흡수(음향)
Absorption (acoustics) |
음향 흡수란 음파에 부딪힐 때 에너지 반사가 아니라 물질, 구조 또는 물체가 음력에너지를 흡수하는 과정을 말한다. 흡수된 에너지의 일부는 열로 변환되고 일부는 흡수체를 통해 전달된다. 열로 변환된 에너지는 '잃어버렸다'[1]고 한다.
확성기에서 나오는 소리가 소리 에너지의 방 벽과 충돌할 때 일부는 전달되고 일부는 벽에 흡수된다. 음향 에너지가 압력 차등(또는 변형)으로서 공기를 통해 전달되었듯이, 음향 에너지는 같은 방식으로 벽을 구성하는 물질을 통해 이동한다. 변형은 음 에너지의 일부를 열로 변환하여 기계적 손실을 초래하며, 주로 벽의 점성으로 인해 음향 감쇠가 발생한다. 유사한 감쇠 메커니즘이 공기 및 소리가 이동하는 다른 매체에 적용된다.
흡수된 소리의 분율은 양쪽 매체의 음향 임피던스에 의해 좌우되며 주파수와 입사각의 함수다.[2] 크기와 모양은 음파의 파장과 상호작용을 하면 음파의 행동에 영향을 미쳐 서 있는 파동, 회절 등의 파동 현상을 일으킬 수 있다.
음향 흡수는 방음 작업에 특히 관심이 많다. 방음 처리란 가능한 한 많은 음향 에너지(특히 주파수)를 열로 변환하거나 특정 위치에서 멀리 전송하는 것을 목표로 한다.[3]
일반적으로 부드럽고 유연하며 다공성 물질(예: 천과 같은)은 좋은 음향 절연체 역할을 한다. 대부분의 소리를 흡수하는 반면, 밀도가 높고 단단하며 뚫릴 수 없는 물질(금속 등)은 가장 많이 반사된다.
방이 소리를 얼마나 잘 흡수하는가는 벽의 효과적인 흡수 영역으로 정량화되며, 또한 총 흡수 영역으로 명명된다. 이는 벽의 치수와 흡수 계수를 사용하여 계산한다.[4] 총 흡수량은 사빈스로 표현되며, 예를 들어 감사자의 반향 시간을 결정하는 데 유용하다. 흡수 계수는 무반향실과 반대인 반향실을 사용하여 측정할 수 있다(아래 참조).
공통물질의 흡수계수
| 자재 | 주파수별 흡수 계수(Hz) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 125 | 250 | 500 | 1,000 | 2,000 | |
| 음향 타일(천장) | .80 | .90 | .90 | .95 | .90 |
| 벽돌 | .03 | .03 | .03 | .04 | .05 |
| 콘크리트 위에 카펫을 깔다 | .08 | .25 | .60 | .70 | .72 |
| 두꺼운 커튼 | .15 | .35 | .55 | .75 | .70 |
| 대리석 | .01 | .01 | .01 | .01 | .02 |
| 도장 콘크리트 | .10 | .05 | .06 | .07 | .09 |
| 콘크리트 석고 | .10 | .10 | .08 | .05 | .05 |
| 스터드 위에 합판 | .30 | .20 | .15 | .10 | .09 |
| 매끄러운 콘크리트 | .01 | .01 | .01 | .02 | .02 |
| 목재 바닥 | .15 | .11 | .10 | .07 | .06 |
적용들
음향 흡수는 다음과 같은 영역에서 중요하다.
무반향실
음향 무반향실은 가능한 한 많은 소리를 흡수하도록 설계된 방이다. 벽은 흡음성이 높은 물질을 가진 여러 배플로 구성되어 있어서 그들이 반사하는 소리의 분율이 방으로 되돌아가는 대신 다른 배플을 향하도록 되어 있다. 이로 인해 챔버에는 소스의 음압 수준을 측정하고 기타 다양한 실험과 측정에 유용한 에초(ecchos)가 거의 없게 된다.
무반향실은 여러 가지 이유로 비용이 많이 들고 따라서 흔하지 않다.
