본 논문에서는 열음향 냉장시스템을 음향적으로 해석하고 주어진 조건을 만족시키는 열음향냉장시스템의 설계방법을 제시하였다. 열음향 냉장시스템은 음파의 에너지를 단열팽창, 수축의 원리를 이용하여 열에너지로 변환시키는 열음향변환기이다. 열음향 냉장시스템은 일반 가정용 스피커 유닛을 사용하는 구동부, 실제의 온도 구배가 생기게 되는 스택 부분, 그리고 정상파를 생성시키는 본체 부분인 공명기 등으로 구성된다. 음향학적인 해석을 통해 주어진 조건을 만족시키도록 전체 공명기의 크기를 결정하고 스택의 크기와 위치를 설정하여 이에 따라 실제의 시스템을 설계하였다. 끝으로 설계된 공명기의 기계적 임피던스를 모의실험을 통해 구하였다.
음향 배플위에 설치된 하이드로폰의 음파 수신과 내부의 소음으로 인한 배플의 센서 자체 소음 의 감소 효과에 대한 연구로 배플은 탄성 다층구조로 되어 있다. 이 논문은 탄성파 이론을 도입하여, 배 플에 의한 하이드로폰의 수신 신호 수준과 배플의 투과 손실을 해석할 수 있는 이론적인 모델을 세우 고, 입사각, 각 층의 두께, 배플의 재질과 배플과 하이드로폰과의 거리에 따른 수신 신호 수준 변화를 주파수 영역에서 이론적으로 해석하고 그 결과를 비교 분석하였다.
최근 경제적인 연비와 효율적인 가동성, 배기가스 감소의 이유로 초임계압 보일러가 각광받고 있다. 하지만 보일러 연소로는 용접된 튜브로 구성되어 있기 때문에 연소 시 내부압력에 의해 발생되는 진동에 취약하여 이에 대한 진동안정성 평가가 필요하다. 본 논문에서는 CFD 기법을 기반으로 수행한 변동압력 해석과 단순화한 모델을 이용한 진동해석을 통하여 보일러 운전 시의 진동안정성 평가를 수행하였다. 변동압력해석은 정상상태 CFD 해석을 수행하고, 이를 이용한 음향모드 해석과 비정상상태 CFD 해석에서 변동압력을 추출하고, 음향모드 해석결과와 주파수 성분을 비교하여 검증하였으며 이를 진동해석 모델에 기진력으로 적용하여 보일러 연소로의 진동해석을 수행하였다. 진동해석 모델은 동특성을 고려한 등가물성치를 이용하여 연소로의 복잡한 구조를 단순화하였으며 buckstay 등의 방진구조를 구현하여 보일러의 진동안정성을 평가하는 기법을 정립하였다. 해석결과, 보일러 운전조건에서 비정상상태 CFD 해석을 통해 구한 변동압력과 진동해석을 통해 얻은 가속도 응답은 안정적 수준인 것으로 확인하였다. 이는 향후 유사한 보일러 안정성 평가에 적용이 가능하고, buckstay 등 보일러의 방진 구조 설계 및 평가에도 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
수중음향통신 링크는 육상에서의 통신 링크와 비교했을 때, 물과 공기라는 매질의 차이, 음파와 전자기파라는 전달 파의 차이로 인하여 링크 해석에 있어서 수중음향통신 환경 고유의 특성을 고려한 링크 해석이 필요하다. 본 논문에서는 수중에서 음파를 이용한 무선통신의 매질로서 바다 속을 경로 손실, 흡음, 환경 잡음 측면에서 수중음향통신 링크 예산 수립에 적합하도록 음향학 기반의 지식을 해석하고 고찰하였다. 우리나라 연안에서의 흡음 계수 및 잡음 레벨에 대해서 분석하고 흡음 계수 및 잡음 레벨을 고려한 수중음향통신 주파수 대역 선정 방법을 제시하였다. 또한, 수중음향채널 링크 해석 결과의 적용 예로서 수중음향통신 시스템에서 널리 사용되고 있는 주파수 대역 중에서 25kHz 중심 주파수를 사용하고 전송 속도 10kbps, 목표 전달 거리 1km, 목표 비트 오율 $10^{-3}$인 QPSK 수중음향통신 시스템의 천해 동작환경을 고려한 이상적인 AWGN 환경에서의 링크 예산 수립 예를 보였다.
