사운드 감쇠기

소음 감쇠기 또는 덕트 소음기, 사운드 트랩 또는 머플러는 장비에서 건물의 점유 공간 또는 점유 공간 사이의 덕트 구조를 통한 소음 전달을 줄이도록 설계된 HVAC(Heating Ventating and Air-Conditioning) 덕트의 소음 제어 음향 처리물이다.^[1][2]

가장 간단한 형태에서 소음 감쇠기는 덕트 구조 내의 배플로 구성된다. 이 배플은 종종 음을 흡수하는 물질을 포함하고 있다. 음향 감쇠기의 물리적 치수와 배플 구성은 특정 주파수 범위를 감쇠하기 위해 선택된다. 중간 및 고주파 노이즈 감쇠에만 효과적인 기존의 내부 라인 덕트 구조와 달리, 소음 감쇠기는 비교적 짧은 시간 동안 더 넓은 대역 감쇠 효과를 얻을 수 있다.^[3][2] 특정 유형의 소음 감쇠기는 기본적으로 수동형 소음 제어 장치로 사용되는 헬름홀츠 공명기이다.

배열

일반적으로 소음 감쇠기는 다음과 같은 요소로 구성된다.

• 경량 게이지 시트 금속(배플)의 내부 천공층
• 배플은 흡음 단열재로 채워진다.
  • 고속 시스템에서는, 또는 기류의 미립자 물질에 대한 우려가 있을 때, 백으로 된 절연재나 몰라 면의 절연재를 사용한다.
  • 팩 없는 소음 감쇠기에는 음향 흡수 단열재가 포함되지 않는다. 그 결과, 팩리스 사운드 트랩의 고주파 삽입 손실이 크게 감소한다. 봉제된 절연재 또는 무포함음 감쇠기를 일반적으로 "병원 등급" 감쇠기라고 한다.^[4]
• 판금 외측 비배제 층. 외부 층은 일반적으로 도관 파손 및 침입 소음을 최소화하기 위해 무거운 게이지 판금(18가 또는 더 딱딱함)이다.
  • 원형 덕트 구조는 직사각형 덕트 구조보다 상당히 딱딱하고 덕트 파손 소음이 적기 때문에 원형 소음 감쇠기의 게이지는 일반적으로 고려 대상이 아니다.^[5][6]

음향 감쇠기는 원형 및 직사각형 폼 팩터로 사용할 수 있다. 조립식 직사각형 소음 감쇠기는 일반적으로 3, 5, 7 또는 9피트 길이로 나온다. 감쇠기의 폭과 높이는 종종 주변 덕트 구조에 의해 결정되지만, 감쇠 개선을 위해 확장 매체 옵션을 사용할 수 있다. 사각형 음향 감쇠기의 배플은 일반적으로 스플릿터라고 하는데, 원형 감쇠기에는 탄환 모양의 배플이 포함되어 있다.^[7]

소음 감쇠기는 일반적으로 성능 특성 및/또는 덕트 속도에 따라 "낮음", "보통" 또는 "높음"으로 분류된다. 예시 분류 체계는 아래에 열거되어 있다.

1000ft/min에서^[8] 사운드 감쇠기 분류

모양	압력 강하	감쇠기 분류
직사각형	<0.10인치 W.G.	"낮음"
직사각형	0.10-0.30인치(W.G	"중간"
직사각형	> 0.30인치 w.	"높음"
원통형	< 0.03 in w.g.	"낮음"
원통형	> 0.03 in w.g.	"높음"

특성.

상업적으로 이용 가능한 소음 감쇠기의 음향 특성은 ASTM E477: 표준 시험 방법 덕트 라이너 재료 및 조립식 소음기의 음향 및 기류 성능 실험실 측정을 위한 실험실 측정법에 따라 시험한다.^[9] 이러한 시험은 NVLAP가 인가한 시설에서 수행되고 그 후 제조자가 마케팅 또는 엔지니어링 게시판에 보고한다. 미국 이외의 지역에서는 영국 표준 4718(레거시) 또는 ISO 7235에 따라 소음 감쇠기를 시험한다.

