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2 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013 자동차 흡·차음재 성능평가 방법의 기술동향 양 기 욱 주식회사 익성 Automotive Performance Sound AbsorptionInsulation Technology Trends Ki-Wook Yang #68-2, Dukjeong-Ri, Samsung-Myun, Eumsung-Gun, Chungbuk, Korea, IKSUNG Co., Ltd Abstract: 국내 자동차는 2010년 말 283만대로 인구 2.4명당 1대꼴로 국내 인구 절반이 운전을 하며, 실질적인 사회 를 움직이는 기동력이 되는 것이 자동차이다. 또한 하루 평균 운전 시간이 2시간 이상이며, 운전 빈도가 높은 직업의 경우 반나절 동안 자동차 안에서 생활한다. 이는 국내 자동차 산업 발전에 큰 영향을 미쳤으며, 자동차를 구입 하는 소비자도, 성능 보다는 감성품질에 중점을 두고 있다. 이러한 감성품질 확보 안으로 자동차 내부 소음저감을 함으로 조용하고 안락한 자동차 개발이 요구되고 있다. 본 기술내용에서는 현재 자동차에 소음 및 진동을 저감시키기 위한 신소재 흡차음재를 소개하고, 자동차용도에 적합한 흡음차음평가 장비 및 항목, 시험 방법을 소개하고자 한다. Keywords: sound absorption, insulation, ultra micro fiber, melt blown web 1. 서 1) 소음진동 저감을 위해 우레탄, 유리섬유, 부직 포 등 각종 흡차음재가 사용되고 있다. 또한 최 근에는 차량 연비를 향상시키기 위해 경량의 우수 한 성능을 가진 소재를 사용 또는 개발하고 있다. 이러한 흡차음재는 자동차 내장부품으로 외부 소음이 유입되는 모든 곳에 사용된다. 현재 차량의 소음평가항목 NVH (Noise, Vibra- tion, Harshness) TEST를 통하여 소음을 평가한다. 일반적으로 차량에 여러 가지 소음원이 있는데 대 표적인 소음원은 엔진소음, 바람소리(wind noise), 로드 노이즈(road noise), harshness noise (이음, 잡음)가 있고, 이러한 소음원을 주파수(Hz)로 구 분을 할 수 있다. 소음(NOISE)이라 함은 사람이 감각적으로 원 하지 않다고 느껴지는 소리(unwanted sound)라고 하며, 소음의 단위는 dB (decibel)로 가상의 지표 저자 (E-mail: [email protected]) 로 사용된다. 실질적으로 음의 크기를 나타내는 단위로써 Weber-Fether 법칙으로 log scale 값으로 측정된다. 일반적으로 소리(음향; Sound)는 중간 매질(, 물체)을 통해 움직인다. 이러한 소리는 직접음 (direct sound)과 간접음(indirect sound)으로 이뤄 진다. 직접음은 음원이 반사되지 않으며 직접 전 달되는 음이며, 간접음은 벽과 같은 반사면에 음 원이 반사되어 돌아오는 음을 간접음이라고 한다. 이러한 직접음(direct sound)이 내부 공간에서 음 의 반사가 없는 공간을 무향실(Anechoic Room) 이라고 한다. 이상적인 무향실 설계는 부상방진 구조로 차단주파수 이상의 주파수에서 흡음율이 99.9% 이상이 되어야 한다. 주로 무향실은 음원의 소음레벨 분포, 소음발생의 원인 분석, 소음측정방 법 표준화, 부품 또는 완제품의 음향특성 연구개 발 시 사용된다. 또한 벽면에서 음의 반사율을 최대로 크게 하여 간접음(indirect sound)이 얻어지도록 만들어진 공 간을 잔향실(reverberation room)이라고 한다. 기획특집: 자동차용 화학소재

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Page 1: Automotive Performance Sound Absorption Insulation … · 2014-08-13 · Automotive Performance Sound AbsorptionㆍInsulation Technology Trends Ki-Wook Yang #68-2, Dukjeong-Ri, Samsung-Myun,

