헬름홀츠 공명기의 다공성 효과를 이용한 광대역 저주파 소음 제어 연구

Abstract

본 논문에서는 결합형 헬름홀츠 공명기와 다중 목(Multiple-neck) 효과를 이용한 공명기의 공진주파수를 조절하여 제품 작동 중 주요 소음을 저감하는 연구를 제시하였다. 가전제품의 주요 가진원인 모터의 날개 회전 주파수(Blade-passing frequency, BPF)와 이를 제외한 비주기적 특성을 가진 소음원을 분류하고, 소음 발생 지점을 분석하였다.

실제 기계시스템에 대한 음장 분포 실험을 통하여 제품 하부에서 기인되는 소음의 영향이 가장 지배적임을 확인하였다. 시스템을 구성하는 주요 부품인 모터/펌프 회전체 하모닉 소음 성분과 유량 공급에 의한 세척수 분사로부터 시스템 내부를 타격하는 수류에 의한 저주파 및 고주파 충격성 소음을 시스템의 주요 소음원으로 정의하였다. 각 소음원의 영향을 파악하기 위하여 해당 가진원을 포함하거나 제거한 경우의 응답을 측정 및 분석하여 주요 응답 주파수 및 모드를 분석하고 시스템 소음 기여도를 파악하였다. 높은 음압 레벨을 가진 주파수 대역을 비교하여 저감 목표 주파수 대역을 선정하였다.

일반적 공명기 설계 과정에서 추가적인 다공성 목 효과에 의한 공진주파수 이동 과정을 적용하여 협소한 공간에 적용할 수 있는 단일 공명기에 적응형 주파수 조절 성능을 추가하였다. 전통적인 헬름홀츠 공명기의 공진주파수 제어 성능과 함께 누출 구멍(Leakage hole)에 의해 공진주파수가 고주파수로 튜닝되는 다중 목 효과를 이용하여 추가적인 소음 제어 성능을 가능하도록 만들었다. 이 과정에서 기존 공진주파수 계산식을 응용하여 다중 목 효과를 이용한 공진주파수 계산식을 구성하였다.

이와 같이 구성된 개선 공명기 모델은 시스템의 저주파수 대역 고음압 소음 레벨 및 비주기적 충격성 소음을 효과적으로 제거하기 위해 사용되었다. 먼저 임피던스 튜브 실험을 통해 목표 주파수 대역에서 공명기의 흡음성능을 검증하였다. 다음으로 저주파 광대역 음향 특성을 가진 기계 시스템에 공명구조를 적용하여 주요 저주파수 대역 및 그 주변 대역에서 추가적인 소음 저감 효과를 확인하였다. 따라서 본 연구에서 제시한 튜닝 방법을 이용하여 단순 공명기를 이용한 효율적인 공진주파수 제어가 가능하며 체적효율을 높이는 것이 가능하다.|In this paper, a study was conducted to reduce main noise source during product operation by adjusting the resonance frequency of the resonator using the coupled Helmholtz resonators with the additional neck effect. In order to determine the noise source of the product, the signal processing method were performed to classify the characteristics of the blade-passing frequency(BPF) and noise sources with aperiodic chacteristics. Through sound field experiments on the mechanica lsystem, the influence of noise from the bottom part of the system was the most dominant for the overall noise of the system. Water flow noise sprayed from cleaing blades and falling hitting noise falling to the bottom part of the system were defined as the main noise sources of the system. In order to understand the influence of each noise sources, the noise response when each noise source is included of removed was measured and analyzed to derive the main response frequency. and to determine the contribution of the overall system noise. In the general resonator design processs, adaptive frequency control performance was added to a single resonator aplicable to narrow space by applying the resonance freqeuncy shifts process caused by additional porous neck effect. Through the design of the numerical model, additional noise control performance was made possible by utilizing the additional neck effect in which the resonance frequency is tuned to high frequency control performance of the traditional Helmholtz resonator. In this process, the existing resonance frequency calculation equation was applied to construct the resonance frequency calculation equation using the additional neck effect. The improved resonator model constructed through this study was used to efficiently eliminate the main peak frequency and aperiodic noise characteristics of the overall system. First, the sound absorption performance of the resonator was verified in the target frequency band through an impedance tube two-microphone method. Next, an additional noise reduction effect was confirmed in the main frequency band and the peripheral band by applying a resonator to the broadband low-frequency sound source. Therefore, It is possible to efficiently control the resonance frequency using the tuning method proposed in this study, and to increase the efficiency when installing resonator to the small space.