• Research Article

    A result of prolonged monitoring underwater sound speed in the center of the Yellow Sea

    황해 중앙부에서 수중음속의 장기간 모니터링 결과

    Bum-Jun Kil

    길범준

    A time-series variation of temperature, salinity, and underwater sound speed was analyzed using an Array for Real–time Geostrophic Oceanography (ARGO) float ...

    황해에 투하된 기상청 무인해양관측기기인 Array for Real–time Geostrophic Oceanography(ARGO) 플로트 12기 중 황해 중앙부에서 약 10개월간 자율적으로 이동하며 2일 주기로 ...

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    A time-series variation of temperature, salinity, and underwater sound speed was analyzed using an Array for Real–time Geostrophic Oceanography (ARGO) float which autonomously collects temperature and salinity for about 10month with 2 days cycle among 12 floats in the center of the Yellow Sea. As a result, the underwater sound channel appeared below the thermocline as the surface sound channel, which is dominant in the winter season, reduced in April. Besides, for a certain time in the spring season, the sound ray reflected the sea surface frequently due to the short-term temperature inversion effect. Based on the case of successful observation of ARGO float in the shallow water, using prolonged monitoring unmanned platform may contribute to predicting sound transmission loss if the temperature inversion and sound channel including background environment focusing are investigated in the center of the Yellow Sea.


    황해에 투하된 기상청 무인해양관측기기인 Array for Real–time Geostrophic Oceanography(ARGO) 플로트 12기 중 황해 중앙부에서 약 10개월간 자율적으로 이동하며 2일 주기로 심도별 수온, 염분을 측정한 1개의 플로트를 대상으로 수온, 염분과 수중음속의 시계열 변화를 관찰하였다. 그 결과 동계 표층음파통로가 전체심도에 걸쳐 형성 후 수온약층이 발달되는 4월부터 그 두께가 축소하면서 수중음파통로가 형성됨을 알 수 있었다. 또한, 표층음파통로가 지속되는 중 단기간 형성된 수온역전의 영향으로 음파통로에서의 음선경로가 수온역전이 발생하지 않을 때 보다 해수면 반사가 증가되어 나타났다. 천해에서 성공적으로 자료를 수집한 ARGO 플로트의 운용사례를 바탕으로 장기간 관측이 가능한 무인 플랫폼을 황해 중앙부에 집중 운용하여 주변 환경요소를 포함한 수온역전 및 음파통로의 규모변화를 관찰한다면 음파전달 손실 예측이 용이할 것으로 기대된다.

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    May 2021
  • Research Article

    Beat control method of Korean bells using artificial dumshoi

    인공 덤쇠를 이용한 한국종의 맥놀이 조절법

    Seockhyun Kim and Jae Ho Lee

    김석현, 이재호

    Korean bell is a macroscopically axi-symmetrical structure, but has a slight asymmetry due to complex patterns and casting irregularity. Small asymmetry separates ...

    한국종은 거시적으로 축 대칭 구조이나, 복잡한 문양과 주조 오차로 인해 미세한 비대칭성을 갖는다. 작은 비대칭성은 하나의 진동모드를 미세한 주파수 차이를 갖는 모드 ...

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    Korean bell is a macroscopically axi-symmetrical structure, but has a slight asymmetry due to complex patterns and casting irregularity. Small asymmetry separates one vibration mode into a mode pair with slight frequency difference. The mode pair interferes and creates a beat. The vivid beat with an appropriate period makes the bell sound magnificent and lively feeling. In this study, we propose a method to make the vivid beat using artificial dumshoi. This method creates the vivid beat by designing artificial dumshoi that overwhelms the bell asymmetry. To this end, the asymmetry of Korean bell is quantified by analyzing the beat period data of a number of Korean bells cast in modern times. Based on the measured beat period data, the magnitude of asymmetry is quantified using an equivalent bell model and artificial dumshoi is applied. The movement of mode pair by dumshoi is predicted through finite element analysis. Finally, a design example of the artificial dumshoi for clear beat is introduced.