2 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

자동차 흡·차음재 성능평가 방법의 기술동향

양 기 욱

주식회사 익성

Automotive Performance Sound AbsorptionㆍInsulation Technology Trends

Ki-Wook Yang#68-2, Dukjeong-Ri, Samsung-Myun, Eumsung-Gun, Chungbuk, Korea, IKSUNG Co., Ltd

Abstract: 국내 자동차는 2010년 말 2천83만대로 인구 2.4명당 1대꼴로 국내 인구 절반이 운전을 하며, 실질적인 사회

를 움직이는 기동력이 되는 것이 자동차이다. 또한 하루 평균 운전 시간이 2시간 이상이며, 운전 빈도가 높은 직업의

경우 반나절 동안 자동차 안에서 생활한다. 이는 국내 자동차 산업 발전에 큰 영향을 미쳤으며, 자동차를 구입 하는

소비자도, 성능 보다는 감성품질에 중점을 두고 있다. 이러한 감성품질 확보 안으로 자동차 내부 소음저감을 함으로

조용하고 안락한 자동차 개발이 요구되고 있다. 본 기술내용에서는 현재 자동차에 소음 및 진동을 저감시키기 위한

신소재 흡ㆍ차음재를 소개하고, 자동차용도에 적합한 흡음ㆍ차음평가 장비 및 항목, 시험 방법을 소개하고자 한다.

Keywords: sound absorption, insulation, ultra micro fiber, melt blown web

1. 서 론1)

소음진동 저감을 위해 우레탄, 유리섬유, 부직

포 등 각종 흡ㆍ차음재가 사용되고 있다. 또한 최

근에는 차량 연비를 향상시키기 위해 경량의 우수

한 성능을 가진 소재를 사용 또는 개발하고 있다. 이러한 흡ㆍ차음재는 자동차 내장부품으로 외부

소음이 유입되는 모든 곳에 사용된다. 현재 차량의 소음평가항목 NVH (Noise, Vibra-tion, Harshness) TEST를 통하여 소음을 평가한다. 일반적으로 차량에 여러 가지 소음원이 있는데 대

표적인 소음원은 엔진소음, 바람소리(wind noise), 로드 노이즈(road noise), harshness noise (이음, 잡음)가 있고, 이러한 소음원을 주파수(Hz)로 구

분을 할 수 있다. 소음(NOISE)이라 함은 사람이 감각적으로 원

하지 않다고 느껴지는 소리(unwanted sound)라고

하며, 소음의 단위는 dB (decibel)로 가상의 지표

저자 (E-mail: [email protected])

로 사용된다. 실질적으로 음의 크기를 나타내는

단위로써 Weber-Fether 법칙으로 log scale 값으로

측정된다. 일반적으로 소리(음향; Sound)는 중간 매질(공기, 물체)을 통해 움직인다. 이러한 소리는 직접음

(direct sound)과 간접음(indirect sound)으로 이뤄

진다. 직접음은 음원이 반사되지 않으며 직접 전

달되는 음이며, 간접음은 벽과 같은 반사면에 음

원이 반사되어 돌아오는 음을 간접음이라고 한다. 이러한 직접음(direct sound)이 내부 공간에서 음

의 반사가 없는 공간을 무향실(Anechoic Room) 이라고 한다. 이상적인 무향실 설계는 부상방진

구조로 차단주파수 이상의 주파수에서 흡음율이

99.9% 이상이 되어야 한다. 주로 무향실은 음원의

소음레벨 분포, 소음발생의 원인 분석, 소음측정방

법 표준화, 부품 또는 완제품의 음향특성 연구개

발 시 사용된다. 또한 벽면에서 음의 반사율을 최대로 크게 하여

간접음(indirect sound)이 얻어지도록 만들어진 공

간을 잔향실(reverberation room)이라고 한다. 잔

기획특집: 자동차용 화학소재

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자동차 흡ㆍ차음재 성능 평가 방법의 기술동향

KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 3

Figure 1. 자동차 흡음재 차음재 적용 예.

Figure 2. 음향의 종류.

Figure 3. 무향실(Anechoic Room) 구성 및 모식도[1].

