본 연구에서는 복잡한 형상을 가진 음원으로부터 방사하는 음장을 등가음원법 (equivalent source method)을 이용하여 재구성한다. 일반적인 등가음원법의 기본 원리는 진동하는 물체의 표면 또는 내부에 등가음원을 분포시켜서 등가음원의 강도를 계산하는 방법이다. 각 등가음원의 강도는 음원의 경계 조건이나 측정된 음장 음압을 통해서 구할 수가 있으며 사용된 등가음원의 차수, 개수 그리고 위치 등은 고려되어야 할 중요한 변수들이다. 기존의 HELS (Helmholtz equation least square) 방법은 한 곳의 위치에 다양한 차수로 이루어진 등가음원을 사용하여 각 차수의 계수를 구하는 방법으로써 구형에 가까운 음원에 대해서 좋은 결과를 보이나 음장의 결과가 최대 차수의 선택에 따라서 큰 오차를 유발하는 문제점이 있다. 따라서 정규화 기법을 사용하여 음장을 재구성하기 위해 필요한 등가음원의 최적 차수를 구하고, 음원 내부에 최적 차수로 이루어진 등가음원을 여러 개의 점에 위치시켜서 재구성 정확도를 향상시켰다. 정규화된 등가음원법의 타당성 검증을 위하여 표면 일부가 진동하는 구에 대한 수치 해석 및 청소기 모델에 대한 음장 재구성 실험 을 수행하였다.
등가음원법은 일반적으로 실내에 위치한 음원에 의한 실내 음장을 모델링하기 위하여 원거리에 위치한 다수의 등가음원과 상대적으로 근방에 위치한 소수의 이미지음원들을 사용한다. 원거리음원은 일반적으로 실내 음장의 중심으로부터 적당히 먼 거리에 균일하게 위치시킨다. 이러한 원거리음원의 위치는 적절한 선택 여부에 따라, 계산 결과의 정확도와 이를 만족시키기 위해 필요한 음원의 수에 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 등거리 상의 가상의 구형 표면에 위치시키는 기존의 방법 대신 모델링하는 실내 공간의 경계면과 닮은 꼴 형상으로 배치하여 그 영향을 조사하였다. 즉 가상의 직육면체 표면에 격자 형태로 균일하게 원거리음원들을 배치시키되, 음장의 중심으로부터의 거 리를 변화시켜가며 각 경우에 대하여 최적화 기법을 이용하여 최적의 원거리음원 위치들을 찾아내어 비교, 분석하였다.
The equivalent source method(ESM) is used for the calculation of the internal pressure field for an enclosure which can have arbitrary boundary conditions and nay include internal objects which scatter the sound field. The advantage of using ESM is that it requires relatively low computing cost and is easy to model the internal diffracting objects. Typical ESM modeling uses two groups of equivalent source positions. One group includes the first order images of the source inside the enclosure. The Positions of the other group are usually on a spherical surface some distance outside the enclosure. The normal velocity on the surfaces of the enclosure walls is evaluated at a larger number of positions than there are equivalent sources. The sum of the squared difference between this velocity and the expected is minimized by adjusting the strength of the equivalent sources. This study is on the optimal far field sources positions when using the equivalent source method. In general, the far field sources are evenly distributed on a surface of a virtual sphere which is centered at the enclosure with a sufficiently large radius. In this study. optimal far field source locations are searched using simulated annealing method for various radii of spheres where far field sources are located. Simulation results showed that optimally located sources with adequate distance away from the enclosure center gave better result than sources with even distribution even with a smaller number of far field sources.
건설공사장에서 사용하는 주요 건설장비에 대한 소음측정을 이격거리별로 수행하였다. 특히, 작업형태에 따라 변동하는 폭이 큰 건설장비에 대해서는 작업형태를 세분화하여 소음측정을 수행하였다. 무부하 및 작업이 이루어지는 시간 동안의 옥타브밴드별 'A'보정 등가소음도(Leq)를 측정하였다. 소음측정결과 대부분의 건설장비가 점음원의 특성과 유사하게 나타나고 있는 것으로 분석되었다.
This paper deals with the ESM(equivalent source method) with the continuation of acoustic near-field for NAH(near-field acoustic holography) to overcome the finite measurement aperture effect and reconstruct the normal velocity on an arbitrarily shaped structure surface. The continuation method is an extension of the measured sound field into a region outside and is based on the Green's function relating acoustic quantities on the two conformal surfaces. This algorithm is not limited to planar surfaces and can be applied to arbitrarily shaped surfaces. The ESM is an alternative approach of BEM-based NAH for the reconstruction on a general structure. In ESM the acoustic field is represented by a set of point sources located over a surface that is close to the structure surface. The simulation results of this study shows that the reconstruction error of particle velocity on the source surface is 11% and 16% for planar and cylindrical sources separately.
This study presents the reconstruction of sound field radiated from an automotive engine using equivalent sources. Basic concept of the method presented is to replace the engine noise source with elementary sources of multipoles, e.g., monopoles and dipoles. The so-called Helmholtz equation least-squares (HELS) method can reconstruct the sound radiation fields from spherical geometries in a series expansion of spherical Hankel functions and spherical harmonics. In this paper, multi-Point, multipole equivalent sources are employed to reconstruct the sound field radiated from an automotive engine with a fixed rotation speed. To ensure and improve the accuracy of reconstruction, the spatial filters of multipole coefficients and wave-vectors are adopted for suppressing the adverse effect of high-order multipoles. Optimal filter shapes are designed with regularization parameters minimizing the generalized cross validation (GCV) function between actual and reproduced model. After regeneration of field pressures using the proposed method as many as necessary, the vibro-acoustic field of an engine could be reconstructed by using the BEM-based near-field acoustic holography (NAH) technique in a cost-effective manner.
