KR20190109893A

KR20190109893A - Sound absorbing apparatus

Info

Publication number: KR20190109893A
Application number: KR1020180031540A
Authority: KR
Inventors: 전원주; 유현빈
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-09-27

Abstract

According to an embodiment of the present invention, a sound absorbing apparatus comprises a plurality of Helmholtz resonators arranged on a plane. Each of the Helmholtz resonators has an internal space, wherein a hole is formed to enable the space to communicate with the outside, and has a different resonance frequency from a Helmholtz resonator adjacent in at least one direction.

Description

Sound absorbing device {SOUND ABSORBING APPARATUS}

본 발명은 흡음 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나 이상의 주파수를 높은 흡음률로 흡음할 수 있는 흡음 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sound absorbing device, and more particularly, to a sound absorbing device capable of absorbing one or more frequencies at a high sound absorption rate.

주변 소음을 효율적으로 저감시키는 장치는 일상 생활 혹은 산업 현장에서 중요한 고려 사항이다. 각종 기계 설비 등에서 발생하는 소음을 저감시키기 위해 많은 산업 현장에서 이용되는 흡음 방식은 그 원리에 따라 대표적으로 다공질형, 공명형 및 판상형 흡음 방식으로 나눌 수 있다. Efficiently reducing ambient noise is an important consideration in everyday life or in industrial settings. Sound absorption methods used in many industrial sites to reduce noise generated in various mechanical facilities, etc. can be divided into porous type, resonance type and plate type sound absorbing types.

다공질형 흡음 방식은 흡음 성능이 높은 적절한 재료를 채택함으로서 특정 주파수 및 광대역 주파수에서의 흡음률을 향상시키는 방식이며, 공명형 및 판상형 흡음 방식은 흡음재의 내부구조를 변형시킴으로써 특정 주파수에서의 흡음률을 부분적으로 향상시키는 방식이다. Porous sound absorption method improves sound absorption rate at specific frequency and broadband frequency by adopting appropriate material with high sound absorption performance. Resonance type and plate type sound absorption method partially absorb sound absorption rate at specific frequency by modifying internal structure of sound absorbing material. It's a way to improve.

기존 흡음 기술들은 얇은 흡음재 두께만으로는 저주파수에서 높은 흡음률을 기대할 수 없다는 분명한 한계점을 가지고 있으며, 또한 여러 주파수의 소음이 발생할 경우 각각의 주파수에 대해 선택적으로 높은 흡음 성능을 기대할 수 없다. 따라서, 설계자가 두 개 이상의 주파수를 선택할 수 있고, 적은 공간만을 차지하는 흡음 장치를 설계할 수 있는 흡음 기술이 필요하다.Existing sound-absorbing technologies have the obvious limitation that thin sound absorber thickness alone cannot expect high sound absorption at low frequencies, and cannot selectively expect high sound-absorbing performance for each frequency when multiple frequencies of noise occur. Therefore, there is a need for a sound absorption technique that allows a designer to select two or more frequencies and to design a sound absorbing device that takes up only a small amount of space.

본 발명의 일 측면은 작은 공간을 차지하면서 하나 이상의 주파수의 소음을 높은 흡음률로 흡수하는 흡음 장치를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a sound absorbing device that absorbs noise of one or more frequencies at a high sound absorption rate while occupying a small space.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치는, 평면 상에 배열된 복수의 헬름홀츠 공명기를 포함하며, 상기 복수의 헬름홀츠 공명기 각각은, 내부에 공간을 가지고 상기 공간을 외부와 연통시키는 홀이 형성되되, 적어도 일 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기와 서로 다른 공명 주파수를 가진다.Sound absorbing device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of Helmholtz resonators arranged on a plane, each of the plurality of Helmholtz resonators, there is formed a hole having a space therein to communicate with the outside, It has a resonant frequency different from at least one Helmholtz resonator in one direction.

상기 복수의 헬름홀츠 공명기 각각은, 길이 방향으로 상기 홀이 관통된 소정 길이의 목부; 및 상기 목부의 후방에 연결되어 상기 홀과 연결되는 상기 공간이 마련된 챔버부;를 포함할 수 있다.Each of the plurality of Helmholtz resonators, the neck portion of the predetermined length through which the hole is passed; And a chamber part connected to the rear of the neck part and provided with the space connected to the hole.

상기 복수의 헬름홀츠 공명기 각각은, 적어도 일 방향으로 인접한 헬름흘츠 공명기와 상기 홀의 크기, 상기 목부의 길이, 및 상기 공간의 부피 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다.Each of the plurality of Helmholtz resonators may have at least one of a Helmholtz resonator adjacent in at least one direction, a size of the hole, a length of the neck, and a volume of the space.

상기 복수의 헬름홀츠 공명기 각각은 각기둥 형상이고, 상기 복수의 헬름홀츠 공명기는 격자 형태로 배열될 수 있다.Each of the plurality of Helmholtz resonators may have a prismatic shape, and the plurality of Helmholtz resonators may be arranged in a lattice form.

상기 복수의 헬름홀츠 공명기 각각의 상기 평면 방향의 단면은 다각형일 수 있다.The planar cross section of each of the plurality of Helmholtz resonators may be polygonal.

상기 복수의 헬름홀츠 공명기는 동일한 크기의 정사각기둥 형태이며, 네 개의 헬름홀츠 공명기가 서로 인접하여 격자 형태로 배열되어 하나의 흡음 셀을 형성하며, 복수의 상기 흡음 셀이 상기 평면 상에 격자 형태로 배열될 수 있다.The plurality of Helmholtz resonators are in the form of square pillars of the same size, the four Helmholtz resonators are arranged adjacent to each other in a lattice form to form a single sound absorbing cell, the plurality of sound absorbing cells are arranged in a grid form on the plane Can be.

상기 네 개의 헬름홀츠 공명기 중 서로 면이 접하는 헬름홀츠 공명기 간에는 상기 홀의 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다.The size of the holes may be differently formed between the Helmholtz resonators in which the surfaces of the four Helmholtz resonators contact each other.

상기 네 개의 헬름홀츠 공명기는 각각 상기 홀의 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다.The four Helmholtz resonators may be formed to have different sizes of the holes.

상기 네 개의 헬름홀츠 공명기로 구성되는 상기 흡음 셀은 흡음 주파수가 두 개 이상일 수 있다.The sound absorption cell composed of the four Helmholtz resonators may have two or more sound absorption frequencies.