Figure 4. 잔향실(Reveration Room) 구성 및 모식도[2].

Table 1. 2000년대 이전 흡차음재 개발동향

2000년대 이전

흡음 차음재

개발 동향

ㆍ제품 위주의 소재적용

ㆍ고중량 제품 선호

ㆍ연비의 중요 인식 미비

차음재

ㆍHeavy layer류 제품

ㆍEVA SHEET류 제품

ㆍVibration 개선 sheet류(데드너: 덕양산업)

흡음재

ㆍResin Felt 제품

ㆍ잡 PET Felt류 제품

ㆍ고중량 비성형 Felt류ㆍ고밀도 PU폼 제품

향실은 음압 분포가 균일하게 될 수 있도록 한 면

과 평행한 다른 면이 없게 설계되어야 한다. 이러

한 잔향실은 각종 흡음성능이나 차음성능, 음향파

워, 충격음을 측정하는 데 사용된다. 차량의 여러 가지 소음원 중 500 Hz 이하의 진

동전달에 의한 소음원과 500 Hz 이상의 공기전달

소음원으로 구분되어진다. 진동 전달음을 개선하기 위해서는 진동절연 및

차량 연결부의 강성을 보강하여야 하며, 공기전달

음을 개선하기 위해서는 흡ㆍ차음재 사양을 보강

하는 방법이 있다. 상기 차량의 소음을 저감하기

위한 흡ㆍ차음재 소재 및 평가 방법을 통하여 보

다 정확한 제품의 성능을 나타내고자 한다.

2. 자동차용 흡음ㆍ차음 소재

자동차의 이러한 여러 소음원을 해결코자 많은

내장 흡음재 또는 차음재가 개발되고 있는 추세이

다. 좀더 경량의 고성능의 신소재를 이용하여 차

량의 중량 저감을 바탕으로 연비개선과 맞물려 경

량 보드류, 초경량 흡음재류, 기능성 차음소재 등

소재 개발 적용이 가속화되고 있다. 이러한 국내 흡음 차음소재 시장은 2000년대 이

전 소재 개발의 기술력 부족으로 성능보다는 제품

위주의 소재를 사용하였다. 또한 중량이 높아야

성능이 좋다는 인식으로 고중량 제품을 선호하게

되었다. 또한 연비의 중요성이 부각되지 않은 시

기였기에 신소재 연구 개발이 미비한 시기였다. 2000년대로 접어드는 IMF 이후 연비의 효율성

이 강조되면서 저중량의 소재개발이 요구되었다. 또한 차량 내부 소음에 대한 소비자의 관심이 늘

어나면서 고성능의 흡음ㆍ차음 소재가 개발되어

상용화되었다.

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기획특집: 자동차용 화학소재

4 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

흡음 차음재

개발동향

ㆍ연비 효율성 강조

ㆍ저중량 제품화 진행

ㆍ최적화에 따른 부품 모듈화

차음재

ㆍ전면 차음 Coat’ 제품

ㆍ부분 차음층 제품 상용화

ㆍ박막 차음 코팅제품 상용화

ㆍ차음재 + 흡음재 접목(다중Layer응용)

흡음재

ㆍ친환경 Felt 제품

ㆍ성형 가능 Felt 제품(LM Fiber Felt)ㆍ저중량 Felt 제품(SANTEX; 삼원(주))ㆍ저밀도 PU폼 제품

ㆍ이음방지 폼 및 Felt 제품

Table 2. 2010년 이전 흡차음재 개발동향

흡음 차음재

개발동향

ㆍ차량 연비 중요성 본격화

ㆍ초경량, 고성능 신소재 출현

ㆍ흡음 차음소재의 융합

차음재

ㆍ전면 흡차음 코팅제품

ㆍ통기성 기능소재로 전환

ㆍ흡음형 차음재 개발

ㆍ로드노이즈 성능개선제품 상용

(3중보드; ㈜익성, SUPERLITE; 한화E&C)

