• Research Article

    A study on the variations of water temperature and sonar performance using the empirical orthogonal function scheme in the East Sea of Korea

    동해에서 경험직교함수 기법을 이용한 수온과 소나성능 변화 연구

    Young-Nam Na, Changbong Cho, Su-Uk Son, and Jooyoung Hahn

    나영남, 조창봉, 손수욱, 한주영

    For measuring the performance of passive sonars, we usually consider the maximum Detection Range (DR) under the environment and system parameters in …

    수동형 소나의 성능을 측정하기 위해 주어진 환경과 시스템 변수 하에서 보통 최대 탐지거리를 고려한다. 음파가 해표면 또는 해저면과 필연적으로 접촉하는 천해에서는 표적탐지가 …

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    For measuring the performance of passive sonars, we usually consider the maximum Detection Range (DR) under the environment and system parameters in operation. In shallow water, where sound waves inevitably interacts with sea surface or bottom, detection generally maintains up to the maximum range. In deep water, however, sound waves may not interact with sea surface or/and bottom, and thus there may exist shadow zones where sound waves can hardly reach. In this situation, DR alone may not completely define the performance of each sonar. For complete description of sonar performance, we employ the concept ‘Robustness Of Detection (ROD)’. In the coastal region of the East Sea, the spatial variations of water masses have close relations with DR and ROD, where the two parameters show reverse spatial variations in general. The spatial and temporal analysis of the temperature by employing the Empirical Orthogonal Function (EOF) shows that the 1-st mode represents typical pattern of seasonal variation and the 2-nd mode represents strength variations of mixed layers and currents. The two modes are estimated to explain about 92 % of the variations. Assuming two types of targets located at the depths of 5 m (shallow) and 100 m (deep), the passive sonar performance (DR) gives high negative correlations (about -0.9) with the first two modes. Most of temporal variations of temperature occur from the surface up to 200 m in the water column so that when we assume a target at 100 m, we can expect detection performance of little seasonal variations with passive sonars below 100 m.


    수동형 소나의 성능을 측정하기 위해 주어진 환경과 시스템 변수 하에서 보통 최대 탐지거리를 고려한다. 음파가 해표면 또는 해저면과 필연적으로 접촉하는 천해에서는 표적탐지가 최대 탐지거리까지 유지되는 게 일반적이다. 그러나 심해에서는 음파가 해표면 또는 해저면과 접촉하지 않을 수도 있으며, 이 경우 음파가 도달하지 않는 음영구역이 존재할 수도 있다. 이 경우 최대 탐지거리만으로 각 소나의 탐지성능을 완전하게 기술하기 어려울 수 있다. 보다 완전한 탐지성능 기술을 위해 ‘탐지견고성(Robustness Of Detection, ROD)’ 개념을 도입하고자 한다. 동해 연안에서 수괴의 공간적 분포와 최대 탐지거리 및 탐지견고성은 밀접한 관계가 있으며, 최대 탐지거리와 탐지견고성은 서로 반대의 공간적 변동을 보인다. 경험직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF)를 도입하여 수온의 시공간적 분포를 분석한 결과 첫 번째 모드는 전형적인 계절 변화를 보이고, 두 번째 모드는 혼합층 등의 세기 변화를 반영하는 것으로 추정된다. 이 두 모드가 전체 변화의 약 92 %를 설명한다. 수심 5 m와 100 m 표적을 가정하여 수동형 소나의 최대 탐지거리와 두 모드의 계절 변화의 상관관계를 분석하면 첫 두 모드와 높은 음의 상관계수(약 -0.9)를 보인다. 수온의 계절적 변화는 표층 ~ 수심 200 m에서 발생하며, 이에 따라 수심 100 m에 표적이 존재한다고 가정하여 수동소나를 수심 100 m 이상에서 운용할 경우 계절변화가 미미한 탐지성능을 기대할 수 있다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Real data-based active sonar signal synthesis method

    실데이터 기반 능동 소나 신호 합성 방법론

    Yunsu Kim, Juho Kim, Jongwon Seok, and Jungpyo Hong

    김윤수, 김주호, 석종원, 홍정표

    The importance of active sonar systems is emerging due to the quietness of underwater targets and the increase in ambient noise due …

    최근 수중표적의 저소음화와 해상교통량의 증가로 인한 주변 소음의 증가로 능동 소나 시스템의 중요성이 증대되고 있다. 하지만 신호의 다중 경로를 통한 전파, 다양한 …

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    The importance of active sonar systems is emerging due to the quietness of underwater targets and the increase in ambient noise due to the increase in maritime traffic. However, the low signal-to-noise ratio of the echo signal due to multipath propagation of the signal, various clutter, ambient noise and reverberation makes it difficult to identify underwater targets using active sonar. Attempts have been made to apply data-based methods such as machine learning or deep learning to improve the performance of underwater target recognition systems, but it is difficult to collect enough data for training due to the nature of sonar datasets. Methods based on mathematical modeling have been mainly used to compensate for insufficient active sonar data. However, methodologies based on mathematical modeling have limitations in accurately simulating complex underwater phenomena. Therefore, in this paper, we propose a sonar signal synthesis method based on a deep neural network. In order to apply the neural network model to the field of sonar signal synthesis, the proposed method appropriately corrects the attention-based encoder and decoder to the sonar signal, which is the main module of the Tacotron model mainly used in the field of speech synthesis. It is possible to synthesize a signal more similar to the actual signal by training the proposed model using the dataset collected by arranging a simulated target in an actual marine environment. In order to verify the performance of the proposed method, Perceptual evaluation of audio quality test was conducted and within score difference –2.3 was shown compared to actual signal in a total of four different environments. These results prove that the active sonar signal generated by the proposed method approximates the actual signal.