동적 삽입 손실

소음 감쇠기의 동적 삽입 손실은 흐름 조건에서 소음기가 제공하는 데시벨 단위의 감쇠량이다. 일반적인 저속 덕트 시스템의 흐름 조건은 2000-3000 ft/min을 거의 초과하지 않지만, 증기 환기구용 소음 감쇠기는 15,000-20,000 ft/min 범위의 공기 흐름 속도를 견뎌야 한다.^[10] 소음 감쇠기의 음향 성능은 다양한 기류 속도에 걸쳐 전방 및 후방 유량 조건에 대해 시험한다. 전방 흐름은 공기와 음파가 같은 방향으로 전파될 때를 말한다. 소음기의 삽입 손실은 다음과^[11] 같이 정의된다.

${\displaystyle IL\ (dB)=10\log({\frac {W_{0}}}}{{0}}}}{W_{m}}}}$

여기서:

${\displaystyle W_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$= 감쇠기가 있는 덕트에서 나오는 복사 음력

${\displaystyle W_{}}$ ${\displaystyle m_{}}$ ${\$= 감쇠기가 없는 덕트에서 나오는 복사 음력

일부 제조업체는 제로 흐름 조건을 나타내기 위해 일반적으로 팬 대신 확성기로 측정되는 소음기의 정적 삽입 손실을 보고한다.^[7] 이러한 값은 소음 감쇠기를 사용하여 배기 덕트 구조에 침입하는 외부 소음을 감쇠하는 연기 배출 시스템의 설계에 유용할 수 있다.

음향 감쇠기의 삽입 상실을 전송 손실이라고도 한다.

재생 노이즈

소음 감쇠기의 내부 배플은 기류를 수축시키고, 이는 다시 난류 소음을 발생시킨다. 소음 감쇠기에 의해 발생하는 소음은 수축 시 기류 속도에 직접 관련되며, 음향 감쇠기의 얼굴 면적에 비례하여 변화한다.

생성된 소음의 변화는 다음과 같이 표현할 수 있다.

${\displaystyle Generated\ Noise\ (dB)=10\log({\frac {A_{1}:{1}:{n2}}A_{0}}}}$

여기서:

${\displaystyle A_{}}$ ${\displaystyle {1\mathrm{}}_{}}$ ${\$}$$= 사운드 감쇠기의 새 얼굴 영역

${\displaystyle {A\mathrm{}}_{}}$ 0 ${\$= 사운드 감쇠기의 기준면 영역

예를 들어 일정한 기류 속도를 유지하면서 감쇠기의 폭이 2배 증가하면 발생 소음은 3dB 증가한다. 반대로 감쇠기가 기류속도를 일정하게 유지하면서 10배 감소하면 발생 소음은 10dB 감소한다. 덕트 피팅에 의해 발생하는 난류 발생 소음은 ${\displaystyle 50}$ ${\displaystyle l}$ ${\displaystyle o}$ g ${\displaystyle 50log}$의 비율로 변화하므로$,$^[12] 공기 흐름 속도는 감쇠기 사이징의 중요한 구성 요소다.

재생 소음은 항상 검토해야 하지만, 대개 매우 조용한 방(예: 콘서트 홀, 녹음 스튜디오, 음악 리허설실)이나 덕트설비의 속도가 1500ft/m보다 클 때에만 우려된다.^[4]

데이터가 없는^[13][14] 경우 덕트 소음기 재생 노이즈를 추정하는 데 사용할 수 있는 예측 공식이 있다.

${\displaystyle Lw=55log(V/V_{0})+10log(N)+10log(H/H_{0}-45}$

여기서:

${\displaystyle L}$ ${\displaystyle w}$ ${\displaystyle Lw}$ $$= 사운드 감쇠기에 의해 생성된 사운드 전원 수준(dB)

${\displaystyle V}$ ${\displaystyle V}$ $$= 구속되는 횡단면에서의 속도(ft/min)

${\displaystyle V_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$ $$= 기준 속도(196.8ft/min)

${\displaystyle N}$ ${\displaystyle N}$ $$= 공기 통로 수(스플리터 수)

${\displaystyle H}$ ${\displaystyle H}$ $$= 소리 감쇠기의 높이 또는 원주(인치)

${\displaystyle H_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$ $$= 기준 치수(0.0394인치)