흡음재

ㆍ발포 폼류 강성보강제품

(저밀도 다기능 PU폼 상용화)ㆍFiber 성능개선제품 적용

(이형단면사, 중공사 등)ㆍ초극세사 고성능 흡음패드 범용화

(Thinsulate; 3M, NOISELITE; ㈜익성)ㆍ전면패드형태로 면적 확대

ㆍ충전형 흡음재 적용가속화

(초극세사흡음재 & HMP3; 한국펠져(주))

Table 3. 2010년 이후 흡차음재 개발동향

70∼80년대 실차 TEST(주행시험)

80년대 중반 단품 TEST

90년대

흡음

성능

TEST

ㆍ관내법(impedance tube)ㆍ잔향실법(reverberation method) 실차

TEST(주행시험)

병행차음

성능

TEST

ㆍ투과손실법(Transmission loss; TL)

ㆍ삽입손실법(Insertion loss; IL)

90년대

∼현재

흡음

성능

TEST

ㆍ관내법(impedance tube)ㆍ잔향실법(reverberation method)ㆍ간이 잔향실법(Apha cabin

measurement) 실차

TEST(주행시험)

병행차음

성능

TEST

ㆍ진동가진 삽입손실법(APAMAT)ㆍ스피커가진 삽입손실법

(Small cabin)ㆍ스피커가진 삽입손실법(잔향실 +무향실; (PBIL) 측정)

Table 4. 시대별 자동차 NVH 평가시험

차음재의 경우 고중량 코팅이 아닌 박막 코팅과

차음재와 흡음재를 접목시킨 제품이 응용되어 사

용되었다. 흡음재의 경우 PU폼이나 Resin 펠트에

서 친환경 소재로 전향되었으며, 성형이 가능한

PET펠트류(LM함유 Fiber)와 저밀도 PU폼을 사

용함으로써 중량절감을 통한 연비향상 소재로 개

발되었다. 2010년 이후에는 보다 우수한 고성능의

신소재 흠음ㆍ차음재가 개발 상용화되었다. 일반적으로 코팅만으로 제조하던 차음재는 현

재 흡차음이라는 신개념 소재로 3중보드의 기능성

소재를 개발하여 Wheel Guard에 적용함으로 로드

노이즈(Road Noise) 차단성능이 개선되었으며, 통

기성소재 개발로 Floor Crapet, Insulation Dash, Tunnel Pad 등 차음재 신소재로 개발되고 있다. 또한 흡음재는 기존의 PET 단섬유의 고성능화

로(이형단면사, 중공사) 우수한 흡음성능 소재로

개발되었으며, 초극세사(Ultra micro fiber)가 상용

화되면서 자동차 내장 흡음재 시장에 변화가 일어

났다. 이러한 초극세사 흡음재는 MeltBlown 공법

을 바탕으로 물티슈 및 각종 필터에 사용되는 극

세사를 제조하는 공법으로 40년 전 미항공우주국

NASA에서 최초로 우주복 및 산소필터로 개발 사

용되었다. 이러한 신기술 신소재를 바탕으로 접목

시킨 초극세사 흡음재는 현재 국내뿐만 아니라 전

세계적으로 점차 사용량이 증가하는 추세이다. 이러한 신소재를 사용함으로 자동차의 NVH성

능은 보다 우수해지며 경량을 통한 효과도 나타난

다. 여러 흡ㆍ차음 신소재가 개발됨에 따라 소재

를 비교 평가하는 방법도 변화하고 있다.

3. 자동차 NVH 평가 시험방법

자동차의 NVH TEST는 크게 실차 TEST(주행

시험)과 단품 TEST로 나눌 수 있다. 70∼80년대

자동차의 소음측정 방법은 실차 TEST를 주로 하

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자동차 흡ㆍ차음재 성능 평가 방법의 기술동향

KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 5

Figure 5. 실차 테스트 및 주행시험 평가 예.

