계란판은 방음이 되는지 Part 1에 이어서 Part 2에서 알아 보도록 하자
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
4. 실내 음향
음향의 특성 및 흡음을 반영하여 공연장의 실내 홀의 목적 및 용도에 맞게 크기, 천장, 바닥, 벽, 확산판, 반사판 등을 설계한다.
무대에서 음향의 반사를 위해 홀의 크기에 따란 반사판의 모양과 각도 그에 맞게 설계한다.
내부 홀도 무대와 목적에 따라 그에 맞는 흡음과 반사가 되도록 설계한다.
5. 방음(Soundproof)의 Foam
방음은 음파가 공간으로 들어오거나 나가지 않도록 조밀한 재료를 사용하여 음파를 억제하거나 차단하기 위한 것으로 회의실의 보안이나 사무실이 외부의 소음으로 부터 방해받기 싫거나 실내가 내부의 소음에 의해 산만해지는것을 막는 목적으로 사용한다. 이를 위해 Foam을 많이 사용한다.
음파는 다양한 방식으로 표면에 의해 상호작용이 된다. 음파가 표면에 부딪혀 다른 방향으로 보내는 반사(Reflection)를 하거나, 내부의 다공성구조에 의해 읍파의 전부 또는 일부가 표면에 흡수되어 소멸되거나, 불규칙한 모양의 표면에서 음파가 분리되면서 확산될수 있다. Foam 의 내부의 다공성 구조에 의해 흡수되고, 표면의 모양에 의해 확산되는 특징을 가지고 있다.
그러면 다공성 구조는 왜 음파를 흡수하는 것일까?
아래 그림 왼쪽은 다공성 고체 물질의 개략적인 단면이다. 완전히 격리 된 공극을 "닫힌" 기공이라고 하는데 벌크 밀도, 기계적 강도 및 열전도 도와 같은 물질의 거시적 특성에 영향을 미친다. 그러나, 폐쇄 된 기공은 실질적으로 덜 효율적이다.반면에 음향 에너지 흡수에 "열린" 기공은 외부 표면과 연속적인 채널을 가지고 있으며 음파의 흡수에 큰 영향을 미칠수 있다. 열린 기공은 또한 "blind"(한쪽 끝에서만 열림) 또는 "through"(두 끝에서 열림) 일 수 있다. 다공성 물질은 그 표면이 음파가 다수의 작은 기공 또는 개구부를 통해 물질에 들어가는 것이 특징이다.
Foam 과 같은 다공성 물질이 입사 음파에 노출되면, 물질의 표면 및 물질의 공극 내의 공기 분자는 진동하게 되면 원래 에너지의 일부가 손실된다. 이것은 공기 분자의 에너지의 일부가 내부의 기공과 터널의 벽에서 열 및 점성 손실로 인해 열로 변환되기 때문이다. 저주파에서 이러한 변화는 등온이며 고주파에서는 단열효과를 발생시킨다.
공기 흐름 저항은 다공성, 기공 크기, 굴곡 및 두께를 포함하는 흡수 재료의 구조적 특성에 의해 결정된다. 예를 들어, 다공성이 낮고 기공 크기가 작으며 두께가 큰 개방형 셀 구조는 일반적으로 더 높은 공기 흐름 저항을 가지고 있다. 흡수 재료는 일반적인 압력 변화를 열로 변환하여 소음을 낮추는 수동적 매체이다. 음향 흡수는 음파의 주파수에 따라 달라지는데 다공성 재료에서 고주파수에서는 음파가 불규칙한 기공을 통과할 때 마찰로 인해 열 손실이 발생하는 단열 과정이 발생시키고, 낮은 주파수에서는 탄성 다공성 재료가 등온 과정인 열 교환으로 인한 에너지 손실로 음파를 흡수한다.
결론적으로, Foam의 다공성은 고주파를 흡수하고, 탄성 다공성은 저주파를 흡수해서 방음에 아주 효과적이다.
마이크에 windscreens 목적으로 Foam 커버를 씌우면 주위 바람 소리나 소음이 걸러지는 효과도 같은 효과이다.
6. 계란판은 방음에 효과가 있을까?
이제 처음 궁금증인 계란판은 방음에 효과가 있는지 알아 보자
계란판은 Foam 과 모양이 비슷하게 생겼다.그래서 다들 방음에 효과가 있을것이라고 생각한다. 계란의 운송 목적인 홈의 굴곡이 Foam의 굴곡과 비슷하게 생겼다.
홈의 깊이는 1/4 파장의 주기로 되어 있고 모든 홈의 깊이가 동일한 계란판을 사용하면 약 2인치일때 계란판의 평균 깊이가 3,000~4,000Hz의 에너지만 확산 될수 있다. 이것은 음향 도구로 사용하기에는 주파수 확산 대역이 너무 좁다. 확산 기술은 모든 음향 설계 설정에서 유용하도록 훨씬 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 에너지를 분산시켜야 한다. 또한 계란판의 흡수는 주로 600~700Hz 주파수에 집중된다. 이 좁은 흡수 대역은 방음에 도움이 되지 않는다.
결론적으로, 계란판은 매우 얇은 판지로 만들어져 음파가 상자를 통해 직접 전달되므로 소음을 줄이는 데 도움이 되지 않는다. 그러나 계란판은 음파의 편향과 진동판 흡수를 통해 에코를 약간 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
음파의 편향은 음파가 물체에 의해 반사, 산란, 회절 또는 굴절이 되는것을 의미하는 음파가 계란판에 충돌하면 계란판의 홈 모양으로 편향이 되고 흩어지게 된다. 하지만 이것도 특정 주파수만 확산될수 있어 제한적이다. 또한 음향 에너지가 표면에 부딪힐 때 발생하는 흡수 과정에서 속도가 느려져 에코가 감소한다. 즉 계란판은 너무 얇아서 효과적인 방음 역할을 할수 없다.
7. 최근 계란판을 활룡한 방음연구
계란판이 방음에 효과적인 않지만 저렴한것은 참을수 없다. 다양한 시도를 하게 만든다. 최근에 계란판 연구된 것을 하나 소개하면 아래와 간다.
아래 연구는 계란판에 여러가지 재활용품들(잘게 썬 볏짚종이, 섬유 폐기물, 2cm 절단 벗짚)을 계란판에 넣고 각각 마른 상태와 젖은 상태의 두 조건에 대해서 흡음율을 실험하였다.
파란색으로 표시된 부분이 일반 계판판이고 빨간색으로 표시된 부분이 건조한 재활용품이 들어간 계란판이다.
소음 감소 계수가 0.6이고 흡음 평균은 0.59이며,. 500Hz에서 0.77를 나타내고 있다. 315Hz ~ 2500Hz 사이에서 흡음 계수 ⩾0.5를 가져서, 중저음부터 중음역 주파수까지의 소리 에너지를 흡수할 수 있다는 것이다.
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방음이 사람의 소리 보다는 음악이 목적이라면 효과가 아주 적을것으로 예상된다.
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
3. Sakamoto, Shin'ichi. “VISUALIZATION OF SOUND REFLECTION AND DIFFRACTION BY THE FINITE DIFFERENCE TIME DOMAIN METHOD.” (2006).
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
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