이들은 외부의 영향(예: 비행기, 기차, 자동차, 스노모빌, 엘리베이터, 펌프 등)으로부터 격리되어야 하며, 실제로 실내의 측정을 방해할 수 있는 음원의 원천은 물리적으로 커야 한다. 첫 번째, 환경적 고립은 대부분의 경우에 특수하게 건설되고 거의 항상 거대하며 마찬가지로 두꺼운 벽, 바닥, 천장을 필요로 한다. 그러한 챔버들은 종종 더 큰 건물 안에 있는 스프링 지지의 격리된 방으로 지어진다. 캐나다에 있는 국립 연구 위원회는 현대적인 무반향실을 가지고 있으며, 웹에 동영상을 게시하여 이것뿐만 아니라 다른 건축적인 세부 사항들도 언급했다. 도어는 특별히 제작해야 하며, 도어를 위한 밀봉은 음향학적으로 완전해야 한다(가장자리 주변의 누출 없음), 환기(있는 경우)를 주의 깊게 관리해야 하며, 조명은 침묵하도록 선택되어야 한다.
두 번째 요건은 첫 번째 요건과 시험 중인 음원의 실내 반향을 방지해야 하는 필요성에서 부분적으로 따르게 된다. 에코 예방은 거의 항상 벽, 바닥, 천장의 흡수성 폼 쐐기로 이루어지며, 낮은 주파수에서 효과적이려면 물리적으로 커야 하며, 흡수되는 주파수가 낮을수록 커야 한다.
따라서 무반향실은 그러한 흡수기와 격리 체계를 수용하기 위해 커야 하지만 여전히 시험 중인 실험 장비와 장치를 위한 공간을 허용해야 한다.
전기적 및 기계적 유사성
소리가 그것을 통과할 때 매질 내에서 소산되는 에너지는 전기 저항기에서 소산되거나 기계적 동작 전송 시스템의 기계적 댐퍼에서 소산되는 에너지와 유사하다. 이 세 가지 모두 저항성 및 반응성 원소 시스템의 저항성 부분과 동일하다. 저항성 원소는 에너지를 소산하고(열로 되돌릴 수 없음), 반응성 원소는 에너지를 저장하고 방출한다(반복적으로, 작은 손실을 무시함). 음향 매체의 반응성 부분은 각각 전기 콘덴서와 전기 인덕터와 유사하고 질량에 부착된 기계적 스프링과 유사한 대량 계수와 밀도에 의해 결정된다.
소산은 저항성 요소에만 의존하므로 주파수와 무관하다는 점에 유의하십시오. 그러나 실제로 저항 요소는 주파수에 따라 다르다. 예를 들어, 대부분의 물질의 진동은 물리적 구조와 물리적 특성을 변화시킨다; 그 결과는 '저항' 동등성의 변화다. 또한 압축과 희석작용의 주기는 주파수의 함수인 대부분의 재료에서 압력파의 이력(hysteresis)을 나타내므로 압축마다 희석작용이 있으며, 주파수에 따라 이력변화로 인해 소멸되는 에너지의 총량이 있다. 또한 일부 재료는 비뉴턴 방식으로 작용하여 압축 및 희석 작용 시 경험하는 전단 변형률에 따라 점도가 변하게 한다. 또한 이는 주파수에 따라 다르다. 가스와 액체는 일반적으로 고체 물질보다 이력(예를 들어 음파가 단극성 압축과 희소반응을 유발함)이 적고 주로 뉴턴식으로 작용한다.
음향 매체의 저항성 및 반응성 특성이 결합되어 음향 임피던스를 형성한다. 다른 매체에 부딪히는 음파의 행동은 다른 음향 장애에 의해 결정된다. 전기적 장애와 마찬가지로 특정 주파수(최대 100%에 가까운)에 대해 일치 및 불일치가 있으며 에너지가 전달되는 반면, 다른 주파수에는 대부분 반영될 수 있다(again, 최대 큰 비율).
증폭기 및 확성기 설계에서 시스템의 전기적 임피던스, 기계적 임피던스 및 음향 임피던스는 주파수와 위상 반응이 매우 넓은 스펙트럼에서 재생되는 소리를 최소한으로 변화시키면서 청취자에게 적절한 소리 수준을 여전히 생성하도록 균형을 이루어야 한다. 전기 회로에 오랫동안 사용된 것과 같은(또는 유사한) 기법을 사용하여 음향 시스템을 모델링하는 것은 음향 설계자들에게 새롭고 강력한 설계 도구를 제공했다.
참고 항목
참조
- ^ 음향 흡수기 및 디퓨저: 이론, 설계 및 응용 프로그램.CRC 프레스 09.피터 다토니
- ^ "Refraction of Sound". Archived from the original on 2013-03-18. Retrieved 2013-02-20.
- ^ "Acoustics absorption and sound insulation". zoomito.
- ^ "Sound Absorption Coefficient".
- ^ Parker, Barry (15 December 2009). Good vibrations : the physics of music. Johns Hopkins University Press. p. 248. ISBN 9780801897078. Retrieved 4 January 2019.
