현재 방음을 위해 사용되는 흡음구조는 흡음률이 높은 재료를 이용하여 만들어진 판을 방음이 필요한 벽에 붙이거나 삽입하는 형상이다. 이러한 형상은 흡음재의 재료가 고정되기 때문에, 사용하는 환경에 따라 효율성이 변화한다는 한계점이 있다. 하지만, 흡음재 없이 흡음효과가 나타나도록 외벽의 구조를 설계한다면, 흡음재의 재료에 대한 제한이 없어져 가용 범위가 상당히 넓어지게 된다. 따라서 우리는 이러한 효율적인 외벽의 구조로서 타공판의 구조를 제안한다. 타공판이 어떻게 흡음률을 가지는 지에 대해 등가물성치를 이용한 수치해석을 통하여 검증하였다. 또한 타공판의 형상과 공명기의 형상이 유사함을 밝혀내었고, 이를 토대로 타공판이 갖는 흡음구조에 대해 분석하였다. 결과적으로 타공판은 별도의 흡음재가 없더라도 효율적인 흡음효과를 낸다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 사용자가 타공판의 형상을 쉽게 변화시킴으로서, 특정한 주파수의 소음을 차단할 수 있어 상당히 효율적인 흡음구조임을 확인하였다. 본 연규의 결과들은 향후 자동차, 고속철도, 주택 외벽 등에 사용되는 흡음구조로서 사용될 수 있을 것이며, 나아가 흡음구조를 설계하는데 기본적인 도구가 될 수 있을 것이다.
현재 방음을 위해 사용되는 흡음구조는 흡음률이 높은 재료를 이용하여 만들어진 판을 방음이 필요한 벽에 붙이거나 삽입하는 형상이다. 이러한 형상은 흡음재의 재료가 고정되기 때문에, 사용하는 환경에 따라 효율성이 변화한다는 한계점이 있다. 하지만, 흡음재 없이 흡음효과가 나타나도록 외벽의 구조를 설계한다면, 흡음재의 재료에 대한 제한이 없어져 가용 범위가 상당히 넓어지게 된다. 따라서 우리는 이러한 효율적인 외벽의 구조로서 타공판의 구조를 제안한다. 타공판이 어떻게 흡음률을 가지는 지에 대해 등가물성치를 이용한 수치해석을 통하여 검증하였다. 또한 타공판의 형상과 공명기의 형상이 유사함을 밝혀내었고, 이를 토대로 타공판이 갖는 흡음구조에 대해 분석하였다. 결과적으로 타공판은 별도의 흡음재가 없더라도 효율적인 흡음효과를 낸다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 사용자가 타공판의 형상을 쉽게 변화시킴으로서, 특정한 주파수의 소음을 차단할 수 있어 상당히 효율적인 흡음구조임을 확인하였다. 본 연규의 결과들은 향후 자동차, 고속철도, 주택 외벽 등에 사용되는 흡음구조로서 사용될 수 있을 것이며, 나아가 흡음구조를 설계하는데 기본적인 도구가 될 수 있을 것이다.
Recently, to realize sound-absorbing structures, we have to insert sound-absorbing materials into wall. These shapes are taken limitations because sound-absorbing materials should be fixed. Therefore, the sound absorption is changed by environment that used the sound-absorbing materials. On the othe...
Recently, to realize sound-absorbing structures, we have to insert sound-absorbing materials into wall. These shapes are taken limitations because sound-absorbing materials should be fixed. Therefore, the sound absorption is changed by environment that used the sound-absorbing materials. On the other hand, we will take same effect without sound-absorbing material, if we change the shape of wall to sound absorbing structure. If we use this sound absorbing structure, we can get benefits by removing limitation of materials. Therefore we suggest perforated plate for effective sound-absorbing structure. We confirmed the function of sound-absorption of this structure using equivalent property. Then, we found the similarity between perforated plate and resonator. Also, we verify these theories through computer simulation by FEM(Finite Element Method). Finally, we validated that perforated plate has function of sound absorption without sound-absorbing material. This perforated plate is used for sound-absorbing material of buildings and transportations such as vehicle, train etc. Also, these results could be further used basic tool for design of sound-absorption structure.