    최근 수중표적의 저소음화와 해상교통량의 증가로 인한 주변 소음의 증가로 능동 소나 시스템의 중요성이 증대되고 있다. 하지만 신호의 다중 경로를 통한 전파, 다양한 클러터와 주변 소음 및 잔향 등으로 인한 반향신호의 낮은 신호대잡음비는 능동 소나를 통한 수중 표적 식별을 어렵게 만든다. 최근 수중 표적 식별 시스템의 성능을 향상 시키기 위해 머신러닝 혹은 딥러닝과 같은 데이터 기반의 방법을 적용시키려는 시도가 있지만, 소나 데이터셋의 특성 상 훈련에 충분한 데이터를 모으는 것이 어렵다. 부족한 능동 소나 데이터를 보완하기 위해 수학적 모델링에 기반한 방법이 주로 활용되어오고 있다. 그러나 수학적 모델링에 기반한 방법론은 복잡한 수중 현상을 정확하게 모의하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 심층 신경망 기반의 소나 신호 합성 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 인공지능 모델을 소나 신호 합성 분야에 적용하기 위해, 음성 합성 분야에서 주로 사용되는 타코트론 모델의 주요 모듈인 주의도 기반의 인코더 및 디코더를 소나 신호에 적절하게 수정하였다. 실제 해상 환경에 모의 표적기를 배치해 수집한 데이터셋을 사용하여 제안하는 모델을 훈련시킴으로써 보다 실제 신호와 유사한 신호를 합성해낼 수 있게 된다. 제안된 방법의 성능을 검증하기 위해, 합성된 음파 신호의 스펙트럼을 직접 분석을 진행하여 비교하였으며, 이를 바탕으로 오디오 품질 인지적 평가(Perceptual Quality of Audio Quality, PEAQ)인지적 성능 검사를 실시하여 총 4개의 서로 다른 환경에서 생성된 반사 신호들에 대해 원본과 비교해 그 차이가 최소 –2.3이내의 높은 성적을 보여주었다. 이는 본 논문에서 제안한 방법으로 생성한 능동 소나 신호가 보다 실제 신호에 근사한다는 것을 입증한다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Lofargram analysis and identification of ship noise based on Hough transform and convolutional neural network model

    허프 변환과 convolutional neural network 모델 기반 선박 소음의 로파그램 분석 및 식별

    Junbeom Cho and Yonghoon Ha

    조준범, 하용훈

    This paper proposes a method to improve the performance of ship identification through lofargram analysis of ship noise by applying the Hough …

    본 논문은 Convolutional Neural Network(CNN) 모델을 이용하여 선박 소음의 로파그램 분석을 통한 선박 식별 시 허프 변환을 적용함으로써 성능을 향상시키는 방안을 제안한다. …

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    This paper proposes a method to improve the performance of ship identification through lofargram analysis of ship noise by applying the Hough Transform to a Convolutional Neural Network (CNN) model. When processing the signals received by a passive sonar, the time-frequency domain representation known as lofargram is generated. The machinery noise radiated by ships appears as tonal signals on the lofargram, and the class of the ship can be specified by analyzing it. However, analyzing lofargram is a specialized and time-consuming task performed by well-trained analysts. Additionally, the analysis for target identification is very challenging because the lofargram also displays various background noises due to the characteristics of the underwater environment. To address this issue, the Hough Transform is applied to the lofargram to add lines, thereby emphasizing the tonal signals. As a result of identification using CNN models on both the original lofargrams and the lofargrams with Hough transform, it is shown that the application of the Hough transform improves lofargram identification performance, as indicated by increased accuracy and macro F1 scores for three different CNN models.


    본 논문은 Convolutional Neural Network(CNN) 모델을 이용하여 선박 소음의 로파그램 분석을 통한 선박 식별 시 허프 변환을 적용함으로써 성능을 향상시키는 방안을 제안한다. 수동소나에 수신된 신호를 처리하면 시간-주파수 영역인 로파그램이 생성된다. 로파그램에는 선박이 방사하는 기계류 소음이 토널 신호로 나타나고 이를 분석하면 선박의 클래스를 특정할 수 있다. 그러나 로파그램의 분석은 숙달된 인원에 의해 진행되는 전문적이고 오랜 시간이 소요되는 작업이다. 또한, 로파그램에는 수중환경 특성 상 다양한 배경소음이 같이 전시되기 때문에 표적 식별을 위한 분석이 매우 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 로파그램에 허프 변환을 적용하여 선을 추가함으로써 토널 신호를 강조하였다. 원본 로파그램과 허프 변환을 적용한 로파그램에 대해 CNN 모델을 이용해 식별을 시도한 결과, CNN 모델의 정확도와 매크로 F1 점수를 통해 허프 변환을 적용한 것이 로파그램 식별 성능을 향상시켰음을 보여주었다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Characteristics of source localization with horizontal line array using frequency-difference autoproduct in the East Sea environment

    동해 환경에서 차주파수 곱 및 수평선배열을 이용한 음원 위치추정 특성

    Joung-Soo Park, Jungyong Park, Su-Uk Son, Ho Seuk Bae, and Keun-Wha Lee

    박정수, 박중용, 손수욱, 배호석, 이근화

    The Matched Field Processing (MFP) is an estimation method for a source range and depth based on the prediction of sound propagation. …

    정합장처리(Matched Field Processing, MFP)는 음파전달 예측을 기반으로 음원의 거리와 심도를 추정하는 기법이다. 그러나 주파수가 높아지면 음파전달 예측의 부정확성이 증가하여 음원위치 추정이 어렵다. …

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    The Matched Field Processing (MFP) is an estimation method for a source range and depth based on the prediction of sound propagation. However, as the frequency increases, the prediction inaccuracy of sound propagation increases, making it difficult to estimate the source position. Recently proposed, the Frequency-Difference Matched Field Processing (FD-MFP) is known to be robust even if there is a mismatch by applying a frequency-difference autoproduct extracted from the auto-correlation of a high frequency signal. In this paper, in order to evaluate the performance of the FD-MFP using a horizontal line array, simulations were conducted in the environment of the East Sea of Korea. In the area of Bottom Bounce (BB) and Convergence Zone (CZ) where detection of a sound source is possible at a long range, and the results of localization were analyzed. According to the the FD-MFP simulations of horizontal line array, the accuracy of localization is similar or degraded compared to the conventional MFP due to diffracted field and mismatch of sound speed. There was no clear result from the simulations conforming that the FD-MFP was more robust to mismatch than the conventional MFP.


