The Journal of the Acoustical Society of KoreaISSN:1225-4428(Print) 2287-3775(Online)한국음향학회

본 논문은 단일 수신기를 이용하여 음원의 속도 또는 거리를 추정하는 기법의 하나인 음장 차분 기법을 적용할 때 사용하는 신호 처리 파라미터를 검토하고, 파라미터 선정 시 고려해야 하는 구속 조건과 성능에 미치는 효과를 분석하였다. SWellEX-96 해상 실험 데이터를 사용하여 본 연구에서 확인한 여러 사례들은 음장 차분 기법 적용 시 파라미터 설정에 따라 속도 추정 결과에 큰 오류가 발생할 수 있음을 보여준다. 본 연구에서는 신호 주파수에 따라 음장 차분 기법 신호 처리 파라미터의 영향이 달라질 수 있음을 확인하고, 정확한 속도 추정을 위한 음장 차분 기법 파라미터 선정 가이드라인을 제시하였다.

본 논문은 공기분사 기술을 이용하여 수중방사소음(Underwater Radiated Noise, URN)을 저감시키기 위한 실험적 연구의 과정과 결과를 다루었다. 공기윤활장치(Air Lubrication System, ALS)는 LNGC를 비롯한 대형 상선의 추진 효율을 높이기 위해 장착·운용 중인 시스템이다. 최근, 국내 조선소 및 연구기관 등에서 ALS를 통한 선박의 URN 저감 가능성을 연구 중이며, 본 논문에서 다루고 있는 실험이 이러한 연구의 일환으로 수행되었다. 실험은 대형공동수조(Large Cavitation Tunnel, LCT)에서 진행되었으며, 실험에 적용된 주요 장치는 크게 두 가지로써, LNGC 등에서 기 운용 중인 형상을 그대로 적용한 ALS와 해군 함정의 URN을 줄이기 위해 개발 진행 중인 Masker-Air System(MAS)에서 아이디어를 얻은 개량형 공기분사 벨트이다. 실험을 위한 환경 조건은 크게 공기분사 유량과 LCT의 유속이며, 유량은 실제 ALS 공기분사 조건에 해당하는 실선 유량을 적용하였고, 유속은 실제 LNGC의 선속을 고려하여 2종의 유속을 적용하였다. 해당 조건별 LCT 실험을 통해 공기분사 유무에 따른 삽입손실(Insertion Loss, IL)을 산출하여 소음 저감 성능을 확인하였다.

해양생물음 기반 소나 기술은 수중에서 은밀한 표적 탐지 및 통신 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 해양생물음 기반 소나 기술을 개발하기 위해서는 대상 해양생물에 대한 음향학적 특성 연구가 선행되어야 하며, 분석된 자료를 토대로 신호 재현 알고리즘에 대한 연구가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 한반도 서남해 해역에서 주로 서식하는 종 중 하나인 민어(Brown croaker)를 대상으로 음향학적 특성 분석 및 신호 재현 알고리즘에 대한 연구를 수행하였다. 육상 수조에서 약 100 min 동안 측정한 민어 소리로부터 신호 길이, 펄스 개수, 펄스 간 간격, 피크 주파수, –3 dB 대역폭을 분석하였다. 이러한 음향학적 특성들을 기반으로 웨이블렛 및 정현파의 합을 통해 다양한 민어소리를 재현하였으며, 스펙트로그램 상에서 정규화된 2차원 상호상관의 최댓값을 통해 실제 측정된 민어소리와의 유사도 분석을 수행하였다.

본 논문은 음향 신호처리에 널리 사용되는 합성곱 순환 신경망(Convolutional Recurrent Neural Network, CRNN) 모델을 기반으로 의사 레이블링 기법을 적용하여 소량 및 불균형 능동소나 데이터를 효과적으로 활용할 수 있는 능동소나 표적 식별을 위한 약지도 딥러닝 알고리즘을 제안한다. 두 가지의 서로 다른 신호대잡음비와 클러터 환경을 가정하여 생성한 능동소나 시뮬레이션 데이터를 학습 및 테스트 과정에 사용하였으며, 시뮬레이션 데이터에 단시간 푸리에 변환(Short Time Fourier Transform, STFT)을 적용하여 얻은 스펙트로그램을 알고리즘 학습을 위한 특징 인자로 사용하였다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 학습 데이터와 무관한 테스트 데이터를 사용하여 표적과 비표적 F1 점수를 지표로 성능을 평가하였으며, 그 결과 합성곱 순환 신경망 모델이 일반적인 음향 신호 처리뿐만 아니라 능동소나 표적 식별에서도 유의미한 성능을 보이는 것을 확인하였다. 또한 의사 레이블링 기법이 합성곱 순환 신경망 모델을 이용한 능동소나 표적 식별 알고리즘의 성능 개선에 도움을 주는 것을 확인할 수 있었다.

