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무 향 실 (Anechoic chamber)
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■ 무향실
○개요 : 실내부에 흡음재(wedge)를 부착, 실내부
발생음에 대하여 자유음장 상태를 유지 하는 실.
○용도 : 음원의 출력, 방사지향성 측정 및 각종 음원의 구조적 특성 분석 등.
1) 완전무향실 : 각종 기기류의 음향 특성 연구.
2) 반무향실 : 중량물 산업기기 소음측정.
3) 조립식 무향실 : 해체이설 가능.
4) 소형 무향상자 : 이동이 가능.
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- 무향실/반무향실의 자유음장 허용편차(KS A ISO 3745 기준).
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1/3 OCT. BAND 중심주파수(Hz) |
완전무향실 허용편차(dB) |
반무향실 허용편차(dB) |
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≦ 630
800~5,000
≧ 6,300 |
± 1.5
± 1.0
± 1.5 |
± 2.5
± 2.0
± 3.0 |
- 무향실/반무향실의 체적 : 무향실의 체적은 측정대상(음원) 체적의 200배 이상.
- 무향실의 흡음면의 흡움율은 관심대역 주파수 이상에서 0.99 이상.
- 반무향실의 바닥면의 반사율은 관심대역 주파수 이상에서 0.06 이하(잔향실 반사면과 동일).
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Ж무향실의 정의
무향실은 “자유음장을 유지하는 실 (Free Sound Field Room)”, “음의 반사가 없는 실” 을 말한다.
자유음장은 실내 점음원으로 부터 방사된 음의 음압 Level 이 거리가 2 배가 될때마다 6 ㏈ 씩 감쇠한다. 이것을 역이승법칙이라 한다.
※ 역이승법칙
완전한 자유공간에 음향출력 W ( Watt )의 무지향설 점음원으로부터 r (m) 떨어진 지점에서의 음의 세기는 다음과 같다.
■ 역이승법칙의 거리감쇠
Ж무향실의 종류
◈완전 무향실
완전 자유음장을 실현하기 위해 무향실 전체의 내부면은 흡음율이 1.0 에 가깝도록 하여야 한다.
보통 흡음율이 0.99 이상 ( 음파반사율에서 0.1 이하 ) 의 구조를 사용 하는 것이 많지만, 실용적으로는 흡음율이 0.99에 달하지 않아도 실내의 필요한 영역에 자유음장이 되게 하면 좋다.
어떠한 것이라도 벽면으로부터 다소의 반사음이 존재하기 때문에 무향실에 있어서 실제음장의 역이승법 칙으로 부터 편차를 측정해 성능검사를 한다.
즉 점음원을 무향실 중앙에 놓고 음의 거리 감쇠를 측정하여 무향실의 역이승법칙 허용편차 이내인가를 비교한다.
■ 완전무향실의 역이승법칙 허용편차 ( KS A ISO 3745 )
◈반(半) 무향실
바닥면 이외의 흡음구조는 무향실과 동일하다.
단, 역이승법칙에 의한 성능검사를 위한 음원을 무향실과 같은 모양으로 실 중심부( 바닥으로 부터 떨어진 위치 )에 놓는 것은 적당치 않다.
이것은 바닥면으로 부터오 는 반사음과의 간섭에 의해서 음원으로 부터 거리감쇠 특성이 불규칙하 게 되기 때문 이다.
■ 반무향실에서 음원이 바닥면 (반사면)으로부터 다를때의 음장특성의 예
이 때문에 ISO 규격안에서는 시험용 Speaker를 바닥면 중앙부 (가능한 바닥면에 접근한 위치) 에 설치하고, 이것으로부터 실천정 네방향 모퉁이에 대하여 거리감쇠를 측정하는 방법을 채택하고 있다.
■ 반무향실의 역이승법칙 허용편차 ( KS A ISO 3745 )
1/3 Octave Band 중심주파수 (㎐)
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Ж무향실의 용도
무향실은 음향분야에 있어서 각종 정밀측정을 하는데 사용된다.