Figure 6. 관내법(Impedance Tube) 장비 모식도[3].는 시험이었다. 이는 직접적으로 차량이 주행 중일 때 내부의

소음을 평가할 수 있는 지표가 되었다. 하지만, 실차 TEST시 시료를 교체하는 과정에서 작업 오차

및 일관성이 떨어지며, 장시간 교체시간으로 외부

환경(온도, 습도, 날씨)에 따라 편차가 발생되어, 비교 시험의 경우 현실성이 떨어지는 경우가 발생

하였다. 이러한 실차 평가방법을 보완코자 80년대

중반부터는 단품 TEST를 도입하여 진행하였다. 단품 TEST의 경우 형상별 편의성과 일관성, 시험

실의 표준 조건형성(온도, 습도)으로 조건 변형에

서의 Data 변화를 비교할 수 있으며, 시료의 관리

가 용이하여 보다 정확한 비교가 가능하다.

3.1. 흡음성능 시험

’90년대 초반부터 자동차용 흡ㆍ차음재의 종류

가 다양화됨에 따라 비교 평가 시험 방법이 요구

되어 흡음성능 TEST와 차음성능 TEST로 나누어

교차 평가하여 제품의 흡ㆍ차음 시험을 한다. 흡음은 물체가 소리를 흡수하는 것을 의미하며, 흡음의 성능은 흡음계수(α; Absorption coeffici-ent)로서 평가한다. 흡음성능 TEST 방법에는 ASTM E 1050의 관

내법(Impedance Tube) 흡음율 측정 방법이 있다. 일반적으로 정제파법(Standing Wave)이라고 하

는데, 수직 입사에 대한 흡음계수로서 관의 한쪽

끝에 30Ø, 100Ø 등 원형의 시료를 충진하고 다른

한쪽 끝에 부착된 스피커에 순음이 발생(입사파)하면 관내에 시료 끝에 반사(판사파)되어 돌아오

는 정제파(P)를 λ/4 간격으로 음압의 고(max)저(min)를 측정한다. 이때 음압의 고ㆍ저비를 정제파비(n)라고 하며

정제파 비에서 흡음 계수(α)를 계산한다. 흡음계

수를 구하는 공식은 다음과 같다.

정제파비(n) = P max / P min 흡음계수(α) = 1 - {(n-1)/(n+1)}2

= 4 / (n+1 / n+2)

하지만 관내법 시험은 발생 순음이 수직입사 되

어, 난입사보다 일부분에 국한된 측정값을 나타내

기에 정확도는 떨어진다. 또다른 흡음 측정 방법으로 ISO354 (잔향실법

흡음계수 측정방법)로 측정할 수 있다. 잔향실은

난입사가 가능한 구조인 6면 내지 8면 평행이 아

닌 대각선이어야 한다. 잔향실의 용적은 150 m3이

상으로 하고, 1/3 octave band 중심 주파수(Hz)로

측정하고, 시험편의 면적은 10∼12 m2으로 한다.

시험은 잔향실에서 실시하는데 기본적인 공식은

다음과 같다. 잔향실에 시료 안착전 빈방(Empty room)에서 등가흡음면적 A1은 다음 식으로 계산

한다.

시편을 안착한 후 등가흡음면적 A2는 다음 식으로

계산한다.

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6 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

Figure 7. 잔향실(Reveration Room) 장비 모식도[4].

Figure 8. 잔향실(Reveration Room) 장비 모식도[5].

시편 안착 전/후의 등가흡음면적의 차 AT는 다

음 식으로 계산한다.

흡음 계수 α는 다음의 식으로부터 구해진다.

잔향실법 흡음율 시험방법은 잔향시간(Reverb-eration Time; RT)을 측정하여 난입사에 대한 흡

음율을 측정한다. 측정 주파수 영역이 100 Hz부터

10,000 Hz까지 모든 영역에 걸쳐 측정이 가능하

여, 현실적인 흡음율 값 측정이 가능하다. 하지만,

잔향실 용적이 큰 만큼 유지 보수에 큰 비용이 발

생하며, 시험 시료도 상당한 크기의 시험편이 필

요하기에 시료 관리에 어려움이 있다. 이러한 흡음율 시험은 ’90년대 중반이 되면서

보다 정확하고 자동차 용적면적에 근접한 흡음율

평가 방법으로 간이 잔향실로 흡음율을 측정한다. 일반적으로 Alpha Cabin으로 알려진 측정 장비

는 ISO354의 잔향실법 흡음율 측정 장비와 동일

한 잔향시간(RT)으로 측정하며, 그 규모를 축소하

여 보다 현실적인 자동차용 흡음율 값을 평가할

수 있다. 간이 잔향실의 흡음율 측정은 다음과 같은 식으

로 구할 수 있다.