    정합장처리(Matched Field Processing, MFP)는 음파전달 예측을 기반으로 음원의 거리와 심도를 추정하는 기법이다. 그러나 주파수가 높아지면 음파전달 예측의 부정확성이 증가하여 음원위치 추정이 어렵다. 최근에 제안된 차주파수 정합장처리(Frequency-difference Matched Field Processing, FD-MFP)는 고주파 신호의 자기상관으로 부터 추출한 차주파수 곱을 적용함으로써 음속의 오정합 등이 있어도 강인하다고 알려졌다. 본 논문에서는 수평선배열센서에서 차주파수 정합장처리의 성능을 알아보기 위하여, 동해의 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. 장거리 탐지가 가능한 해저면반사(Bottom Bounce, BB)와 수렴구역(Convergence Zone, CZ)이 발생하는 영역에서 위치추정 결과를 분석하였다. 수평선배열센서의 차주파수 정합장처리의 위치추정 정확도는 회절음장과 음속의 오정합에 의해 기존의 정합장처리에 비해 유사하거나 낮아졌다. 시뮬레이션으로부터 차주파수 정합장처리가 기존의 정합장처리보다 오정합에 강인하다는 명확한 결과는 볼 수 없었다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    A study on the design of a trumpet horn for automobiles based on acoustic reactance at the horn throat

    혼 입구에서의 음향 리액턴스에 근거한 자동차용 트럼펫 혼의 설계 연구

    Junsu Lee, Woongji Kim, Daehyun Kim, Dongwook Yoo, and Wonkyu Moon

    이준수, 김웅지, 김대현, 유동욱, 문원규

    A car horn serves a crucial safety role as a means of communication between drivers and a part that alerts pedestrians in …

    자동차용 경음기는 운전자 간의 의사소통 수단이자 보행자에게 사전에 경각심을 불러일으키는 부품으로서 안전상 중요한 역할을 한다. 유한 요소 방법과 전기 회로 모델을 활용한 …

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    A car horn serves a crucial safety role as a means of communication between drivers and a part that alerts pedestrians in advance. While previous studies have utilized finite element method and electric circuit model to simulate and analyze characteristics of the car horns, there remains a lack of research on design methods of a trumpet horn. This paper presents a design approach that predicts the operating frequency based on the acoustic reactance at the throat of the horn, once the vibrating part is determined. We deal with a horn combining both an exponential horn and a waveguide in the acoustic section, and confirm that the acoustic reactance at the horn throat measured by impedance tube experiment agrees well compared with the numerical result obtained using the finite element method. The resonance frequency of the car horn is predicted using the COMSOL Multiphysics finite element numerical analysis model, and the proposed design method is validated by measuring the operating frequency of the designed horn in a sound pressure experiment. As a result, the resonance measured in a semi-anechoic chamber environment by applying a DC voltage of 12 [V] excluding the holder occurs accurately within a few [Hz] of the design operating frequency. This paper discuss the design method of a trumpet horn from the perspective of the horn’s acoustic reactance, and is expected to be useful for designing horn systems.


    자동차용 경음기는 운전자 간의 의사소통 수단이자 보행자에게 사전에 경각심을 불러일으키는 부품으로서 안전상 중요한 역할을 한다. 유한 요소 방법과 전기 회로 모델을 활용한 자동차용 경음기의 모델링 연구와 혼의 음향학적 특성을 분석한 연구들이 수행되었으나, 트럼펫 혼의 작동 주파수 설계 방법에 대한 연구는 미비하다. 본 논문에서는 트럼펫 혼의 진동부가 결정되었을 때, 쉘의 음향 리액턴스에 따른 작동 주파수를 예측하는 설계 방법을 제시하고자 한다. 음향부에서는 지수 혼과 도파관이 결합된 혼에 대해 다루었고, 임피던스 튜브 실험을 통해 도파관의 입구 음향 리액턴스는 해석 결과와 유사함을 확인했다. COMSOL Multiphysics 유한 요소 수치 해석 모델을 이용하여 자동차용 경음기의 공진 주파수를 예측했고, 음압 실험을 통해 설계된 혼의 작동 주파수를 측정하여 설계 방법을 검증했다. 음압 실험은 홀더를 제외하고 DC 전압을 12 [V] 인가하여 반무향실 환경에서 측정한 결과, 설계 작동 주파수와 비교하여 수 [Hz] 내에서 정확하게 공진이 발생했다. 본 논문에서는 혼의 음향 리액턴스 관점에서 자동차용 트럼펫 혼의 설계 방법을 살펴보았고, 혼을 포함한 시스템을 설계할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Study on the reduction of stick-slip noise in acrylonitrile butadiene styrene-based plastics using non-polar additives to reduce friction

    마찰 저감을 위한 비극성 첨가제에 따른 acrylonitrile butadiene styrene계 플라스틱의 stick-slip 이음 저감 연구

    Sangjun Yeo, Yewon Jeong, Sunguk Choi, Hyojun Kim, Geonwook Park, and Minyoung Shon

    여상준, 정예원, 최성욱, 김효준, 박건욱, 손민영

    Recently, the electric vehicle market is gradually growing due to strengthened environmental regulations and high oil prices. also, in internal combustion engine …

    최근 환경규제가 강화되고 고유가 문제로 인하여 전기차 시장이 점차 커지고 있으며 또한 내연기관 자동차에서도 엔진의 Noise, Vibration, Harshness(NVH) 관련 소음이 저감되고 외부에서 …

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    Recently, the electric vehicle market is gradually growing due to strengthened environmental regulations and high oil prices. also, in internal combustion engine vehicles, the sensitivity of Buzz, Squeak, Rattle (BSR) noise is increasing as engine Noise, Vibration, and Harshness (NVH)-related noise is reduced and technology for shielding noise coming from outside is developed. In this study, the stick-slip noise that occurs in Panoramic Curved Display (PCD) of automobile was analyzed for the correlation between the surface energy of polymer plastic and the polar component. For polar polymer materials, Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) and PolyCarbonate-Acrylonitrile Butadiene Styrene (PC-ABS), compound materials were fabricated and evaluated. As a result, when the polar component of the polymer plastic was 3.86 mN/m or higher, stick-slip motion occurred, and as the absolute transition slope increased in the friction behavior over time, the possibility of stick-slip noise increased and the value of the friction coefficient The greater the difference, the greater the strength of the stick-slip noise.


