KR910001951B1 - 소리음파의 간섭과 회절원리를 이용한 방음장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

소리음파의 간섭과 회절원리를 이용한 방음장치

제1도는 회절음원(장) 특성의 분포를 도시한 참고도.

제2도는 본 발명 방음장치의 일부를 발췌하여 도시한 사시도.

제3도는 제2도의 종단면 확대도.

제4도는 이중 방음벽에 미치는 소리음파의 간섭을 위한 반사파 및 직진파의 입사상태를 도시한 참고도.

제5도는 본 발명의 설계사양을 도시한 참고단면도.

제6도는 본 발명을 무향실내에서 실험하기 위해 음원 및 수음점의 관계를 도시한 참고도.

제7도는 방음벽의 효과구분을 설명하기 위한 참고도.

제8도는 본 발명을 야외에서 실험하기 위해 음원 및 수음점의 관계를 도시한 참고도.

제9도는 본 발명의 효과를 설명하기 위해 음원 및 수음점의 위치의 관계를 도시한 참고도.

제10도 및 제 11도는 본 발명의 설치요령을 도시한 참고도 및 그 일부 절개 참고사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 바닥판 2 : 회절판

2a,2b,2c : 회절흡음판 3 : 고정부재

4.4a,4b : 경사판 5, 5',5" : 배수공

6 :글 래스울 6' : 수음공

6" : 앞판 7 : 방음벽

9 : 본 발명의 방음장치 17 : 무향실 실험용 방음벽

본 발명은 소리음파의 간섭과 회절원리를 이용한 방음장치에 관한 것으로써 각종 차량과 기계류의 수적인 증가와 대형화가 가속되고 있는 현대 사회에서 소음발생의 양적인 증가와 소음노출 지역의 확대는 피할 수 없는 부산물로서 간주되고 있다. 이에 대처하는 최선의 방법은 저소음 차량과 저소음 기계개발 등에 의해서 발생소음 자체를 줄이는 것이며 선진국에서는 이미 많은 분야에서 상당한 성과를 거두고 있다.

그러나 이들 국가의 경우에도 소음발생원 자체에 대한 대책 강구에는 기술적인 한계가 있기 때문에 실질적인 소음방지는 흡음가 차음 등에 의한 이차적인 채택하고 있다 이것은 장애물 즉 방음벽에 의한 직전소음파의 차단원리에 바탕을 둔 일종의 수동제어 방법으로써 이 경우에는 장애물(방음벽)의 크기가 입사파의 파장에 비해서 충분하게 큰 경우에는 높은 차단 효과를 기대할 수 있다. 이러한 것은 현재 보편적으로 사용되고 있는 도로변 방음벽이 파장이 짧은 고주파 소음 성분의 차단에 효과적인 것이 이같은 이유 때문이다. 그러나 장애물(방음벽)에 의한 소음의 차단은 항상 장애물(방음벽) 상단끝에서 발생하는 소음의 회절 현상에 의해서 제한을 받게 되며 이 현상은 파장이 긴 저주파 소음 성분에 특히 심하게 나타난다. 파동의 회절현상은 기본 물리현상이기 때문에 수동제어 방법을 쓰는한 피할 수 없다. 따라서 최근 소음제어의 세계적인 추세는 능동제어 개념을 활발히 도입하고 있다. 소음의 능동제어는 문자 그대로 진행하는 소음파동을 능동적으로 소멸시키는 것으로서 특히 도관(DUCT)내의 소음제어에 많이 시도되고 있다. 이것은 기본적으로 입사파와 반대되는 위상을 갖는 또 하나의 파동 즉 간섭파를 발생시켜서 대상 소음을 소멸시키는 방법이다. 따라서 이 방법에서는 요구되는 간섭파를 정확하게 발생시키는 기술이 핵심이 되고 있다. 현재 가장 흔하게 시도되는 방법은 전자적으로 간섭파를 발생시키는 것으로서 도관소음의 능동제어는 이 방법을 바탕으로 하며, 이러한 능동제어는 이론적으로 교통소음과 같이 개방된 공간을 진행하는 파동에도 적용될 수 있으나 넓은 파동 진행공간을 대상으로 이 방법을 그대로 적용하는 것은 현실적으로 경제성이 없는 단점이 있다. 그러나 한가지 바람직한 방법은 일단 방음벽에 의해서 소음의 상당 부분을 차단시키고 이와병행하여 방음벽 상단부를 통과하는 회절현상의 파동을 능동제어에 의해서 감소시키는 것이다. 본 발명은 바로방음벽 상단부에서 통과하는 소음을 방지할 수 있는 능동제어 장치의 제공을 목표로 하고 있다.