입력단 또는 출력단이 원형 확장관 안으로 돌출되어 있는 소음기가 관내 전달 소음저감을 위해 많이 쓰이고 있다. 저주파수 영역에서의 소음저감 효과는 음파 진행 단면의 확장-축소와 입력단-출력단의 상대적 위치 등으로 발생되는 소음기의 리액티브 성분으로 설명이 된다. 본 연구에서는 입력 혹은 출력단에 동심으로 배치된 한개의 연장관이 단순 팽창형 소음기에 삽입되어 있는 경우에 대한 음향해석을 수행하였다. 해석방법으로는, 음장을 분리좌표계로 표현될 수 있는 몇개의 경계 표면으로 나누고, 각 표면에서의 음압 및 입자속도를 정규화된 음향 고유 모드로 전개하여 간단한 대수식으로 표현하였다. 제안된 해석적인 방법을 사용하여 소음기의 투과손실을 예측하였으며, 실험과도 잘 일치함을 관찰할 수 있었다.
본 논문은 두 편으로 연결된 논문의 둘째편으로 광대역 배열변환기의 설계방법과 설계된 변환기의 음향특성을 제시한다. 아울러 유한요소법과 하이브리드형 무한요소법의 결합기법에 의한 설계된 변환기의 음향특성 결과가 등가회로 해석 기법에 의한 결과보다 양호함을 확인하였다. 따라서 제시된 변환기 해석기법이 광대역 배열 변환기의 설계 및 음향특성 해석에 응용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 스피커 전용 해석 소프트웨어를 이용 하이파이용 우퍼에 대한 해석결과를 기술하였다. 전용 소프트웨어를 사용하는 경우에는 범용 소프트웨어에 비하여 다양한 경계조건을 갖는 경우에는 적용할 수 없다. 해석 대상은 무한배플에 장학된 하이파이용 우퍼로서 다이아프램의 breakup 현상을 예측할 수 있었다. 또한, 다이아프램의 두께 변경과 다양한 재료 및 힘 요소의 크기에 따른 하이파이용 라우드스피커의 음향특성들을 파악할 수가 있었다.
입력단 및 출력단이 동심을 이루어 원형 확장관 안으로 연장되어 있는 소음기가 관내 전달 소음저감을 위해 널리 사용되고 있다. 이 소음기의 저주파수 영역에서의 소음저감 효과는 음파 진행 단면의 확장-축소와 입력단 및 출력단의 상대적 위치 등으로 발생되는 소음기의 리액티브 성분에 의해 설명이 된다. 본 논문에서는 입력단 및 출력단에 동심으로 배치된 연장관이 단순 팽창형 소음기 내부에 삽입되어 있는 경우에 대한 음향해석을 수행하였다. 해석방법으로는 음장을 분리좌표계로 표현될 수 있는 몇개의 경계 표면으로 나누고, 각 표면에서의 음압 및 입자속도를 정규화 된 음향 고유 모드로 전개하여 간단한 대수식으로 표현하였다. 이 해석적인 방법을 사용하여 소음기의 투과손실을 예측하였으며, 실험과도 잘 일치함을 관찰할 수 있었다.
실내 바닥슬래브의 휨진동에 의한 음향방사문제에 대하여 유한요소법을 적용하여 검토하였다. 단순한 형상의 판이 휨진동하여 자유공간에 음을 방사하는 문제에 대해서는 이론적인 해를 구할 수 있으나, 임의형상의 판이 휨진동하여 실내에 음을 방사하는 문제에 대해서는 검토되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이와같은 문제를 단순화한 해석법으로서 먼저 유한요소법을 이용하여 판의 휨진동에 대한 고유모드의 상대변위를 구하고, 다음 상대변위를 진동속도로 변환한 결과를 입력조건으로 하여 유한요소법에 의한 3차원 음장해석을 하였다. 그 결과 실내 바닥슬래브의 휨진동에 의한 음향방사파워는 슬래브의 진동모드, 실내음향모드 및 벽흡음율 등의 조건에 따라 크게 변화된다는 것을 확인하였다.
실내 음향특성의 컴퓨터 씨뮬레이션 기법은 모형실험 기법과 더불어 건축물의 음향설계 분야에서 널리 사용되는 도구이다. 본 연구에서는 건축물의 음향특성을 설계단계에 예측하기 위해 영상법에 기초한 실내음향 해석 소프트웨어를 개발하였다. 개발된 소프트웨어는 건축물의 3차원 형상모델, 벽면등 반사체의 흡음특성, 음원과 수음점의 위치 등의 데이터를 입력하면, 음선의 전파경로, 수음위치에서의 반사음 패턴, 실내 음향 특성의 평가척 (음의 명료도, 잔향시간 등)을 산출하여 출력하는 기능을 지니고 있다. 기존의 씨뮬레이션 기법이 소요 장비나 비용, 시간적 제약으로 널리 실용화되기 어려웠던 점을 고려하여 PC급에서 간편하게 활용할 수 있도록 개발하였고 음선 전차경로의 그래픽 표현, 반사음 패턴의 분석등, 건축물의 음향 설계를 위한 기능을 부여하는데 중점을 두었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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