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[국내논문] 임피던스 튜브 내에 설치된 평판의 음파투과해석
An Analysis of the Sound Transmission through a Plate Installed inside an Impedance Tube 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.34 no.3, 2015년, pp.219 - 226  

김현실 (한국기계연구원 음향소음팀) ,  김봉기 (한국기계연구원 음향소음팀) ,  김상렬 (한국기계연구원 음향소음팀) ,  이성현 (한국기계연구원 음향소음팀)

초록
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본 논문은 단면이 정사각형인 임피던스 튜브 내에 고정된 평판의 STL(Sound Transmission Loss)을 해석적으로 구하는 방법을 다루었다. 평판의 진동과 튜브 내의 음장의 연성거동(coupled motion)을 고려하였는데 평판의 진동과 튜브 음장을 무한 급수의 합으로 전개하였으며 평면파 가정을 이용하여 처음 몇 개의 모드만 고려하여도 충분히 정확한 결과를 얻음을 보였다. 평판은 클램프(clamp) 지지로 가정하였는데 진동 모드는 단면의 가로 및 세로방향 보(beam) 진동 모드의 곱으로 전개하였고 고유진동수는 Rayleigh-Ritz 방법을 이용하여 구하였다. 평판의 STL은 가장 낮은 고유진동수에서 골(dip)을 가지며 주파수가 이보다 작아지면 STL은 커짐을 보였다. 기존 논문의 측정 및 FEM(Finite Element Method) 해석결과와 비교한 결과 잘 일치함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, derivation of the STL (Sound Transmission Loss) of a square plate installed in an impedance tube is discussed using an analytic method. Coupled motion of the plate vibration and acoustic field is considered. Vibration of the plate and pressure field inside the tube are expressed in te...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 임피던스 튜브 내에 설치된 정사각형 판의 저주파수 대역의 STL을 해석적인 방법으로 구하였는데 판과 음장의 연성거동(coupled motion)을 고려하였다. 구조-음향 연성된 지배방정식의 해를 해석적인 방법으로 구하는 것은 일반적으로 불가능하나 본 논문에서는 튜브내의 음파는 중·저주파수 대역에서 평면파라는 점을 이용하여 근사적인 해를 구하였고 기존 논문에 발표된 측정 및 FEM 해석결과와 비교하여 본 논문에서 얻은 방법의 정확성을 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
음향투과손실은 어디에 사용되는가? 음향투과손실(Sound Transmission Loss: STL)은 차음재의 음파차단성능을 평가하는 척도로 널리 사용되는데 건축용 차음재는 100 Hz부터 4 kHz까지의 중・ 고주파수대역이 관심의 대상인 반면, 중량바닥충격음, 변압기소음, 통풍계통(HVAC) 소음 등은 주로 100 Hz에서 200 Hz 이하의 저주파수대역이 중요하다. 판의 STL을 예측하는 간편한 공식으로 질량법칙[1]이 있는데 이는 판의 크기가 무한하다는 가정에서 유도된 것으로 만일 판의 크기가 작으면 저주파수영역은 판의 강성과 경계조건에 지배된다.
판의 진동모드는 어떤 경우에만 엄밀해를 구할 수 있는가? 구조물의 고유 모드가 엄밀해(closed solution)로 주어지는 경우는 봉(rod), 보(beam) 등 매우 단순한 형상에만 가능하며 복잡한 구조물은 FEM 등 수치해석 방법을 사용하여야 한다. 판의 진동모드는 단순지지(simply supported)인 경우에는 sine 함수로 표할 수 있지만 이외의 경계조건에 대해서는 엄밀해를 구할 수 없는데 Reference [10]에 의하면 근사식으로 판의 모드를 다음과 같이 x, y방향의 보 모드의 곱으로 전개할 수 있다.
Piscoya et al은 어떠한 방법을 이용하였는가? [8]은 임피던스 관내에 설치된 알루미늄 판의 STL을 수치해석 및 측정으로 구하였다. 이들은 판의 진동은 Rayleigh-Ritz 방법[9]을, 음장은 경계요소법(BEM)을 이용하여 해석하였는데 판의 진동과 음장은 서로 연성되지 않는다고 가정하였다.
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참고문헌 (10)

  1. F. Fahy, Sound and Structural Vibration (Academic Press, San Diego, 1985), Chap. 4. 

  2. I. L. Ver, "Interaction of sound waves with solid structures," in Noise and Vibration Control Engineering, edited by I. L. Ver and L. L. Beranek (John Wiley & Sons, New Jersey, 2006). 

  3. H. S. Kim, "Development of the Floor Impact Noise Reduction Method for Multi-Dwelling Building," KIMM, Report No. UCK325-4273.M., 2014. 

  4. A. Osipov, P. Mees, and G. Vermeir, "Low-frequency airborne sound transmission through single partitions in buildings," Appl. Acoust. 52, 273-288 (1997). 

  5. J.-H. Lee and J. Kim, "Analysis of sound transmission through periodically stiffened panels by space-harmonic expansion method," J. Sound Vib. 251, 349-366 (2002). 

  6. S. Varanasi, J. S. Bolton, T. H. Siegmund, and R. J. Cipra, "The low frequency performance of metamaterial barriers based on cellular structures," Appl. Acoust. 74, 485-495 (2013). 

  7. J. Mei, G. Ma, M. Yang, and P. Sheng, "Dynamic mass density and acoustic metamaterials," in Acoustic Metamaterials and Phononic Crystals, edited by P. A. Deymer (Springer, New York, 2013). 

  8. R. Piscoya and M. Ochmann, "Calculation of the transmission loss of thin plates in Kundt's tube," in Proc. Euronoise, 560-565 (2012). 

  9. L. Meirovitch, Analytical Methods in Vibrations, (The MacMillan Company, New York, 1967), Chapter 6-3. 

  10. R. D. Blevins, Formulas for Natural Frequency and Mode Shape, (Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1979), pp. 261. 

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