공명형 흡음판(Micro-perforated Panel, MPP)은 차세대 흡음재로써 글라스울이나 폴리에스테르 등과 같은 소재로 제작된 흡음재를 대체할 수 있다. 1mm 이하의 미세 유공을 가진 MPP는 공동과 결합하여 하나의 소음저감장치(Micro-perforated Panel Absorber, MPPA)가 된다. 이것은 다양한 소재로 제작 가능하여 다양한 분야에 적용할 수 있다. 또한, 설계 인자(유공 직경, 유공율, 판 두께, 공동 깊이)를 조절하여 설계자가 원하는 흡음 성능의 MPPA를 설계할 수 있다.
MPPA의 잠재력은 무궁무진하나 두 가지 측면에서 개선이 필요하다. 첫 번째, MPP의 사양에 따라 흡음률 계산 결과는 측정 결과와 차이가 난다. 이것은 MPP 사양에 따라 end correction 계수가 변하기 때문이다. 정확한 흡음률 계산을 위해서 MPP 사양에 따라 변화하는 end correction 계수의 보정이 필요하다. 두 번째, 단층 공명형 흡음판은 일반 흡음재보다 흡음 대역이 좁다. 흡음 성능을 개선하기 위해서 공명형 흡음판을 다층으로 구성하거나 흡음 특성이 서로 다른 공명형 흡음판들을 병렬로 배치한다. 그러나 이 방법들은 설계/제작에서 제한 조건이 있을 시 설계자가 원하는 흡음 성능의 공명형 흡음판을 설계할 수 없다.
흡음률 계산의 정확도 향상을 위해 임피던스 튜브를 이용하여 다양한 사양의 시편의 end correction 계수를 측정하였다. 각 시편의 사양과 end correction 계수 사이의 관계를 분석하였다. 음향저항 end correction 계수는 유공 직경과 유공율이 감소하고 판 두께가 증가할 때 증가한다. 음향질량 end correction은 유공 직경과 판 두께가 증가하고 유공율이 감소할 때 증가한다. 이 관계를 바탕으로 새로운 end correction 계수 보정식을 유도하였다. 제안한 보정식을 검증하기 위해서 기존 보정계수를 적용한 흡음률 계산 결과를 측정 결과와 비교하였다. 각 구조(단층, 다층, 병렬 구조)에 따라 피크 주파수와 흡음 피크 레벨에 대한 측정 흡음률과의 상대 오차율을 계산하였다. 종합적으로 비교하였을 때 제안한 보정식을 적용한 계산 결과가 측정 결과와 잘 맞는다는 것을 확인하였다.
흡음 성능 향상을 위한 기존 방안들의 단점을 개선하기 위해서 다층 구조 MPPA를 병렬로 배치한 구조를 제시하였다. 또한, 제시된 구조에 대한 계산 방법도 제시하였다. 다층-병렬 MPPA의 흡음률 계산 시 본 논문에서 제안한 end correction 계수 보정식을 적용하였다. MPPA의 구조가 복잡해질수록 계산 오차가 증가하기 때문이다. 임피던스 튜브 실험을 통해서 다층-병렬 MPPA의 흡음 성능 향상과 계산 방법의 타당성을 확인하였다. 실제 제작 조건으로 MPPA를 설계 및 제작하여 잔향실 실험을 수행하였다. 흡음 성능이 향상된다는 것을 확인하였으나 계산 결과는 측정 결과와 잘 일치하지는 않았다. 이는 analytical model이 MPPA의 크기를 고려할 수 없기 때문이다.
다층-병렬 MPPA의 현장 적용 가능성을 확인하기 위해서 현장 실험을 수행했다. 약 500~5000Hz에서 발생하는 곡선부 스킬소음을 대상으로 다층-병렬 MPPA 방음벽을 설계하였다. 스킬소음 저감용 MPPA 방음벽 설치 전후 소음도를 비교하여 소음 저감도가 7.5~17.2dB(A)이며 특정 주파수 대역에서 소음 저감을 확인하였다. MPPA 방음벽의 소음 저감 효과를 확인하기 위해서 시뮬레이션을 수행하였다. 반사형 방음벽과의 소음저감도 비교를 통해서 500Hz 이상에서 나타나는 소음저감이 MPPA 방음벽에 의한 것을 확인하였다.

Micro-perforated panel (MPP) is a next generation absorber that can replace an sound absorbing material made of materials such as glass wool and polyester etc. Micro-perforated panel absorber (MPPA) consists of a panel with micro-holes and cavity with rigid wall. It can be made from a variety of materials and can be applied in various fields. Designers can make MPPA with desired sound absorption performance by controlling design parameters (hole diameter, porosity, panel thickness, cavity depth).
MPPA has high potential, but there are points to be improved. First, depending on MPP specification, there is the difference between calculation and measurement. This is because end correction coefficients change according to the specification of MPP. In order to improve the estimation of sound absorption coefficient of MPPA, it is necessary to correct coefficients of end correction considering the specification of MPP. Second, absorption bandwidth of single-layer MPP is narrower than general sound-absorbing materials. In order to improve absorption performance, MPPs are stacked in multi-layer structure or MPPs having different absorption characteristics are arranged in parallel. However, the design by the existing methods may not have good absorption performance when there are restriction conditions in the design and the manufacture.
To enhance the estimation of absorption coefficient, end correction coefficients of specimens of MPP are measured using impedance tube. The relationship between measurements and the specification of specimens is analyzed. Coefficient of resistive end correction increases when the hole diameter and the porosity decrease and the panel thickness increases. Coefficient of reactive end correction increases as the hole diameter and panel thickness increase and the porosity decreases. Based on these relationships, new formula of end correction coefficients are derived. To verify the proposed formula of coefficients, calculations of absorption coefficient using other coefficients as well as new formula are compared with measurements. The relative errors between measurements and calculations for the peak frequency and the peak level are calculated according to structures (single-layer, multi-layer, parallel arrangement). When comparing with the relative errors comprehensively, it is confirmed that the calculation using the new formula are good agreement with measurement.
To improve the disadvantages of the existing methods for enhancing the sound absorption performance, a structure in which multi-layered MPPAs are arranged in parallel is presented. A calculation method for the proposed structure is proposed. Absorption coefficient of multi-layered and parallel-arranged MPPA is calculated using new formula of end correction coefficients. The error of calculation increases if the structure of MPPA becomes complicated. Through impedance tube test, it confirms the improvement of the sound absorption performance and the validity of the calculation method for the proposed structure. Reverberation room test is carried out after MPPA is designed and fabricated as a real production condition. The sound absorption performance of the designed MPPA is improved. However, the calculations is not good agreement with the measurements. This is because the analytical model can not consider the size of MPPA.
Field test is carried out to confirm the applicability of the proposed structure. The multilayered and parallel-arranged MPPA barrier is designed for the curve squeal noise generated at about 500~5000Hz. By comparing noise level for before and after installation of barrier, it is confirmed noise reduction level is 7.5~17.2 dB(A) and noise is reduced in certain frequency bands. Simulation is performed to confirm the noise reduction effect of MPPA barrier. Comparing with noise reduction between MPPA and reflection barrier, the noise reduction level of MPPA barrier at 500Hz or more is higher than that of reflection barrier. It is confirmed that it is due to MPPA.