상기 홀은, 상기 평면에 수직한 방향을 따라 연장되어 상기 공간과 외부를 서로 연결하고, 상기 평면 방향의 단면 형상이 원형이며, 연장 방향을 따라 원형이 일정할 수 있다.The hole may extend in a direction perpendicular to the plane to connect the space and the outside, the cross-sectional shape in the planar direction may be circular, and the circular shape may be constant along the extension direction.

상기 네 개의 헬름홀츠 공명기가 상기 공간의 부피와 상기 목부의 길이가 서로 동일할 수 있다.The four Helmholtz resonators may have the same volume and the length of the neck.

상기 네 개의 헬름홀츠 공명기는 서로 면이 접하는 제 1 헬름홀츠 공명기 및 제 2 헬름홀츠 공명기를 포함하며, 상기 제 1 헬름홀츠 공명기의 상기 홀과 상기 제 2 헬름홀츠 공명기의 상기 홀은 다음의 식 1을 만족할 수 있다.The four Helmholtz resonators include a first Helmholtz resonator and a second Helmholtz resonator which face each other, and the holes of the first Helmholtz resonator and the second Helmholtz resonator may satisfy the following Equation 1.

[식 1][Equation 1]

r₂ = 1.096 × r₁ + 0.044[mm]r ₂ = 1.096 × r ₁ + 0.044 [mm]

여기서, r₁은 제 1 헬름홀츠 공명기의 홀의 반경, r₂는 제 2 헬름홀츠 공명기의 홀의 반경이다.Here, r ₁ is the radius of the hole of the first Helmholtz resonator, r ₂ is the radius of the hole of the second Helmholtz resonator.

흡음되는 음파의 주파수는 다음의 식 2를 만족할 수 있다.The frequency of the sound wave to be absorbed may satisfy the following Equation 2.

[식 2][Equation 2]

f_peak = 1789[Hz/mm] × r₁ - 1433[Hz/mm] × r₂ + 131.4[Hz] _{f peak = 1789 [Hz / mm} ] × r 1 - 1433 [Hz / mm] × r 2 + 131.4 [Hz]

여기서 f_peak 는 흡음 주파수이다.Where f _peak is the sound absorption frequency.

입사하는 음파는 서로 인접한 헬름홀츠 공명기에서 반사되는 위상이 서로 달라 상쇄 간섭을 일으킬 수 있다.The incident sound waves may have different phases reflected from adjacent Helmholtz resonators, which may cause destructive interference.

상기 복수의 헬름홀츠 공명기 각각의 한 변의 길이는 상기 음파의 파장보다 크기가 작을 수 있다.The length of one side of each of the plurality of Helmholtz resonators may be smaller than the wavelength of the sound wave.

상기 홀의 크기에 따라 흡음 주파수가 조절될 수 있다.The sound absorption frequency may be adjusted according to the size of the hole.

상기 평면은 입사하는 음파에 수직하고, 상기 홀은 상기 음파를 향하도록 배열될 수 있다.The plane may be perpendicular to the incident sound wave, and the holes may be arranged to face the sound wave.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 헬름홀츠 공명기를 조합하여 배열함으로써, 소음을 높은 흡음률로 흡수할 수 있고, 복수의 주파수의 소음이나 넓은 주파수 대역의 소음을 효과적으로 흡수할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by arranging a plurality of Helmholtz resonators in combination, noise can be absorbed at a high sound absorption rate, and noise of a plurality of frequencies or noise of a wide frequency band can be effectively absorbed.

또한, 음파의 파장보다 작은 크기의 헬름홀츠 공명기를 배열함으로써, 작은 공간을 차지하면서도 높은 흠음률을 발휘할 수 있다.In addition, by arranging a Helmholtz resonator of a smaller size than the wavelength of the sound wave, it is possible to exhibit a high defect rate while occupying a small space.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흠음 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 사시도이다.
도 3은 도 2의 흡음 셀을 구성하는 헬름홀츠 공명기를 절개한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 정면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치의 흠음 성능을 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view of a scratching device according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a sound absorbing cell constituting a sound absorbing device according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of the Helmholtz resonator constituting the sound absorbing cell of FIG.
4 is a front view of a sound absorbing cell constituting the sound absorbing device according to the first embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the sound absorption performance of the sound absorbing device according to the first embodiment of the present invention.
6 is a front view of a sound absorbing cell constituting the sound absorbing device according to the second embodiment of the present invention.
7 and 8 are graphs showing the scratching performance of the sound absorbing device according to the second embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, it includes not only "directly connected", but also "indirectly connected" between other members. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흠음 장치의 사시도이다.1 is a perspective view of a scratching device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치(100)는 평면 상에 2차원적으로 배열된 복수의 헬름홀츠 공명기(120)를 포함하며, 두께가 얇은 패널(panel) 형태로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1, the sound absorbing device 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of Helmholtz resonators 120 two-dimensionally arranged on a plane, and is formed in a thin panel form. Can be.

헬름홀츠 공명기(Helmholtz Resonator, 120)는 공기를 특정 주파수에서 공진시켜 소리를 흡수하는 장치로서, 목(neck)을 가지는 밀폐된 모양을 가지며 목을 관통하는 작은 홀을 통해 공기가 출입할 때 마찰열손실로 흡음된다. 헬름홀츠 공명기는 당업자에게 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.The Helmholtz Resonator (120) is a device that absorbs sound by resonating air at a specific frequency. It has a closed shape with a neck and loses frictional heat when air enters and exits through a small hole through the neck. Sound absorption Helmholtz resonators are well known to those skilled in the art, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

도 1을 참조하면, 복수의 헬름홀츠 공명기(120)는 격자 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 입사하는 음파(S)의 특정 주파수에서 반사율이 0이 될 수 있도록, 복수의 헬름홀츠 공명기(120)는 입사하는 음파(S)에 수직한 평면 상에 격자 형태로 배열될 수 있으며, 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)은 입사하는 음파(S)를 향해 배열될 수 있다. 즉, 도 1에서 음파(S)가 z축 방향으로 입사하는 경우, 입사하는 음파(S)에 수직한 xy 평면 상에 복수의 헬름홀츠 공명기(120)가 x축 및 y축 방향으로 배열되고, 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)은 z축 방향을 향할 수 있다.Referring to FIG. 1, the plurality of Helmholtz resonators 120 may be arranged in a lattice form. For example, the plurality of Helmholtz resonators 120 may be arranged in a lattice form on a plane perpendicular to the incident sound wave S so that the reflectance may be zero at a specific frequency of the incident sound wave S. The hole 125 of the Helmholtz resonator 120 may be arranged toward the incident sound wave S. That is, in FIG. 1, when the sound wave S is incident in the z-axis direction, the plurality of Helmholtz resonators 120 are arranged in the x-axis and y-axis directions on the xy plane perpendicular to the incident sound wave S. The hole 125 of the resonator 120 may face the z-axis direction.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 평면 상에 배열된 복수의 헬름홀츠 공명기 각각은, 적어도 일 방향으로 인접한 것과 서로 다른 공명 주파수를 가지도록 배열될 수 있다.According to one embodiment of the invention, each of the plurality of Helmholtz resonators arranged on a plane may be arranged to have a different resonant frequency from that adjacent to at least one direction.

