 어떤 임의의 계에 부착할 경우 이 고유 진동수의 음을 감소시키거나 증폭시키는 역할을 한다. 여기서, 질량에 해당하는 acoustic inertance m_A 및 스프링 계수에 해당하는 acoustic compliance C_A는 아래의 수학식 1 로 표시된다.

이에 따른 고유진동수가 헬름홀츠 공명기의 흡음 주파수 f₀이고, 다음의 수학식 2로 표시된다.

상기 수학식 2에서, f₀는 공명기의 흡음 주파수, c는 음속(=340+0.6T m/sec²), S는 공명기 목의 단면적(S=π(D/2)²), V는 공명기의 부피, l_e은 공명기 목의 등가 길이 (l_e=l+1.7(D/2) with flange, l_e=l+1.5(D/2))이고, 여기서 D는 공명기 목의 단면 모양이 원형인 경우의 직경이고, ρ는 공기의 밀도(= 1.2 kg/m³) 이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 차음 복층유리의 정면 구조를 나타낸 것이고, 도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 6은 도 4의 B-B선에 따른 단면도이다.

본 발명에 따른 광대역 차음 복층유리는 두 장의 판 유리가 간봉(미도시)에 의해 서로 이격된 상태에서 측면이 봉지재(30)로 밀폐되어, 두 장의 판 유리 사이에 밀봉공간을 형성하는 복층유리의 밀봉 공간에 2종의 공명부재를 구비하여, 광대역의 차음효과를 발휘할 수 있도록 한 것이다.

제1공명부재(100)는 복층유리의 밀봉공간에서 봉지재(30)의 내측에 봉지재(30)와 나란하게 형성되는 것으로, 제1흡음홀(110)과 제1흡음공간(120)을 구비한다.

제2공명부재(200)는 제1공명부재(100)의 내측면에 형성되는 것으로, 제1공명부재(100)의 제1흡음홀(110)과 이웃하는 제1흡음홀 사이에 형성되고, 제2흡음홀(210)과 제2흡음공간(220)을 구비한다.

제1공명부재(100)와 제2공명부재(200)는 투명재질인 것이 바람직하다. 유리로서의 기본기능에 충실하기 위함이다.

이 때, 제1공명부재(100)와 제2공명부재(200)는 150~600 Hz 범위의 흡음주파수 범위 내에서 서로 상이한 흡음주파수 대역을 가지는 것이 바람직하다.

구체적으로, 제1공명부재(100)의 흡음주파수 대역은 저주파수 대역인 150~350 Hz 범위인 것이 바람직하고, 제2공명부재(200)의 흡음주파수 대역은 중저주파수 대역인 400~600 Hz 범위인 것이 바람직하다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 제1공명부재(100)의 제1흡음공간(120)은 봉지재(30)와 나란하게 형성되며 봉지재(30)와 대면하는 외벽(102)과, 상기 외벽(102)과 나란하게 형성되며 밀봉공간에 대면하는 내벽(104), 그리고 두 장의 판유리(10,20)의 내면, 그리고 양측벽(미도시)에 의하여 밀폐된다. 여기서 양측벽은 별도로 형성될 수도 있고, 양측의 봉지재가 측벽의 역할을 수행할 수도 있다.

제2공명부재(200)의 제2흡음공간(120)은 상기 제1공명부재(100)의 내벽(104)을 외벽(202)으로 공유(활용)하고, 상기 외벽(202)과 나란하게 형성되며 밀봉공간(S)에 대면하는 내벽(204), 그리고 두 장의 판유리(10,20)의 내면, 그리고 양측벽에 의하여 밀폐된다.

도 5 내지 도 6의 실시예의 경우 두 장의 판유리(10, 20)의 내면이 제1흠읍공간(120)과, 제2흡음공간(220)의 상벽과 하벽의 역할을 수행하나, 이하의 실시예들은 별도의 상벽 또는 하벽을 구비하는 형태이다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 A-A 선과 B-B 선의 단면도이다.

도 7 및 도 8은 판 유리의 내면을 상벽과 하벽으로 이용하는 것이 아니라, 별도로 상벽과 하벽 중 하나는 내벽으로 이용하고, 하나는 독립적으로 형성한 형태를 나타낸 것이다.

도시한 실시예의 경우 상벽(108)은 독립적으로 형성하고, 하벽은 하부 판유리(20)의 내면을 이용한 것이나, 반대로 하벽을 독립적으로 형성하고, 상벽을 상부 판유리(10)의 내면을 이용할 수 있다.