특히 능동제어를 위한 간섭파의 발생을 위해서 전자적 방법을 쓰는 것은 경제성이 없기 때문에 본 발명은 주로 파동의 특성을 본 발명에 일치시켜 간접적으로 간섭파를 발생하도록 하여 소음을 제어하는데 그 목적이 있다. 그러나 모든 주파수 성분을 상쇄할 수 있는 간섭장치는 불가능하다. 이것은 한 주파수에서 소음을 감소시키는 혜택을 준다면 다른 한 주파수에서는 반드시 소음을 증가시키도록 작용한다는 자연의 법칙에 기인되는 것으로써 본 발명에서는 이러한 문제 또한 피하기 위해서 간섭파를 간접으로 발생시키는 일련의 구조를 세부분으로 나누어 이들 부분이 최대한 상호 보완적으로 작용하도록 최선의 실계 칫수를 결정하는 한편 다단계 회절판 및 회절흡음판의 작용에 의해서 간섭효과를 상호 보완하도록 시도되었다. 현재 사용되는 교통소음 차단을 위한 기존의 방음벽은 제질과 두께에는 차이가 있으나 단순히 평판형태로써 수직으로 세워진다. 이들 방음벽에서 소리를 투과시키는 성질은 이미 고려하지 않아도 될 정도의 두께를 가지고 제작사용되고 있으며, 또한 기존 방음벽이 도로를 향한 앞면에서의 흡음처리는 차음 효과에 크게 영향을 미치지 못하고 있다. 이것은 방음벽이 완전 반사체로 이루어진 경우와 완전 흡음체로 이루어져 구성되어 있는 경우에 방음벽 차단 효과는 최대 3데시벨(dB)까지이지만 실제 제작사용되고 있는 방음벽면의 흡음 특성은 완전 반사체도 완전 흡음체도 아니므로 방음벽 재료(글래스울) 등에 의해서 차단성능의 향상을 꾀하는데는 한계가있다. 이것은 오히려 도로쪽의 운전자나 승객을 소음으로부터 보호하는 측면이 강하다고 볼 수 있다. 또한 최근에는 방음벽의 상단일부를 도로쪽으로 약간 기울이는 형태의 것이 나오고 있으나 이것의 효과는 방음벽의 기울임으로 인하여 방음벽의 상단부가 수평적으로 이동한 양만큼 방음벽을 도로쪽으로 이동시킨 효과 밖에는 거의 없으며 특히 차음성능 향상에 미치는 효과는 극히 미미하다. 이와 같은 방음벽의 교통 소음차단 효과가 이렇게 제약되는 가장 큰 원인은 소리의 회절에 기인하는데 이것은 소리에너지가 방음벽 상단부를 타고 넘어감으로써 음원(소음원)이 방음벽에 의해 시야에서 가려져 있는 위치(ShadowZone)까지 전달(제 1도 참조)되기 때문에 방음벽을 매우 높이 세우지 않고서 이러한 단점을 제거 할 수 없게되어 결국 방음벽의 차단 효과는 제한되며 이때 방음벽 높이 증가가 차음성능에 미치는 영향은 방음벽이 높아질수록둔화된다.

본 발명은 기존의 방음벽 상단부에 설치하여 종래와 같은 단순한 형태의 방음벽에 의한 소음차단 원리와는 전혀 다른 방법을 이용하여 획기적인 차음효과 향상을 기하기 위하여 구조적으로는 소리의 간섭과 회절 현상을 적절히 이용하여 소리에너지를 대폭 차단하는 원리를 이용하는데 좀더 상세히 설명하면 소리는 파동의 일종인데 두개의 파동이 만날때 골과 마루가 합하여지면 그 에너지가 대폭 감소하고 골과 골 또는 마루와 마루가 합하여지면 소리에너지는 증가하게 된다. 이와 같은 현상을 각각 상쇄간섭과 보강간섭이라고 하는데 특히 교통소음의 주요 주파수 구간은 대체로 500헤르쯔에서 3000헤르쯔 사이에 분포되어 있으나, 이 중에서도 1000헤르쯔와 2000헤르쯔 사이 구간의 소리에너지가 비교적 강하게 존재한다.

이와 같은 교통소음의 주요 주파수 구간에 따른 에너지 분포 특성을 고려하여 구조적으로 교통소음의 주요 주파수 구간에서 상쇄간섭을 일으키도록 하기 위해 발명된 것으로써 첨부한 도면 제 2도 및 제 3도에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 방음장치(9)는 전체를 알루미늄으로 제작하되, 바닥판(1)에는 상기 알루미늄판을 절개하여 다수의 수음공(6')을 가진 앞판(6")이 끼워 고정되는 회절흡음판(2a) (2b) (2c)에 글래스울(6)을 내장하여 각각 적절한 간격과 적당한 높이로 설치하고, 상기 회절흡음판(2a) 앞에는 역시 적당한 간격으로 회절판(2)을 설치하여 상기 회절판(2)과 회절흡음판(2a) 사이에 배수공(5)이 천설된 경사판(4)을, 상기 회절흡음판(2a)과 회절흡음판(2b) 사이에 배수공(5')이 천설된 경사판(4a) 및 상기 회절흡음관(2b)과 회절홉음환(2c) 사이에 배수공(5")이 천설된 경사판(2b)을 각각 설치하고, 상기 바닥판(1)의 하부에형 고정 부재(3)가 고정되어 있는 구조로써 상기 경사판(4) (4a) (4b)은 기후조건에 따라 비와 눈이 내리는경우를 대비하여 바닥에 경사를 지게할 필요가 있는데 가장 이상적인 것은 첨부한 도면 제 4도에서 도시한바와 같이 두개의 회절판(2) 또는 각각의 회절흡음판(2a) (2b) (2c)의 상단점을 촛점으로 하여 ⓔ점을 지나는 타원의 커브곡선(점선)으로 할 필요가 있다. 그러나 직선경사판으로 하는 것이 제작 및 배수효과가 유리하고 또한 간섭을 일으키는 반사파를 일으키는 주파수 범위를 보다 넓혀주는 효과가 있으므로, 결국 직선경사판(4) (4a) (4b)으로 채택한 것임을 주지시켜 두고 싶다.