헬름홀츠 공명기는 목(홀)의 크기(직경), 목의 길이, 및 내부 공간의 부피에 따라 공명 주파수가 달라지므로, 복수의 헬름홀츠 공명기 각각은, 적어도 일 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기와 홀(125)의 크기, 목부(122, 도 3 참조)의 길이, 및 공간(126, 도 3 참조)의 부피 중 적어도 하나가 서로 다르게 배열될 수 있다.Since the Helmholtz resonators vary in resonant frequency according to the size (diameter) of the neck (hole), the length of the neck, and the volume of the inner space, each of the plurality of Helmholtz resonators may be formed by At least one of the size, the length of the neck 122 (see FIG. 3), and the volume of the space 126 (see FIG. 3) may be arranged differently.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 평면 상에 배열된 복수의 헬름홀츠 공명기(120) 중 적어도 일 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기 간에는 홀(125)의 크기가 서로 다르게 배치될 수 있다. 예를 들어, 입사하는 음파(S)에 수직한 평면(xy 평면) 상의 서로 수직한 두 축(x축, y축) 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기 간에는 홀(125)의 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다. For example, according to an embodiment of the present invention, the sizes of the holes 125 may be differently disposed between the Helmholtz resonators adjacent in at least one direction among the plurality of Helmholtz resonators 120 arranged on the plane. For example, the sizes of the holes 125 may be formed differently between Helmholtz resonators adjacent in two axes (x-axis, y-axis) perpendicular to each other on a plane (xy plane) perpendicular to the incident sound wave S. .

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치(100)는 인접하게 배열된 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125) 크기를 조절함으로써, 특정 주파수를 선택하여 흡수할 수 있고, 하나 이상의 특정 주파수를 높은 흡음률로 흠음할 수 있는데, 이하 흡음 장치(100)의 상세한 구조를 설명한다.That is, the sound absorbing device 100 according to an embodiment of the present invention may select and absorb a specific frequency by adjusting the size of the holes 125 of the Helmholtz resonators 120 adjacent to each other, and at least one specific frequency may be absorbed. Although it can be flawed at a high sound absorption rate, the detailed structure of the sound absorption device 100 will be described below.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 사시도이고, 도 3은 도 2의 흡음 셀을 구성하는 헬름홀츠 공명기를 절개한 사시도이다.2 is a perspective view of the sound absorbing cell constituting the sound absorbing device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a perspective view of the Helmholtz resonator constituting the sound absorbing cell of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치(100)는 네개의 헬름홀츠 공명기(120)로 구성되는 흡음 셀(C) 복수 개가 격자 형태, 예를 들어, 도 1에서 x축 및 y축 방향으로 인접하게 배열되는 구조로 구성될 수 있다. 즉, 흡음 장치(100)는 네 개의 헬름홀츠 공명기(120)로 구성되는 흠음 셀(C)을 기본 단위로 하여, 흡음 셀(C)이 평면상에 연속적으로 배열되는 형태이다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 흡음 셀(C)이 아닌 하나의 흡음 셀(C) 만으로 흡음 장치(100)가 구성될 수도 있다. 즉, 흡음 장치(100)는 적어도 네 개의 헬름홀츠 공명기(120)로 구성될 수 있다.1 and 2, in the sound absorbing device 100 according to an embodiment of the present invention, a plurality of sound absorbing cells C including four Helmholtz resonators 120 are formed in a lattice form, for example, in FIG. 1. It may be configured as a structure arranged adjacent to the x-axis and y-axis directions. That is, the sound absorbing device 100 is a form in which the sound absorbing cells C are continuously arranged on a plane, based on the flaw cell C composed of four Helmholtz resonators 120 as a basic unit. However, the present invention is not limited thereto, and the sound absorbing device 100 may be configured by only one sound absorbing cell C, not the plurality of sound absorbing cells C. That is, the sound absorbing device 100 may be composed of at least four Helmholtz resonators 120.

흡음 장치(100)를 구성하는 헬름홀츠 공명기(120)는 음파(S)의 파장보다 작은 크기(아-파장 크기, subwavelength scale)를 가질 수 있다. 예를 들어, 헬름홀츠 공명기(120)의 한 변의 길이, 다시 말해 헬름홀츠 공명기(120)의 두께(H, 도 2 참조) 및 가로, 세로의 길이(D/2, 도 2 참조)는 음파(S)의 파장보다 작을 수 있다. 이에 따라, 작은 공간에서 높은 흠음 효과를 발휘할 수 있으며, 얇은 두께의 패널(panel) 형태의 흠음 장치(100)를 벽에 부착함으로써 메타 표면(Meta-surface)으로 기능할 수 있다. The Helmholtz resonator 120 constituting the sound absorbing device 100 may have a size smaller than the wavelength of the sound wave S (subwavelength scale). For example, the length of one side of the Helmholtz resonator 120, that is, the thickness of the Helmholtz resonator 120 (H, see FIG. 2) and the length and width of the horizontal and vertical (D / 2, see FIG. 2) is a sound wave (S) It may be smaller than the wavelength of. Accordingly, a high scratch effect can be exhibited in a small space, and the film-shaped flaw device 100 of a thin thickness can be attached to a wall to function as a meta-surface.

도 3을 참조하면, 헬름홀츠 공명기(120)는 홀(125)이 관통된 소정 길이의 목부(122)와, 목부(122)의 후방에 연결되어 홀(125)과 연통되는 공간(126)이 마련된 챔버부(124)를 포함할 수 있다. 여기서 '후방'은 음파(S)의 입사 방향을 기준으로 뒤쪽 방향을 의미한다.Referring to FIG. 3, the Helmholtz resonator 120 includes a neck 122 having a predetermined length through which the hole 125 penetrates, and a space 126 connected to the rear of the neck 122 to communicate with the hole 125. The chamber part 124 may be included. Here, the "rear" means the rear direction with respect to the incident direction of the sound wave (S).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 헬름홀츠 공명기(120)는 각기둥 형상일 수 있으며, 헬름홀츠 공명기(120)가 배열된 평면에 나란한 방향의 단면은 다각형 형상일 수 있다. 예를 들어, 헬름홀츠 공명기(120)는 직육면체 형상일 수 있다. 이 때, 도 3에 도시된 바와 같이 목부(122)와 챔버부(124)가 일체로 이루어져 직육면체 형상을 이룰 수 있다. 이에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 흡음 셀(C)은 네 개의 헬름홀츠 공명기가 서로 간에 두 면이 접하도록 배열되어 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the Helmholtz resonator 120 may have a prismatic shape, and a cross section in a direction parallel to the plane on which the Helmholtz resonator 120 is arranged may have a polygonal shape. For example, the Helmholtz resonator 120 may have a rectangular parallelepiped shape. At this time, as shown in FIG. 3, the neck 122 and the chamber 124 may be integrally formed to form a rectangular parallelepiped. Accordingly, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the sound absorbing cell C may be formed by arranging four Helmholtz resonators so that two surfaces contact each other.