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자동차 흡ㆍ차음재 성능 평가 방법의 기술동향

KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 7

Figure 9. 투과손실 2룸 잔향실 모식도[6].

간이 잔향실은 일반 잔향실 대비 약 6배 규모가

축소되었으며, 잔향시간(RT)은 -5∼-25 dB까지

20 dB이 감소되는 시간(RT20 × 3)을 측정함으로 잔

향실 잔향시간(RT60)과 동일한 잔향시간으로 측

정되어 국제규격과 동일한 잔향시간을 측정한다.

간이 잔향실 시험은 자동차 흡음재의 흡음율 측

정의 대표적 측정 장비로 국내 모든 자동차 업계

에서 사용하고 있으며, 현재도 많은 평가를 하고

있다. 하지만, 장비 자체에 대한 국제 규격이 없이

자동차 업계 사내 규격만 있기에 국가 공인시험방

법으로 규정하기는 어려운 실정이며 자동차용으

로만 사용하는 측정 장비이다.

3.2. 차음성능 시험

차음이란, 외부에서 음의 교류를 차단하는 것으

로 음의 에너지를 반사시켜 차음재 밖으로 음파가

새어나가지 않게 하는 것을 의미하며, 차음 성능

은 일반적으로 투과손실(TL; Transmission loss), 또는 삽입손실(IL; Insertion loss)로 평가할 수 있다. 투과손실(TL; Transmission loss)의 측정 방법은

두 개의 잔향실에서 시료 설치 후 Test Room 1의

읍의 압을 측정(SPL1)하고 Test Room 2에서 음의

압을 측정(SPL2)하여 시료의 투과손실(TL)을 구

한다(SPL1-SPL2). 예를 들어 잔향실인 Test Room 1 스피커에서

100 dB의 음을 발생시키면, Test Room 1의 마이

크로폰에서 음의 압(SPL1)을 측정하고, 시료가 설

치된 Test Room 2에서 음의 압(SPL2)이 80 dB로

측정되었다. 이때 시료의 투과손실(TL)은 다음과

같다.

이것을 스피커가진 투과손실법이라고 하며 KS F 2080(실험실에서의 음향 투과손실 측정방법)으로 측정할 수 있으며, 일반적으로 두 개의 Test Room이 모두 잔향실인 것이 특징이다. 음을 전달하는 매질에서 압력 변화가 발생하는

것을 음압이라고 하며, 음압도 또는 음압레벨(SPL ; Sound Pressure level)로 표기한다.

하지만 상기 시험 방법은 대부분 건축용 차음

성능을 평가하는 시험이다 보니 차량용 시험 방법

으로는 측정하고자 하는 시료의 성능 증빙에 다소

어려움이 있다. 차음 성능을 측정할 수 있는 다른 평가 방법인

삽입손실(IL; Insertion loss)의 측정 방법은 현재

국내 자동차 업계에서도 많이 사용되는 방법이다. 작은 규모의 간이 잔향실, 무향실을 만들어 그

척도를 평가하고 있다. 삽입 손실(IL) 시험 방법은

KS 규격이나 ISO 규격 시험 방법에는 명시되어

있지는 않지만, 자동차용으로 적합한 시험방법으

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8 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

Figure 10. APAMAT 시험장비 모식도[7].