유체기계 덕트 내 음원은 흔히 선형 시불변 모델을 이용하여 음원 임피던스와 강도로 특성화되어진다. 그러나 내연기관 및 압축기 음원에 대한 여러 측정에서 물리적으로 타당하지 않은 부의 저항이 보고된 바 있다. 본 논문에서는 유체기계의 시변성이 음원특성에 미치는 영향에 대하여 해석적으로 연구하였다. 이를 위하여 왕복동 피스톤 및 배기계로 구성된 간단한 유체기계를 전형적인 주기적으로 시변하는 계로서 다루었으며 등가음향 회로를 해석하였다. 해석 해를 이용한 모사측정에서는 실제 음원의 시변성이 부의 저항에 대한 주요한 원인임을 볼 수 있다. 비교적 작은 시변항의 크기를 가지는 경우에 피스톤이 정적 계의 고유진동수의 두 배 또는 그 정수로 나뉜 주파수로 작동한다면 음원이 큰 음향 파워를 방사하게 됨을 알 수 있다.
소음원의 특성을 규명하는 방법론들은 방위각 추정 방법론에 근간을 둔 소음원 위치 탐지 방법과 같이 소음원의 등가 단극음원 크기 및 위치들을 추정하는 기본적인 방법들로부터 보다 많은 계측기기 및 탐촉자와 함께 상당히 정교한 데이타 처리를 수행하여야 하는 인텐시티를 이용한 음장 맵핑(mapping) 홀로그라프를 이용한 관심음장 전체의 3차원 맵핑등 실로 다양하다 할 수 있다. 결국은 가장 많은 탐촉자를 사용하는 측정 시스템이 보다 많은 음장의 정보를 제공하므로서 가장 탁월한 방법론이라 결정할 수 있다. 이것은 특히 탐촉자 자체의 가격이 저렴해져 가는 추세인 점과 소형화하는 추세를 감안하여 봄과 동시에 공간상의 물리적인 의미 즉 파수영역에 대한 보다 폭 넓은 이해를 통한 시간, 공간, 주파수, 파수영역 즉 확대된 차원에서의 음장, 소음에 대한 이해를 갖을 수 있다는 면에서도 가치 있다고 할 수 있다.
개방형 사무실에서 소음과 스피치 프라이버시 문제는 꾸준히 제기되어 왔다. 이러한 개방형 사무실의 문제점을 해결하기 위한 마스킹 음원에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 청취 실험을 통하여, 쾌적한 물소리를 마스킹 음원으로 제안하고자 한다. 먼저 다양한 소음 레벨에 대하여 음환경 쾌적도와 스피치 프라이버시를 고려한 최적 물소리 레벨에 대하여 고찰하고자 한다. 이후 최적 레벨의 물소리 도입이 업무효율성에 미치는 영향을 검정하고자 한다. 청취실험에서 사용된 사무실 소음은 실제 개방형 사무실에서 바이노럴 마이크를 활용해 녹음하였고, 헤드폰을 통해 피험자들에게 제시하였다. 청취실험 음원은 각각 3개의 등가 배경소음레벨(55 dBA, 60 dBA, 65 dBA)과 5개의 신호대잡음비[Signal to noise ratio(SNR) -10 dB, -5 dB, 0 dB, +5 dB, +10 dB]의 조합로 구성하였고, 각 음원에 대한 주관평가로 전체적인 음환경 쾌적도(Overall Soundscape Quality, OSQ)와 듣기 어려운 정도(Listening Difficulty, LD)를 평가하였다. 평가 결과 배경음 보다 물소리가 커질수록 LD는 증가하였지만 OSQ는 감소하였다. 특히 물소리가 사무실 소음 보다 클경우 도입 전보다 OSQ가 감소하였다. 따라서 OSQ와 LD를 고려하였을 때 소음레벨별 최적 SNR은 모든 소음레벨에 대하여, -5 dB로 나타났다. 이후 업무 효율성을 평가하기 위하여, 최적 레벨의 물소리 도입 전후에 인지능력(Cognitive performance)을 평가하였다. 평가 결과 최적 레벨의 물소리를 도입할 경우, 배경소음이 55 dBA에서는 인지능력평가 결과가 물소리 도입 전에 비해 감소하는 것으로 나타났으나, 60 dBA와 65 dBA에서는 증가하는 것으로 나타났다.
소음원의 특성을 규명하는 방법론들을 각각 맵핑의 개념으로 통합하여 살펴 보았다. 방위각 추정 방법론에 근간을 둔 소음원 위치 탐지 방법과 같이 소음원의 등가 단극음원 크기 및 위치들을 추정하는 기본적인 방법들로 부터 보다 많은 계측 기기 및 탐촉자와 함께 상당히 정교한 데이터 처리를 수행하여야 하는 인텐시티를 이용한 음장 맵핑(mapping) 홀로그래피를 이용한 관심음장 전체의 3차원 맵핑 등 실로 다양한 방법을 관찰하였다. 결국은 가장 많은 탐촉자를 사용하는 측정 시스템이 보다 많은 음장의 정보를 제공하므로서 가장 탁월한 방법론이라 할 수 있다는 지극히 자연 스러운 결론을 낼 수 있다. 이것은 특히 탐촉자 자체의 가격이 저렴해져 가는 추세인 점과 소형화하는 추세를 감안하여 봄과 동시에 공간상의 물리적인 의미 즉 파수영역에 대한 보다 폭 넓은 이해를 통한 시간, 공간, 주파수, 파수영역 즉 확대된 차원에서의 음장, 소음에 대한 이해를 갖을 수 있다는 면에서 또다른 가치를 부여할 수 있는 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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