음향공학은 19세기말 이후 건축과 전기분야에서 시작되어, 전기 음향학과 건축 음향학으로 인간에게 좋은 음을 제공하기 위해 발전해서 전기공학과 건축공학 분야에서 중요한 학문이 되었다. 그러나 기계공학 분야의 음향학은 교통수단 및 기계장치 등에 의한 음이 인간에게 미치는 악영향을 저감시키기 위해서 소음발생의 원인분석 및 방지대책에 주로 관심이 집중되면서 급속하게 중요성이 인식되었다.
소음은 생활환경을 악화시키는 원인 중에 하나로서 현재에는 환경기준이 제정되어 기준값보다 낮은 소음의 크기가 절대적으로 요구되고 있다. 또한 자동차, 철도 및 항공기 등과 같은 교통수단의 실내소음은 품질적 측면에서 소음의 저감을 위한 많은 노력이 확대되고 있으며, 냉장고, 세탁기 및 복사기 등과 같은 가전제품과 사무용 기계의 소음에도 관심이 커지면서 소음은 상품가치면에서 중요한 요소가 되었다. 따라서 기계공학 분야에서도 매우 필요한 학문이 되어 본서는 기계공학의 학부, 대학원 학생 및 기술자에 소음에 대한 기본적 지식을 제공하는 것이 목적이다.
본서의 각 장은 다음과 같이 구성되어 있다. 제1장에서는 소음공학의 기본을 바탕으로 파동방정식을 유도하고 해석방법을 설명하며 제2장에서는 음의 전파 및 감소현상을 설명한다. 제3장에서는 구조물의 진동에 의해서 방사되는 소음에 대한 내용으로 기계소음에 중요한 부분을 차지하고 있다. 제4장에서는 관 내부에서 전파되는 음장 및 소음기에 대해서 설명한다. 제5장에서는 건축음향 및 교통수단에서 필요한 실내음장과 전파특성에 대해서 설명하고, 제6장에서는 음의 흡음 및 차음의 원리와 음의 투과현상에 대해서 설명한다. 제7장에서는 소음 및 진동을 동시에 해석할 수 있는 통계적에너지해석법에 대한 이론적 배경과 철도차량에 적용된 사례를 설명한다. 제8장에서는 소음의 분석방법 및 측정방법, 제9장에서는 최근 소음 및 진동 저감방안으로 각광을 받으면서 많은 연구가 진행되는 공명형 흡음판과 압전 분기회로의 원리에 대해서 설명한다.
제1장 음의 기본 및 해석방법
1.1 음의 기본 및 성질
1.1.1 음의 기본 제원
1.1.2 음의 성질
1.1.3 음향에너지
1.1.4 파의 분산
1.1.5 음향임피던스
1.2 음의 파동해석
1.2.1 파동방정식
1.2.2 평면파
1.2.3 구면파
1.2.4 충격파
1.3 음의 에너지해석
1.3.1 음향에너지밀도
1.3.2 음향강도(Acoustic intensity)
1.4 음의 레벨 및 연산
1.4.1 음의 레벨
1.4.2 음압레벨과 음향에너지레벨
1.4.3 음의 레벨 연산
제2장 음의 전파 및 감소
2.1 음의 전파
2.1.1 음의 반사 및 투과계수
2.1.2 수직입사 평면파
2.1.3 경사입사 평면파
2.2 음의 감소
2.2.1 음원 형상에 따른 거리 감소
2.2.2 환경에 의한 음의 감소
제3장 음의 방사
3.1 방사효율 및 지향성
3.1.1 방사효율
3.1.2 지향성
3.2 단순 음원
3.2.1 점음원
3.2.2 이중음원
3.2.3 가상음원
3.2.4 선음원
3.2.5 점음원 배열
3.3 원형피스톤
3.3.1 음압과 음향파워
3.3.2 방사임피던스
3.4 평판
3.4.1 무한평판
3.4.2 유한평판
3.4.3 평판의 임계주파수
제4장 관내 음의 전파 및 소음기
4.1 음의 전파특성
4.1.1 기본사항
4.1.2 직사각형 단면관
4.1.3 원형 단면관
4.2 음향임피던스 및 방사임피던스
4.2.1 음향임피던스와 ...반사계수
4.2.2 방사임피던스
4.3 분기관 및 유공
4.3.1 분기관
4.3.2 측면 유공
4.4 소음기
4.4.1 소음기의 종류 및 평가인자
4.4.2 소음기의 구성 요소
4.4.3 소음기의 해석방법
4.4.4 소음기의 성능인자
4.4.5 소음기의 투과손실
제5장 실내 음향
5.1 음향에너지 및 잔향시간
5.1.1 벽면의 입사에너지
5.1.2 잔향시간
5.1.3 공기에 의한 음의 흡수
5.1.4 직접음과 반사음
5.2 실내공간에 대한 음의 전파
5.2.1 두 실내공간
5.2.2 외부에서 실내공간
5.2.3 실내공간에서 외부
5.3 실내공간의 공진모드
제6장 흡음과 차음
6.1 흡음
6.1.1 흡음율
6.1.2 경사입사 흡음율
6.1.3 난입사 흡음율
6.1.4 흡음율의 측정방법
6.2.1 흡음재의 종류 및 특성
6.2 차음
6.2.1 투과율과 투과손실계수
6.2.2 투과손실계수의 측정방법
6.2.3 벽의 차음특성
6.2.4 차음의 기하학적 해석
제7장 통계적에너지해석법
7.1 통계적에너지해석법의 이론
7.1.1 기본 개념
7.1.2 에너지 평형식
7.1.3 통계적에너지해석법의 특징
7.2 통계적에너지해석법의 파라미터
7.2.1 손실계수
7.2.2 모드밀도
7.2.3 모드중첩계수
7.3 입력파워
7.3.1 진동파워
7.3.2 음향파워
7.4 진동계의 에너지
7.4.1 진동계의 운동 및 포텐셜에너지
7.4.2 진동계의 감쇠에너지
7.5 하부요소의 파워 전달
7.5.1 1자유도 하부요소의 결합
7.5.2 다자유도 하부요소의 결합
7.5.3 벽의 차음효과 예측
7.6 KTX차량의 실내소음 해석
7.6.1 해석모델
7.6.2 소음원
7.6.3 실내소음 해석결과
7.6.4 실내소음 저감방안
제8장 소음 분석 및 측정방법
8.1 소음 분석방법
8.1.1 주파수 분석
8.1.2 옥타브 분석
8.2 소음 측정방법
8.2.1 소음의 측정 및 평가방법
8.2.2 소음의 특성
8.2.3 음향파워의 측정방법
제9장 소음 저감방안
9.1 공명형 흡음판
9.1.1 기본 이론
9.1.2 설계인자 변화에 따른 흡음율
9.1.3 입사각에 대한 흡음율
9.1.4 흡음판의 임피던스 계산방법
9.2 압전 분기회로
9.2.1 압전 분기회로의 원리
9.2.2 압전재료
9.2.3 분기회로
9.2.4 압전 분기회로
9.2.5 분기회로의 최적화
9.2.6 철도차륜의 진동 및 소음 저감
참고 문헌
김재철 [저]
동경대학교(공학박사), 현대자동차 근무, 한국철도기술연구원 재직.
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