한편 본 발명의 방음장치(9)는 상기에서 설명한 회절판(2) 및 회절흡음판(2a) (2b) (2c)의 높이와 설치되는 간격의 치수 등은 첨부한 도면 제 5도에서 도시한 바와 같이 회절판(2)의 높이 즉 a는 6cm, 회절홉음관(2a)의 높이 즉 b는 상기 회절판(2)의 밑면으로부터 14cm이며, 바닥판(1)의 밑면으로부터 즉 c는 10cm로하고, 상기 회절판(2)과 회절흡음판(2a) 사이간격 즉 e는 12cm이다.

한편 회절흡음판(2b)와 회절흡음판(2c)의 높이 즉 d는 20cm이나, 상기 회절흡음판(2a)과 회절홉음판(2b)의 사이간격과 상기 회절홉음판(2b)와 회절홉음판(2c)의 사이간격 즉 f나 g는 각각 18cm 및 30cm로 제작 설치함으로써 주파수 구간을 1500헤르쯔 이상. 1000헤르쯔에서 1500헤르쯔사이. 1000헤르쯔 이하의 세주파수 구간을 구간 e,f,g에서 이들 세개의 주파수 구간의 주요 에너지가 상쇄간섭되도록 구성되어 있다.이것은 여기서 상쇄간섭은 상기의 e,f,g의 각 구간에은 직진된 파와 경사판(4) (4a) (4b)에서 반사된 파에 의해 발생되어지는 것이다. 소음이 발생하는 음원을 향한 각 회절흡음판(2a) (2b) (2c)의 내면에는 흡음처리를 위해 글래스울(6)을 내장하였는데 이는 상기의 각 구간 e,f,g에서 여러번 반사에 의해 생기는 또다른 반사파가 있게 되면 상쇄간섭을 유도하기가 용이하지 않으므로 일반적으로 종래의 방음벽과 같이 흡음처리를 위해 소음이 발생하는 음원을 향해 있는 방향으로 설치하는 편이 상대적으로 차음특성이 우수하기 때문이다. 그리고 본 발명의 방음장치(9)에 설치되는 회절판(2) 및 회절흡음판(2a) (2b) (2c)의 상단부를 연결하면 제5도에서 점선으로 도시된 바와 같이 곡선을 이루도록 하고 있는데 이것은 다중 회절에 의해 전주파수에서의 중복 차단 효과를 노린 것이다. 이 효과는 상당히 괄목할만한 것으로써 소리가 회절하여 수음점으로 진행할 때 수음점이 소음이 발생하는 음윈에서 보아 시야에서 가려지는 순간 소리 차단 효과가 매우 크기 때문에 차음 성능의 향상에 크게 기여한다는 것을 알 수 있다. 이것을 첨부한 도면 제 6도 및 제 7도에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

즉 제 6도는 무항실내에서 본 발명의 방음장치의 특성을 실험하기 위하여 설치한 것을 도시한 것으로써 베니어판 위에 50mm 두께의 글래스울을 깔아서 가능한 반사음이 적도록하여.음원(S₁₎(S₂) (S₃) 및 (S₄)의 위치는 120cm 높이로 본 발명의 장치가 설치된 방음벽(17)으로부터 각각j,k,l의 위치만큼 즉 210cm, 170cm 및 130cm의 거리를 두고 각각 설치하고 표면으로부터 각각 i 및 h의 꾸치만큼 즉 40cm 및 25om의 거리를 두고 각각 설치하고 또한 수음점 (R₁) (R₂) (R₃) (R₄) (R₅) 및 (R₆)의 위치는 상기 방음벽 (17)로부터 상기 수음점 (R₁)(R₃) 및 (R₅)는 m의 위치만큼 즉 200cm의 거리를 두고 설치하되, 표면으로부터 각각 o,p 및 q의 위치 즉 90cm, 175cm 및 225cm 만큼의 거리를 두고 설치한 다음, 다시 수음점 (R₂) (R₄) 및 (R₆)는 표면으로부터는 각각 상기 수음점 (R₁) (R₃) 및 (R₅)과 동일하나, 방음벽(17)으로부터는 n의 위치 즉 300cm 만큼의 거리를 두고 설치하였다.