    최근 환경규제가 강화되고 고유가 문제로 인하여 전기차 시장이 점차 커지고 있으며 또한 내연기관 자동차에서도 엔진의 Noise, Vibration, Harshness(NVH) 관련 소음이 저감되고 외부에서 유입되는 소음의 차폐 기술이 발전됨에 따라 Buzz, Squeak, Rattle(BSR) 이음의 민감도가 증가하는 추세이다. 본 연구에서는 자동차의 Panoramic Curved Display(PCD)에서 발생하는 Stick-slip 이음과 고분자 플라스틱의 표면에너지 및 극성 성분과의 상관관계에 대하여 분석하였다. 극성 고분자 소재인 Acrylonitrile Butadiene Styrene(ABS)와 PolyCarbonate-Acrylonitrile Butadiene Styrene(PC-ABS)를 대상으로 컴파운드 소재를 제작하여 평가하였다. 결과적으로 고분자 플라스틱의 극성성분이 3.86 mN/m 이상일 때 Stick-slip 거동이 발생하였으며, 시간에 따른 마찰 거동에서 absolute transition slope가 증가할수록 Stick-slip의 이음 가능성이 증가하고 마찰계수의 값 차이가 클수록 Stick-slip 이음의 세기가 증가하였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Investigation of the level difference of floor impact noises through the shape variation of EVA resilient materials with composite floor structure

    EVA 완충재의 형상변환을 통한 복합구조의 바닥충격음 변이 조사

    Jakin Lee, Seung-Min Lee, and Chan-Hoon Haan

    이야긴, 이승민, 한찬훈

    The present study aims to investigate the level difference of floor impact noises of composite floor structure using EVA resilient materials. In …

    본 연구는 일반적인 평평한 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylen Vinyl Acetate, EVA) 완충재의 형상을 변화시켜 다양한 차음소재와 조합하여 복합구조의 바닥충격음 변화를 조사하는 데에 목적이 …

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    The present study aims to investigate the level difference of floor impact noises of composite floor structure using EVA resilient materials. In order to this, four different types of resilient materials were designed combining PET, PP sheet and EVA mount including Flat type, Deck type, Cavity type and Mount type. Totally 9 different samples were made for acoustic measurements which were carried out twice with bang-machine and impact ball as the heavy-weight floor impact noise sources. All the floor impact noise measurements were undertaken at the authentication institution. As a result, concerning Flat and Cavity types, it was found that 2 dB ~ 5 dB of heavy-weight floor impact noise was reduced supplementally when PET was added, while floor impact noise larger than 50 dB was acquired when single resilient material was used. Especially, most high performance was obtained for Mount type with 1st grade of light-weight floor impact noise and 2nd grade of heavy-weight floor impact noise. This is because of material property with low dense PET sound absorption materials which fill all around EVA mounts. Also, it was considered that this results are due to the sound impact absorption by the both EVA mounts and the air cavity between EVA mount and PP sheet. Also, it was found that at least 36 EVA mounts per 1m2 area of resilient panel make more noise reduction of heavy-weight floor impact noises.


    본 연구는 일반적인 평평한 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylen Vinyl Acetate, EVA) 완충재의 형상을 변화시켜 다양한 차음소재와 조합하여 복합구조의 바닥충격음 변화를 조사하는 데에 목적이 있다. 바닥충격음 저감에 효과적인 완충재를 선정하기 위해 Flat, Deck, Cavity type의 EVA, EPS, PET 흡음재, PP판넬, 고무발판 등 다양한 완충재를 조합하여 뱅머신을 이용한 1차 실험을 진행하였다. 1차 실험 데이터에 대해 통계분석한 결과 완충재 두께가 40 mm에 가까울수록 바닥충격음 저감효과가 증가하였으며 PET 흡음재, PP시트, 고무발판 등을 조합한 복합완충재에서 바닥충격음 효과가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이에따라 2차 실험에서 모든 복합완충재의 두께는 40 mm로 통일하였으며, 1차 실험에 사용된 Flat, Deck, Cavity type 및 EVA를 발판형태로 가공한 Mount type 등 4가지 형태의 복합완충재를 설계하였다. 또한, Mount type을 제외한 3가지 기본 형태에서 각각 PET 흡음재(7 mm)를 추가했을 시 바닥충격음 변화를 살펴보았으며, Mount type의 경우 EVA발판 개수에 따른 바닥충격음 변화에 대해 고무공 충격원을 이용한 2차 실험을 진행하였다. 모든 실험은 공인인증시험기관의 목업실험실에서 진행하였다. 실험 결과, 기본형태의 Flat, Deck, Cavity type에서 PET를 추가할 경우 통계적으로 경량 5 dB ~ 9 dB, 중량 1 dB ~ 5 dB의 저감효과가 나타난 것을 알 수 있었다. 특히, Mount type의 경우 발판 수가 36개 이상일 때 경량 및 중량충격음에서 우수한 것으로 나타났다. 또한, 4가지 기본형태에 따라 동탄성계수가 높아질수록 바닥충격음의 저감이 증가하는 것으로 나타났다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Application of deep learning for accurate source localization using sound intensity vector

    음향인텐시티 벡터를 통해 정확한 음원 위치 추정을 위한 딥러닝 적용

    Iljoo Jeong, In-Jee Jung, and Seungchul Lee

    정일주, 정인지, 이승철

    Recently, the necessity for sound source localization has grown significantly across various industrial sectors. Among the sound source localization methods, sound intensimetry …

    최근 여러 산업 분야에서 음원 위치 추정의 필요성이 커지고 있다. 기존 음원 위치 추정 방법들 중에서, 음향 인텐시티 계측법은 작은 마이크로폰 어레이에서도 …

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    Recently, the necessity for sound source localization has grown significantly across various industrial sectors. Among the sound source localization methods, sound intensimetry has the advantage of having high accuracy even with a small microphone array. However, the increase in localization error at high Helmholtz numbers have been pointed out as a limitation of this method. The study proposes a method to compensate for the bias error of the measured sound intensity vector according to the Helmholtz numbers by applying deep learning. The method makes it possible to estimate the accurate direction of arrival of the source by applying a dense layer-based deep learning model that derives compensated sound intensity vectors when inputting the sound intensity vectors measured by a tetrahedral microphone array for the Helmholtz numbers. The model is verified based on simulation data for all sound source directions with 0.1 < kd < 3.0. One can find that the deep learning-based approach expands the measurement frequency range when implementing the sound intensimetry-based sound source localization method, also one can make it applicable to various microphone array sizes.