그러나, 헬름홀츠 공명기(120)의 형태가 직육면체 형상에 한정되는 것은 아니며, 빗각 기둥 형태일 수도 있다.However, the shape of the Helmholtz resonator 120 is not limited to the shape of a rectangular parallelepiped, but may also be in the form of an oblique column.

도 2 및 도 3을 참조하여 직육면체 형상의 헬름홀츠 공명기(120)의 구조를 예시적으로 설명하면, 소정 길이(l)의 홀(125)이 관통된 목부(122)와 공간(126)을 가지는 챔버부(124)는 일체로 형성될 수 있다. 홀(125)은 일정한 크기의 원형 단면을 가지고, 헬름홀츠 공명기(120)의 외부와 내부의 공간(126)을 서로 연결하도록 길게 연장되며, 소정의 직경(2r)을 가질 수 있다. 공간(126)은 홀(125)과 연통되도록 홀(125)의 후단에 연결되며, 챔버부(124)는 일정 두께를 가질 수 있으므로, 공간(126)은 챔버부(124)의 형상에 대응되도록 직육면체 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면 공간(126)은 가로(x축 방향 길이), 세로(y축 방향 길이), 깊이(z축 방향 길이)가 각각 g, a, b 인 직육면체 형상일 수 있다. 그러나, 공간(126)의 형상이 직육면체에 한정되는 것은 아니며, 소정의 부피를 가지는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the structure of the Helmholtz resonator 120 having a rectangular parallelepiped shape will be described. A chamber having a throat 122 and a space 126 through which a hole 125 of a predetermined length l passes. The part 124 may be integrally formed. The hole 125 has a circular cross section of a predetermined size, extends to connect the space 126 inside and outside the Helmholtz resonator 120 with each other, and may have a predetermined diameter 2r. The space 126 is connected to the rear end of the hole 125 so as to communicate with the hole 125, and the chamber 124 may have a predetermined thickness, so that the space 126 corresponds to the shape of the chamber 124. It may have a rectangular parallelepiped shape. For example, referring to FIG. 3, the space 126 may have a rectangular parallelepiped shape of horizontal (x-axis length), vertical (y-axis length), and depth (z-axis length), respectively, g, a, and b. . However, the shape of the space 126 is not limited to the rectangular parallelepiped, and may be formed in various shapes having a predetermined volume.

한편, 도면에 도시되지 않은 헬름홀츠 공명기(120)의 다른 형태로는, 챔버부(124)가 직육면체 형상이고, 목부(122)는 직육면체의 일면에 돌출된 기둥 형태, 예를 들어 원기둥으로 이루어질 수도 있다.On the other hand, as another form of the Helmholtz resonator 120 is not shown in the figure, the chamber portion 124 is a rectangular parallelepiped shape, the neck portion 122 may be formed in a columnar shape, for example, a cylinder protruding on one surface of the rectangular parallelepiped. .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 헬름홀츠 공명기(120)는 복수의 헬름홀츠 공명기가 배열된 평면에 나란한 방향의 단면이 정사각형일 수 있다. 즉, 헬름홀츠 공명기(120)는 정사각기둥 형태일 수 있다. 이에 따라 흡음 장치(100)를 정면(z축 방향)으로 보았을 때 흡음 셀(C)도 정사각형이며, 흡음 장치(100)는 정사각형의 흡음 셀(C)이 연속적으로 배열된 격자 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 헬름홀츠 공명기(120)의 단면은 한 변의 길이가 D/2인 정사각형이고, 흠음 셀(C)의 단면은 한변의 길이가 D인 정사각형일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the Helmholtz resonator 120 may have a square cross section in a direction parallel to a plane on which the plurality of Helmholtz resonators are arranged. That is, the Helmholtz resonator 120 may have a square pillar shape. Accordingly, when the sound absorbing device 100 is viewed from the front (z-axis direction), the sound absorbing cell C is also square, and the sound absorbing device 100 may be formed in a lattice form in which square sound absorbing cells C are continuously arranged. . For example, referring to FIG. 2, the cross section of the Helmholtz resonator 120 may be a square whose length is D / 2, and the cross section of the flaw cell C may be a square whose length is one side.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음 장치(100)는 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)의 크기를 다르게 형성하고 홀(125)의 크기가 다른 헬름홀츠 공명기(120)를 x축 또는 y축 방향으로 배열하여, 하나 이상의 특정 주파수에 대한 높은 흠음률을 발휘할 수 있는데, 이하 홀(125)의 크기가 다른 헬름홀츠 공명기(120)의 배열 및 홀(125)과 흠음 주파수와의 관계 등을 상세히 설명한다.On the other hand, the sound absorbing device 100 according to an embodiment of the present invention forms a different size of the hole 125 of the Helmholtz resonator 120 and the Helmholtz resonator 120 having a different size of the hole 125 on the x-axis or y By arranging in the axial direction, it is possible to exhibit a high defect rate for one or more specific frequencies. Hereinafter, the arrangement of the Helmholtz resonators 120 having different sizes of the holes 125 and the relationship between the holes 125 and the defect frequencies are described in detail. Explain.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡음 장치의 흡음 성능을 나타낸 그래프이다.4 is a front view of a sound absorbing cell constituting the sound absorbing device according to the first embodiment of the present invention, Figure 5 is a graph showing the sound absorption performance of the sound absorbing device according to the first embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 홀(125)의 크기가 서로 다른 두 종류의 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2)를 배열하여 하나의 흡음 셀(C)이 구성될 수 있다. 즉, 하나의 흡음 셀(C)을 구성하는 네 개의 헬름홀츠 공명기 중 대각 방향에 배치된 헬름홀츠 공명기 간에는 상기 홀(125-1, 125-2)의 크기가 서로 같게 형성될 수 있다. 즉, 서로 면이 접하는 헬름홀츠 공명기 간에 홀의 크기가 서로 다르게 배치될 수 있다. 이러한 구조의 흡음 셀(C)이 배열된 흡음 장치(100)의 경우, 흡음 장치(100)을 향해 입사하는 음파(S)는 x축 또는 y축 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기, 즉 홀의 크기가 서로 다른 헬름홀츠 공명기에서 반사되는 위상이 특정 주파수에서 서로 반대가 될 수 있다. 보다 상세히, 홀의 크기가 서로 다른, 서로 인접한 헬름홀츠 공명기에서 반사되는 위상이 서로 달라 상쇄 간섭이 발생됨으로써, 흡음 효과가 발휘될 수 있다.3 and 4, according to the first embodiment of the present invention, two types of Helmholtz resonators 120-1 and 120-2 having different sizes of holes 125 are arranged to form one sound absorbing cell ( C) can be configured. That is, the size of the holes 125-1 and 125-2 may be equal to each other between the Helmholtz resonators arranged in the diagonal direction among the four Helmholtz resonators constituting one sound absorbing cell C. That is, the size of the holes may be arranged differently between the Helmholtz resonators in contact with each other. In the case of the sound absorbing device 100 in which the sound absorbing cells C having the above-described structure are arranged, the sound wave S incident toward the sound absorbing device 100 is a Helmholtz resonator that is adjacent in the x-axis or y-axis direction, that is, the holes have different sizes. The phases reflected by the Helmholtz resonators can be reversed at certain frequencies. In more detail, since the phases reflected from adjacent Helmholtz resonators with different hole sizes are different from each other, destructive interference may be generated, whereby a sound absorption effect may be exerted.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, x축 또는 y축 방향으로 인접하고 홀의 크기가 서로 다른 제 1 헬름홀츠 공명기(120-1)와 제 2 헬름홀츠 공명기(120-2)의 홀의 직경이 각각 2r₁, 2r₂인 경우, 하기의 식 1을 만족하는 경우에 특정 주파수에서 완벽한 흡음 효과를 발휘할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, the diameters of the holes of the first Helmholtz resonator 120-1 and the second Helmholtz resonator 120-2 which are adjacent in the x-axis or y-axis direction and have different sizes of holes are respectively In the case of 2r ₁ and 2r ₂ , a perfect sound absorption effect can be exhibited at a specific frequency when the following Equation 1 is satisfied.