    한국종은 거시적으로 축 대칭 구조이나, 복잡한 문양과 주조 오차로 인해 미세한 비대칭성을 갖는다. 작은 비대칭성은 하나의 진동모드를 미세한 주파수 차이를 갖는 모드 쌍으로 분리하고, 모드 쌍이 서로 간섭하여 맥놀이를 만든다. 적절한 주기의 선명한 맥놀이는 종소리를 웅장하게 만들고 생동감을 준다. 본 연구에서는 인공 덤쇠를 사용하여 선명한 맥놀이를 만드는 방법을 제시한다. 설계 단계에서 종의 비대칭성을 압도하는 크기의 인공 덤쇠를 만들어 선명한 맥놀이 조건을 구현하면 주조 후에 주기만 조절하면 된다. 이를 위해 현대에 제작된 대형 한국종의 맥놀이 주기 데이터를 분석하고 등가 종 모델을 이용하여 비대칭성의 크기를 정량화시킨다. 등가 종 모델의 유한요소해석을 통해 덤쇠의 위치와 크기에 따른 모드 쌍의 이동을 예측하고 선명한 맥놀이를 내는 인공 덤쇠의 설계사례를 소개한다.

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    May 2021
  • Research Article

    Investigation of the listening environment for lower grade students in elementary school using subjective tests

    주관적 평가법을 이용한초등학교 저학년 교실의 청취환경 조사

    Chan-Jae Park and Chan-Hoon Haan

    박찬재, 한찬훈

    The present study was conducted as a pilot investigation to suggest the standards of acoustic performance for classrooms suitable for incomplete hearing ...

    본 연구는 만 9세 이하 아동과 같은 청력 비완전자에게 적합한 교실의 음향성능 기준을 제시하기 위한 사전연구로써 수행되었다. 이를 위해 초등학교 저학년 교실의 ...

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    The present study was conducted as a pilot investigation to suggest the standards of acoustic performance for classrooms suitable for incomplete hearing people such as children under 9 years of age. Subjective evaluations such as questionnaire and speech intelligibility test were conducted to 264 students at two elementary schools in Cheong-ju in order to analyze the characteristics of the listening environment in the classrooms of the lower grades in elementary school. The survey was undertaken with a total of 264 students at two elementary schools in Cheong-ju, and investigated their satisfaction with the classroom listening environment. As a result, students responded that the most helpful information type for understanding class content is the voice of teacher. In addition, the volume of the current teacher's voice is normal, and the level of clarity is highly satisfactory. As for the acoustic performance of the classroom, the opinion that the noise was normal and the reverberation was very short was found to be dominant in overall satisfaction with the listening environment. Meanwhile, as a result of speech intelligibility test using the word list selected for the lower grade students of elementary school, it could be inferred that the longitudinal axis distance from the sound source in the case of 8-year-olds is a factor that affects speech recognition.


    본 연구는 만 9세 이하 아동과 같은 청력 비완전자에게 적합한 교실의 음향성능 기준을 제시하기 위한 사전연구로써 수행되었다. 이를 위해 초등학교 저학년 교실의 청취환경 특성을 분석하기 위하여 청주시 소재 초등학교 2곳에서 총 264명의 학생을 대상으로 설문조사 및 음성명료도 평가와 같은 주관적 평가를 진행했다. 설문조사 결과 학생들이 수업 내용 이해에 가장 도움이 되는 정보형식은 교사의 음성이라고 응답했다. 또한 현재 교사의 음성에 대해 음량은 ‘보통’ 수준이며 명료도에는 높은 만족도를 보이고 있었다. 교실의 음향성능에 대해서도 소음의 경우 ‘보통’이며 잔향감은 ‘매우 짧다’는 의견이 가장 많아서 청취환경에 대한 전반적인 만족도가 높은 편인 것으로 파악되었다. 또한 초등학교 저학년 학생들을 위해 선별된 시험용 단어목록을 이용해 음성명료도 평가를 수행한 결과 만 8세 아동의 경우 음원으로부터의 종축거리가 음성인지에 영향을 미치는 요인임을 유추해볼 수 있었다.