    최근 여러 산업 분야에서 음원 위치 추정의 필요성이 커지고 있다. 기존 음원 위치 추정 방법들 중에서, 음향 인텐시티 계측법은 작은 마이크로폰 어레이에서도 높은 정확도를 가지는 장점이 있다. 그러나, 높은 헬름홀츠 수에서의 위치 추정 오차 증가는 이 방법의 한계로 지적되어 왔다. 본 연구에서는 이러한 헬름홀츠 수에 따른 인텐시티 편향 오차를 딥러닝을 통해 보상하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 정사면체 마이크로폰 어레이에서 헬름홀츠 수에 대해 측정된 음향인텐시티 벡터를 입력했을 때, 보상된 음향 인텐시티 벡터를 도출하는 밀집 층 기반의 딥러닝 모델을 적용하여 정확한 음원 위치의 추정을 가능케 한다. 본 연구의 제안 모델은, 0.1 < kd < 3.0의 모든 음원 방향에 대한 시뮬레이션 데이터를 기반으로 검증하였다. 이를 통해, 딥러닝 기반 접근 방식은 음향 인텐시티 벡터 기반의 음원 추정법을 적용하는데 있어서 측정 주파수 범위를 확장하고 다양한 크기를 갖는 마이크로폰 어레이에 적용할 수 있음을 확인하였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    A study on DEMONgram frequency line extraction method using deep learning

    딥러닝을 이용한 DEMON 그램 주파수선 추출 기법 연구

    Wonsik Shin, Hyuckjong Kwon, Hoseok Sul, Won Shin, Hyunsuk Ko, Taek-Lyul Song, Da-Sol Kim, Kang-Hoon Choi, and Jee Woong Choi

    신원식, 권혁종, 설호석, 신원, 고현석, 송택렬, 김다솔, 최강훈, 최지웅

    Ship-radiated noise received by passive sonar that can measure underwater noise can be identified and classified ship using Detection of Envelope Modulation …

    수중 소음 측정이 가능한 수동 소나에 수신된 선박 방사소음은 Detection of Envelope Modulation on Noise(DEMON) 분석으로 얻은 선박 정보를 사용하여 선박 식별과 …

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    Ship-radiated noise received by passive sonar that can measure underwater noise can be identified and classified ship using Detection of Envelope Modulation on Noise (DEMON) analysis. However, in a low Signal-to-Noise Ratio (SNR) environment, it is difficult to analyze and identify the target frequency line containing ship information in the DEMONgram. In this paper, we conducted a study to extract target frequency lines using semantic segmentation among deep learning techniques for more accurate target identification in a low SNR environment. The semantic segmentation models U-Net, UNet++, and DeepLabv3+ were trained and evaluated using simulated DEMONgram data generated by changing SNR and fundamental frequency, and the DEMONgram prediction performance of DeepShip, a dataset of ship-radiated noise recordings on the strait of Georgia in Canada, was compared using the trained models. As a result of evaluating the trained model with the simulated DEMONgram, it was confirmed that U-Net had the highest performance and that it was possible to extract the target frequency line of the DEMONgram made by DeepShip to some extent.


    수중 소음 측정이 가능한 수동 소나에 수신된 선박 방사소음은 Detection of Envelope Modulation on Noise(DEMON) 분석으로 얻은 선박 정보를 사용하여 선박 식별과 분류가 가능하다. 하지만 낮은 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR) 환경에서는 DEMON 그램 내 선박 정보가 담겨있는 표적 주파수선을 분석 및 파악하는데 어려움이 발생한다. 본 논문에서는 낮은 SNR 환경에서 보다 정확한 표적 식별을 위해 딥러닝 기법 중 의미론적 분할을 사용하여 표적 주파수선들을 추출하는 연구를 수행하였다. SNR과 기본 주파수를 변경시키며 생성한 모의 DEMON 그램 데이터를 사용하여 의미론적 분할 모델인 U-Net, UNet++, DeepLabv3+를 학습 후 평가하였고, 학습된 모델들을 이용하여 캐나다 조지아 해협에서 측정한 선박 방사소음 데이터셋인 DeepShip으로 제작한 DEMON 그램 예측 성능을 비교하였다. 모의 DEMON 그램으로 학습된 모델을 평가한 결과 U-Net이 성능이 가장 높았으며, DeepShip으로 만든 DEMON 그램의 표적 주파수선을 어느 정도 추출할 수 있는 것을 확인하였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Covariance-based source localization performance improvement for underwater ultra-short baseline systems

    공분산 기반 수중 ultra-short baseline 시스템의 위치 추정 성능 개선 기법

    Sangman Han, Minhyuk Cha, Haklim Ko, and Hojun Lee

    한상만, 차민혁, 고학림, 이호준

    Since Ultra-Short BaseLine (USBL) uses an array with narrow sensor spacing, precise synchronization is required to improve source localization performances. However, in …

    Ultra-Short BaseLine(USBL) 은 센서 간격이 좁은 배열을 사용하기 때문에 위치 추정 성능 향상을 위해서는 정밀한 동기화가 필요하다. 그러나 수중 환경은 비교적 강한 …

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    Since Ultra-Short BaseLine (USBL) uses an array with narrow sensor spacing, precise synchronization is required to improve source localization performances. However, in the underwater environment, synchronization errors occur due to relatively strong noise and underwater acoustic channels such as multipath and Doppler, which deteriorates the source localization performances. This paper proposes a covariance-based synchronization compensation method to improve the source localization performances of the underwater USBL systems. The proposed method arranges the received signals through cross-correlation and calculates the covariance of the arranged signals. The synchronization error is related to the phase difference in the covariance. Thus, the phase difference is estimated as the covariance and compensated. Computer simulations demonstrate that the proposed method has better source localization performances than the conventional cross-correlation method.