[식 1][Equation 1]

r₂ = 1.096 × r₁ + 0.044[mm]r ₂ = 1.096 × r ₁ + 0.044 [mm]

여기서, r₁은 제 1 헬름홀츠 공명기(120-1)의 홀(125-1)의 반경, r₂는 제 2 헬름홀츠 공명기(120-2)의 홀(125-2)의 반경이다.Here, r ₁ is the radius of the hole 125-1 of the first Helmholtz resonator 120-1, r ₂ is the radius of the hole 125-2 of the second Helmholtz resonator 120-2.

이 때, 완벽한 흡음이 이루어지는 흡음 주파수 f_peak 는 하기의 식 2를 만족한다.At this time, the sound absorption frequency f _peak at which perfect sound absorption is satisfied satisfies Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

즉, 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)의 직경 외에, 헬름홀츠 공명기(120)의 형상이 고정되어 있을 때, 각 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)의 직경을 조절함으로써, 원하는 주파수에서 완벽한 흡음 효과를 발휘할 수 있다. That is, in addition to the diameter of the hole 125 of the Helmholtz resonator 120, when the shape of the Helmholtz resonator 120 is fixed, by adjusting the diameter of the hole 125 of each Helmholtz resonator 120, a perfect at a desired frequency The sound absorption effect can be exhibited.

예를 들어, 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)의 직경을 제외한 형상이 a=19mm, b=25mm, g=19mm, l=14mm, D=41mm, H=40mm 로 고정되어 있고(도 2 및 도 3 참조), 다시 말해, 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)의 직경을 제외한 목부(122)의 길이 및 공간(125)의 부피가 고정되어 있고, 흡음을 원하는 주파수가 700Hz일 때, 상기의 식 1 및 식 2에 대입하면 r₁=2.85mm 이고, r₂=3.16mm 이다. 따라서, 흡음 셀(C)이 도 4와 같이 배열된 헬름홀츠 공명기에서 r₁=2.85mm, r₂=3.16mm 로 조절함으로써, 700Hz에서 완벽한 흡음을 이룰 수 있다.For example, the shape excluding the diameter of the hole 125 of the Helmholtz resonator 120 is fixed to a = 19mm, b = 25mm, g = 19mm, l = 14mm, D = 41mm, H = 40mm (Fig. 2). 3, that is, when the length of the neck 122 and the volume of the space 125 are fixed except for the diameter of the hole 125 of the Helmholtz resonator 120 and the desired frequency of sound absorption is 700 Hz, substituting the above expression 1 and expression 2, and r ₁ = 2.85mm, it is r ₂ = 3.16mm. Therefore, by adjusting the sound absorbing cell (C) to r ₁ = 2.85mm, r ₂ = 3.16mm in the Helmholtz resonators arranged as shown in Figure 4, it is possible to achieve a perfect sound absorption at 700Hz.

도 5는 700Hz 주파수의 음파를 흡음하기 위하여 전술한 수치로 설계된 흠음 장치(100)를 수치 해석 모델을 통해 반사 계수(R_MS) 및 흡음 계수(a_MS)를 계산한 그래프인데, 실제 700Hz에서 95% 이상의 높은 흡음 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다.FIG. 5 is a graph showing a reflection coefficient (R _MS ) and a sound absorption coefficient (a _MS ) of a flaw device 100 designed as described above to absorb sound waves having a frequency of 700 Hz through a numerical analysis model. It can be seen that a high sound absorption effect of more than% is exhibited.

전술한 제 1 실시예의 경우, 특정한 하나의 주파수에 대하여 완벽한 흡음 효과를 발휘할 수 있으나, 이하 설명하는 제 2 실시예의 경우에는 두 개 이상의 주파수에 대하여도 높은 흡음 효과를 발휘할 수 있다.In the case of the first embodiment described above, a perfect sound absorbing effect can be exhibited with respect to one specific frequency. However, in the case of the second embodiment described below, a high sound absorbing effect can be achieved with respect to two or more frequencies.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치를 구성하는 흡음 셀의 정면도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡음 장치의 흠음 성능을 나타낸 그래프이다.6 is a front view of a sound absorbing cell constituting the sound absorbing device according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are graphs showing the flaw performance of the sound absorbing device according to the second embodiment of the present invention.

