KR950002473B1 - 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어방법 및 장치

첨부된 도면은 본 발명의 능동소음 제어장치에 대한 일실시예의 전체구조를 보인 부분절결 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 파이프 2 : 가변파이프

2a : 외통체 2b : 내통체

3 : 고정파이프 4 : 제어기

5 : 액츄에이터 5a : 작동로드

6, 7 : 마이크

본 발명은 자동차엔진과 같은 내연기관의 배기파이프나 공기압측기등의 공기전달용 파이프와 같이 파이프로 전달되는 소음중에서 소음의 큰 부분을 차지하는 특정주파수의 소음을 제어하기 위한 소음감소 기술에 관한 것으로, 특히 소음전달파이프의 경로중 일정구간을 두갈래로 분지시켜 그 분지된 두 파이프 사이에 길이차이를 둠으로써 각 분리파이프를 통과하여 다시 합쳐진 두 소음간의 위상차에 의한 상호간섭으로 소음이 서로 상쇄되도록 한 소음 전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차엔진과 같은 내연기관의 배기파이프를 통해 방출되는 배기소음은 엔진의 폭발회전수에 따른 성분이 주된 소음 요인으로 작용하기 때문에 배기소음의 주요 주파수는 엔진의 회전수변화에 상응하여 변화하게 된다.

이같은 자동차의 배기소음을 감소시키기 위한 방편으로 가장 널리 사용되고 있는 형태로는 배기파이프상에 복수개의 머플러를 장착하는 방식을 들 수 있으나, 머플러를 이용하여 배기소음을 줄이는 데는 다음과 같은 여러가지의 문제점이 지적되고 있다.

먼저, 엔진의 동작회전수가 크게 변화하는 자동차엔진에서 전체 회전수의 범위에 걸쳐 효과적으로 동작하는 머플러를 제작하는 데는 설계상 많은 어려움이 따르고, 또한 상당한 자체 중량을 갖는 복수개의 머플러를 배기파이프에 설치함에 따라 전체 배기시스템의 복잡화 및 중량증대가 초래되며, 또한 배기가스의 배출경로중에 설치되는 머플러에서의 공기저항에 따라 배압(back pressure)이 증가되어 결과적으로 엔진의 연료효율을 떨어뜨리게 된다.

그리고 공기압축기의 경우에서는 일반적으로 압축공기의 배관과 공기흡입구에서 압축기의 회전수의 정수배(harmonics)에 해당하는 매우 큰 소음이 발생하게 되는데, 이같은 소음의 감소를 위하여 압축기의 제작단계에서 소음발생을 최소화하도록 설계를 하는 한편으로 소음기를 장치하는 방안이 통상적으로 사용되어오고 있으나, 설계개선을 통한 소음의 감소에는 기술적으로 한계가 따르고 소음기를 장치하는 경우에는 소음감소 효과가 미흡할 뿐만아니라 그 효과에 비하여 소음기의 크기가 크고 가격이 비싸다는 단점이 있다.

한편, 최근 상기 종래의 소음제어방식이 지니고 있는 단점을 보완하기 위한 새로운 형태의 소음감소방안으로서 배관소음의 능동제어에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있는 바, 이같은 배관소음의 능동제어기술을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

현재 연구되고 있는 배관소음의 능동제어에 관한 대표적인 방식의 일예에 따르면, 소음원이 통과하는 배기파이프의 일측과 출구측에 각각 소음측정용 마이크와 스피커를 설치하여 마이크로부터 측정된 소음정보를 제어기로 보내고 제어기에서는 배기파이프의 출구측에 설치된 스피커를 통해 그 측정된 소음을 상쇄시킬 수 있는 소음을 방출하도록 구성함으로써 배기파이프를 통하여 방출되는 소음과 스피커를 통해 나오는 두개의 소음이 서로 간섭을 일으키도록 유도하여 장치의 외부로 방출되는 소음의 크기를 감소시키는 형태를 취하고 있다.

그러나, 이와 같은 능동소음제어방식에 있어서는 배기파이프의 출구측 경로상에 스피커가 장착됨에 따라 고온의 배기가스에 노출되는 스피커가 쉽게 부식되거나 기능장애를 일으켜서 스피커의 내구성이 떨어지는 등의 문제점이 따르고 있다.

