Noise reduction characteristics and scattering of sound due to installation of an acoustic screen inside a rectangular duct was studied. Transmission loss was measured for various acoustic screens with different geometry. It was observed that sound path asymmetry, which arises when an acoustic screen is installed so as to divide the main duct section into two asymmetric sound paths, gives rise to large narrowband sound attenuation at certain frequencies. Particular attention was paid to understanding the narrowband sound attenuation mechanism. The scattered sound fields were visualized by experimental and numerical means for detailed information on the physical phenomenon involved. Plane wave model was found to be insufficient for describing narrow band sound attenuation due to sound paths asymmetry. An enhanced analytical model which takes acount of the evanescent mode generation was developed. The applicability of acoustic screens as an alternative noise reduction device was investigated.
본 논문에서는 사각 덕트 내에 설치된 음향 스크린의 소음 저감 특성을 연구하였다. 다양한 형상의 음향 스크린의 투과 손실의 측정을 통하여 음향 스크린의 설치에 의해 두 개의 비대칭적인 경로가 덕트 내에 생성되는 경우에 특정 주파수에서 큰 협대역 소음 저감 현상이 발생함을 알 수 있었다. 이 현상을 이용한다면 기존에 널리 사용되는 헬름홀츠 공명기나 팽창관이 가지고 있는 단점인 과도한 공간 점유를 극복하는 동시에 만족스러운 협대역 소음 저감을 얻을 수 있다는 점에서 고무적인 결과라고 볼 수 있다.
실험과 수치 해석적 방법으로 얻은 물리적 이해를 바탕으로 음파 경로의 비대칭성에 의한 협대혁 소음 저감을 정확하게 묘사할 수 있는 해석적 모델을 개발하였다. 협대역 소음 저감은 음향 스크린에 의해서 발생하는 불연속면에서의 불균일한 임피던스에 의한 감쇠파의 가진에 의한 것임을 알 수가 있었다. 스크린의 유효 길이가 반파장의 배수가 되는 경우 (수학적으로는 $L_eff$ = λ/2)$ 특히 1차 고차 모드가 크게 가진됨을 알 수가 있었고, 바로 이 1차 고파 모드에 의해서 두 개의 비대칭적인 경로에 서로 반대 위상의 모드가 생성됨을 알 수가 있었다. 협대역 소음 저감이 일어나는 주파수를 결정하는 가장 중요한 기하학적 변수는 음향스크린의 길이이고 소음 저감의 크기는 주로 스크린의 높이에 의해서 결정됨을 알 수가 있었다. 음향 스크린은 설치가 간단하고 덕트 외부의 공간을 전혀 차지하지 않는다는 장점을 가지고 있음에도 불구하고 유동을 직접적으로 방해하기 때문에 고속 유동이 존재하는 경우에는 공기 역학 및 공력 음향학적 고려가 반드시 병행되어야 한다. 음향 스크린은 저속 공조 시스템에서 협대역 소음 저감에 응용될 수 있을 것이다.
