도시와 고속도로, 공항 근처에 살면 자동차와 항공기에서 발생하는 다양한 저주파 소음에 시달릴 수 있습니다. 그런 소음을 막는 흡음재로서 탁구에 이용되는 탁구공을 이용할 수 있다는 연구결과가 발표되었습니다.
Pingpong Balls Score Big as Sound Absorbers - AIP Publishing LLC
https://publishing.aip.org/publications/latest-content/pingpong-balls-score-big-as-sound-absorbers/
Pingpong Balls Score Big as Sound Absorbers - AIP Publishing LLC
WASHINGTON, Oct. 10, 2023 – Long-term exposure to low-frequency noise can cause numerous health problems, but the solution may be found in an unexpected object, a pingpong […]
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Scientists Find an Awesome Practical Use For Ping Pong Balls : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/scientists-find-an-awesome-practical-use-for-ping-pong-balls
Scientists Find an Awesome Practical Use For Ping Pong Balls
If you find yourself bothered by low-frequency urban sounds – think traffic, aircraft, and the other rumbles of the city – then the humble ping pong ball offers a low-cost way of blocking it out, a new study proves.
www.sciencealert.com
소음은 단순히 두통, 현기증, 난청, 소리에 대한 과민증, 노이로제 등의 건강 피해로 이어질 우려가 있다고 지적되고 있습니다. 또한 비행기와 철도 소음이 심혈관계에 심각한 손상을 일으키는 것으로 알려져 있으며 소음을 방지하는 방법은 심신의 건강을 유지하는 데 중요합니다.
그러나 저주파의 소음은 다양한 요인으로 생기는 데다 고주파의 소음과 비교하면 벽이나 구조물에 의해 막히기 어렵기 때문에 소리를 막는 것이 더욱 어렵다고 합니다. 또한 효과적인 흡음재는 비싼 경우도 많고 일반인이 손에 넣기 어려운 경우도 있습니다.
그래서 프랑스의 릴대학과 그리스의 아테네 국립공과대학의 연구팀은 입수하기 쉬운 탁구공을 이용하여 저주파 소음을 효과적으로 막는 흡음재를 개발했습니다. 릴대학의 물리학자인 로빈 사바토 씨는 “탁구공은 잘 알려진 친밀한 물건이며 전 세계에 많이 존재하고 있어서 저주파 절연 패널 구조를 손쉽게 제작 가능하다”고 설명했습니다.
연구팀은 탁구공을 일종의 헬름홀츠 공명기로 사용했습니다. 헬름홀츠 공명기란 개구부를 가진 용기에 공기를 보내는 것으로, 내부의 공기가 공명(공진)해 소리가 울리는 장치입니다. 헬름홀츠 공명기가 울리는 소리(공진 주파수)는 물체의 용적과 개구부의 면적에 의해 결정됩니다. 헬름홀츠 공명기의 예로는 얇은 입에서 숨을 불어넣으면 소리가 울리는 병과 숨을 불어넣으면 소리가 울리는 휘슬이 있습니다.
헬름홀츠 공명기는 소리를 울릴 뿐만 아니라 공명하는 소리를 중심으로 소리의 운동에너지를 빨아들여 소리를 상쇄하는 특성이 있어서 이것을 이용하여 흡음재로서 이용하는 것도 가능하다는 것. 실제로 음악실 등에 붙여져 있는 유공보드나 흡음패널, 타이어의 홈 등에 헬름홀츠 공명기의 원리가 이용되고 있다고 합니다.
그래서 연구팀은 탁구공에 작은 구멍을 뚫어서 헬름홀츠 공명기처럼 기능하게 만들어 특별히 설계된 컨테이너에 배열한 흡음재를 만들었습니다. 탁구공에는 직경 2mm의 구멍이 5개 뚫어져 있는데 각각의 구멍이 인접하는 탁구공의 구멍과 접속하도록 배치되었습니다.
연구팀이 설계한 컨테이너는 이런 느낌. 연구팀은 탁구공을 배치한 흡음재를 'Acoustic metasurfaces'라고 불렀습니다.
연구팀은 여러 개의 탁구공을 연결하면 공진 주파수가 많아져 소리를 더 많이 흡수할 수 있었다고 보고했습니다. 또 탁구공의 수나 구멍의 수, 구멍의 크기 등을 조정함으로써 Acoustic metasurfaces의 음향 특성을 변경할 수 있다는 점도 확인했습니다.
사바트 씨는 “헬름홀츠 공명기는 주변의 음파를 그 공진 주파수에서 정확하게 파악할 수 있는 독특한 능력을 가지고 있으며, 얇은 목을 통해 환경에 연결된 공동으로 표현할 수 있습니다. 이 연구의 독창성은 두 공명기 사이의 결합효과를 고려하여 두 공진 주파수를 발생시킨 것입니다"라고 설명했습니다.
이번에 개발된 Acoustic metasurfaces는 흡음재뿐만 아니라 음향에 관한 다양한 용도에 응용할 수 있을 가능성이 있다고 합니다.
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