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  Acoustic Lab
음향 실험실
 
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잔향실(Reverberant chamber) 설계기준
잔향실(Reverberant Chamber)

잔향실

○개요 :
 

 

실내부면을 반사재로 하여 실 내부 발생음이 실내 모든 부분에서 음압 분포가 균일한 확산 음장 상태를 유지하고 일정 소요 잔향 시간을 유지하는 실.

 

○개요 :


 

재료의 흡음률, 투과 손실 및 음향 출력 측정등
 1) 1개의 잔향실 : 재료의 흡음률, 음향 출력 측정.
 2) 2개의 잔향실 : 재료의 투과 손실 측정.
 3) 층간 잔향실 : 바닥충격음 측정.

 

잔향실 관련 규격

  KS A ISO 3741 음향-음압법에 의한 소음원의 음향 파워 레벨 측정 방법-잔향실에서의 정밀 측정 방법
  KS F 2805 (ISO 354)
잔향실법 흡음률 측정방법
  KS F 2808 (ISO 140-3)
건물 부재의 공기 전달음 차단 성능 실험실 측정 방법
  KS F 2860 (ISO 140-1)
건물 및 건물 부재의 차음 성는 측정 방법- 건물 부재의 차음 성능 표준 측정실 조건 

 

 ○ 흡음률 측정시 잔향실 규격 (KS F 2805 기준, ISO 354).

Imax < 1.9 V1/3   


    V : 잔향실 용적(m3)  :  최소 150m3 , 200m3 이상 권장
 잔향실 두 변의 길이가 2배, 3배 등과 같은 작은 정수비가 되지 않도록 한다.


    Imax  : 잔향실의 경계내에서 가장 긴거리(사각형 방인 경우 대각선길이 (m)


    - 빈 잔향실(V=200 m
3)에서의 최대 등가흡음면적 (용적이 다른 경우는 "등가흡음면적"에 (V/200 m3)2/3를 곱한다)

 

주파수, Hz

100

125

160

200

250

315

400

500

630

등가흡음면적, m2

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

 

주파수, Hz

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

등가흡음면적, m2

6.5

7.0

7.5

8.0

9.5

10.5

12.0

13.0

14.0

 

   - 직육면체 잔향실(200m3 용적)의 권장 치수비 (KS A ISO 3741)

 

ly / lx

0.83       0.83       0.79       0.68       0.70

lz / lx

0.47       0.65       0.63       0.42       0.59

 

   - 잔향실에서 최대 허용 음압분포 한계 (KS A ISO 3741)

 

1/1 OCT. 중심주파수(Hz)

1/3 OCT. 중심주파수(Hz)

최대허용한계표준편차(dB)

125
250, 500
1 000, 2 000
4 000, 8 000

100, 125, 160
200~630
800~2 500
3 150~10 000

1.5
1.0
0.5
1.0

 

   - KS F 2808 (KS F 2860) 기준 음향 투과손실 측정시 잔향실(음원,수음)용적은 50㎥이상

      시료 개구부 10~20㎡(단변 의 최소 길이 : 2.3m이상).

 

Ж 잔향실의 정의

잔향실(Reverberant Chamber)은 무향실(Anechoic Chamber)과는 대조적으로 방 내부의 모든 벽면에서 가능한 소리를 흡수하지 않게하여 실내에서 발생한 소리가 쉽게 소멸하지 않도록 한 방으로서 [긴 잔향시간을 갖도록 만든 음향측정실이다.]
즉, 실내의 전공간에서 음압분포가 균일하고 공간내 임의의 위치에서 음파의 진행방향이 모든 방향으로 균일하게 전파되어야 하는 조건을 만족시키는 음장을 갖는 실을 말한다.
이를 만족시키기 위해서는 실내의 흡음요소를 최대한으로 적게 하고 실내의 어느 위치에서도 균일한 음압분포가 유지되도록 반사체로 구성하며 실외로의 음의 누출을 가능한 적게 노력이 필요하다.
이러한 잔향실은 각종 건축자재의 흡음율, 차음성능, 음원이나 기계류 등 소음원의 총음향출력의 측정, 그리고 2개의 잔향실을 이용하여 벽의 칸막이 자재와 출입문 또는 창호 등의 투과손실 측정, 바닥충격음 LEVEL의 측정등에 이용된다.

 