압력강하

다른 덕트 피팅과 마찬가지로 소음 감쇠기는 압력 강하를 유발한다. ASTM E477을 통해 얻은 카탈로그 압력 강하 값은 현장 설비에서 항상 발견되는 것이 허용되지 않는 이상적인 층 공기 흐름을 가정한다. ASHRAE 핸드북은 다양한 입구 및 출구 조건에 대한 압력 강하 보정 계수를 제공한다.^[15] 이러한 보정 계수는 감쇠기의 업스트림 또는 다운스트림 3~5 덕트 직경 내에 난류 웨이크가 있을 때마다 사용된다.^[16]

음감쇠기 치수가 주변 덕트 치수와 다를 경우 음감쇠기로의 전환은 부드럽고 점진적이어야 한다. 갑작스러운 전환은 압력 강하와 재생 노이즈를 현저히 증가시킨다.^[17]

소음 감쇠기를 통한 압력 강하는 일반적으로 동일한 길이의 라인 덕트에 대한 압력 강하보다 높다. 그러나 동일한 감쇄를 달성하려면 훨씬 긴 길이의 라인 덕트가 필요하며, 이때 라인 덕트의 큰 범위의 압력 강하가 단일 음감쇠기를 통해 발생한 압력 강하보다 훨씬 더 크다.^[18]

방음 감쇠기로 인한 마찰 손실은 다음과^[11] 같이 표현할 수 있다.

${\displaystyle 마찰\ 손실={\frac {P}{A}l(K_{f}{\frac {1}{1}:{1}2}}\rho v_{p}^{2})\N/m^{2}}:$

여기서:

${\$$A}}}$ $$= 소음 감쇠기 둘레 및 면적 비율

${\displaystyle l}$ ${\displaystyle l}$ $$= 덕트의 길이

${\displaystyle K_{}}$ ${\displaystyle f_{}}$ ${\$ $$= 마찰 손실 계수

${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle \rho }$ $$= 공기 밀도

${\displaystyle v_{}^{}}$ ${\displaystyle p_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\$}}$$= 통과 속도

감쇠기의 둘레, 면적 및 길이도 감쇠기의 압력 강하에 영향을 미치는 매개변수다.^[16] 소음 감쇠기의 마찰 손실은 소음 감쇠 성능에 정비례하며, 감쇠가 크면 일반적으로 압력 강하가 더 큰 것과 같다.

설계변수

조립식 음향 감쇠기는 1950년대 후반에서 1960년대 초반에 두각을 나타냈다.^[2] 조립식 음향 감쇠기를 최초로 생산하고 시험한 제조업체로는 코퍼스,^[19][20] 산업 음향 회사,^[21] 산업 음향 제어 장치,^[22] 엘로프 한슨 등이 있다.^[19]

직사각형 분산 감쇠기가 오늘날 건축 음향 소음 제어에 사용되는 감쇠기의 가장 일반적인 변종이지만, 다른 설계 옵션이 존재한다.

반응성 소음기

반응성 소음기는 자동차와 트럭의 소음기 설계에서 매우 흔하다.^[10] 감쇠는 주로 음향 반사, 면적 변화, 튜닝 챔버를 통해 달성된다.^[11] 처음부터 반응성 소음기의 설계는 수학적으로 집약적이기 때문에 제조업체는 종종 많은 조립식 설계를 가지고 있다.

방산 소음기

방산 소음기는 소리 에너지를 열로 전달하여 소리를 약화시킨다.^[10] 저압 강하로 광대역 감쇠가 필요할 때 소멸 소음기를 사용한다.^[11] 일반적인 덕트 구조에서 고주파수는 덕트 아래쪽으로 빔으로 전파되며, 최소로 바깥쪽 라인 가장자리와 상호작용한다. 가시선을 끊는 배플이 있는 음향 감쇠기 또는 굴곡이 있는 엘보 감쇠기는 기존의 라인 덕트 구조보다 더 좋은 고주파 감쇄를 제공한다.^[19] 일반적으로 배플이 두꺼운 긴 감쇠기는 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 삽입 손실이 더 크다.^[4]

이러한 유형의 감쇠기는 일반적으로 공기 처리 장치, 덕트 팬 코일 장치 및 압축기, 가스 터빈 및 기타 환기 장비 인클로저의 공기 흡입구에 사용된다.^[4][10] 특정 공기 조절 장치 또는 팬 용도에서는 팬에 맞게 크기를 조정하고 팬 콘센트에 직접 장착하는 분산형 소음기인 공동 평면 소음기를 사용하는 것이 일반적이다.^[23] 이것은 팬 어레이 디자인에서 흔히 볼 수 있는 특징이다.

