An increasing demand for apartments, owing to highly concentrated population in urban area and improvement in the lifestyle in Korea has called for an immediate remedy for noise in residential environment. In particular, Noise from floor in apartments is a social issue which is inevitable for a wall structure which shares the wall and floor among neighbors and constantly raising public complaints. Furthermore, Noise from floor in some cases is witnessed to be the main source of tragic event such as violence, arson and murder.
Accordingly, this study provides a potential solution for the mitigation of noise from floor by developing a hard panel consisting of a certain pattern which refracts and cancels noise by modulating the impact sound. A numerical study by means of simulation based on finite element analysis and a laboratory scale experimental study are conducted in parallel. A finite element analysis tool, LS-DYNA, is used to determine the optimal pattern for the modulation of noise transmitted in a vertical direction by considering the difference in the wave propagation velocity and acoustic impedance of various materials. The simulation result indicates that sound waves excited from the surface travel through the panel made with two materials with different density and elastic modulus which in fact modulated the propagation direction from vertical to horizontal owing to the difference in the wave propagation velocity and acoustic impedance. Such an effect in reducing the sound energy measured on the opposite surface is demonstrated by the experimental study. A hard panel made with two different materials of which the interfacial pattern is that obtained by the numerical optimization is fabricated for the laboratory scale experiments. The experimental study evaluates the expected performance of the hard panel for modulating impact sound, in other words, demonstrating the concept derived from the numerical study and finally reviews the feasibility of the panel as a noise mitigation method.
Consequently, a novel concept of mitigating noise from floor by means of numerical and experimental studies is provided. The performance of the hard panel consisting of the pattern optimized by the numerical study in the modulation of noise is demonstrated by the experimental study.
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.