Ж 잔향실의 용도

흡음율의 측정

흡음율을 측정하는 방법으로서, 관내법과 잔향실법으로 대별할 수 있다.
관내법은 일정한 방향에서 평면파가 수직으로 입사될 때 정재파를 측정하여 구하는 것이고, 잔향실법은 “잔향실내의 흡음율 측정법”에 의한 것으로 완전히 확산되는 음장에서 벽면의 모든 방향으로 입사하는 음파에 대하여 측정하는 방법이다.
즉, 잔향실 속에 10~12㎡의 시료를 넣고 시료를 넣기전과 후의 잔향시간의 차이로 부터 시료의 흡음율을 결정할 수 있다.
사용하는 음향신호는 White Noise 등을 사용하며, 1/1 Octave Filter, 1/3 Octave Filter를 사용하여 주파수에 따른 잔향시간을 측정한다.
잔향시간은 실내에 있어서 음이 감쇄하는 정도를 나타내는 물리적 척도의 하나이며, 음원으로 부터 음의 방사를 정지시킨 후 실내의 평균 음향 Energy밀도가 처음의
1x10-6  까지 감쇠하는데 소요되는 시간 즉, 60dB 감소하는데 소요되는 시간으로 정의된다.
잔향실의 평균 흡음율은 적절한 잔향음장을 유지할 만큼 충분히 작아야 한다.
ISO에서의 잔향실에 대한 평균흡음율을 검토하여 보면 다음 주파수(f) 이하를 제외한 중심주파수에서 0.06을 초과해서는 안된다.


위의 주파수 이하에서는 잔향실의 기준 Mode의 공진Curve 대역을 증가하기 위해 흡음력을 다소 높이도록 하며 최대 허용한계평균 흡음율은 0.16이다.
이러한 잔향실법 흡음력은 잔향시간을 실측한 경우, 평균치로 부터 다음 식에 의해 구한다.



T1과 T2의 측정사이에 잔향실내 온도는 ±5℃, 상대습도는 ±10% 이상의 변화가 없는 것으로 한다.
잔향실을 이용하여 이와 같이 측정되는 흡음율은 Impedance Tube를 이용해서 측정되는 결과와는 달리 음의 입사방향이 입체각 2
л의 모든 방향에 걸쳐 분포되어 있는 경우이므로 모든 입사방향에 대한 평균 흡음율이 되는 것이다.
잔향실내의 공간에 따른 음향에너지 밀도는 어디에서나 같아야 하는 확산음장(Diffuse Sound Field)이 되어야 하며, 이상적인 확산음장이 아닐 경우에 잔향시간의 측정시에는 음원과 Microphone의 위치를 바꾸어 가며 여러번 측정하여 평균값을 구하는 것이 바람직하다.
흡음율의 측정뿐만 아니라, 뒤에서 언급되는 모든 측정에 있어서도 실제로 사용되는 잔향실의 음장이 이상적인 확산음장이 아닌 결과가 많으므로 잔향실내에서 음압을 측정할 때는 다음 3가지중 1가지를 이용해서 평균값을 구하는 것이 좋다.
  가. 1개의 Microphone을 여러곳으로 옮기며 측정하고 평균값을 구한다.
  나. 여러곳에 동시에 여러개의 Microphone을 동시에 설치하여 평균값을 취한다.
  다. 1개의 Microphone을 같은 속도로 적당한 진로로 움직이도록 하여 평균값을 취한다.

 

 

투과손실의 측정

벽, 문, 창문 기타 건축물에 쓰이는 차음용 자재에 대한 투과손실은 잔향실을 사용하여 측정할 수 있다.
입사파와 이에 의해 생긴 투과파의 음압레벨차를 음향투과손실이라 하며 일반적으로 TL(Transmission Loss)로서 표시한다. 음압레벨차의 정의에 의해 음향투과손실은 다음 식으로 부터 구한다.
 


 

이러한 음향투과손실은 시료를 인접한 2개의 잔향실 사이에 설치하고 음원실과 수음실의 음압Level을 측정함으로써 다음 식으로부터 구할 수 있다.
 

상기의 식에서 소리의 투과는 단지 시료를 통해서만 이루어졌다고 가정하고 있으나 실제로는 시료이외의 부분을 통해서도 소리의 전달이 가능할 수 있으며, 이런 경우에는 식(4)로 부터 얻어진 음향투과손실은 오차를 포함하게 된다.
따라서, 투과손실 측정시에 사용되는 2개의 잔향실은 시료 이외는 어떤 연결부위를 통해서도 고체면이 전달되지 않도록 유의하여야 하며, 외부로 부터의 어떤 소음이나 진동도 측정에 영향을 미치지 않도록 하여야 한다.
측정 SYSTEM은 시료 설치용 개구부를 사이에 두고 양측에 2개의 잔향실, 음원장치, 수음장치로 구성된다. 

음향출력의 측정

바닥 충격음의 측정

Silencer의 삽입손실 측정

 

Ж 잔향실의 설계

일반적인 잔향실 설계 고려 사항

-실 내부의 체적
-실 내부의 작업 공간
-시험 대상 물체에 대한 실의 크기
-관심 대상의 최저 주파수 밴드
-소음 저감
-진동 절연
-환기 시스템
-출입구
-내부 바닥
-조명 및 전기 시스템
-전체적 구조 설계