로 자동차 업계 사내규격에 명시되어 있는 시험방

법이다. 삽입손실법(IL)과 투과손실법(TL)은 측정 결과

값이 dB이라는 점과 2개의 Test Room을 사용한

다는 점은 유사하지만, 하나의 Test Room은 무향

실로 구성되어 있다. 또한 무향실로 된 Test Room에만 마이크로폰이 있어 시료 안착 전 음압(SPL1), 시료 안착 후 음압(SPL2)을 측정하여 시료의 삽입

손실(IL)을 구한다. APAMAT 차음성능 측정 장비는 작은 규모로

만들어졌으며, 진동가진 삽입손실법으로 측정한

다. 진동가진이란, 소리를 발생하는 진동원으로 진

동음을 발생시키는 것으로 철판에 볼을 부딪혀 발

생하여 발생하는 진동음으로 평가한다. APAMAT 측정 장비는 삽입손실법(IL)으로 측

정하며, 무향실에 장착된 마이크로폰으로 음압

(SPL)을 측정한다. 시험 방법은 다음과 같다. Test Room 1과 Test Room 2 사이에 철판을 두

고 Test Room 1에서 볼을 이용한 진동음을 Test Room 2에 있는 마이크로폰으로 음압(SPL1)을 측

정한다. Test Room 사이 철판 위에 측정코자 하는

시료를 안착한 후 Test Room 2에서 음압(SPL2)을

측정한다.

APAMAT 장비는 직접적으로 시료가 안착된

철판을 볼로 진동시켜 발생되는 진동음을 시료가

얼마만큼 차음 성능을 발휘하는지에 대한 척도로

평가할 수 있다. 일반적으로 철판(Steel)은 자동차

의 샤시를 의미하며, 일반적인 차음재로 사용되는

Floor Carpet 및 Dash Pad 등 샤시에 부착되는 차

음재의 평가로 적합하다. 하지만 점착성을 가진 차음재 시료의 경우 시료

가 철판에 달라붙어 진동 전달음을 1차적으로 상

쇄하므로 점착 시료에 대해서는 정확한 측정이 어

렵다. 상기 APAMAT 장비는 국내 자동차 업체 H社에서 차음평가 장비로 사용하고 있다.

추가적인 차음 시험 장비로 APAMAT 장비와

동일한 간이 잔향실, 무향실 구조를 가진 Small Cabin 장비 차음 성능 측정 장비이다. APAMAT 장비의 경우 철판 방사음으로 진동

음을 발생한다면, Small Cabin은 스피커에서 발생

하는 전영역대 주파수를 소음원으로 차음성능을

평가한다. 보다 자세하게는 Test Room 1에서 스피커로 소

음원을 발생시키고, 중간에 철판(steel)을 설치하

고 무향실 구조인 Test Room 2에서 마이크로폰으

로 음압(SPL1)을 측정한다. 후에 철판 위에 시료

를 안착하고 위와 동일한 방법으로 Test Room 2에서 마이크로폰으로 음압(SPL2)을 측정한다. 이러한 스피커로 소음원을 발생시키는 차음성능

평가 방법을 스피커가진 삽입손실법이라고 한다.

Small Cabin 장비는 스피커에서 나오는 소음원

으로 차음성능을 측정한다. 이는 점착성의 차음

시료가 철판에 붙어도 발생 소음원이 스피커에서

발생됨으로 APAMAT 장비에서 측정하지 못하는

점착성 차음시료를 평가할 수 있으며, 쉬운 비교

평가가 가능하다. 상기 Small Cabin 장비는 국내 자동차 업체 R社 에서 차음평가 장비로 사용하고 있다. APAMAT, Small Cabin 차음 측정 장비는 작은

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자동차 흡ㆍ차음재 성능 평가 방법의 기술동향

KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 9

Figure 11. Small Cabin 시험장비 모식도[8].

Figure 12. 잔향실 무향실 삽입손실 측정법[9].