    Ultra-Short BaseLine(USBL) 은 센서 간격이 좁은 배열을 사용하기 때문에 위치 추정 성능 향상을 위해서는 정밀한 동기화가 필요하다. 그러나 수중 환경은 비교적 강한 잡음과 다중 경로 및 도플러 등의 수중 음향 채널로 인해 동기화 오류가 발생하여 위치 추정 성능이 저하된다. 본 논문에서는 수중 USBL 시스템의 위치 추정 성능을 향상시키기 위한 공분산 기반 동기 보상 기법을 제안한다. 제안 방법은 상호상관을 통해 신호를 정렬한 후, 정렬된 신호의 공분산을 계산한다. 공분산에서 동기 오차는 위상차와 선형적으로 관련되어 있으므로 위상차를 공분산으로부터 추정하여 동기 오차를 보상한다. 전산 모의실험을 통해 제안 방법이 기존 상호상관 방법보다 우수한 위치 추정 성능을 가지는 것을 보였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Numerical and experimental analysis of aerodynamics and aeroacoustics of high-speed train using compressible Large Eddy Simulation

    압축성 대와류모사를 이용한 고속열차의 공력 및 공력소음의 수치적/실험적 분석

    Kwongi Lee, Cheolung Cheong, Jaehwan Kim, and Minseung Jung

    이권기, 정철웅, 김재환, 정민승

    Due to technological advances, the cruising speed of high-speed trains is increasing, and aerodynamic noise generated from the flow outside the train …

    기술 발전에 힘입어 고속열차의 운항속도는 증가하고 있으며, 고속열차 외부 유동장으로부터 발생하는 공력소음은 설계 단계에서 매우 중요한 고려 대상이 되어왔다. 이러한 고속열차의 유동기인소음을 …

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    Due to technological advances, the cruising speed of high-speed trains is increasing, and aerodynamic noise generated from the flow outside the train has been an important consideration in the design stage. To accurately predict the flow-induced noise, high-resolution generation of sound sources in the near field and low-dissipation of sound propagation in the far field are required. This should be accompanied by a numerical grid and time resolution that can properly consider both temporal and spatial scales for each component of the real high-speed train. To overcome these challenges, this research simultaneously calculates the external flow and acoustic fields of five high-speed train cars of real-scale and at operational running speeds using a three-dimensional unsteady Large Eddy Simulation technique. To verify the numerical analysis, the measurements of the wall pressure fluctuation and numerical results are compared. The Ffowcs Williams and Hawking equation is used to predict the acoustic power radiated from the high-speed train. This research is expected to contribute to noise reduction based on the analysis of the aerodynamic noise generation mechanism of high-speed trains.


    기술 발전에 힘입어 고속열차의 운항속도는 증가하고 있으며, 고속열차 외부 유동장으로부터 발생하는 공력소음은 설계 단계에서 매우 중요한 고려 대상이 되어왔다. 이러한 고속열차의 유동기인소음을 정확하게 예측하기 위해서는 근거리 음향장에서 고해상도의 음원 발생과 원거리 음향장에서 수치적 소산이 적은 소음 전파가 요구된다. 이는 실제 고속열차의 구성요소 별로 시공간 스케일을 모두 적절하게 고려할 수 있는 수치격자 및 시간해상도가 동반되어야 한다. 이러한 도전점을 극복하기 위해, 본 연구는 실제 크기 및 실제 운행속도의 고속열차 5차량의 외부 유동장 및 음향장을 3차원 압축성 대와류모사(Large Eddy Simulation, LES) 기법을 이용하여 동시 계산하였다. 수치해석의 검증을 위해 벽면압력섭동 측정 결과와 수치해석 결과를 비교하였다. Ffowcs Williams and Hawkings 방정식을 이용하여 고속열차로부터 방사되는 음향파워를 예측하고 주행속도간 결과를 비교분석하였다. 본 연구는 고속열차의 공력소음 발생 메커니즘 분석을 바탕으로 한 소음 저감에 기여할 것으로 사료된다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Numerical and experimental investigations on the aerodynamic and aeroacoustic performance of the blade winglet tip shape of the axial-flow fan

    축류팬 날개 끝 윙렛 형상의 적용 유무에 따른 공기역학적 성능 및 유동 소음에 관한 수치적/실험적 연구

    Seo-Yoon Ryu, Cheolung Cheong, Jong Wook Kim, and Byeong Il Park

    유서윤, 정철웅, 김종욱, 박병일

    Axial-flow fans are used to transport fluids in relatively low-pressure flow regimes, and a variety of design variables are employed. The tip …

    축류팬은 상대적으로 저압의 유동 영역에서 유동을 수송하기 위해 사용되며, 다양한 설계 변수에 대해 설계된다. 축류팬의 날개 끝 형상은 유동 및 소음 성능에 …

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    Axial-flow fans are used to transport fluids in relatively low-pressure flow regimes, and a variety of design variables are employed. The tip geometry of an axial fan plays a dominant role in its flow and noise performance, and two of the most prominent flow phenomena are the tip vortex and the tip leakage vortex that occur at the tip of the blade. Various studies have been conducted to control these three-dimensional flow structures, and winglet geometries have been developed in the aircraft field to suppress wingtip vortices and increase efficiency. In this study, a numerical and experimental study was conducted to analyze the effect of winglet geometry applied to an axial fan blade for an air conditioner outdoor unit. The unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation and the Ffocws-Williams and Hawkings (FW-H) equation were numerically solved based on computational fluid dynamics techniques to analyze the three-dimensional flow structure and flow noise numerically, and the validity of the numerical method was verified by comparison with experimental results. The differences in the formation of tip vortex and tip leakage vortex depending on the winglet geometry were compared through a three-dimensional flow field, and the resulting aerodynamic performance was quantitatively compared. In addition, the effect of winglet geometry on flow noise was evaluated by numerically simulating noise based on the predicted flow field. A prototype of the target fan model was built, and flow and noise experiments were conducted to evaluate the actual performance quantitatively.