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    May 2021
  • Research Article

    A study on robust recursive total least squares algorithm based on iterative Wiener filter method

    반복형 위너 필터 방법에 기반한 재귀적 완전 최소 자승 알고리즘의 견실화 연구

    Jun Seok Lim

    임준석

    It is known that total least-squares method shows better estimation performance than least-squares method when noise is present at the input and ...

    입력과 출력에 동시에 잡음이 존재하는 경우 최소 자승법 보다는 완전 최소 자승법이 더 우수한 추정 성능을 보인다는 것이 알려져 있다. 완전 최소 ...

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    It is known that total least-squares method shows better estimation performance than least-squares method when noise is present at the input and output at the same time. When total least squares method is applied to data with time series characteristics, Recursive Total Least Squares (RTS) algorithm has been proposed to improve the real-time performance. However, RTLS has numerical instability in calculating the inverse matrix. In this paper, we propose an algorithm for reducing numerical instability as well as having similar convergence to RTLS. For this algorithm, we propose a new RTLS using Iterative Wiener Filter (IWF). Through the simulation, it is shown that the convergence of the proposed algorithm is similar to that of the RTLS, and the numerical robustness is superior to the RTLS.


    입력과 출력에 동시에 잡음이 존재하는 경우 최소 자승법 보다는 완전 최소 자승법이 더 우수한 추정 성능을 보인다는 것이 알려져 있다. 완전 최소 자승법을 시계열 특성을 가지는 데이터에 적용할 경우 보다 실시간 성을 더하기 위해서 Recursive Total Least Squares(RTS) 알고리즘이 제안되어 있다. RTLS는 알고리즘 내에 존재하는 역행렬 계산에서 수치적인 불안정성을 지닌다. 본 논문에서는 RTLS와 유사한 수렴성을 지닐 뿐만 아니라 수치적 불안정성을 줄이기 위한 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘을 위해서 Iterative Wiener Filter(IWF)를 적용한 새로운 RTLS를 제안한다. 시뮬레이션을 통해서 수렴성이 기존의 RTLS와 유사할 뿐만 아니라 수치적 견실성이 기존 RTLS보다 향상되었다는 것을 보인다.

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    May 2021
  • Research Article

    OFDM based mimicking dolphin whistle for covert underwater communications

    OFDM 기반 돌고래 휘슬음 모방 수중 은밀 통신 기법

    Hojun Lee, Jongmin Ahn, Yongcheol Kim, Seunghwan Seol, Wanjin Kim, and Jaehak Chung

    이호준, 안종민, 김용철, 설승환, 김완진, 정재학

    This paper proposed an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based biomimetic communication method using a dolphin whistle which covertly transmits communication signals ...

    본 논문에서는 적으로부터 은밀히 아군에게 통신 신호를 전송하기 위해서 Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) 기반 돌고래 휘슬음 모방 변조 기법을 제안하였다. 제안한 ...

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    This paper proposed an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based biomimetic communication method using a dolphin whistle which covertly transmits communication signals to allies. The proposed method divides the dolphin whistle into several time slots corresponding to a number of OFDM symbols, and modulates the communication signal by mapping differential phase shift keying (DPSK) symbols into subcarriers that have the frequency bands of the dolphin whistle in each slot. The advantages of the proposed method are as follows: In the conventional Chirp Spread Spectrum (CSS) and Frequency Shift Keying (FSK) based biomimetic communication methods, the discontinuity of the frequency contour is large, but the proposed method can reduce the discontinuity. Even if the modulation order is increased, the degradation of the mimicking performance is small. The computer simulations demonstrate that the Bit Error Rate (BER) and mimicking performance of the proposed method are better performance than those of the conventional CSS and FSK.


    본 논문에서는 적으로부터 은밀히 아군에게 통신 신호를 전송하기 위해서 Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) 기반 돌고래 휘슬음 모방 변조 기법을 제안하였다. 제안한 방법은 돌고래 휘슬음을 여러 개의 OFDM 심볼과 대응되는 시간 슬롯들로 나눈 후, 매 슬롯에서 돌고래 휘슬음이 위치한 주파수 대역을 갖는 부반송파에 Differential Phase Shift Keying(DPSK) 심볼을 매핑하여 변조한다. 제안한 방법은 기존의 Chirp Spread Spectrum (CSS)와 Frequency Shift Keying(FSK) 기반의 돌고래 휘슬음 모방 변조 기법들에서 발생하는 주파수 윤곽의 불연속성을 줄일 수 있고, 변조 차수를 증가시켜도 모방 성능 열화량이 작다는 장점이 있다. 전산 모의실험을 통해 제안 방법의 Bit Error Rate(BER)과 모방 성능이 기존의 CSS와 FSK에 비해 우수함을 보였다.