물론 방음벽 (17)은 12mm 두께의 베니어판을 기본 방음벽으로 사용하였고, 이 상단에 본 발명의 방음장치(9)을 얹어 놓았을 때와 본 발명의 방음장치 (9)를 올려놓지 않은 경우와 높이는 같되 기본 방음벽 (17)의 연장형태를 취한 때의 수음점에서의 음장변화를 측정하여 그 차이를 본 발명의 방음장치 (9)의 효과로서 평가하였다.

음원(S₁) (S₂) (S₃) (S₄)의 위치는 3m 높이의 실제의 기존 방음벽이 6차선의 차도옆에 위치해 있는 경우를 가정하여, 전체 차선을 4등분하여 각 차선의 중심에 음원(S₁) (S₂) (S₃) (S₄)가 있는 경우에 방음벽 상단부로 소음이 입사되는 각을 고려하여 실험의 음원 (S₁) (S₂) (S₃) (S₄)의 위치를 선정한 것이다.

기존의 방음벽(7)은 일반적으로 첨부한 도면 제 8도에서 도시한 것과 같이 공간에 따라 그 효과 구간이 구별된다. 구간 I은 매우 효과가 좋아서 방음벽(7)의 역할을 충분히 기대할 수 있는 공간이고, 구간 II는 효과가 위치에 따라 크게 변화하여 약간의 방음벽(7) 덕택을 받는 공간이며, 구간 III는 일부만 방음벽 (7)의 영향을 받는 공간이다. 첨부한 도면 제 6도의 수음점 (R₁) (R₂) (R₃) (R₄) (R₅) (R₆)들은 이러한 모든 공간을 가능한한 구분하여, 모든 공간 특성을 실험하기 위하여 선정된 것들이다. 즉 (R₁)과 (R₂)는 구간 I에 해당하며, (R3) (R₄) (R₆)는 구간 II에, 그리고 (R₅)는 구간 II와 구간 III의 경계부근의 위치에 해당한다.

표 1은 수음점(R₁) 위치에서의 본 발명의 방음장치(9)의 효과를 나타낸다. 막대그래프로 표시된 이 효과는 315Hz부터 4kHz까지의 주파수 구간에서 1/3 옥타브 분석을 한 결과인데, 교통소음 분포 주파수 이상의 넓은 주파수 범위에서 분석한 결과를 보여준다. 그림에 표시된 주파수는 1/3 옥타브 밴드의 중심주파수이다. 막대그래프로 표시한 값은 본 발명의 방음장치(9)로 인하여 차음 효과가 그만큼 증가함을 표시한다.

(a)의 그림을 보면 주파수 구간마다 일치하지는 앓지만 주어진 음원 위치 (S₁)에 대하여 본 발명의 방음장치(9)로 인하여 평균 6(dB)정도의 추가차음 효과가 있음을 알 수 있다. 특히 800Hz에서 2kll2 구간의효과가 매우 좋은 것을 보여주고 있고 1kHz에서는 10(dB)에 육박하고 있다. 이는 음원쪽의 지면반사 효과와, 본 발명의 방음장치(9)의 각 회절판(2) 및 회절음판(2a) (2b) (2c) 사이사이의 경사판(4) (4a) (4b)에서 반사되는 반사파를 이용하여 시도한 상쇄간섭의 결과와의 종합으로 분석된다. 이를 다시 자세히 설명하면 다음과 같다. 그림의 (a) (b) (c) (d)는 음원의 (S₁)부xj (S₄)까지 이동위치해 있을 경우의 본 발명의 방음장치 (9)의 효과로서 경사판(4) (4a) (4b)에서 반사되는 지면반사파에 의해 주파수 특성이 교대로 굴곡을 갖고 있고, 음원(S₁) (S₂) (S₃) (S₄)로부터 지면반사를 위해 지면에 입사하는 각이 증가하는 (S₄)의 경우에 특성이 가장 크게 나타나고 있다.

여기서 표 1의 모든 그림에서 경사판(4) (4a) (4b)에서 반사되는 지면반사파의 특성을 배제하더라도, 지면 반사파의 특성을 제거하기 위해 굴곡이 있는 주파수 특성을 중심부분을 연결하면 분석주파수 구간중 중앙 부분에서 본 발명의 방음장치 (9)의 특성이 가장 두드러지게 좋은 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 회절판(2)과 회절흡음판(2a) (2b) (2c)와의 각각 사이사이에서 경사판(4) (4a) (4b)에서 반사되는 바닥반사파를 이용한 간섭작용에 의한 것으로 평가된다. 그리고 (a)부터 (d)까지의 특성이 (d)로 갈수록 대체로 증가하여 음원이 (S₄)에 있을 때는 그 효과가 평균 7-8dB 정도임을 알 수 있는데 음원이 방음장치쪽으로 접근하면서 방음장치의 앞쪽 날개에 입사하는 입사파의 회절각이 증가하면서 나하나는 현상이다.