    축류팬은 상대적으로 저압의 유동 영역에서 유동을 수송하기 위해 사용되며, 다양한 설계 변수에 대해 설계된다. 축류팬의 날개 끝 형상은 유동 및 소음 성능에 지배적인 역할을 수행하며 이에 대한 대표적인 유동 현상으로 날개 끝에서 발생하는 날개 끝 와류와 누설 와류가 있다. 이러한 3차원 유동 구조를 제어하기 위해 다양한 연구가 수행되어 왔으며, 항공기 분야에서 날개 끝 와류를 억제하고 효율을 증가시키기 위해 윙렛 형상이 개발되었다. 본 연구에서는 에어컨 실외기용 축류팬 날개에 적용된 윙렛 형상의 영향을 분석하기 위한 수치적, 실험적 연구를 수행하였다. 3차원 유동 구조 및 유동 소음을 수치적으로 분석하기 위해 unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Ffocws-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식을 전산유체역학 기법에 기초하여 수치 해석하였으며, 실험 결과와의 비교를 통해 수치 기법의 유효성을 검증하였다. 윙렛 형상에 따른 날개 끝 와류와 누설 와류의 형성의 차이를 3차원 유동장을 통해 비교하고, 그에 따른 공기역학적 성능을 정량적으로 비교하였다. 또한, 예측 유동장을 바탕으로 소음을 수치적으로 모사하여 윙렛 형상이 유동 소음 측면에 미치는 영향을 분석하였다. 대상 팬 모델의 시제품을 제작하여 유동 및 소음 실험을 실시하여 실제 성능을 정량적으로 평가하였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Development of numerical method to predict broadband radiation noise resulting in fluid-induced vibration and acoustic-induced vibration of pipe

    배관의 유동 유발 진동 및 음향 유발 진동 기인 광대역 방사 소음 예측을 위한 수치 해석 기법 개발

    Sangheon Lee, Cheolung Cheong, and Songjune Lee

    이상헌, 정철웅, 이송준

    The pipping system is widely used in many industries as equipment for transporting fluids over long distances. In high-pressure pipe, as the …

    배관시스템은 유체를 장거리로 이송시키는 장비로서 많은 산업군에서 사용되고 있다. 고압의 배관에서는 빠른 유속으로 인하여 소음이 크게 발생하고 있으며, 이러한 소음을 저감 시키기 …

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    The pipping system is widely used in many industries as equipment for transporting fluids over long distances. In high-pressure pipe, as the speed of the fluid increases, a loud noise is generated. Therefore, various studies have been conducted to reduce pipe noise. In this paper, a pipe noise analysis was developed to predict and quantitatively assess the flow-induced vibration and acoustic-induced vibration due to valve flow in high-temperature and high-pressure. To do this, a high-fidelity fluid analysis technique was developed for predicting internal flow in the pipe with valve. In additional, the contribution of compressible/incompressible pressure by frequency band was evaluated using the wavenumber-frequency analysis. To predict a low/middle frequency pipe noise, the vibroacoustic analysis method was developed based on Finite Element Method (FEM). And the pipe noise prediction method for the middle/high frequency was developed based on Statistical Energy Analysis (SEA).


    배관시스템은 유체를 장거리로 이송시키는 장비로서 많은 산업군에서 사용되고 있다. 고압의 배관에서는 빠른 유속으로 인하여 소음이 크게 발생하고 있으며, 이러한 소음을 저감 시키기 위한 많은 연구가 수행되고 있다. 이 논문에서는 고온․고압의 배관내 밸브 유동을 원인으로 발생하는 유동유발진동과 음향유발진동을 설계단계에서 예측하고 정량적으로 분석을 위한 배관 소음 해석 기법을 개발하였다. 이를 위하여 배관의 내부 유동 예측을 위한 고정밀 유동 해석기법을 개발하였으며, 파수-주파수 분석법을 이용하여 주파수 대역별 압축성/비압축성 압력의 기여도를 평가하였다. 그리고 유한요소 해석법(Finite Element Method, FEM)을 기반으로 한 저․중 주파수 대역의 진동소음 해석기법을 개발하였으며, 통계적 에너지 분석법(Statistical Energy Analysis, SEA)을 기반으로 한 중․고 주파수 대역에서의 방사소음해석 기법을 개발하였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Analysis of relative contribution of machinery-induced vibration/flow-induced vibration to noise radiation from compressor discharging piping system in air-conditioner outdoor unit

    에어컨 실외기 압축기 배기 배관계의 기기 기인 진동/유동 기인 진동의 방사소음에 대한 상대적 기여도 분석

    Sangheon Lee, Cheolung Cheong, Jinhyung Park, and Jangwoo Lee

    이상헌, 정철웅, 박진형, 이장우

    Vibration of compressor in the air-conditioner outdoor unit have known to be main noise source radiated from outdoor unit. However, as the …

    에어컨 실외기 내부의 압축기 진동 소음은 실외기에서 발생하는 소음의 주 원인으로 인식되고 있었다. 하지만, 압축기의 작동 속도가 증가함에 따라 압축기에 연결된 배관계에서의 …

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    Vibration of compressor in the air-conditioner outdoor unit have known to be main noise source radiated from outdoor unit. However, as the operating speed of compressor increase, the relative contribution of flow induced vibration and noise is also increase. In this paper, the numerical method was established to predict fluid-borne noise from compressor discharging pipe of air-conditioner outdoor unit. In this step, numerical result was compared to experimental one to verify numerical method. Additionally, the effects of pressure pulsation of compressor and compressor vibration into radiated noise were investigated in frequency domain. It was confirmed that the compressor vibration contributed to the low frequency band, while the pressure pulsation dose to the high frequency band.