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    May 2021
  • Research Article

    Multi-channel EEG classification method according to music tempo stimuli using 3D convolutional bidirectional gated recurrent neural network

    3차원 합성곱 양방향 게이트 순환 신경망을 이용한 음악 템포 자극에 따른 다채널 뇌파 분류 방식

    Min-Soo Kim, Gi Yong Lee, and Hyoung-Gook Kim

    김민수, 이기용, 김형국

    In this paper, we propose a method to extract and classify features of multi-channel ElectroEncephalo Graphy (EEG) that change according to various ...

    본 논문에서는 다양한 음악 템포 자극에 따라 변화하는 다채널 ElectroEncephaloGraphy(EEG)의 특징을 추출하고 분류하는 방식을 제안한다. 제안하는 방식에서 3차원 합성곱 양방향 ...

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    In this paper, we propose a method to extract and classify features of multi-channel ElectroEncephalo Graphy (EEG) that change according to various musical tempo stimuli. In the proposed method, a 3D convolutional bidirectional gated recurrent neural network extracts spatio-temporal and long time-dependent features from the 3D EEG input representation transformed through the preprocessing. The experimental results show that the proposed tempo stimuli classification method is superior to the existing method and the possibility of constructing a music-based brain-computer interface.


    본 논문에서는 다양한 음악 템포 자극에 따라 변화하는 다채널 ElectroEncephaloGraphy(EEG)의 특징을 추출하고 분류하는 방식을 제안한다. 제안하는 방식에서 3차원 합성곱 양방향 게이트 순환 신경망은 전처리 과정 통해 변환된 3차원 EEG 입력 표현으로부터 시공간 및 긴 시간 종속적 특징을 추출한다. 실험 결과는 제안된 템포 자극 분류 방식이 기존의 방식보다 우수하며 음악 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스를 구축할 수 있는 가능성을 보여준다.

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    May 2021
  • Research Article

    A study on combination of loss functions for effective mask-based speech enhancement in noisy environments

    잡음 환경에 효과적인 마스크 기반 음성 향상을 위한 손실함수 조합에 관한 연구

    Jaehee Jung and Wooil Kim

    정재희, 김우일

    In this paper, the mask-based speech enhancement is improved for effective speech recognition in noise environments. In the mask-based speech enhancement, enhanced ...

    본 논문에서는 잡음 환경에서 효과적인 음성 인식을 위해 마스크 기반의 음성 향상 기법을 개선한다. 마스크 기반의 음성 향상 기법에서는 심층 신경망을 기반으로 ...

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    In this paper, the mask-based speech enhancement is improved for effective speech recognition in noise environments. In the mask-based speech enhancement, enhanced spectrum is obtained by multiplying the noisy speech spectrum by the mask. The VoiceFilter (VF) model is used as the mask estimation, and the Spectrogram Inpainting (SI) technique is used to remove residual noise of enhanced spectrum. In this paper, we propose a combined loss to further improve speech enhancement. In order to effectively remove the residual noise in the speech, the positive part of the Triplet loss is used with the component loss. For the experiment TIMIT database is re-constructed using NOISEX92 noise and background music samples with various Signal to Noise Ratio (SNR) conditions. Source to Distortion Ratio (SDR), Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ), and Short-Time Objective Intelligibility (STOI) are used as the metrics of performance evaluation. When the VF was trained with the mean squared error and the SI model was trained with the combined loss, SDR, PESQ, and STOI were improved by 0.5, 0.06, and 0.002 respectively compared to the system trained only with the mean squared error.