최근 전통적인 냉각 방식의 냉장고, 에어컨 등에 사용하는 프레온 가스 등이 대기 오염 및 지구온난화에 영향을 주고 있다. 이에 새로운 방식의 냉각 장치의 개발이 필요하며, 근래에 음향에너지를 이용한 파동 냉각 장치의 개발이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 파동 냉각 장치의 개발을 위해 저주파 대역(385 Hz ~ 1,150 Hz)의 음향 냉각 실험 장치를 제작하고 실험을 수행하였다. 이 결과를 이용하여, 음향 냉각 장치의 스피커를 대체 할 수 있으며, 고주파 영역에서 작동 할 수 있는 웨이브가이드를 유한요소해석을 이용하여 설계하고 제작하였다. 그 결과 임피던스 값이 최대인 주파수의 해석 값은 35.5 kHz였으며 측정값인 37.5 kHz와 5.3 %의 오차로 잘 일치함을 알 수 있었다.

본 논문에서는 국내 학교 교실에서 실시한 현장측정을 바탕으로 음향상태 결과를 제시하였다. 측정결과에는 실시간 27곳 수업현장의 음성 및 소음 레벨과 4개 학교 16곳 공실의 실내음향상태 및 차음성능결과를 포함하고 있다. 수업 중 음성 및 소음 레벨에 영향을 미치는 여러 인자를 조사하였고, 실내 음향이 재실 음향상태에 미치는 영향에 관해 분석하였다. 재실자 연령과 수업 활동 특성에 따른 영향으로 국내 초등학교의 수업 중 평균 음성 및 소음 레벨은 중․고등학교와 특수학교 보다 약 4 dBA ~ 5 dBA 높게 나타났다. 수업 활동 특성에 따른 소음 레벨값 차이는 최대 19 dBA이며, 그룹 활동을 병행한 수업에서 가장 높은 소음 레벨을 나타냈다 . 공실 및 재실 음향상태 측정결과는 국내 교실의 음향상태를 파악 가능하게 하였으며, 국내 학습공간의 특성을 반영한 음향설계기준 제정의 필요성을 강조하였다.

본 논문은 미디어 컨텐츠 제작을 위한 자동 오디오 패닝 기술 구현에 관한 연구 내용을 다룬다. 이전까지, 오디오 오브젝트를 지속적으로 추적하는 것은 사람의 수동 작업에 의존하였다. 이머시브(몰입형) 오디오의 시대가 도래함으로써, 자동 오디오 패닝 시스템의 필요성은 점차 부각되었지만, 현재까지 현업에 적용한 연구까지는 진행되지 않고 있다. 이에 본 연구팀은 시청각 조화를 고려한 깊이 정보 기반 객체 추적을 적용한 자동 오디오 패닝 시스템을 제안한다. 시스템은 먼저 2차원의 좌표를 기반으로 깊이 정보를 계산하여 이를 반영한 3차원의 Top-View 시점 변환을 모델링한다. 또한, 실제 무대 공간의 이미지를 입력 값으로 받아, 무대 바닥의 가로 및 깊이를 예측하는 모델을 적용한다. 무대 크기를 예측한 값이 시점 변환에 적용되기에 별도의 깊이 데이터 학습이 추가적으로 요구되지 않는다. 본 연구에서 제안하는 시스템 유효성을 검증하기 위해 Unity 기반의 샘플 비디오를 사용하여 파일럿 테스트를 진행했다. 본 시스템은 많은 오디오 엔지니어들에게 자동화된 오디오 패닝 기능을 제공함으로써 오디오 프로덕션의 작업 효율 개선에 도움을 줄 것으로 예상된다.

음악은 인간의 감정과 긴밀한 연관성을 가지며, 다양한 분야에서 음악의 효과와 응용 가능성을 탐구하기 위해 음악과 감정의 관계를 연구하고 있다. 최근, 이러한 주관적인 감정에 대한 척도를 뇌신호와 같은 생체신호에 기반하여 정량화 하는 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 음악 청취 시 변화하는 감정이 심박수에 어떤 형태로 발현되는지에 관한 상관 관계를 분석하여 심박수가 감정의 변화를 예측할 수 있는 객관적인 지표인지를 연구하였다. 음악 청취 시 심전도를 측정하며, 음악 청취 후 선호도, 친숙도, 각성도, 정서가의 정서적 특성을 리커트 척도 점수로 평가하여 음악 청취 시 나타나는 정서적 특성에 따른 심박수의 변화를 분석하였다. 청취 음악에 대해 낮은 선호, 높은 각성, 부정적 정서가의 특성을 보인 경우 차이심박수가 작았으며, 높은 선호, 낮은 각성, 긍정적 정서가의 특성을 보인 경우 차이심박수가 상대적으로 큰 경향을 보였다. 본 연구 결과 심박수는 음악 청취에 따른 정서적 특성의 변화를 예측할 수 있음을 보여주고 있으며, 향후 다양한 음악 산업에 활용할 수 있으리라 기대한다.