이에따라, 본 발명은 상기 종래의 소음제어기술이 지니고 있는 제반단점과 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 소음이 지나가는 파이프의 경로중 일부구간을 두갈래의 분지구간으로 형성하여 그 두갈래의 분지구간을 통과하여 다시 합쳐진 소음이 서로 반파장 또는 반파장더하기 정수배파장을 이루도록 분지구간의 두 파이프길이를 조절함으로써 두 소음간의 간섭효과에 의해 소음이 감소되도록 한 능동소음 제어방법 및 장치를 제공하는 데 발명의 목적을 두고 있다.

본 발명의 능동소음 제어방법을 분지파이프를 통과하여 합쳐진 소음간의 위상차이에 따른 간섭효과를 이용하고 있는 것으로, 이같은 간섭효과에 의해서 소음이 감소되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 특정한 주파수의 소리를 고요한 수면에 돌을 던졌을 경우에 생기는 동심원이 사방으로 퍼져나가는 과정에서 물결의 높낮이가 있는 것과 마찬가지로 시간에 따라 그 크기가 커지고 작아지는 주기적인 변화를 하게 되는데, 예를 들면 100Hz 의 경우는 1초에 소리가 커졌다가 작아지는 변화를 100회 반복하게 된다.

이때, 두개의 동심원이 서로 가까이 있는 경우를 가정하면 두 동심원의 각 중심으로부터 사방으로 진행하는 물결상호간에 간섭이 일어나게 되는 데 그 상호간의 간섭과정에서 서로 높은 부분(마루)이 만나는 곳은 물결의 높이가 커지게 되고 이와달리 높은 부분(마루)과 낮은 부분(골)이 만나는 곳은 물결의 높이가 서로 상쇄되어 작아지게 된다.

본 발명의 능동소음 제어방법은 이같은 파동의 간섭효과에 의한 소음의 감소원리를 이용하는 것으로서 파이프를 통하여 진행하는 소리가 서로다른 길이를 갖는 파이프의 분지구간을 통과하여 합쳐질때 서로 180℃의 위상차이를 갖도록 분지파이프의 일측길이를 조절하여 소음의 상쇄가 이루어지도록 한 것이다.

이같은 본 발명의 능동소음 제어방법에 대해서 첨부된 바의 일실시예 장치를 통하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면은 본 발명의 능동소음 제어장치에 대한 전체구조를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 일측이 소음원으로서의 엔진하나 압축기등과 연결되어 소리의 이동경로를 구성하는 파이프(1)는 일정구간에 걸쳐 두갈래로 분지되었다가 다시 합쳐지는 분지구간이 구성되는데, 이때 분지구간은 그 길이의 변화가 가능한 가변파이프(2)와 그 길이가 고정된 고정파이프(3)로 이루어진다.

가변파이프(2)는 제어기(4)의 제어신호에 따라 구동되는 액츄에이터(5)의 작동로드(5a)와 연결된 외통체(2a)가 내통체(2b)와 슬라이드식으로 결합되어 내통체(2b)에 대한 외통체(2a)의 상대운동으로 가변파이프(2)의 전체적인 길이변화가 가능하도록 구성되는데 이때 내ㆍ외통체(2b), (2a)간의 결합부는 밀폐상태를 유지하게 된다.

한편, 제어기(4)는 회전수측정센서등을 이용하여 측정된 소음원으로서의 엔진이나 압축기등의 회전수정보(I)나 파이프(1)내에 설치된 마이크(6)를 통하여 측정된 정보를 바탕으로 하여 액츄에이터(5)측으로 제어신호를 보내게 된다.

그리고, 파이프(1)의 출구측에는 경우에 따라 마이크(7)가 설치되어 이 마이크(7)로부터 측정된 바의 감소소음이 다시 제어기(4)측으로 입력되도록 구성된다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 능동소음 제어장치에서 소음의 감소과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 소음원이 일정하게 고정된 회전수로 작동하는 경우에는 액츄에이터(5) 및 제어기(4)를 이용하여 가변파이프(2)의 길이조절을 할 필요가 없으므로 처음부터 가변파이프(2)를 내ㆍ외통체(2b), (2a)간의 슬라이드 결합구조가 아닌 단순 파이프 형태로 구성하되 소음원의 주파수를 고려하여 분지구간의 합치점에서 두소음의 주파수가 반파장 또는 반파장더하기 정수배파장만큼 차이가 나도록 가변파이프(2)의 길이를 고정시킴으로써 소음감소효과를 거들 수 있다.