    에어컨 실외기 내부의 압축기 진동 소음은 실외기에서 발생하는 소음의 주 원인으로 인식되고 있었다. 하지만, 압축기의 작동 속도가 증가함에 따라 압축기에 연결된 배관계에서의 냉매 유동 기인 진동에 의한 소음의 상대적 기여도가 증가하였다. 본 논문에서는 에어컨 압축기 배기 배관계에서의 유체 기인 소음을 수치적으로 예측할 수 있는 해석 방법을 정립하였다. 이 단계에서, 해석 결과와 실험결과의 비교를 통해 해석의 신뢰성을 확인하였다. 추가적으로, 압축기 배기 배관계 방사 소음에 대하여 압축기 맥동음과 압축기 진동에 의한 소음의 영향을 주파수 대역별로 비교하였다. 압축기 진동에 의한 소음이 저주파수 대역에 기여함을 확인하였으며, 압축기 맥동음이 고주파수에서의 소음에 영향을 줌을 확인하였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Development of aerodynamic noise measurement method for high-speed trains

    고속철도차량의 공력소음 측정 시험법 개발

    Minseung Jung, Jaehwan Kim, Hyung-Suk Jang, Jonghwan Kim, Cheolung Cheong, and Kwongi Lee

    정민승, 김재환, 장형석, 김종환, 정철웅, 이권기

    Aerodynamic noise generated by the surrounding flow of a train traveling at high speed affects both outdoor and indoor noise. This study’s …

    고속으로 주행하는 열차의 주변 유동에 의해 발생하는 공력소음은 실외소음과 실내소음에 모두 영향을 미친다. 본 연구는 열차표면의 압력섭동데이터를 통해 공력소음을 측정하고 실내소음에 영향을 …

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    Aerodynamic noise generated by the surrounding flow of a train traveling at high speed affects both outdoor and indoor noise. This study’s goal is to develop a test method to measure and quantitatively evaluate aerodynamic noise through pressure perturbation data on the train surface. To accurately evaluate aerodynamic noise, it is important to separate and evaluate the compressive and incompressible pressure fluctuations mixed in the acquired surface pressure fluctuation data. This is because the noise transmission characteristics of the two pressure fluctuations are different. First, the installation length and interval of the microphone were determined to acquire surface pressure fluctuation data, and wavenumber-frequency analysis was performed to separate incompressible pressure fluctuation and compressible pressure fluctuation to obtain a sound pressure level spectrum. Finally, as a result of comparing the test results measured in the train head and trail, It was confirmed that the pressure fluctuation on the train head surface was greater than that on the tail.


    고속으로 주행하는 열차의 주변 유동에 의해 발생하는 공력소음은 실외소음과 실내소음에 모두 영향을 미친다. 본 연구는 열차표면의 압력섭동데이터를 통해 공력소음을 측정하고 실내소음에 영향을 미치는 성분을 정량적으로 평가하기 위한 시험법을 개발하고 분석하는 것이다. 실내소음을 정확히 평가하기 위해서는 취득한 표면 압력섭동 데이터에서 혼재되어 있는 압축성 압력섭동과 비압축성 압력섭동을 각각 분리하여 평가하는 것이 중요하다. 이는 두 압력섭동의 소음 전달 특성이 다르기 때문이다. 먼저 마이크로폰의 설치 길이와 간격을 결정하여 표면 압력섭동 데이터를 취득하였고, 파수-주파수 분석을 수행하여 비압축성 압력섭동과 압축성 압력섭동을 분리하여 음압 스펙트럼을 취득하였다. 마지막으로 전두부와 후두부에서 측정한 시험 결과값을 비교한 결과 전두부 표면 압력섭동이 후두부 압력섭동보다 더 큼을 확인하였다.

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    31 January 2024
  • Research Article

    Submarine bistatic target strength analysis based on bistatic-to-monostatic conversion

    양상태-단상태 변환 기반 잠수함 양상태 표적강도 해석

    Kookhyun Kim, Sung-Ju Park, Keunhwa Lee, and Dae-Seung Cho

    김국현, 박성주, 이근화, 조대승

    This paper presents a bistatic to monostatic conversion technique to analyze the bistatic target strength of submarines. The technique involves determining the …

    본 논문에서는 잠수함 양상태 표적강도 해석을 위한 양상태-단상태 변환 기법을 제안하였다. 이 기법은 송신 음원이 수중 표적면에 의해 산란된 후 수신자에 도달하는 …

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    This paper presents a bistatic to monostatic conversion technique to analyze the bistatic target strength of submarines. The technique involves determining the transmission path length of acoustic waves, which are emitted from a source, scattered off an underwater target, and eventually received by a receiver. By generating a corresponding virtual scattering surface, this method effectively transforms the target strength analysis problem from bistatic to monostatic. The converted monostatic target strength problem can be assessed using a well-established monostatic numerical methods. The bistatic target strength analysis for Benchmark Target Strength Simulation (BeTTSi), a widely used target strength model were performed. The results were compared with those calculated by boundary element methods and Kirchhoff approximation, and confirmed the validity and the practical applicability of the proposed analysis technique for evaluating submarine target strength.


    본 논문에서는 잠수함 양상태 표적강도 해석을 위한 양상태-단상태 변환 기법을 제안하였다. 이 기법은 송신 음원이 수중 표적면에 의해 산란된 후 수신자에 도달하는 음파 전달 경로 길이를 산정하고, 이에 상응하는 가상 산란면을 생성함으로써, 수중 표적의 표적강도 문제를 양상태에서 단상태로 변환하는 방법이다. 변환된 단상태 표적강도 문제는 기 정립된 단상태 표적강도 수치 해석 기법을 활용하여 양상태 표적강도를 평가한다. 표적강도 표준 모델로 활용되고 있는 BeTTSi에 대한 양상태 표적강도 해석을 수행하였으며, 그 결과는 경계 요소법과 키르히호프 근사에 의한 해석 결과와 비교하여 제안된 해석 기법의 신뢰성과 잠수함 표적강도 평가 도구로서의 실무 활용성을 확인하였다.

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    31 January 2024