[표 1]

표 2는 수음점이 (R₂)인 경우의 방음장치 특성을 표 1과 같은 방법으로 표시한 것이다. 전체적인 특성이 거의 표 1과 비슷하여 앞에서 평가한 모든 분석이 그대로 적용되고 있다. 특히 (R₁)위치와 마찬가지로 이 수음점 위치는 제7도의 구간 1에 해당되는 곳이라 볼 수 있다. (R₁)위치에서의 특성이 (R₁)위치에서의 특성과 비슷하게 나타나는 이유를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

음원(S₁) (S₂) (S₃) (S₄)에서 출발한 음파는 본 발명의 방음장치 (9)를 거치면서 회절이 반복되고 간섭이 이루어지면서 많은 에너지가 차단되는데, 본 발명의 방음장치 (9)의 최후방 높이와 동일한 수평선 이하의 공간을 향하는 모든 음파는 이미 이 최후방의 상단부 이전에서 모든 회절현상과 간섭현상에 공통적으로 지배를 받기 때문에 위치에 따라 큰 특성 차이를 나타내지 않는다.

반면에 (R₃)부터 (R₆)까지의 수음점들에서는, 본 발명의 방음장치 (9)의 최후방에 구성된 회절흡음판(2c) 이전의 회절흡음판(2b)에서 출발한 음파와 경사판(4b)의 바닥반사파나 회절을 거치면서 최후방에 구성된 회절흡음판(2c)에서 떠난 음파들이 직접 만나 음장을 형성하게 되는데 이 현상의 정도는 공간위치에 따라 변화하게 된다.

표 3 이후에 보여주는 본 발명의 방음장치 특성은 이러한 공간 특성을 나타낸다.

[표 2]

표 3과 표 4는 본 발명의 방음장치 (9)보다 높은 위치인 제 8도의 (R₃) 및 (R₄) 수음점 위치에서의 본 발명의 방음장치(9) 효과를 보여준다. 이 결과는 단순한 방음벽 보다도 본 발명의 방음장치(9)로 인하여 소음이 평균 3-4dB 정도 감소됨을 보여준다.

또한 본 발명의 방음장치(9) 상단부로부터 (R₃) 및 (R₄)위치까지 직선을 그어보면 (R₄)에 도달된 음파가 상대적으로 큰 회절각을 형성하므로, 본 발명의 방음장치(9)가 (R₃)보다는 (R₄)위치에 기여하는 효과가 약간 크게 나타나고 있다. 참고로 소음이 3dB 감소하는 것은 소리에너지가 절반으로 감소되었다는 것을 의미한다. 보다 더 쉽게 설명하면, 방음장치로 인하여 어느 위치에서의 소음이 3dB 감소되었다고 하면, 도로를 지나는 차량의 숫자가 절반으로 감소된 것처럼 느껴진다는 설명이 된다(후기한 표 9 참조). 이 실험결과들은 또한 1kHz 부근의 소음은 거의 5dB까지도 감소하는 것을 보여준다.

[표 3]

[표 4]

표 5는 표 4의 수음점 위치중 (R₅)의 위치에 대한 본 발명의 방음장치(9)의 효과를 나타낸다. 특히 이 위치는 본 발명의 방음장치(9)를 설치하였을 때도 음원(S₁)과 (S₂)에 대하여 시각적으로 노출되어 있다.

표 5의 (a)와 (b)는 음원(S₁)과 (S₂)에 대하여 수음점(R₅) 위치에서의 본 발명의 방음장치(9)의 성능이다. 이 결과는 음원과 수음점이 직접 보이는 상태에서도 이 방음장치가 음파의 차단역활을 훌륭히 해낸다는 것을 보여준다. (c)와 (d)는 음원이 방음벽쪽으로 이동하여, 본 발명의 방음장치(9)가 음원과 수음원의 상호 시야를 가려주는 상태가 되면서 효과가 증가되는 것을 나타낸다. 이 표5의 결과는 수음점이 도로변의 고층 아파트인 경우에도 어느 정도 높은 층까지는 기존형태 방음벽(7)보다 이 본 발명의 방음장치(9)가 소음차단에서 추가적인 효과를 주고 있음을 보여준다.

[표 5]

표 6은 수음점 (R₆) 위치에 대한 방음장치의 효과로서, 수음점 (R₃) (R₄) (R₅) 위치에 대한 결과와 매우 비슷한 양상을 보이면서, (R₃)와 (R₄)보다는 효과가 작고 (R₅)보다는 큰 값을 나타내고 있다.

(R₃)에서 (R₆)까지는 제 7도의 구간 II에 포함되는 수음점들의 위치로서. 아파트 지역의 수음점 위치라 볼 수 있는 것들이며, 이 방음장치가 아파트 지역에도 매우 유효하다는 평가를 내릴 수 있다. 이 장치의 효과는 수음점이 구간 I과의 경계쪽에 위치할 수록 증가되고 구간 I에 포함되는 수음점 위치에서는 7dB 정도 효과가 있음을 결론내릴 수 있다

[표 6]

