층간소음 저감을 위한 음파 변조에 대한 수치적, 실험적 연구

Abstract

최근 국내 인구의 도시 집중 현상으로 인한 공동주택 증가와 국민들의 삶의 질 향상에 대한 절대적인 요구로 주거환경 소음에 대한 민원이 급증하는 추세이다. 특히 공동주택은 세대 간 벽과 바닥을 공유하고 있는 벽식구조의 특성으로 인해 층간소음에 대한 민원이 지속적으로 발생하고 있으며, 이러한 층간소음 관련 분쟁으로 갈등이 심화되어 폭력, 방화, 살인사건 등을 야기하는 강력한 사회적인 문제로 대두되었다. 따라서 본 연구에서는 심각한 사회문제로 대두될 만큼 이슈화된 층간소음 분쟁을 해결하기 위해, 굴절 및 상쇄를 유도하는 특정 패턴이 적용된 하드패널 개발을 한다. 유한요소해석 기반의 시뮬레이션을 통한 수치적 연구와 연구실규모(Lab-Scale)의 축소모형 실험을 통한 실험적 연구를 병행 수행한다. 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 서로 다른 재료들의 전파속도 및 음향임피던스 차이를 고려한 최적화된 패턴을 개발하여 수직 전파되는 소음의 크기를 변조할 수 있도록 한다. 구체적으로 말하면, 밀도와 탄성계수가 서로 다른 재료를 이용하여 최적화된 패턴을 형성하고, 상층으로부터 전달된 음파가 최적화된 패턴층을 통과하면서 각 구성 재료들의 전파속도 및 음향임피던스 차이로 인해 진행방향이 수직방향에서 수평방향으로 변환되어 음파에너지의 전달을 저감시킨다. 유한요소해석 기반의 전산 시뮬레이션을 수행한 후, 해석 결과 기반의 시험샘플을 제작하여 축소모형 실험을 진행한다. 축소모형 실험을 통해서 음파 세기 변조 하드패널의 핵심성능을 평가하고 실현가능성을 검토한다. 유한요소해석 기반의 전산 시뮬레이션과 연구실규모(Lab-Scale)의 축소모형 실험을 통해서 최적화된 하드패널이 층간소음의 주요원인인 중량충격음을 저감할 수 있는 것을 증명하며 최적화된 핵심성능을 도출한다.