Recently, to realize sound-absorbing structures, we have to insert sound-absorbing materials into wall. These shapes are taken limitations because sound-absorbing materials should be fixed. Therefore, the sound absorption is changed by environment that used the sound-absorbing materials. On the other hand, we will take same effect without sound-absorbing material, if we change the shape of wall to sound absorbing structure. If we use this sound absorbing structure, we can get benefits by removing limitation of materials. Therefore we suggest perforated plate for effective sound-absorbing structure. We confirmed the function of sound-absorption of this structure using equivalent property. Then, we found the similarity between perforated plate and resonator. Also, we verify these theories through computer simulation by FEM(Finite Element Method). Finally, we validated that perforated plate has function of sound absorption without sound-absorbing material. This perforated plate is used for sound-absorbing material of buildings and transportations such as vehicle, train etc. Also, these results could be further used basic tool for design of sound-absorption structure.
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문제 정의
그리고 타공판 뒤에 공동이 있는 형상과 공명기 형상의 유사성을 통해 타공판이 갖는 흠음구조에 대해 설명하고자 한다. 마지막으로 앞선 결과들을 바탕으로 타공판을 이용한 광대역 주파수 차단방법에 대해 제시하고자 한다.
본 논문에서는 타공판의 등가물성치를 이용한 유한요소해석법을 이용하여 타공판의 흡음률을 구하고, 이를 토대로 타공판이 흡음구조로서 어떠한 성능을 갖는지에 대해 검증할 것이다. 이러한 결과들을 토대로 타공판이 갖는 흡음구조로서의 특징을 이용하여 광대역 주파수를 차단할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 타공판의 등가물성치를 이용한 유한요소해석법을 이용하여 타공판의 흡음률을 구하고, 이를 토대로 타공판이 흡음구조로서 어떠한 성능을 갖는지에 대해 검증할 것이다. 이러한 결과들을 토대로 타공판이 갖는 흡음구조로서의 특징을 이용하여 광대역 주파수를 차단할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
제안 방법
이 장에서는 먼저 타공판 구멍에 존재하는 매질의 등가물성치를 구하고, 이 값을 유한요소해석에 적용하여 수치적으로 타공판의 흡음률을 구할 것이다. 그 후, 유한요소해석을 통해 구해진 흡음률의 값을 이론값과의 비교를 통하여 유한요소해석의 타당성을 입증할 것이다.
5에서 공명기와 같이 흡음구조를 구현하였다. 즉, 큰 직육면체에 해당하는 도파관의 옆면에 타공판을 이용한 흡음구조를 설치한 형상으로 모델링하여 해석을 진행하였다. Fig.
데이터처리
2와 같이 모델링 하였다. COMSOL Multiphysic를 이용하여 모델링을 하였으며, MATLAB과의 연동을 통하여 해석을 진행하였다.
성능/효과
본 연구에서는 타공판의 구멍에 존재하는 매질에 등가물성치를 적용해야지만 유한요소해석법을 통해 타공판의 흡음률을 구할 수 있음을 밝혀내었다. 그리고 타공판과 그 뒤의 공동으로 이루어진 형상이 헬름홀츠 공명기의 형상과 유사함을수치적으로 증명하였다. 따라서 타공판과 공동을 이용한 흡음구조는 헬름홀츠 공명기의 배열로 거동한다는 것을 밝혀내었다.
그리고 타공판과 그 뒤의 공동으로 이루어진 형상이 헬름홀츠 공명기의 형상과 유사함을수치적으로 증명하였다. 따라서 타공판과 공동을 이용한 흡음구조는 헬름홀츠 공명기의 배열로 거동한다는 것을 밝혀내었다. 이러한 결과들을 이용하여 단면적이 서로 다른 구멍을 타공한 타공판이 광대역 주파수를 차단할 수 있을 것이라는 결론을 내릴 수 있었다.
본 연구에서는 타공판의 구멍에 존재하는 매질에 등가물성치를 적용해야지만 유한요소해석법을 통해 타공판의 흡음률을 구할 수 있음을 밝혀내었다. 그리고 타공판과 그 뒤의 공동으로 이루어진 형상이 헬름홀츠 공명기의 형상과 유사함을수치적으로 증명하였다.
3과 같다. 유한요소해석 결과 126Hz에서 타공판이 최대 흡음률을 갖는 것이 확인되었다. 이론적으로 124Hz(Lee et al.
이러한 결과는 평판에 타공만을 하면 만들어 낼 수 있는 구조이기 때문에, 기존의 흡음구조에 비해 제작이 간단하다는 이점이 있다. 그리고 기존의 흡음구조들에 비해 재료에 대한 제한이 적다는 이점이 있다.
