Scandal 17 (Part 1). 계란판은 방음이 된다?

 

계란판은 방음이 된다고 알고 있다. 진짜 되는것일까?

 

우선 음향의 특성에 대해서 알아보자.

Part 1
1. Sound  란
2. Sound 전달 원리
3.흡음 (Sound absorption)

Part 2
4.실내 음향
5.방음(Soundproof)의  Foam
6.계란판은 방음에 효과가 있을까?
7. 최근 계란판을 활룡한 방음연구

 

 

 

1. Sound 란?

 

소리는 빛과 같은 파동 특성을 가지고 있다. 맥스웰이 전자기파 속도를 계산하고, 빛의 속도와 전자기파의 속도가 같다는것을 알고 빛은 온전한 모습이 아니 전기장과 자기장으로 이루어진 전자기파의 일부라고 하였다.  이런 맥스웰 이론은 그가 세상을 떠난 후인 1888년, 하인리히 헤르츠가 전자기파를 발견하고 빛이 전자기파로 완전하게 입증 되었다. 당시 전자기파는 헤르츠 파동이라고 불리웠고, 라디오 주파수에 헤르츠가 붙게 되었다. 

빛은  파장에 따라 색깔이 다르기 때문에 파장으로 설명이 되고 Sound는 공기의 진동에 의해 발생하여 공기의 진동이나 기체의 흐름으로 음파(Acoustic wave)가 전달 되기 때문에 주파수(Frequency) 인 Hz로 설명이 된다. 주파수는 시간내에 총 몇 번이 발생하는지에 대한 지표이며 Hz가 높다는 것은 주파수 (Frequency) 가 높고 많은 반폭이 일어나기 때문에 파장이 짧다는 의미이다.

 

 

 

 

 

 

음향은 dB(데시벨)  이라는 단위를 사용하는데 절대 측정단위가 아닌 어떤 기준과 측정된 양 사이의 비율의 상대측정 단위이다.

 

 

여기서 P(Pascal) 는 음압(Sound pressure)을 나타낸다. 읍압은 음파에 의해 매질 입자는 진동을 일으켜 입자가 밀집된 부분에서는 얍력이 상승하고 희박한 부분에서는 평균압력보다 감소한다. 음압이 크면 큰 음으로 들리고 읍압이 작으면 작은 음으로 들리게 된다.

 

데시벨의 정의는 20세기 초 미국의 벨 시스템(Bell System) 에서 전화 통신 의 전송 손실과 전력을 측정하는 데서 유래되었다. 벨은 Alexander Graham Bell 의 이름을 따서 명명되었지만 벨은 거의 사용되지 않았다고 한다. 그러나 데시벨은 과학 및 공학 분야 의 다양한 측정에 사용되며 , 특히 음향학 , 전자공학 및 제어 이론 의 음력에 사용하게 되었다 

 

사람이 들을 수 있는 가청 주파수는 20Hz~20kHz 사이에 있는 주파수를 갖는 음향파만 사람이 인지한다. 20kHz 이상은 초음파(Ultrasound) 영역으로 사람이 들을수 없다.  대기압에서 공기에서 소리는 파장이 1.7cm~17m 인 음파이다. 빛은 파장이 nm 단위인데 소리는 cm~m 단위로 빛에 비해는 파장이 상당히 길다는 것을 알수 있다.

 

 

위키피디아

 

 

 

인간의 청력 범위는 20Hz~20kHz이지만 아래 그래프를 보듯이 특정 dB 수준 이상에서는 청력에 문제가 될수도 있고, 측정dB이하는 인지를 못할수도 있다. 또한 인간은 2kHz~5kHz 사이의 주파수에 가장 민감하다. 

 

위키피디아

 

건강한 사람이 감지할수 있는 가장 약한 음압은 20uPa 이고, 놀랍게도 귀는 100,000,000uPa 까지 읍압을 견딜수 있다.이런 관점에서 수치적으로 상당한 차이가 있어 dB이라는 상대적인 값을 사용하는 이유이기도 하다. 일상생활에서는 40~60dB을 유지하고 85dB 이상에서는 청력에 손상을 줄수 있다. 그런 이유인지 애플워치는 80dB 이상이면 소음환경이라고 알람을 띄우기도 한다.

https://www.bksv.com/

 

2. Sound 전달 원리

 

음향 에너지가 압력 차이(또는 변형)로 공기를 통해 전달되고 벽이 있을때 음향이 방의 벽과 충돌할때 음향 에너지의 일부는 다시 반사되고 일부는 벽을 벽을 구성하는 물질을 통해 전달되고 일부는 벽에 흡수된다.  이때 음향 에너지의 일부를 열로 변환하여 기계적 손실을 일으키고, 주로 벽의 점도로 인해 음향 감쇠를 초래한다 . 비슷한 감쇠 메커니즘이 공기와 소리가 전달되는 원리이다.