확산음장의 조건

잔향실은 실내의 모든 면에서 음을 반사시켜서 확산음장(Diffused Sound Field)을 형성하는 음향측정실이다.
확산음장은 다음의 두 조건을 만족시키는 음장으로서 정의된다.
  ① 실내 전공간에서 균일한 음압분포를 유지할 것.
  ② 공간내 임의의 위치에서 음의 에너지가 모든 방향으로 균일하게 전파될 것.
그러나, 실제로 위의 두 경우를 만족시켜 100% 확장음장 형태의 잔향실을 만드는 일은 불가능하나, 가능한 한 이에 가깝도록 계획되어져야 한다.
실내음장을 확산음장에 가깝게 하기 위해서는 실의 크기가 파장에 비하여 충분히 크고 벽면이 파장과 동일정도 크기의 불규칙성(경사, 부정형, 불균일한 흡음성 등)을 갖도록 하는 일이 필요하다.
실의 크기가 커지면 고유주파수는 실용적이 크고 음향적으로 불규칙한 형태의 공간에서는 고유진동수가 매우 많게 된다.
따라서, 음원의 주파수가 협대역에 집중한 경우에도 음원에 의해 가진되어 실내에 발생하는 정재파는 각 벽면에 거의 모든 방향으로부터 입사하고 실내의 어느 점에서도 모든 방향으로 전파하는 상태가 된다.
이 경우 실내의 음압 분포는 이것이 복합된 것으로 되기 때문에 음압의 차이가 적고 공간적으로 거의 일정하게 되어 확산음장에 가깝게 된다.
또한, 실내면의 반사율은 정재파를 증가시켜서 Mode밀도가 상대적으로 낮은 저주파 성분음의 공간분포가 불균일하게 된다.
이것을 방지하기 위해서 저주파 흡음용 흡음 Panel을 실내에 설치하여 실내의 Mode밀도를 증가시키기도 하지만 이 경우에는 잔향시간의 감소가 수반되기 때문에 주의가 요구된다

확산성의 측정과 평가

  ① 잔향상태
잔향상태 측정에 의해 확산성을 평가하는 방법에는 다음의 2가지가 있다.
  a. 잔향시간 측정치의 편차
  b. 잔향곡선의 불규칙성

a. 의 경우는 완전히 확산이 될 때는 어느 위치에서 몇 회 측정하여도 동일한 값이 되고, 각 위치에서의 측정치와 평균치와의 편차가 클수록 확산성은 나쁘게 된다.

b. 의 경우는 잔향곡선의 감쇠형태에 있어서 산,골이 적고 일직선에 가깝게 될 수록 확산은 좋지만 기록시 Level Recorder에서의 응답반응속도(Fast, slow)에 따라 산,골의 크기가 달라지기 때문에 이에 의한 평가는 일반성이 적다는 특징이 있다.

한편, 잔향실내의 잔향시간은 길수록 유리하며 재료의 흡음율 측정시 시료를 설치하지 않은 상태에서 요구되는 잔향실의 최소 잔향시간 은 다음과 같다.

 


음압 Level 분포도

음압레벨 측정에 의해 확산성을 평가하는 방법에는 다음의 2가지가 있다.
  a. 정상상태 음압분포의 측정
  b. 단위 음압분포의 측정

a.의 경우에는 음원으로서 1/3 Octave대역 잡음을 이용하고 Mic.를 연속적으로 이동하여 기록한 음압 Level을 완전확산으로 가정하여 결과와 비교한다.
이때, 실측치가 이론계산치에 가까울수록 확산이 좋음을 나타낸다.



 

 

잔향실의 형태

잔향실의 음장(Sound Field)은 위치에 무관한 확산음장(Diffused Sound Field)이어야 한다.
확산음장이란 음향에너지 밀도가 공간상에서 위치에 무관하게 일정한 것을 말하며 이것을 실현하기 위하여 다음 4가지 방법이 있다.
  ① 잔향실의 내부벽은 서로평행이 되지 않도록 한다.
  ② 잔향실의 내부벽은 평면으로 하지 않고 불규칙적인 Scatter를 갖도록 만든다.
  ③ 잔향실 내부에 추가로 음파를 산란시키는 Diffuser를 설치한다.
  ④ 잔향실에 회전가능한 큰 Diffuser를 설치하여 기계적으로 회전시킨다.

KS A ISO 3741 부속서 "잔향실의 설계 지침"

일반사항

  a) 적절한 용적

  b) 적절한 형상 또는/그리고 확산체

  c) 대상 주파수 범위에 걸치는 적절한 소음

  d) 충분히 작은 암소음

 

잔향실의 최소 용적

대상으로 하는 가장 낮은 1/3 옥타브 대역 중심 주파수(Hz)

잔향실의 최소 용적(m3)

100

200

125

150

160

100

200 이상

70

 

잔향실의 형상

   - 잔향실을 부정형으로 하는 경우, 그표면은 평행면을 갖지 않도록 한다.
   - 잔향실을 직육면체로 하는 경우, 그 치수비는 정수 또는 정수에 가까운 값이 되지 않도록 한다.
      ( 치수비는 1 : 2
1/3 : 41/3 을 주로 사용한다. )

 

잔향실의 흡음

     f = 2000 / V1/3    ( V : 잔향실의 용적(m3))

   - 잔향실 전체 표면의 평균 흡음률 α 는 0.16 이하가 바람직하다.
        
f (Hz) 이상의 주파수에서는 평균 흡음률은 0.06 이하가 바람직하다.

 

 
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