도 3 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 홀(125)의 크기가 서로 다른 네 종류의 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2, 120-3, 120-4)를 배열하여 하나의 흡음 셀(C)이 구성될 수 있다. 즉, 하나의 흡음 셀(C)을 구성하는 네 개의 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2, 120-3, 120-4)는 각각 홀(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)의 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다. 이러한 구조의 흡음 셀(C)이 배열된 흡음 장치(100)의 경우도, 흡음 장치(100)을 향해 입사하는 음파(S)는 x축 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기 간에 각각 반사되는 위상이 특정 주파수에서 서로 반대가 되거나, 상쇄 간섭이 발생될 수 있다. 3 and 6, according to the second embodiment of the present invention, four types of Helmholtz resonators 120-1, 120-2, 120-3, and 120-4 with different sizes of the holes 125 are provided. By arranging one sound-absorbing cell (C) can be configured. That is, the four Helmholtz resonators 120-1, 120-2, 120-3, and 120-4 that constitute one sound absorbing cell C are respectively holes 125-1, 125-2, 125-3, and 125. -4) may be formed differently in size. Also in the case of the sound absorbing device 100 in which the sound absorbing cells C of the structure are arranged, the sound waves S incident toward the sound absorbing device 100 are respectively reflected in the x-axis direction at phases where the phases reflected between adjacent Helmholtz resonators are specified. They may be opposite to each other or destructive interference may occur.

다시 말해, 본 발명의 제 2 실시예의 경우, 흡음 셀(C)의 상부에 배열된 두 종류의 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2)의 홀의 직경을 조절하여 하나의 목적 주파수를 가지는 음파를 완벽히 흡음할 수 있고, 흡음 셀(C)의 하부에 배열된 다른 두 종류의 헬름홀츠 공명기(120-3, 120-4)의 홀의 직경을 조절하여 다른 목적 주파수를 가지는 음파를 완벽히 흡음할 수 있다. 즉, 흡음 셀(C)을 구성하는 네 개의 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2, 120-3, 120-4)의 홀의 크기를 각각 조절함으로써, 두 개의 서로 다른 주파수를 모두 완벽히 흡음할 수 있다.In other words, in the second embodiment of the present invention, by adjusting the diameters of the holes of the two types of Helmholtz resonators 120-1 and 120-2 arranged on the sound absorbing cell C, sound waves having one target frequency It can completely absorb the sound, and by adjusting the diameter of the holes of the two other types of Helmholtz resonators (120-3, 120-4) arranged in the lower portion of the sound absorbing cell (C) can completely absorb sound waves having different target frequencies. That is, by adjusting the sizes of the holes of the four Helmholtz resonators 120-1, 120-2, 120-3, and 120-4 constituting the sound absorbing cell C, all two different frequencies can be completely absorbed. have.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 흡음 셀(C)의 상부에 위치하고 x축 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기를 각각 제 1 헬름홀츠 공명기(120-1), 제 2 헬름홀츠 공명기(120-2)라고 할 때, 전술한 제 1 실시예에 같이, 제 1 헬름홀츠 공명기(120-1)와 제 2 헬름홀츠 공명기(120-2)의 홀의 직경이 각각 2r₁, 2r₂인 경우, 전술한 식 1 및 식 2를 만족하는 하나의 목적 주파수에 대해 홀의 직경, 즉 r₁, r₂ 를 구할 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, the Helmholtz resonators located above the sound absorbing cell C and adjacent in the x-axis direction are referred to as first Helmholtz resonators 120-1 and second Helmholtz resonators 120-2, respectively. When the diameters of the holes of the first Helmholtz resonator 120-1 and the second Helmholtz resonator 120-2 are 2r ₁ and 2r ₂ , respectively, as in the first embodiment described above, The diameter of a hole, i.e. r ₁ , r ₂ , can be found for one desired frequency satisfying ₂ .

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 흡음 셀(C)의 하부에 위치하고 x축 방향으로 인접한 헬름홀츠 공명기를 각각 제 3 헬름홀츠 공명기(120-3), 제 4 헬름홀츠 공명기(120-4)라고 할 때, 전술한 제 1 실시예에 같이, 제 3 헬름홀츠 공명기(120-3)와 제 4 헬름홀츠 공명기(120-4)의 홀의 직경이 각각 2r₃, 2r₄인 경우, 전술한 식 1 및 식 2를 만족하는 다른 하나의 목적 주파수에 대해 홀의 직경, 즉 r₃, r₄ 를 구할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6, when the Helmholtz resonators located below the sound absorbing cell C and adjacent in the x-axis direction are referred to as third Helmholtz resonators 120-3 and fourth Helmholtz resonators 120-4, respectively In the first embodiment described above, when the diameters of the holes of the third Helmholtz resonator 120-3 and the fourth Helmholtz resonator 120-4 are 2r ₃ and 2r ₄ , the above-described equations 1 and 2 The diameter of the hole, i.e. r ₃ , r ₄ , can be found for the other desired desired frequency.

이어서, r₁, r₂, r₃, r₄의 값을 최적화 할 수 있다. 보다 상세히, 두 개의 목적 주파수에 대해 계산한 흡음 셀의 흡음 계수가 최대가 되도록 최적화 알고리즘을 통해 각 헬름홀츠 공명기의 홀의 직경을 조절하여 두 개의 목적 주파수를 완벽 흡음할 수 있다. 이 때, 홀의 직경의 초기치는 전술한 식 1 및 식 2를 통해 구한 네 개의 헬름홀츠 공명기의 홀의 직경으로 설정할 수 있다. 또한, 최적화 알고리즘에 이용한 목적함수를 흡음 셀의 흡음 계수가 최대가 되도록 설정하거나, 바깥 매질의 음향 임피던스와 흡음 셀의 유효 음향 임피던스 간의 차이가 최소가 되도록 설정할 수 있다. 여기서 최적화 알고리즘에 순차 2차 계획법 (SQP) 방식이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 널리 알려진 다양한 방식이 사용될 수 있다.Subsequently, the values of r ₁ , r ₂ , r ₃ and r ₄ can be optimized. More specifically, the diameter of the hole of each Helmholtz resonator can be completely absorbed by the optimization algorithm so that the sound absorption coefficient of the sound absorption cell calculated for the two target frequencies is maximized. At this time, the initial value of the diameter of the hole can be set to the diameter of the hole of the four Helmholtz resonators obtained through the above equations (1) and (2). In addition, the objective function used in the optimization algorithm may be set to maximize the sound absorption coefficient of the sound absorption cell, or may be set to minimize the difference between the acoustic impedance of the outer medium and the effective acoustic impedance of the sound absorption cell. The sequential quadratic programming (SQP) method may be used for the optimization algorithm, but the present invention is not limited thereto, and various well-known methods may be used.

