[Acoustic] Helmholtz resonator 헬름홀츠 공명기

[Brian Lee]

헬름홀츠 공명기 (Helmholtz resonator)

스튜디오 설계에 필요한 베이스 트랩은 지난호에 설명한 간단한 얇은막의 흡수재(Membrane Absorber)외에도 많은 종류의 베이스 트랩이 사용된다. 그중에서도 심한 정상파(Standing Waves)를 없애는 방법으로 헬름홀츠 공명기를 이용하는 것이 좋다.

헬름홀츠 공명기는 조그만 구멍이나 주둥이를 가진 밀폐된 공간 모양으로 구성된 장치로써 조정실(Control Room)에서 발생되는 매우 특별한 정상파가 가느다란 주둥이를 통해서 그 공명기 안으로 들어오면 그 정상파의 파형(Waveform)에 대한 새로운 역상(Out of Phase)형태의 진동으로 변하여 공명기 밖으로 산출되어 나온다.

  따라서 특정한 주파수에 대한 위상변이(Phase Cancellation)가 발생하여 조정실 안에서의 그러한 특정 정상파가 소멸하게 되는 원리이다. 어떤 공간에서 있어서는 안될 이러한 특정한 정상파를 미리 알고 있다면 그림1과 같이 공식을 통하여 공명기를 설계할 수 있다.

1952년에 캘러웨이(Callaway)박사와 레이머(Ramer)박사가 구멍이 연속적으로 뚫린 형태의 공명기를 개발하였다. 그들은 바로 위에서 설명한 헬름홀츠 공명기의 원리를 이용하였다. 단단한 벽면으로부터 공간을 두고 많은 구멍이 뚫린 판넬을 설치하였는데 마치 많은 병들의 집합체처럼 보인다. 판넬에서의 각각의 구멍들은 병의 목부분과 비교가 되며, 벽면 사이 공간을 구멍마다 각각 따로 나누어 놓은 것은 서로 다른 병 안의 공간과 비교가 된다.

즉 한 종류의 정상파가 아닌 많은 종류의 서로 다른 정상파들에 대한 위상소멸을 이용한 형태이다. 이러한 방법으로 구멍이 뚫린 판넬은 음향학적으로 복합적인 형태의 공명 시스템으로 분류될 수 있다. 1976년에 레팅거(Rettinger)박사는 보다더 진보된 형태인 슬레이트 타입의 공명기를 개발하였다. 이것도 헬름홀츠 공명기의 원리를 이용하였고 더욱 효과적인 형태의 공명기이기도 하다.

베이스 트랩이나 공명기가 스튜디오 안에서 수행해야 할 범위는 스튜디오의 크기나 정상파의 정도 그리고 베이스 트랩의 효과 등 많은 요인들에 의해 결정되어진다. 일반적으로 수행되어지는 범위는 공간 전체 표면적의 25~75% 사이에서 변화되어진다. 공간이 작아질수록 더욱 극심한 형태의 정상파(Mode 혹은 Standing Waves)들이 발생하므로 저주파 흡수에 대한 더 큰 비율(퍼센트)을 베이스 트랩 구역으로 설정해야만 할 것이다. 혹은 적당한 공명기 설치가 중요하다. 그리고 점점 공간의 크기가 커질수록 전체 면적에 대한 베이스 트랩의 비율은 점점 낮아진다.

지금까지 우리는 정상파에 의한 소리의 채색현상을 음향학적인 측면에서 제거할 수 있는 방법을 알아보았다. 한가지 덧붙인다면 조정실 유리도 또한 베이스 트랩의 일종이다.

 

그림 1. 전형적인 헬름홀츠 공명기

[하늘새]

그림이 안 떠요 ...

[Brian Lee]

죄송여~ 수황