그리고, 자동차의 엔진과 같이 회전수가 심하게 변화하여 주소음원의 주파수가 크게 변화하는 경우에는 이같은 주소음원의 파장 변화에 대응하여 가변파이프(2)의 길이를 변화시키게 되는데, 가변파이프(2)의 길이조절은 제어기(4)로 입력되는 엔진등 소음원의 회전수정보(I)나 파이프(1) 내부에 설치되 마이크(6)로부터 입력되는 신호를 토대로 하여 제어기(4)가 액츄에이터(5)측으로 구동신호를 보내게 되고, 이에따라 액츄에이터(5)는 가변파이프(2)의 외통체(2a)에 연결형성된 작동로드(5a)를 승강구동시켜 가변파이프(2)의 길이를 변화시키게 된다.

일예로 소음원으로서의 엔진회전수가 증가하여 주파수가 높아지는 경우에는 파장이 짭아지므로 액츄에이터(5)의 작동로드(5a)가 외통체(2a)를 아래쪽으로 잡아당겨 전체적인 가변파이프(2)의 길이를 단축시킴으로써 소음의 주파수 변화에 관계없이 항시 소음의 제어가 가능하게 된다.

이와 같은 본 발명의 능동소음 제어장치에서 소음감소의 확인작업은 파이프(1)의 출구측에 마이크(7)를 설치하여 이를 청취함으로써 이루어질 수 있으며, 이같이 마이크(7)로부터 측정된 소음신호는 다시 제어기(4)측으로 입력되어 제어신호로도 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 능동소음 제어방법 및 장치는 종래의 능동소음 제어방식에서와 같이 파이프를 통과하는 소음에 또다른 소음으로서의 스피커를 통한 소음을 가하여 소음의 간섭효과를 발휘하는 형태가 아닌 소음자체를 이용하여 소음을 감소시키는 것이어서, 본 발명의 장치는 구조적으로 간단하면서도 내구성이 높다는 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 능동소음 제어장치는 자동차등의 배기파이프상에 장착되는 종래의 머플러방식에 비하여 경량화가 가능하고 배압을 줄일 수 있음에 따라 엔진의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 파이프를 통하여 전달되는 소음 중 특정주파수의 소음이 주요성분으로 작용하는 소음발생장치의 능도소음 제어방법에 있어서, 파이프의 일정구간을 서로다른 길이를 갖는 두갈래의 분지파이프로 형성하되 각 분지파이프를 거쳐 다시 합혀지는 두 소음의 특정주파수가 서로 반파장 또는 반파장더하기 정수배파장만큼 차이가 나도록 하여 간섭효과에 의한 소음의 감소가 이루어지도록 제어함을 특징으로 하는 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 소음원으로부터의 특정주파수가 변화하게 되면 그 특정주파수의 변화에 대동하여 두분지파이프중의 한 분지파이프의 길이를 변화시켜 분지파이프의 만나는 지점에서 변화된 두 특정주파수간에 간섭효과에 의한 소음의 감소가 이루어지도록 제어함을 특징을 하는 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어방법.
3. 파이프를 통하여 전달되는 소음중 특정주파수의 소음이 주요성분으로 작용하는 소음발생장치의 능동소음 제어장치에 있어서, 파이프(1) 경로상에 서로다른 길이를 갖는 두갈래의 분지파이프로 이루어진 분지구간을 형성하되 두 분지파이프중 어느 한쪽의 길이는 다른 쪽에 비해 특정주파수의 반파장 또는 반파장더하기 정수배파장만큼 차이가 나도록 형성함을 특징으로 하는 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어장치.
4. 제 3 항에 있어서, 분지구간을 이루는 두 분지파이프는 가변파이프(2)와 고정파이프(3)로 구성되며, 가변파이프(2)는 파이프(1)로부터 분지된 내통체(2b)의 외주면에 외통체(2a)가 슬라이드 가능하게 결합되어 구성됨을 특징으로 하는 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어장치.
5. 제 4 항에 있어서, 외통체(2a)는 그 일측에 제어기(4)의 제어신호에 의해 동작하는 액츄에이터(5)이 작동로드(5a)가 연결됨을 특징으로 하는 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어장치.
6. 제 5 항에 있어서, 제어기(4)는 소음원의 회전수정보(I)나 파이프 내부에 설치된 마이크(6)로부터 신호를 입력받아 액츄에이터(5)로 구동신호를 전달하도록 구성됨을 특징으로 하는 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어장치.
7. 제 3 항에 있어서, 파이프(1)의 출구측에는 소음감소확인용 마이크(7)가 설치됨을 특징으로 하는 소음전달파이프의 경로차이를 이용한 능동소음 제어장치.