본 발명의 방음장치 (9)의 성능은 상기에서 충분히 평가되어졌다고 본다. 그러나 본 발명의 방음장치(9)를 실제로 야외에 설치하여 실험한 결과를 제 8도에 의거 설명하기로 한다. 이 실험을 위하여 알루미늄 제품의 기존 방음벽(7)을 사용하여 높이 3m, 폭 0.5m. 길이 20m로 세워 그 상단에 제 5도에서와 같은 치수의 본 발명의 방음장치(9)를 고정하고, 음원, 방음벽 및 수음점 위치는 제 8도에서와 같이 기존의 방음벽 (7)에서 및 r만큼 떨어진 위치 즉 3.5m 및 5m의 거리에 각각 음원(S₂) 및 음원(S₁)을 설치하고, 바닥으로부터는 β만큼 즉 1.1m 만큼의 거리를 두고 설치했으며, 수음점 (R₁)을 바닥에서 y만큼 즉 3m, 방음벽(7)에 v만큼 즉 3.5m, 수음점 (R₂)는 바닥에서 w만큼 즉 4.5m, 방음벽에서 u만큼 즉 1m 만큼의 거리를 둔 위치로 설정 하고 본 실험에 사용한 음원(S₁) (S₂)은 본 실험에서 사용한 음원(S₁) (S₂)은 200와트 출력의 대용량 스피커로서 충분한 음압을 발생시킬 수 있으나 실험장의 전반적으로 높은 암소음(ambient noise) 문제 때문에 도로상의 실제의 차선거리에 대응하는 충분한 거리를 적용하기에는 문제가 있고, 더우기 본 실험에서 사용한 방음벽의 길이가 20m 밖에 안되어서 음원(S₁) (S₂)을 기존 방음벽(7)으로부터 지나치게 멀리하는 경우에 방음벽(7) 양쪽 측면으로 넘어오는 소리의 영향이 문제될 수 있다. 이와 같은 이유로 인해 음원(S₁) (S₂)의 위치를 실제 차선보다 가까운 곳으로 선정하였으며, 그 대신에 응원의 높이를 1m 정도로 유지함으로써 실제 도로상의 차량소음원과 방음벽과의 상대적인 위치를 극히 유사하게 할 수 있도록 시도하였다.

수음점 (R₁) (R₂)의 위치 선정에서도 마찬가지 이유가 적용되어 방음벽에 비교적 가까운 거리인 3.5m까지의 위치를 대상으로 하였다. 지면으로부터 (R₂)보다 비교적 낮은 위치의 수음점에서도 측정을 시도하였으나 본 발명의 방음장치(9)를 거친 음원의 음압과 암소음의 차이가 미미하여 분석이 불가능하였다.

따라서 본 실험에서 대상으로 한 (R₁)위치는 방음벽의 성능평가에서 흔히 적용되는 위치로서 본 발명의 방음장치(9)의 효과를 대표할 수 있고, (R₂)의 위치는 종래 방음벽(7)의 성능평가에서는 거의 이용되지 않지만 본 발명의 방음장치(9)의 효과를 고층아파트 지역에 대해서 분석하기 위하여 의도적으로 선정한 것이다.

이러한 상태에서 스피커의 입력신호로서의 전기적 백색 잡음을 사용하여 실험하되, 본 발명의 방음장치(9)의 성능은 주어진 수음(R₁) (R₂)점에서 종래의 방음벽(7)만 있을 때의 음압과 본 발명의 방음장치(9)를 추가한 경우의 음압과의 차이를 측정하여 분석하였다.

표 7은 도면 제 8도의 (S₁)위치의 음원에 대한 (R₁) 및 (R₂) 수음점 위치에서의 본 발명의 방음장치 (9)의 효과를 각각 보여준다. (R₁)위치에 대한 표 7(a)의 결과는 실험실내에서 구한 상기한 표 1 혹은 표 2와 전반 적으로 비슷함을 볼 수 있다. 야외실험 측정결과와 실험실 즉 무향실내에서 측정한 결과 사이에 특히 1kHz 이하의 저주파 영역으로 다소 차이가 나타나는 것은 주위 공장지역내에서 저주파 암소음의 변동이 심한 때문이엇던 것으로 믿어진다. 음원(S₁)(S₂)가 보이는 수음점(R₂)에 대한 표7(b)의 결과는 비슷한 위치에 대한 무향실내에서 실험한 결과보다 현저히 효과가 향상된 것으로 나타나 있다(표 5 참고).

이것은 무향실의 실험실내에서의 결과가 본 발명의 방음장치(9)를 설치한 방음벽(7)과 동일한 높이의 기본 방음벽(7)을 기준으로 한 것임에 반하여 야외실험에서는 본 발명의 방음장치(9)의 설치에 따른 20cm의 높이 증가효과가 추가로 나타난 것으로 설명될 수 있다. 3m 높이에 대한 20cm의 높이 증가는 방음벽으로부터 먼곳에서는 그다지 큰 변화를 주지않지만 야외실험에서 선정한 (R₂)위치와 같이 본 발명이 장치된 방음벽(7)에 가까운 위치에서는 상당한 변화를 줄 수 있는 것을 보여주고 있다.

[표 7]

표 8은 제8도의 (S₂)음원위치에 대해서 수음점(R₁)과 (R₂)위치에서의 소음간섭 위치의 효과를 각각 보여 준다. 상기한 표 7의에 비해서 (R₂)위치에서의 효과가 현저하게 증가한 것으로 나타나 있다. 이것은 음원(S₁)(S₂)가 본 발명이 장치된 방음벽(7)으로부터 가까이 위치함에 따라서 본 발명의 방음장치(9)의 음원(S₁)(S₂)을 향한 돌출부의 소음차단 효과(특히 고주파부분)가 증가된 때문이다.