크로스스토크 소음기

닫힌 두 개인 공간 사이의 혼선을 방지하기 위한 특수 제작된 사운드 감쇠기. 이들의 설계는 일반적으로 하나 이상의 굴곡을 통합하여 "Z" 또는 "U" 형태를 형성한다. 이 굽힘은 음감쇠기의 전체 길이를 크게 늘리지 않고 효과성을 높인다. 크로스스토크 감쇠기는 수동형 장치로, 일반적으로 0.05인치 w.g보다 작은 매우 낮은 압력 강하에 대한 크기를 가져야 한다.

배기 레지스터

1970년대 초 미국 SF Products, Inc.는 KGE 배기 레지스터를 만들었는데, 이것은 음감쇠기가 내장된 공기 분배 장치였다.^[24]

소음 관리 구현

첫째, 프로젝트 소음 관리 엔지니어(또는 음향학자), 기계 엔지니어 및 장비 담당자가 프로젝트의 기계적 요건과 예산 제약 조건을 충족하는 가장 조용한 장비를 선정한다. 그런 다음 소음 제어 엔지니어는 일반적으로 감쇠기를 먼저 사용하지 않고 경로를 계산한다. 필요한 소음 감쇠기 삽입 손실은 계산된 경로와 대상 배경 소음 수준 간의 차이다.^[16] 감쇠기를 선택할 수 없는 경우 소음 제어 엔지니어와 기계는 장비와 소음 감쇠기 사이의 경로를 재평가해야 한다. 공간 제약으로 인해 직선 감쇠기가 허용되지 않는 경우 팔꿈치 또는 과도 감쇠기를 사용할 수 있다.^[16]

덕트 소음기는 섬유 유리 내부 덕트 라이너가 금지된 시스템에서 두드러지게 특징지어진다. 섬유유리의 공기 질에 대한 기여도가 미미한 반면, 많은 고등교육 프로젝트들은 내부 섬유유리기 라이너에 대한 제한을 채택하고 있다.^[25] 이러한 상황에서 프로젝트 음향학자는 팬 소음 및 덕트 기반 소음 감쇠의 주요 수단으로 덕트 소음기에 의존해야 한다.

소음 감쇠기는 일반적으로 덕트 아래쪽으로 전파되는 소음을 감쇠하기 위해 덕트 부착 기계 장비 근처에 위치한다. 이것은 절충을 만든다: 소음 감쇠기는 팬 근처에 위치해야 하지만 공기는 일반적으로 팬과 댐퍼에 더 가깝게 난류한다.^[16] 이상적인 경우 소음 감쇠기는 방화 댐퍼가 없는 한 기계 장비실의 벽을 가로지르는 것이 좋다.^[26] 소음 감쇠기가 사용 공간 위에 있는 경우 소음 제어 엔지니어는 감쇠기에 앞서 덕트 차단 소음이 문제가 되지 않는지 확인해야 한다.^[23] 감쇠기와 기계실 관통부 사이에 상당한 거리가 있는 경우, 소음이 덕트에 침입하여 감쇠기를 우회하는 것을 방지하기 위해 추가적인 덕트 피복재(외부 섬유 유리 담요 또는 석고 후행 등)가 필요할 수 있다.^[23]

소음 감쇠기는 조용한 냉각 타워, 비상 발전기의 공기 흡입구 및 배기 팬에도 야외에서 사용할 수 있다.^[4] 대형 장비에는 감쇠기 뱅크라고도 하는 일련의 소음 감쇠기가 필요하다.

참고 항목

• 덕트공법
• HVAC

참조

외부 링크

• 미국 음향학회
• 미국 냉난방 기술자 협회
• ASTM 인터내셔널
• 프라이스 인더스트리
• IAC 음향
• 바이브로-아쿠스틱스