 

https://hushcitysp.com/

 

방의 벽은 벽의 진동으로 그 벽을 통해 반대편 벽으로 전달되어 벽의 두께가 두꺼울수록 반대편으로 전달되는 진동 크기가 작아지며, 벽의 얇으면 진동의 크기가 커저 잘 전달된다. 다시 말해 두꺼운 방음시설이 되어 있다면 반사율이 크고 투과율과 흡수율이 작고, 얇은 방음시설이라면 반사율이 적고 투과율과 흡수율을 크게 된다.

 

 

 

음파도 빛과 같이 파동 특성이 있어 빛의 성질과 똑같은 간섭, 회절, 반사 특성이 있다. 그 중 음파의 회절 특성 때문에 장애물 뒤에 숨어 있어도 소리가 들리게 된다. 회절의 정도는 장애물의 크기와 음파의 파장에 따라 결정되는데, 파장이 장애물보다 크고 저음일수록 회절 현상이 잘 일어난다. 앞서 설명했듯이 장애물(cm~m)에 비해서 빛의 파장(nm)이 아주 작아서 벽에서 회절현상이 잘 일어 나지 않지만 음파(cm~m)은 파장이 길기 때문에 장애물에서 회절 현상이 잘 일어나서, 벽 뒤에 빛은 회절이 약해서 그늘이 생기지만 음향은 회절이 강해서 소리를 들을수있는 것이다.

 

 

 

아래는 장애물의 형태에 따라 음파의 회절 특성을 보여 주고 있다.

 

Sakamoto, Shin'ichi. “VISUALIZATION OF SOUND REFLECTION AND DIFFRACTION BY THE FINITE DIFFERENCE TIME DOMAIN METHOD.” (2006).

 

 

 

3. 흡음 (Sound absorption)

 

흡음의 목적은 공간 내의 음향 품질을 향상시키기 위해 음파의 강도를 약화하거나 반사, 에코 및 반향을 완화 하거나 공간의 사운드 분포의 균형을 유지 하기 위해서 이다.

 

흡음은 재료표면에 입사하는 음향 에너지가 마찰저항, 진동 등에 의해 열에너지로 변하는 현상을 말한다.  흡음 구조체에는 다공질형 흡음재, 공명 구조형 흡음재, 판상 재료 흡음재가 있는데 주파수에 따라 용도가 다르다.

 

다공질형 흡음재는 구멍이나 틈속의  공기의 점성 마찰에 의해 흡음이 되는 특징으로 재질이 두꺼울스록 흡음범위가 커지고,  공기층이 들어갈수록 중저음역도 가능하다. 공명구조형 흡음재는 작은 구명을 가진 공간의 공명을 이용하여 구멍이 공명기가 되어 공명주파수에서 높은 흡음효과가 있어 저음역의 특정 주파수에서 효과가 있다. 판 진동형 흡음재는 막 과 판이 진동하여 운동에너지로 변환되면서 흡음이 되는데  저음역에 효과가 있다.

 

 

 

다공질형은 건물의 층간면을 보면 흔히들 발견할수 있고, 판 진동형은 벽에 많이 사용한다.

 

나머지는 Part 2에서 알아 보자

 

Part 1
1. Sound  란
2. Sound 전달 원리
3.흡음 (Sound absorption)

Part 2
4.실내 음향
5.방음(Soundproof)의  Foam
6.계란판은 방음에 효과가 있을까?
7. 최근 계란판을 활룡한 방음연구

 

 

 

References

 

1. 건축환경학, 임만택저: 보문당, 2010

2. https://www.bksv.com/

3. Sakamoto, Shin'ichi. “VISUALIZATION OF SOUND REFLECTION AND DIFFRACTION BY THE FINITE DIFFERENCE TIME DOMAIN METHOD.” (2006).

4. https://hushcitysp.com/

5. Arenas, MJ Crocker , "Recent trends in porous sound-absorbing materials ", Sound & vibration, 2010•sandv.com

6. https://genesisacoustics.co.za

7. Md Julker Nine, "Graphene Oxide-Based Lamella Network for Enhanced Sound Absorption", Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1703820

8. https://www.amazon.in/TECHBLAZE-Acoustic-Absorbing-Reduction-Treatment/dp/B0BD82Y4RG

9. https://www.acousticsfirst.com/eggc.htm

10. S atwiko P, Gharata VD, Setyabudi H, Suhedi F. Enhancing egg cartons’ sound absorption coefficient with recycled materials.  Building Acoustics . 2017;24(2):115-131. doi: 10.1177/1351010X17709986

11.https://en.wikipedia.org/