[표 8]

결과적으로 본 발명이 의도하는 원리는 상기에서 상세히 설명한 바와 같이 가장 두드러진 특징은 음파의 간섭과 회절원리를 모두 이용하여 차음 특성을 크게 신장시킨데 있다. 즉 폭과 깊이가 서로 다른 세 개의 경사판(4)(4a)(4b)에서 반사되는 파로 햐여금 회절판(2) 및 회절흡음판(2a)(2b)(2c)의 상단부에서 직진하는 파와상쇄간섭을 일으키게 하여 교통소음을 주요주파수 구간에서 상당한 차음 효과를 거두고 있다. 여기에 다 소음이 제2 도에서 도시한 바와 같이 시선(15)의 직진선이 하로 들어가기 시작할 때에 음압이 대폭 감소하는 회절의 성질을 최대한 이용하여 회절판(2) 및 회절흡음판(2a)(2b)(2c)의 상단점들이 곡선을 이루도록 위치(제5도 점선 참조)시켜 전주파수 구간의 차음 효과를 보완함으로서 전체 차음 특성의 대폭적인 향상을 기하기에 이르는 것이다. 특히 주어진 음원에 대한 방음벽에 효과는 수음점의 위치에 따라서 크게 변화기는 하나 다음에서는 기존의 방음벽의 효과를 제9 도에 의거하여 두 개의 수음점 구간으로 나누어 재평가하여 보았다.

종래 방음벽(7)의 효과는 제 9도의 구간 I을 대상으로 평가된다. 이 구간에서의 재래식 방음벽(7)의 방음 효과는 방음벽 높이와 소음 주파수에 따라서 차이가 있으나 대체로 10dB 정도까지의 소음감소 효과를 기대할 수 있다. 미국이나 유럽의 도로변 주거지는 일반적으로 낮은층 주택들로 구성되어 있어서 구간 I과 같은 방음효과를 기대할 수 있는 장점이 있다. 그러나 우리나라와 일본같은 인구밀집 사회에서는 도시 주거지의 상당 부분이 도로변 고층아파트들로 구성되어 있기 때문에 방음벽의 효과로서 구간 II 및 그 이상을 고려해야 되는 경우가 많다. 구간 II에서의 방음효과는 구간 I 보다 훨씬 낮아서 평균적으로 5dB 정도로 보는 것이 타당하다. 구간 II 이상, 즉 시선 이상의 구간 III에 대해서는 방음벽의 효과가 실질적으로 없다고 보아야 한다. 즉 본 발명의 방음장치(9)에 의해서 구간 I 에서는 6-7dB의 추가방음 효과가 있는 반면에 구간 II에서는 2-5dB의 방음효과 증가를 기대할 수 있다. 더우기 재래식 방음벽(7)으로서는 거의 효과가 없다고 인정되는 시선위 구간 III에 대해서도 시선으로부터 크게 떨어지지 않은 시선근방 구간에서 2dB 정도의 추가방을 효과를 기대할 수 있다. 본 발명에 의한 이같은 방음효과는 재래식 방음벽(7)이 주는 기본 방음효과에 추가되는 것이기 때문에 본 발명의 방음장치(9)를 사용하는 전체 방음시설의 효과는 구간 I과 II에 걸쳐서 적절한 수준으로 유지될 수 있다. 즉 재래식 방음벽(7)으로서는 적절한 효과를 기대할 수 없는 고층구간(구간 II 및 III)을 본 발명의 방음장치(9)의 사용에 의해서 "차음효과 구간"으로 바꿀 수 있다. 이러한 본 발명에 의한 추가방음 효과에 대한 위의 숫자들이 주는 의미는 이를 교통량 감소와 같은 의미로서 그 효과를 비교하여 더욱 쉽게 이해할 수 있다.

즉 표 9는 수음점(R₁)(R₂)(R₃)(R₄)(R₅)(R₆)(R₇)(R₈)(R₉)(R₁₀) 구간별로 본 발명의 방음자치(9)에 의한 추가 방음 효과에 대응하는 교통량 감소효과와 같은 의미의 결과를 나타낸다.

이 표에서 말하는 교통량 감소효과라는 의미는 소형차와 대형차의 구성비에 변화를 주지않고 각각의 차에 동일하게 적용되는 것으로 가정한다. 전반적으로 수음점(R₁)(R₂)(R₃)(R₄)(R₅)(R₆)(R₇)(R₈)(R₉)(R₁₀)의 높이가 증가할수록 방음효과가 감소하는 것은 사실이다.

그러나 실제 도로에서의 교통량 감소가 실질적으로 불가능함을 감안할 때 구간 II에서 조차 50% 정도의 교통량 감소와 같은 의미의 효과를 기대할 수 있다는 것은 본 간섭장치의 경제적 효용성을 뒷받침하는 것이라고 볼 수 있다.