예를 들어, 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)의 직경을 제외한 형상이 a=19mm, b=25mm, g=19mm, l=14mm, D=41mm, H=40mm 로 고정되어 있고(도 2 및 도 3 참조), 다시 말해, 헬름홀츠 공명기(120)의 홀(125)의 직경을 제외한 목부(122)의 길이 및 공간(125)의 부피가 고정되어 있고, 흡음을 원하는 두 개의 목적 주파수가 400Hz와 600Hz 일 때, 전술한 최적화 방법을 통해 흡음 셀(C)을 구성하는 네 개의 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2, 120-3, 120-4) 각각의 홀의 직경을 구하면 r₁=1.63mm, r₂=1.66mm, r₃=2.45mm, r₂=2.61mm 이다. For example, the shape excluding the diameter of the hole 125 of the Helmholtz resonator 120 is fixed to a = 19mm, b = 25mm, g = 19mm, l = 14mm, D = 41mm, H = 40mm (Fig. 2). 3, that is, the length of the neck 122 and the volume of the space 125 are fixed except for the diameter of the hole 125 of the Helmholtz resonator 120, and two desired frequencies of sound absorption are 400 Hz. And 600Hz, the diameters of the holes of the four Helmholtz resonators 120-1, 120-2, 120-3, and 120-4 constituting the sound absorbing cell C through the above-described optimization method are calculated as r ₁ = 1.63 mm, an _{_{r 2 = 1.66mm, r 3 =}} 2.45mm, r 2 = 2.61mm.

도 7는 400Hz와 600Hz 두 주파수의 음파를 흡음하기 위해 전술한 수치로 설계된 흠음 장치(100)를 수치 해석 모델을 통해 반사 계수(R_MS) 및 흡음 계수(a_MS)를 계산한 그래프인데, 실제 목적하는 두 주파수 400Hz와 600Hz 각각에서 95% 이상의 높은 흡음 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다.FIG. 7 is a graph of calculating the reflection coefficient (R _MS ) and the absorption coefficient (a _MS ) through a numerical analysis model of a flaw device 100 designed to absorb sound waves of two frequencies, 400 Hz and 600 Hz. It can be seen that the high sound absorption effect of more than 95% is exhibited at each of the two desired frequencies 400Hz and 600Hz.

또 다른 예로, 흡음 주파수에 따라 두 개 이상의 주파수 또는 넓은 주파수 대역에서 효율적으로 흡음할 수 있다. 예를 들어, 흡음을 원하는 두 개의 목적 주파수가 400Hz와 500Hz 일 때, 상기의 최적화 방법을 통해 각 헬름홀츠 공명기의 홀의 직경을 구하면 r₁=1.62mm, r₂=1.64mm, r₃=1.86mm, r₂=2.11mm 이다.As another example, the sound absorption may be efficiently performed at two or more frequencies or a wide frequency band according to the sound absorption frequency. For example, when the two desired frequencies for sound absorption are 400Hz and 500Hz, the diameter of the hole of each Helmholtz resonator is obtained by the above optimization method, and r ₁ = 1.62mm, r ₂ = 1.64mm, r ₃ = 1.86mm, r ₂ = 2.11 mm.

도 8은 400Hz와 500Hz 두 주파수의 음파를 흡음하기 위해 전술한 수치로 설계된 흠음 장치(100)를 수치 해석 모델을 통해 반사 계수(R_MS) 및 흡음 계수(a_MS)를 계산한 그래프인데, 실제 400Hz와 500Hz 각각에서 95% 이상의 높은 흡음 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다. FIG. 8 is a graph of calculating the reflection coefficient (R _MS ) and the absorption coefficient (a _MS ) through a numerical analysis model of a flaw device 100 designed to absorb sound waves of two frequencies, 400 Hz and 500 Hz. It can be seen that a high sound absorption effect of more than 95% is exhibited at 400Hz and 500Hz respectively.

더불어, 452Hz에서도 95% 이상의 높은 흡음 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다. 이는 400Hz의 흡음 주파수를 가지도록 설계된 두 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2)와 500Hz의 흡음 주파수를 가지도록 설계된 두 헬름홀츠 공명기(120-3, 120-4) 간에 상호 작용을 일으켜서, 두 흡음 주파수 사이의 새로운 흡음 주파수(452Hz)가 발생되는 것이다.In addition, it can be seen that the high sound absorption effect of more than 95% at 452Hz. This creates an interaction between two Helmholtz resonators 120-1 and 120-2 designed to have a sound absorption frequency of 400 Hz and two Helmholtz resonators 120-3 and 120-4 designed to have a sound absorption frequency of 500 Hz. A new sound absorption frequency (452 Hz) is generated between the frequencies.

따라서, 흡읍 셀(C)을 구성하는 네 개의 헬름홀츠 공명기(120-1, 120-2, 120-3, 120-4)의 홀의 크기를 모두 다르게 조절함으로써, 두 개 이상의 주파수 또는 넓은 주파수 대역에서 효율적으로 흡음할 수 있도록 본 발명의 흡음 장치(100)를 설계할 수 있다.Therefore, the size of the holes of the four Helmholtz resonators 120-1, 120-2, 120-3, and 120-4 constituting the intake cell C can be adjusted differently so as to be effective at two or more frequencies or wide frequency bands. The sound absorbing device 100 of the present invention can be designed to absorb sound.

한편, 전술한 실시예들은, 서로 인접한 복수의 헬름홀츠 공명기 간에, 목부(122)의 길이 및 공간(126)의 부피가 일정할 때, 홀(125)의 크기를 다르게 조절함으로써, 하나 이상의 주파수를 가지는 소음을 높은 흡음율로 흡수할 수 있는 흡음 장치를 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 헬름홀츠 공명기의 공명 주파수에 영향을 주는 인자인, 홀(125)의 크기, 목부(122)의 길이 및 공간(126)의 부피 중 적어도 어느 하나를 조절함으로써, 동일한 효과를 발휘하는 흡음 장치를 구현할 수 있다. Meanwhile, the above-described embodiments have one or more frequencies by differently adjusting the size of the hole 125 when the length of the neck 122 and the volume of the space 126 are constant between a plurality of Helmholtz resonators adjacent to each other. A sound absorbing device capable of absorbing noise at a high sound absorption rate has been described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and by adjusting at least one of the size of the hole 125, the length of the neck 122, and the volume of the space 126, which are factors influencing the resonance frequency of the Helmholtz resonator. A sound absorbing device having the same effect can be implemented.