해석을 통한 동적 시스템의 응답 예측을 위해서는 시스템의 가진력을 정확하게 추정하고 해석 모델에 적용 하는 것이 필수적이다. 그러나, 실제 기계 시스템의 가진력을 직접적으로 측정하는 것은 어려운 일이다. 기존에 시도 되었던 많은 방법은 대부분 시스템을 부품 단위로 분해하여 주파수 응답을 구하고 다시 시스템 레벨로 결합하여 전체 시스템의 응답을 구하는 방식이다. 하지만 이 방식을 수행하는 과정은 매우 번거롭고, 부품 사이의 결합 조건이 바뀌어 오차가 늘어나기도 한다. 따라서, 본 연구에서는 실험을 통해 시스템 가진력을 추정하기 위해 부품 단위의 분해 없이 전체 시스템에서 측정된 응답과 수식 모델 해석을 결합하여 동적 시스템의 가진력을 간접적으로 추정하는 새로운 방법을 제안한다. 해당 방법은 가진원을 집중 질량 모델로 단순화하고, 전체 시스템의 차수 감소 모델을 기반으로 운동방정식을 구성한다. 이후, 실험을 통해 얻은 임의의 위치에서의 진동 측정값을 통해 가진원과 수신부 사이의 인터페이스 힘을 계산하여, 가진력을 정량화한다.

최근 유체와 에너지의 전달 성능을 향상시키기 위해 가압 장치의 작동 속도가 증가하고 있으며, 이는 유체의 이송 속도를 증가시켜 유체에 의한 소음의 상대적 기여를 높이고 있다. 배관계의 설계 단계에서 소음 성능을 평가하기 위해서는 유동소음의 특성에 대한 분석이 필수적이다. 따라서, 본 논문에서는 배관에서 발생하는 소음의 발생 메커니즘 및 전파 특성에 대하여 수치적으로 분석하였다. 압축성 대 와류 모사 기법을 이용하여 오리피스 배관 요소를 지나는 유체에 의해 발생하는 벽면 압력 가진력을 예측하였다. 이후, 파수-주파수 분석법을 이용하여 유동 기인 진동과 음향 기인 진동의 가진력으로 알려진 비압축성 및 압축성 압력 성분으로 분리하였다. 분리된 비압축성 및 압축성 벽면 압력 성분을 이용하여 각 압력 성분의 전파 및 기여도 특징을 분석하였으며, 유동장 분석을 통해 비압축성 및 압축성 압력 성분과 배관 내부 유동의 상관성을 분석하여 유동소음의 발생 메커니즘과 전파 특성을 규명하였다. 이를 통해 비압축성 벽면 압력 성분의 경우 소음원 인근 영역에서 기여도가 큼을 확인하였으며, 압축성 벽면 압력 성분의 경우 소음원 상류 및 하류 방향으로 장거리 전파됨에 따라 기여도가 증가함을 정량적 및 시각적으로 확인하였다.

여름철 냉방과 겨울철 난방을 위해 인버터형 에어컨의 보급이 증가하고 있다. 또한, 고효율 및 고성능 운전으로 압축기의 작동 속도가 지속적으로 증가해왔기에, 압축기 내부 냉매의 유속도 증가하였다. 그 결과로 실외기 소음에서 유체 유발 소음의 기여도가 상대적으로 증가하였고, 이를 저감하기 위한 저소음 설계의 중요성이 부각되며 유체 유발 소음의 발생 메커니즘 분석이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 에어컨 실외기 압축기 배관계 내부 냉매 유동 기인 소음의 발생 메커니즘을 수치적으로 분석하였다. 이를 위해 배관 내부의 냉매 유동에 대하여 압축성 대와류모사(Large Eddy Simulation, LES) 기법을 이용하여 배관 벽면 압력분포를 예측하였고, 유한요소법(Finite Element Method, FEM) 기반의 진동 및 소음 연성 해석을 통해 배관의 진동 및 외부 방사소음을 예측하였다. 다음으로 배관 내부 벽면 압력장에 대하여 파수-주파수 기법(Wavenumber-Frequency Analysis, WFA)을 이용하여 압축성/비압축성 압력장을 분리하고, 이를 외부 방사소음과의 비교를 통해 압축기 배관계의 냉매 유발 소음원을 정량적으로 분석하였다.

본 논문은 빌트인 냉장고의 기계실에서 발생하는 저주파 소음을 감소하기 위해 다공판과 흡음재를 이용한 다공판 시스템을 제작 및 설치하여 소음을 개선하는 연구이다. 다공판의 형상 변화를 통해 다공판 시스템의 흡음 대역을 이론적 방법, Finite Element Analysis(FEA), 임피던스 튜브 실험적 방법을 통해 비교 분석하여 최적 형상을 제시하였다. 방사음향파워레벨 시뮬레이션을 통해 다공판 시스템의 설치에 따른 저주파 대역의 Sound Power Level(PWL)이 감소함을 볼 수 있었으며, 반무향실에서의 소음 실험을 통해 다공판 시스템의 효과를 검증하였다.