    본 논문에서는 잡음 환경에서 효과적인 음성 인식을 위해 마스크 기반의 음성 향상 기법을 개선한다. 마스크 기반의 음성 향상 기법에서는 심층 신경망을 기반으로 추정한 마스크를 잡음 오염 음성에 곱하여 향상된 음성을 얻는다. 마스크 추정 모델로 VoiceFilter(VF) 모델을 사용하고 추정된 마스크로 얻은 음성으로부터 잔여 잡음을 보다 확실히 제거하기 위해 Spectrogram Inpainting(SI)기법을 적용한다. 본 논문에서는 음성 향상 결과를 보다 개선하기 위해 마스크 추정을 위한 모델 학습 과정에 사용되는 조합된 손실함수를 제안한다. 음성 구간에 남아 있는 잡음을 보다 효과적으로 제거하기 위해 잡음 오염 음성에 마스크를 적용한 Triplet 손실함수의 Positive 부분을 컴포넌트 손실함수와 조합하여 사용한다. 실험 평가를 위한 잡음 음성 데이터는 TIMIT 데이터베이스와 NOISEX92, 배경음악 잡음을 다양한 Signal to Noise Ratio(SNR) 조건으로 합성하여 만들어 사용한다. 음성 향상의 성능 평가는 Source to Distortion Ratio(SDR), Perceptual Evaluation of Speech Quality(PESQ), Short-Time Objective Intelligibility(STOI)를 이용한다. 실험을 통해 평균 제곱 오차로만 훈련된 기존 시스템과 비교하여, VF 모델은 평균 제곱 오차로 훈련하고 SI 모델은 조합된 손실함수를 사용하였을 때 SDR은 평균 0.5dB, PESQ는 평균 0.06, STOI는 평균 0.002만큼 성능이 향상된 것을 확인했다.

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    May 2021
  • Research Article

    Introduction of a recent active loudspeaker measurement and assessment method based on IEC60268-21

    IEC60268-21 기반 최신 액티브 스피커 측정 및 분석 기법 소개

    Sinlyul LEE

    이신렬

    Modern loudspeaker systems are changing an active loudspeaker system that have multiple input channels and power amplifier. So, we cannot measure these ...

    현재 라우드스피커 시스템은 다양한 입력 채널 및 앰프를 포함하는 액티브 스피커로 변화하고 있다. 이러한 액티브 스피커의 경우 기존 패시브 스피커 혹은 유닛 ...

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    Modern loudspeaker systems are changing an active loudspeaker system that have multiple input channels and power amplifier. So, we cannot measure these active loudspeakers with IEC 60268-5 standard. This paper introduces an IEC 60268-21 standard that can measure an active loudspeaker having many analog and digital and wireless or wired inputs and having various control parameters.


    현재 라우드스피커 시스템은 다양한 입력 채널 및 앰프를 포함하는 액티브 스피커로 변화하고 있다. 이러한 액티브 스피커의 경우 기존 패시브 스피커 혹은 유닛 단품 측정 표준인 IEC 60268-5 만으로 측정이 불가능한 경우가 많다. 본 논문은 IEC한국 대표로 IEC60268-21 표준을 제정하면서 새롭게 정의한 아날로그, 디지털 입력 및 유선, 무선 입력 채널을 가지고 다양한 제어 기능을 가진 파워 앰프를 내장한 액티브 스피커 측정 표준에 대해 상세하게 알아보고자 한다.

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    May 2021
  • Research Article

    Development of the hybrid-type ultrasound speaker

    하이브리드형 초음파 스피커 개발

    Hyoung-Sang Lee and Bok-Kyu Kim

    이형상, 김복규

    Directional ultrasonic speakers that are used to hear sound only in a specific area have been continuously researched on various improvements in ...

    소리에 방향성을 부여하여 특정 영역에서만 소리를 들을 수 있도록 활용되는 초음파 스피커는 일반 스피커와 비교하여 음질 및 비용적인 이슈에서 다양한 개선 연구가 ...