예를 들어, 서로 인접한 복수의 헬름홀츠 공명기 간에 홀(125)의 크기 및 목부(122)의 길이가 일정하게 하고 공간(126)의 부피를 서로 다르게 조절함으로써, 또는, 홀(125)의 크기 및 공간(126)의 부피를 일정하게 하고 목부(122)의 길이를 서로 다르게 조절함으로써, 동일한 효과를 발휘하는 흡음 장치(100)를 구성할 수 있다. For example, the size of the hole 125 and the length of the neck 122 are constant between the plurality of Helmholtz resonators adjacent to each other, and the volume of the space 126 is adjusted differently, or the size and space of the hole 125 is different. By making the volume of 126 constant and adjusting the length of the neck 122 differently, the sound absorption apparatus 100 which exhibits the same effect can be comprised.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 흡음 장치를 구현하기 위하여, 서로 인접한 복수의 헬름홀츠 공명기 간에 홀(125)의 크기, 목부(122)의 길이 및 공간(126)의 부피 중 두 개의 인자를 일정하게 한 후, 나머지 하나의 인자를 다르게 조절할 수도 있고, 홀(125)의 크기, 목부(122)의 길이 및 공간(126)의 부피 중 세 개의 인자를 모두 다르게 조절할 수도 있다.In addition, in order to implement a sound absorbing device according to the present invention, after the two factors of the size of the hole 125, the length of the neck 122 and the volume of the space 126 between the plurality of Helmholtz resonators adjacent to each other after The other factor may be adjusted differently, and all three factors may be adjusted differently from the size of the hole 125, the length of the neck 122, and the volume of the space 126.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 흡음 장치(100)는 복수의 헬름홀츠 공명기를 조합하여 배열함으로써, 소음을 높은 흡음률로 흡수할 수 있고, 복수의 주파수의 소음이나 넓은 주파수 대역의 소음을 효과적으로 흡수할 수 있다.As described above, the sound absorbing device 100 according to the embodiment of the present invention is arranged by combining a plurality of Helmholtz resonators, which can absorb the noise at a high sound absorption rate, and can absorb noise of a plurality of frequencies or noise of a wide frequency band. It can absorb effectively.

또한, 헬름홀츠 공명기의 홀의 크기와 배열을 조절함으로써, 목적하는 주파수에 따라 최적 설계가 가능하다.In addition, by adjusting the size and arrangement of the holes of the Helmholtz resonator, it is possible to optimize the design according to the desired frequency.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 흡음 장치(100)는 음파의 파장보다 작은 크기의 헬름홀츠 공명기를 배열하여 패널 형태로 구성함으로써, 작은 공간을 차지하면서도 높은 흠음률을 발휘할 수 있다. 이에 따라, 얇은 두께의 패널 형태로 제작할 수 있으므로 메타 표면을 구현할 수 있다.In addition, the sound absorbing device 100 according to the embodiment of the present invention can arrange a Helmholtz resonator having a smaller size than the wavelength of the sound wave to form a panel, thereby exhibiting a high flaw rate while occupying a small space. Accordingly, since the panel can be manufactured in the form of a thin thickness, a meta surface can be realized.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

100 흡음 장치
120 헬름홀츠 공명기
122 목부
124 챔버부
125 홀
C 흡음 셀
S 음파100 sound absorbing device
120 Helmholtz Resonators
122 throat
124 chamber
125 holes
C sound absorption cell
S sound wave

Claims

A plurality of Helmholtz resonators arranged on a plane,
Each of the plurality of Helmholtz resonators,
It has a space inside the hole is formed to communicate with the outside,
Sound absorbing device having a resonant frequency different from at least one Helmholtz resonator adjacent in at least one direction.

The method of claim 1,
Each of the plurality of Helmholtz resonators,
A neck having a predetermined length through which the hole penetrates in a longitudinal direction; And
A chamber part connected to the rear of the neck part and provided with the space connected to the hole;
A sound absorbing device comprising a.

The method of claim 2,
Each of the plurality of Helmholtz resonators, at least one of the Helmholtz resonator adjacent in at least one direction and the size of the hole, the length of the neck, and the volume of the space are different from each other.

The method of claim 2,
Each of the plurality of Helmholtz resonators has a prismatic shape,
The plurality of Helmholtz resonators are arranged in a grid form, sound absorbing device.

The method of claim 4, wherein
Sound absorbing device, characterized in that the cross section of the planar direction of each of the plurality of Helmholtz resonators is a polygon.

The method of claim 4, wherein
The Helmholtz resonators are in the form of square pillars of the same size,
Four Helmholtz resonators are arranged adjacent to each other in a lattice form to form one sound absorption cell,
A flaw device, in which a plurality of said sound absorbing cells are arranged in a lattice form on said plane.

The method of claim 6,
Sound absorbing device of the four Helmholtz resonators are formed with different sizes of the hole between the Helmholtz resonators in contact with each other.

The method of claim 6,
The four Helmholtz resonators are each formed of a different size of the hole, sound absorbing device.

The method of claim 8,
Sound absorbing device, wherein the sound absorbing cell composed of the four Helmholtz resonators has a sound absorption frequency of two or more.

The method of claim 6,
The hole,
A sound absorbing device, extending in a direction perpendicular to the plane, connecting the space and the outside to each other, having a circular cross-sectional shape in the planar direction, and having a circular shape in the extending direction.

The method of claim 10,
And the four Helmholtz resonators have the same volume and the length of the neck.

The method of claim 11,
The four Helmholtz resonators include a first Helmholtz resonator and a second Helmholtz resonator which face each other,
And the hole of the first Helmholtz resonator and the hole of the second Helmholtz resonator satisfy the following expression (1).
[Equation 1]
r ₂ = 1.096 × r ₁ + 0.044 [mm]
(Where r ₁ is the radius of the hole of the first Helmholtz resonator, r ₂ is the radius of the hole of the second Helmholtz resonator)

The method of claim 11,
A sound absorbing device, wherein the frequency of sound waves to be absorbed satisfies the following expression (2).
[Equation 2]
_{f peak = 1789 [Hz / mm} ] × r 1 - 1433 [Hz / mm] × r 2 + 131.4 [Hz]
Where f _peak is the sound absorption frequency

The method of claim 1,
The incident sound waves are mutually different in phases reflected from the Helmholtz resonators adjacent to each other, causing destructive interference.

The method of claim 4, wherein
The length of one side of each of the plurality of Helmholtz resonators is smaller than the wavelength of the sound wave, sound absorbing device.

The method of claim 1,
Sound absorption device is adjusted according to the size of the hole, sound absorption device.

The method of claim 1,
The plane is perpendicular to the incident sound wave,
And the hole is arranged to face the sound wave.