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문제 정의
- 본 연구에서는 자동차 트렁크 매트에 적용될 수 있도록 복합시트의 구조 및 형태를 변형시켜 다양한 시편을 제작하여 흡·차음 성능에 미치는 영향을 연구하였다.
제안 방법
- 다양한 복합시트를 제조하여 흡음 및 차음에 미치는 영향을 조사하였다. 사용되는 시트의 흡·차음도 성능개선을 위한 실험결과는 다음과 같다.
- 반구형 홈의 존재가 음의 투과손실에 영향을 주므로, 공기층의 비율을 높이고, 공기층 형성 구조의 효과를 살펴보기 위해 Fig. 6과 같이 평판 시트와 사인(sine)파형의 시트를 합친 복합시트를 재작하여 차음도 효과를 비교하였다. Fig.
- 3과 같다. 부직포의 흡음률 측정은 두께 1.3mm인 PP보드에 부직포를 부착한 후 부직포 부착면이 스피커 방향으로 향하게 하여 실험하였다. Fig.
- 빈 공간을 포함하는 복합시트의 흡음 및 차음 성질을 알아보기 위하여 Fig. 1과 같이 시트위에 반구형의 홈을 포함하는 2개의 시트를 제조해서 서로 마주보게 압착한 복합시트를 제작해서 흡음 및 차음 특성을 측정하였다.
- 시트의 차음성능 개선을 위하여 부직포 사이에 반구형 홈을 두었을 경우 시편의 반구형 홈 유무에 따른 음의 차단성을 비교하기 위하여 두께가 2.2mm인 시편을 이용하여 반구형 홈 유무로 인한 시편의 투과손실을 측정하였다. 그 결과를 Table 2에 표시하였다.
- 64kg/m2의 면밀도를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 부직포를 사용하였다. 폴리프로필렌 시트의 표면 및 배면에 부직포를 위치시킨 후 200℃에서 핫프레스를 이용하여 복합시트를 제조하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 출발재료로는 자동차 부품업체로부터 압출 공정에 의해 제조된 2~5mm 두께의 폴리프로필렌(polypropylene) 시트와 0.02~0.64kg/m2의 면밀도를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 부직포를 사용하였다. 폴리프로필렌 시트의 표면 및 배면에 부직포를 위치시킨 후 200℃에서 핫프레스를 이용하여 복합시트를 제조하였다.
- 흡음률은 흡음재의 음향학적 특성을 나타내는 지표로 많이 사용되고 있으며 흡음률 측정은 관내법으로 하였다[14]. 실험 장치는 직경 45mm, 길이 1,000mm, 두께 3mm인 임피던스 관으로 관 내부의 한쪽 벽에 설치된 스피커에서 발생되는 음의 진행방향과 수직하게 흡음재(시료)를 설치하였다. 흡음재에 입사되는 입사파의 자기스펙트럼밀도(auto spectrum density) SA와 반사파의 자기스펙트럼밀도 SB를 측정과 계산에 의해 구한 후 식 (1)로 흡음률을 구한다[14].
이론/모형
- 차음재는 재료표면에서 음을 반사, 흡수하여 입사된 음이 투과하는 것을 막는 역할을 하며, 재료의 차음 성능은 여러 지표 중 대표적으로 많이 사용되는 투과손실(transmission loss)을 관내법을 이용하여 측정하였다[14-15].
성능/효과
- 1) 흡음률의 경우 실험을 위해 제작한 시트의 부직포의 경우 면밀도가 증가할수록 흡음률이 높아짐을 확인하였고 또한, 시트의 흡음률은 반구형 홈의 유무에 따라 다르며, 반구형 홈이 있을 때가 없을 때보다 주파수 대역별로 흡음률이 커짐을 알 수 있었다.
- 2) 음의 투과손실의 경우 제작 시편의 두께가 커질수록 투과손실도 증가하여 PP보드의 면밀도가 증가할수록 투과손실이 커짐을 확인하였으며, 시트와 부직포 사이의 공기층이 투과손실에 영향을 주었다.
- 3) 시트의 면밀도가 같을 경우 공기층의 구조에 따라 차음성능이 크게 달라지는 것을 알 수 있었다.
- 그 결과를 Table 2에 표시하였다. 500Hz, 1,000Hz 구간에서는 반구형 홈이 없는 시편의 투과손실이 반구형 홈이 있는 시편의 투과손실 보다 높게 측정되었으나 2,000Hz, 4,000Hz 구간에서는 반구형 홈을 둔 시편의 투과손실이 높게 나타났다.
- PP보드 두께별 투과손실을 측정한 결과 전체적인 양상이 두께가 두꺼워 질수록 투과손실이 증가함을 보인다. 방음벽에서 재료의 면밀도에 따른 전달손실(TL) 값과 면밀도(m)는 다음과 같은 식으로 표현된다.
- 1과 같은 반구형 홈(hemisphere cavity)을 만든 후 흡음률을 측정하여 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 반구형 홈이 생성됨에 따라 반구형 홈이 없는 경우에 비해 각 주파수 대역별로 흡음률이 높게 나타남을 확인하였으며, 반구형 홈이 생성됨에 따라 500Hz, 1,000Hz의 흡음률 증가치 보다 2,000Hz 및 4,000Hz 영역에서의 흡음률 성능이 더 증가함을 확인하였다. 이는 부직포 사이의 반구형 홈의 영향이 음향관점에서 일종의 헬름홀쯔공명기(Helmholtz resonator)로 작용하여 그 효과가 나타난 것으로 판단된다.
- 두 시편의 주파수별 음의 전달손실을 측정한 결과를 Table 3에 표시하였다. 비슷한 면밀도를 가진 PP보드의 양쪽에 사인(sine)파형의 시트를 합친 복합시트A가 사인(sine)파형의 시트 양쪽에 PP보드를 형성시킨 복합시트B 보다 음의 전달손실이 약 7dB 증가함을 확인할 수 있었다.
- 048로 가장 낮은 흡음률을 나타내었다. 전체적으로 면밀도가 증가할수록 흡음률도 증가하는 양상을 나타냈으며, 면밀도 0.64kg/m2에서 흡음률이 0.14로 가장 높게 나타남을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 본 연구에서는 자동차 트렁크 매트에 적용될 수 있도록 복합시트의 구조 및 형태를 변형시켜 다양한 시편을 제작하여 흡·차음 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 본 연구의 결과는 자동차 트렁크에서 발생된 소음이 차량 내부로 전달되어 주행 시 정숙함을 저하시키는 것을 방지하여 트렁크 매트의 저소음화를 실현하는데 이용될 수 있다.
- 이러한 실험 결과를 통해 부직포의 면밀도와 공기층을 이용하여 흡음률 및 투과손실을 증가시킬 수 있으므로, 향후 이를 토대로 자동차 트렁크 시트 뿐 아니라 타 자재 및 기타 재료의 흡·차음도 향상 연구에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
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