과거에는 Speaker 나 Microphone 등의 지향성 특성 및 교정에만 국한되어 사용했지만 현재는 각종기계류의 방사Power 측정 및 가전제품의 연구개발 및 통신분야등 광범위하게 사용되어지고 있다.
- 음원의 소음 Level의 분포도
- 음원의 방사지향성 (放射指向性)
- 음원의 음향 Power Level
- 음원의 음형성의 구조적인 분석
- 소음수준 측정방법 표준화
- 각종 재료의 차음성능 측정
- 음향적인 연구
- 각종 음향기기의 특성시험
- 소음 감소효과의 측정
- 음향설비의 보정
Ж 무향실의 설계기준
◈ 무향실의 설계순서
① 완전 무향실, 반 무향실의 선택
측정하고자 하는 피측정체 및 현장여건에 의해 결정하는 경우가 많다.
② 측정주파수 범위의 결정
실의 용도, 주요 측정항목에 따라 정하여지지만, 일반적으로 설계에 있어서는 측정 하한주파수 ( Cut - Off Frequency )에 따라 실치수의 결정, 차음설계, 흡음구조의 설계가 행하여진다.
설계주파수의 범위로는 100㎐ ~ 8,000㎐를 취하는 경우가 많지만, 소 음계의 교정, 특수기계, 차량의 소음측정, Speaker 나 Microphone의 특성측정의 경우에는 더 낮은 하한주파수를 설정하는 경우도 있다.
■ 최저주파수에 따른 분야별 응용예
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전기기기 ( Motor , 발전기 , 변압기 등 )
사무용기기 , 악기 , 심리음향연구
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③ 실내치수의 결정
계획단계에서 무향실로 예정된 공간이 주어져 있는 경우가 많지만, 기본적으로는 무향실내에 설치되는 음원의 최대치수와 측정 목적등으 로부터 필요한 Microphone 의 위치 (음원으로부터의 거리)에서 결정되어야만 한다.
이를 위해서는 다음과 같은 방법으로 실을 결정할 수 있다.
■ 무향실유효치수의 결정방법
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L : 실내유효치수
a : 공시음원의 최대치수
λ : 측정주파수의 하한 주파수 파장
α : 여유측정범위 (약 400 m/m)
위로부터 측정에 필요한 최소유효치수는 다음식과 같다.
L = (λ / 4 + a / 2 ) + 2a + λ / 4 + α = 2.5 a + λ / 2 + α
또 , 이상적인 유효치수는 그림 3 과 같이
L = 4 a + λ / 2 + α 가 되는 것이 좋다.
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■ 무향실의 이상적인 유효치수
실의 모양은 일반적으로 직방체이지만 세변의 치수가 되도록이면 동일한 입방체로 하는 것이 좋다.
④ 실내 암소음의 허용한도 - 차음·방진설계
무향실의 차음 및 방진설계를 할 때의 조건으로는 외부소음, 방진의 상태, 실내 암소음의 허용한도가 필요하게 된다.
이것은 외부소음 및 진동에 관하여 각종 재료의 실예자료와 추정치 를 설계자료로 채택한다.
실내에 공조 및 환기설비를 설치할 때에는 이것 도 외부기계 음원의 하나로서 생각하여 방음 Lagging 장치 및 Silencer 부착, 흡음재의 내부부착등 각종흡음 및 차음구조를 채택하여 암소음 Level 에 영향이 없도록 하여야 한다.
또, 무향실이 건물 내부에 설치될 때는 건물내에 기계류의 고체음의 전달을 차단하기 위하여 Floating을 시킨 방진구조를 채택하는 것이 원칙 이다.
실내의 암소음 Level 은 가능한 낮은편이 좋지만, 실제로는 경제성 등을 생각하여 허용한도를 설정하여 설계목표치를 잡는다.
이 경우, 무향실의 암소음 Level은 용도에 따라서 암소음의 허용한 도를 정하지만, 피측정체의 최저음압 Level을 가정하여 암소음이 피측정 체보다 10 ㏈ 이하가 되도록 한다.