규모로 관리 유지가 편리하며, 샘플 관리 또한 편

리하다. 또한 단품 평가가 가능하며, 여러 종류의

비교 테스트가 빠른 시간 내 시험이 가능한 장점

이 있다. 하지만, 그 규모가 작기 때문에 실제 차량의

Floor Carpet, Insulation Dash 등 크기가 큰 성형

또는 가공된 제품의 경우 평가하기가 어렵다. 실제적으로 단품상 평가로 제품의 비교 또는 품질

확인용으로 사용되고 있다. 상기 간이 평가 장비보다 정확한 테스트 방법으

로 잔향실과 무향실을 이용하여 실제 철판(steel) 차량 샤시를 이용해 지그(jig)를 만들어 차음 시료

를 부착하여 차음성능을 평가하는 방법이 있다. 시험방법은 Small Cabin과 유사한 스피커가진

삽입손실법(IL)으로 측정한다. 상기 시험법은 잔향실과 무향실로 구성되어 있

다. Test Room 1 스피커에서 소음원을 발생시키

고, Test Room 2에서 시료 안착 전 음의세기(SIL1)를 측정하고, 시료 안착 후 음의 세기(SIL2)를 측

정하여 차음성능을 평가한다.

여기서 음의 세기(SIL; Sound Intensity Level)란 음파의 진행 방향에 수직한 단위면적을 초당

통과한 음향에너지를 의미하며 일반적으로 음의

세기 레벨이라고 한다. 즉 기준음(10-12) 세기에 비

하여 몇 배인가를 대수적으로 표현한 것을 음의

세기라 한다.

이러한 음의 세기로 측정하는 삽입손실법을 PBIL (Power Base Insertion loss)라고 한다. 상기 삽입손실법(PBIL)은 보다 정확한 차음성

능을 측정할 수 있으며, 측정 샘플의 굴곡면 또는

취약부분(weak point)까지 확인이 가능하여 취약

부분을 확인하여 개선할 수 있는 장점이 있다. 하지만 철판(Steel) 지그(jig) 제작시 한 가지만 사용

해야 하는 단점과 시험비용이 다른 시험에 비해

높다. 이러한 시험 방법은 자동차 업체 GMW 규격에

명시되어 세계적으로 자동차 차음 평가방법으로

사용되고 있으며, 최근 들어 국내 자동차의 감성

품질을 향상시키고자 많은 시험이 진행되고 있다.

3.2. 향후 전망

국내 자동차업계는 세계 상위권으로 도약하여

그 입지가 커졌으며, 기술력이 우수하다. 자동차

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기획특집: 자동차용 화학소재

10 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

양 기 욱1991∼1997 ㈜백상 기술연구원

1998∼현재 ㈜익성 기술연구소 연구소장

2000 한국교통대학 나노고분자

공학사

2013 IR52 장영실상 수상

(제10주차)

업계가 발전함에 따라 자동차 내장 소재 또한 발

전하고 있는 추세이다. 또한 소재의 평가 방법도

자동차용도로 적합한 시험방법으로 실시되고 있다. 향후 자동차시장은 에너지 절감에 따라 연비개

선, 친환경 자동차 개발(전기자동차, 하이브리드

자동차 수소자동차 등)을 목표로 자동차 부품 소

재도 변화해야 하고, 시장의 요구에 따라 신소재

를 응용한 제품개발이 가속화되어야 한다. 또한 자동차 흡차음 성능개선을 위한 소재평가

방법 또한 발전해야 하며, 소규모 부품의 NVH 성능 평가 시험 구축이 필요하다. 위에서 설명하였듯이 현재 국내 자동차 업체는

각기 회사의 특성에 맞게 기술 개발에 힘쓰고 있

지만, 부품 소재를 개발하는 기업이 정확하게 성

능을 예측할 수 있는 국제적으로 공인화된 평가

시스템은 구축되어있지 않다. 이러한 문제점을 해

결하기 위해서는 다양한 측정방법의 개발이 필요

하다.

참 고 문 헌

1. http://blog.naver.com/not_user?Redirect=Log &logNo=130027118575.

2. 한국조선해양시험연구원 잔향실법. 3. 소음ㆍ진동-이론실무 (2004). 4. ASTM E 1050 정제파법 흡음율측정. 5. KS F 2805 잔향실 흡음율 측정방법. 6. Rieter社 Alpha Cabin Manual; 1994. 7. KS F 2080 실험실에서의 음향 투과손실 측정

방법. 8. Rieter社 APAMAT Manual; 1994. 9. GMW14177 Random Incidence Sound Ab-

sorption Evaluation Test Procedure.