이렇게 상벽 또는 하벽을 독립적으로 형성하는 경우, 독립적으로 형성된 상벽 또는 하벽과, 내벽 및 외벽이 일체로 형성될 수 있다. 내벽과 외벽이 별도의 부재로 독립적으로 형성되는 경우, 내벽과 외벽의 부착시에 내벽과 외벽 사이의 간격을 맞추어 부착해야 하는데, 내벽 및 외벽이 상벽 또는 하벽과 일체로 형성되어 하나의 부재로 형성되면 내벽과 외벽이 항상 일정한 간격을 가지기 때문에 부착작업이 간편해지는 효과가 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 A-A 선과 B-B 선의 단면도이다.

도 9 및 도 10에 도시된 실시예는 흡음공간의 상벽(108, 208)과 하벽(109, 209)을 모두 독립적으로 형성한 형태를 나타낸 것이다. 이렇게 상벽(108, 208)과 하벽(109, 209)을 독립적으로 형성하면, 제1공명부재(100)와 제2공명부재(200)가 모듈화되어 이들을 밀봉공간 내부에 고정하는 것만으로 설치가 완료되므로, 공정의 자동화 측면에서 장점을 가지게 된다.

실시예

도 11은 본 발명의 실시예의 규격을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 두장의 판유리 사이의 간격은 12mm인 복층유리를 제조하고, 그 사이에아래의 규격을 가지는 제1공명부재와 제2공명부재를 설치하였다.

제1공명부재

흡음홀의 직경 : 1mm

흡음홀의 목 길이(L1) : 15 mm

흡음홀 사이의 간격(P1) : 128 mm

제1흡음공간의 폭(W1) : 10 mm

제1흡음공간의 높이(H1) : 20mm

상기의 규격으로 제1공명부재를 제작하면 제1공명부재의 흡음 주파수 f₀1는 226Hz가 된다.

제2공명부재

흡음홀의 직경 : 1mm

흡음홀의 목 길이(L2) : 2 mm,

흡음홀 사이의 간격(P2) : 40 mm,

제1흡음공간의 폭(W2) : 10 mm,

제1흡음공간의 높이(H2) : 10mm

상기의 규격으로 제2공명부재를 제작하면 제2공명부재의 흡음 주파수 f₀2는 457Hz가 된다.

표 1은 본 발명의 실시 예에 따라 공명기 모듈을 사용한 차음 복층유리와 일반 복층유리의 차음성능(Rw)을 비교한 것이다. 여기서 차음성능(Rw)은 KS F 2808에 따라 실험실에서 측정한 음향 감쇠 계수(음향 투과 손실)를 KS F 2862에 따라 평가한단일 수치 평가량이다.

여기서, t는 mm 단위의 두께를 의미하고, FL은 판유리, Air는 건조공기를 의미한다.

표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 차음복층 유리는 일반 복층유리에 비하여 차음성능이 3 dB 정도 우수하고, 종래의 차음복층유리에 비하여 차음성능이 1~2dB 정도 우수하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10, 20 : 판유리
30 : 봉지재
100 : 제1공명부재
120 : 제1흡음공간
200 : 제2공명부재
220 : 제2흡음공간

Claims (10)

1. 두 장의 판 유리 사이에 밀봉공간을 형성하는 복층유리;
   상기 복층유리의 밀봉공간에서 봉지재의 내측에 형성되고, 제1흡음홀과 제1흡음공간을 구비하는 제1공명부재; 및
   상기 복층유리의 밀봉공간에서 제1공명부재의 제1흡음홀과 이웃하는 제1흡음홀 사이에 형성되고, 제2흡음홀과 제2흡음공간을 구비하는 제2공명부재;를 포함하는 광대역 차음 복층유리.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1공명부재의 흡음주파수 대역과 상기 제2공명부재의 흡음주파수 대역은 150~600Hz 범위 내에서 서로 상이한 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1공명부재의 흡음주파수 대역은 상기 제2공명부재의 흡음주파수 대역보다 낮은 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1공명부재의 흡음주파수 대역은 150~350Hz 범위이고,
   상기 제2공명부재의 흡음주파수 대역은 400~600Hz 범위인 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1공명부재는 상기 밀봉공간에 대면하는 내벽을 구비하며, 상기 내벽에 제1흡음홀을 형성하고,
   상기 제2공명부재는 상기 내벽을 외벽으로 공유하는 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1공명부재는 상기 제1흡음홀을 복수개 구비하고,
   상기 제2공명부재는 상기 제1흡음홀 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1공명부재 또는 상기 제2공명부재는
   상기 두 장의 판유리 중 어느 하나의 판유리를 상벽 또는 하벽으로 활용하는 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1공명부재 또는 상기 제2공명부재는
   상기 두 장의 판유리를 상벽 및 하벽으로 활용하는 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1공명부재 또는 상기 제2공명부재는
   독립적인 상벽 또는 하벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1공명부재 및 상기 제2공명부재는
    투명재질인 것을 특징으로 하는 광대역 차음 복층유리.

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