4교시 2번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분
공장의 작업장과 사무실이 벽체를 사이에 두고 인접해 있다. 작업장에 설치된 장비가 작동하면서 36 Hz의 기계음이 벽체를 통해 사무실 내부로 전파되어 소음이 발생되고 있다. 실내공진이 소음의 원인일 때 이에 해당하는 실내 고유모드를 구하고 저감방안에 대하여 설명하시오.
(단, 사무실의 내부 치수는 L=9.52 m, W=4.76 m, H=3.65 m이며, 작업장-사무실 경계 벽체 이외의 벽면, 바닥, 천장은 강체(Rigid boundary), 실내온도는 25℃로 가정한다.)

답안 개요 보기
답안 구조
- 개요
- 실내 고유모드 산출
- 실내 공진 소음 저감 방안
- 결론
용어 정의
- 실내 고유진동수 (Room Natural Frequency)
- 특정 밀폐 공간의 기하학적 형상과 치수에 의해 결정되는 음향학적 공진 주파수.
- 실내 고유모드 (Room Natural Mode)
- 실내 고유진동수에서 형성되는 정재파의 공간적 음압 분포 형태(축방향, 접선방향, 빗방향 모드).
- 축방향 모드 (Axial Mode)
- 서로 마주보는 한 쌍의 평행한 벽면 사이에서만 발생하는 1차원적인 음향 공진 모드.
핵심 내용
- 실온 음속으로 축방향 모드 주파수를 계산해 36 Hz 근접 모드 탐색
- L이 W의 두 배라 길이 방향 2차·폭 방향 1차 축모드가 겹치는(축퇴) 공진
- 음원 대책: 작업장 내 장비의 진동 절연 및 구조음 전달 차단
- 경로 대책: 경계 벽체의 저주파 투과손실 향상을 위한 구조 보강 및 방음벽 적용
- 수음점 대책: 튜닝된 저주파 공명기(판진동형, 헬름홀츠 등) 설치를 통한 흡음
- 수음점 대책: 실내 형상 변경(가벽 설치) 및 정재파 배(Antinode) 위치를 피한 사무 공간 배치
공식: , , ,
풀이 순서: 실온(T)으로 음속 c 산정 → 직육면체 실 고유진동수 식 제시 → 각 축방향 기본 고유진동수 산정 → 36 Hz에 근접한 차수 조합(n_x, n_y, n_z) 탐색 → 해당 모드(축방향 모드 축퇴) 특정 및 음압 분포 설명
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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)