[표 9]

본 발명의 방음장치(9)의 경제적 효용성은 또다른 측면에서 검토할 수 있다. 즉 본 발명의 방음장치(9)의 사용에 따르는 효과를 재래식 방음벽(7)의 높이 증가효과와 비교하는 것이다. 이 효과는 기준이 되는 재래식 방음벽(7)의 기준 높이 및 수음점의 위치에 따라서 다르기 때문에 여기서도 제 6도에서와 같이 음원으로부터 6m 거리에 3m 높이의 기준 방음벽을 가정하고, 구간 I 과 II에서 각각 다섯 개의 수음점(R₁)(R₂)(R₃)(R₄)(R₅)(R₆)(R₇)(R₈)(R₉)(R₁₀)을 선정하여 각 수음점에 대한 높이 증가효과를 평가하고자 한다.

표 10은 구간 I 의 다섯 개의 수음점(R₁)(R₂)(R₃)(R₄)(R₅)에 대한 본 발명의 방음장치(9)에 추가방음 효과에 대응하는 재래식 방음벽(7)의 높이 증가효과를 보여주고 있다.

이 표의 높이 증가효과는 구간 I에 대한 간섭장치의 추가방음 효과를 6dB로서 가정하고 계산한 것이다. 앞의 표 9에서와 같이 이 구간의 추가방음 효과가 6-7dB 정도이므로 이 표는 예상되는 효과의 최저치를 나타낸다고 볼 수 있다. 방음벽으로부터 멀어짐에 따라서 높이 증가효과가 커지고 있지만 전체적으로 3m 이상의 증기효과가 있음을 볼 수 있다.

[표 10]

표 11은 구간 II의 다섯 개 수음점(R₆)(R₇)(R₈)(R₉)(R₁₀)에 대해서 앞의 표와 비슷한 분석을 한 결과를 보여준다. 이 표에서는 구간 II에 대한 간섭장치의 추가방음 효과를 4dB로서 가정하였다. 구간 I에 비해서 높이 증가효과가 낮은 사실이지만 아직도 1m 이상의 증가효과가 있음을 볼 수 있다.

본 발명 방음장치(9)의 상단부 폭이 60cm인(제5도 참고)점을 감안할 때 재래식 방음벽(7)을 1m 이상 (구간 I에 대한 3m 증가효과는 고려않더라도) 증가시키기 위한 재료와 설치방법에 따르는 비용증가를 충분히 상쇄할 수 있으며 특히 지나치게 높은 방음벽이 주는 시각적인 불리와 안전문제를 고려할 때 본 간섭장치의 경제적 효용성은 더욱 커진다.

[표 11]

본 발명의 방음장치(9)는 기존 방음벽(7)의 상단에 설치(제11도 참조)되어져서 유효 높이는 약 20cm 정도 증가한다. 이 추가 높이가 본 발명의 방음장치(9)에 의한 고유한 추가방음 효과에 다소의 효과를 덧붙이는 것은 사실이지만 본 발명의 근본 목적은 재래식 방음벽(7) 이상으로 시야를 방해하지 않으면서 방음효과를 제고시키려는데 있다. 이같은 의도는 도시미관에 지나친 지장을 초래하지 않으면서 특히 도로변의 고층아파트단지 소음방지에 큰 효과를 줄 수 있는 것이며, 본 발명은 이외에도 철도변 소음과 공장의 기계소음 방지에 활용될 수 있다. 어떠한 소음원을 대상으로 하든 본 발명의 사용에서 한가지 유의할 점은 본 발명 장치의 고주파수와 중간주파수용 간섭장치를 구성하는 회절판(2)과 회절흡음판(2a) 및 회절흡음판(2b)가 소음원을 향하여 근사적으로 연결하는 선이 시각적으로 소음원을 통과하도록 설치해야 한다는 것이다(제10도 참조).

다차선 도로의 경우에 이 원칙은 방음벽으로부터 가장 먼 차선을 기준으로 하여 적용된다. 이 원칙을 따를 때 본 발명의 장치를 구성하는 각 회절판 및 회절흡음판의 상대적인 높이는 제 5도에서 설정되어 설명 된 치수에 한정되는 것이 아니라 대상도로의 폭과 기존 방음벽의 높이 및 위치에 따라 변경역시 가능한 매우 유용한 발명임이 명백하다.

Claims (1)

1. 바닥판(1)에 적절한 간격을 두고 적당한 높이로 회절판(2) 과 글래스울(6)이 내장된 회절흡음판(2a)(2b)(2c)을 각각 설치하되 상기 회절흡음판(2a0(2b)(2c)의 앞면에는 수음공( 6′)이 형성된 앞판( 6″)을 끼워 고정하고, 상기 회절판(2)과 회절흡음판(2a)사이, 회절흡음판(2a)과 회절흡음판(2b)사이 및 회절흡음판(2b)과 회절흡음판(2c)사이에 각각 배수공(5)( 5′)( 5″)이 천설된 경사판(4)(4a)(4b)을 각각 설치하고 상기 바닥판 1)의 하부에 형 고정부재(3)가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 방음장치.

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