이 조건은 측정주파수 범위의 전체 Octave Band 음압 Level에 대해 서 성립하는 것이 원칙이지만 간단하게는 전체 소음 Level 에 대하여 시방을 주는 경우가 많다.
⑤ 흡음구조 설계
무향실의 설계에 있어 중요한 부분이다.
무향실은 완전한 흡음재료로 구성되며 모든 측정주파수에 대해 흡음율이 100 %가 이상적이지만 대략적으로 99 % 정도의 재료를 사용한다.
일반적으로 흡음재료를 분석하면 다공질형, 막진동형, 공명기형 등이있으며 무향실에서 사용되어지는 재료는 입자가 4 - 8 μ 정도의 다공질형 Glass Wool 이 사용되어 왔지만 요즈음은 P. URETHANE, PET 가공품이 많이 사용되고 있다.
그 특성은 입사음파가 대단히 가는 간극의 사이로 들어올때 열에너지로 변하여 이에 의한 저항으로 공기 진동의 분자속도가 커지므로 손실이 생겨 흡음효과를 발휘하게 된다.
■ 벽체에 파장 λ의 음파가 입사시의 분자속도의 정재파
위의 그림에서 벽면에서 분자속도가 빠른 1/4 λ , 3/4 λ ……… 위치 에 다공질 재료를 설치하면 흡음효과가 커지므로 다공질재료의 두께는 1/4 λ 이상이 요구된다.
a. 음압반사율에 의한 흡음특성의 표시
음압반사율 r 과 흡음율 α 와의 사이에는 다음과 같이 사용되고 있다.
이에 의한 예로는 아래 그림 과 같다.
■ 음압반사율 측정
b. Wedge 설계
저주파수의 음파를 흡수하는 것으로 흡음Wedge를 벽, 천정, 바닥 및 출입구의 내부면에 부착시킨다.
일반적으로 파장이 긴 주파수 대역의 음파에 대해서 충분한 흡음 특성을 나타내기 위해서는 흡음Wedge의 길이를 길게하는것이 유리하다.
흡음Wedge의 저역차단주파수는 흡음Wedge의 길이 L, 음파의 파장 λ 에서 λ/4 와 λ/2 의 주파수에서 나타난다.
만일 L = 1 m 의 길이의 흡음 Wedge 를 사용할 경우 λ = 4.0 m 임으로 약 85 ㎐정도의 범위는 무향실로서 사용할 수 있다.
흡음Wedge의 높이, 형태는 여러 가지가 있으나, 선단 Cut 형 흡음Wedge는 보수·유지관리에 편리한 점도 있다.
Ж 무향실의 설계기준
■ 용 도
a. 사용목적
①연구용 ②제품개발용 ③제품검사용 ④기타
b. 측정용도
①측정물의 종류 ②측정물의 크기 ③측정물의 목적
c. 측정물의 음향특성
①측정주파수 범위 ②측정물의 발생음압 Level ③측정물의 진동발생 Level
■ 설치규모
a. 건물의 형태
①기존건물 ②신설건물
b. 건물의 구조
①철근콘크리트 ②철골구조 ③경량구조 ④기타
■ 환경
a. 실외 소음
b. 실내 소음
①설비기기 ②급·배기 위생시설 ③제조설비
■ 설비
a. 전기설비
①조명 ②Concent ③측정 공시체의 전원 ④표시등
b. 공조설비
①Ventilation ②Air Condition ③Humidity
c. 방재설비
①화재설비 ②유도등 ③비상등 ④내장재의 종류(불연성, 난연성)
■기타 제설비
a. 측정용 Connector 회로
①측정기기의 종류 ②회로수
b. 제어계용 Connector 회로
①Connector 의 위치 및 수 ②흑백 또는 칼라
c. 통선용 PIPE
①Pipe 구경 ②Pipe 의 수, 장소
d. Mic . Fixture
①벽, 천정, 바닥, Mic. 삼각대 ② Wire Mesh
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