따라서 타공판과 공동을 이용한 흡음구조는 헬름홀츠 공명기의 배열로 거동한다는 것을 밝혀내었다. 이러한 결과들을 이용하여 단면적이 서로 다른 구멍을 타공한 타공판이 광대역 주파수를 차단할 수 있을 것이라는 결론을 내릴 수 있었다.
후속연구
이 장에서는 먼저 타공판 구멍에 존재하는 매질의 등가물성치를 구하고, 이 값을 유한요소해석에 적용하여 수치적으로 타공판의 흡음률을 구할 것이다. 그 후, 유한요소해석을 통해 구해진 흡음률의 값을 이론값과의 비교를 통하여 유한요소해석의 타당성을 입증할 것이다. 그리고 타공판 뒤에 공동이 있는 형상과 공명기 형상의 유사성을 통해 타공판이 갖는 흠음구조에 대해 설명하고자 한다.
그리고 기존의 흡음구조들에 비해 재료에 대한 제한이 적다는 이점이 있다. 또한 공동 부분에 다른 흡음구조나 흡음재의 설치로 효율을 올릴 수 있다는 점에서 향후 흡음구조의 제작에 많은 사용이 가능할 것이라 기대된다.
차후 임피던스 튜브 실험을 통하여 타공판의 흡음률을 실험적으로 검증하여 결과의 타당성을 높일 것이다. 또한 이 논문에서의 최종 결과를 바탕으로 광대역 흡음모델을 제작하고, 그 거동을 실험적으로 확인할 것이다.
차후 임피던스 튜브 실험을 통하여 타공판의 흡음률을 실험적으로 검증하여 결과의 타당성을 높일 것이다. 또한 이 논문에서의 최종 결과를 바탕으로 광대역 흡음모델을 제작하고, 그 거동을 실험적으로 확인할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현행 흡음구조의 형상은?
현재 방음을 위해 사용되는 흡음구조는 흡음률이 높은 재료를 이용하여 만들어진 판을 방음이 필요한 벽에 붙이거나 삽입하는 형상이다. 이러한 형상은 흡음재의 재료가 고정되기 때문에, 사용하는 환경에 따라 효율성이 변화한다는 한계점이 있다.
유한요소해석법이란 무엇인가?
타공판과 같이 특정한 모델을 수학적으로 해석하는 데에는 여러 가지 방법이 있다. 그 중에서 유한요소해석법은 하나의 모델을 유한한 크기의 요소로 나누어 각 요소가 갖는 거동의 합을 통하여 전체의 거동을 해석하는 방법이다. 따라서 유한요소해석법에서는 모델이 거동하는 시스템의 지배방정식을 각각의 요소에 알맞게 대입한다.
현행 흡음구조의 한계점은?
현재 방음을 위해 사용되는 흡음구조는 흡음률이 높은 재료를 이용하여 만들어진 판을 방음이 필요한 벽에 붙이거나 삽입하는 형상이다. 이러한 형상은 흡음재의 재료가 고정되기 때문에, 사용하는 환경에 따라 효율성이 변화한다는 한계점이 있다. 하지만, 흡음재 없이 흡음효과가 나타나도록 외벽의 구조를 설계한다면, 흡음재의 재료에 대한 제한이 없어져 가용 범위가 상당히 넓어지게 된다.
참고문헌 (6)
Allard, J.F. (1993) Propagation of Sound in Porous Media, Elsevier, London & New York, p.284.
Bonfiglio, P., Pompoli, F. (2009) An Acoustical Finite Element Model of Perforated Elements, COMSOL Conference 2009 Milan, COMSOL Group.
Jhung, M.J., Jo, J.C. (2006) Free Vibration Analysis of Perforated Shell Submerged in Fluid, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 19(3), pp.247-258.
Kinsler, L.E., Frey, A.R., Coppens, A.B., Sanders, J.V. (1999) Fundamental of Acoustics, John Wiley & Sons, Inc., New York, p.548.
Lee, F.C., Chen, W.H. (2000) Acoustic Transmission Analysis of Multi-Layer Absorbers, J. Sound & Vib., 248, pp.621-634.
Lee, J.H. (1995) Simplified Stress Analysis of Perforated Plates using Homogenization Technique, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 8(3), pp.51-58.
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