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    Directional ultrasonic speakers that are used to hear sound only in a specific area have been continuously researched on various improvements in terms of sound quality and cost compared to general speakers. In this paper, we propose a DSP based hybrid-type ultrasonic speaker that can be heard at the same time as a general speaker in order to compensate for the sound in the low-band range, considering that it is difficult to hear the low-band sound below 500 Hz due to the sensor characteristics of the ultrasonic speaker. In the case of the system that is implemented by simply connecting a general speaker and an ultrasonic speaker, there are issues of high cost and difficulties of control as two amplifiers are used to playback ultrasonic and general sound sources. In addition, sound quality deteriorates due to the difference in playback time between ultrasonic and general sound sources. In order to improve issues of cost, control and sound quality, we developed hybrid-type ultrasonic speaker with a DSP based amplifier that can simultaneously playback by synchronizing the general sound source with the regenerated ultrasonic sound source, in addition to implement the existing CODEC functions such as Dynamic Range Control (DRC) and Equalizer (EQ).


    소리에 방향성을 부여하여 특정 영역에서만 소리를 들을 수 있도록 활용되는 초음파 스피커는 일반 스피커와 비교하여 음질 및 비용적인 이슈에서 다양한 개선 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 본 논문에서는 초음파 스피커의 센서 특성상 500 Hz 미만 저음 구현이 어려운 점을 감안하여 500 Hz 대의 소리를 보완할 수 있도록 일반 스피커와 동시 사용이 가능한 DSP 기반의 하이브리드형 초음파 스피커를 제안한다. 일반 스피커와 초음파 스피커의 단순 연결로 각각의 분리 처리 및 송출하는 시스템은 초음파 재생성 처리 시간 차에 따른 음질저하뿐만 아니라 일반 음원과 초음파 음원이 2개의 앰프로 구동되어 높은 비용 이슈가 있으며 제반 제어적인 측면에서도 어려움이 있다. 이러한 점을 개선하고자 제안한 DSP 기반의 앰프에서 Dynamic Range Control(DRC) 및 Equalizer(EQ)의 기존 코덱 기능은 물론, 초음파 음원으로의 재생성, 일반/초음파 음원을 동기화함으로써 동시 재생이 가능한 하이브리드형 초음파 스피커를 개발하였다.

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    May 2021
  • Research Article

    Method of deriving the acoustic impedance and sound absorption coefficient of materials by manipulating electrical impedance of a loudspeaker

    스피커의 전기적 임피던스를 이용한 시료의 음향임피던스와 흡음계수 도출 기법

    Sejin Doo

    두세진

    When measuring the sound absorption coefficient of a specimen, a reverberation room which is costly or an impedance tube which has limitations ...

    시료의 흡음률 측정을 위해서는 비용이 많이 드는 잔향실 혹은 저주파수에서의 측정에 한계가 있는 임피던스 튜브를 사용한다. 본 논문에서는 마이크로폰을 사용하지 않고 단지 ...

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    When measuring the sound absorption coefficient of a specimen, a reverberation room which is costly or an impedance tube which has limitations in measuring low frequencies have been engaged. In this paper, a new measurement method of acoustic impedance or sound absorption coefficient has been suggested, which does not need microphones and only uses electrical impedance measurement data and derived Thiele/Small parameters of a speaker. The theory of this method has been described using equivalent circuit of the loudspeaker and acoustic properties of a test specimen are measured to demonstrate the validity of this method. It was confirmed that this method can easily measure the sound absorption coefficient in the low frequency band, which was previously difficult to trust. The advantages, limitations, and applicability of this method are discussed.


    시료의 흡음률 측정을 위해서는 비용이 많이 드는 잔향실 혹은 저주파수에서의 측정에 한계가 있는 임피던스 튜브를 사용한다. 본 논문에서는 마이크로폰을 사용하지 않고 단지 스피커 임피던스와 이로부터 도출된 Thiele/Small 변수만을 사용하여 시료의 음향임피던스와 흡음률을 구하는 기법을 제안하였다. 스피커의 등가회로를 이용하여 이 방법의 이론을 설명하였으며, 시료의 측정을 통하여 본 방법의 유효성을 증명하였다. 본 방법은 기존에 신뢰하기 어려웠던 저주파 대역에서의 흡음률을 매우 쉽게 측정할 수 있음을 확인하였다. 본 방법의 장점과 제한사항, 그리고 응용 분야에 대해서 검토하였다.

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    May 2021