위성 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구

박순홍 한국음향학회 2020 한국음향학회지 Vol.39 No.4

Acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launch vehicles are introduced in this paper. Various dynamic loads exerted on a launch vehicle during its operation are summarized. The acoustical design method of payload fairings which protect satellites from harsh launch environment was reviewed. Several acoustic research activities were performed to enhance the analytical prediction ability during the development period of the Naro and the Nuri launcher. Specifically, the following research activities are reviewed: a test and vibro-acoustic analysis of composite cylinders whose layup properties are varied, a research on low-frequency acoustic load reduction by an acoustic resonator array and an acoustic test on the cylinder part of the Naro payload fairing. A vibro-acoustic analysis result for the Nuri launcher was introduced and predicted acoustic and vibration levels and measured ones are shown to be in a good agreement. 본 논문은 우주 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구의 개요와 음향 해석 및 시험 기술의 국내 현황을소개하고 있다. 먼저 발사체 운용중에 받는 동하중에 대하여 요약, 정리하고 위성체를 보호하기 위한 페이로드 페어링의 음향 하중 저감 설계 및 해석 방법을 소개하였다. 나로호부터 현재 한국형발사체 페이로드 페어링까지 음향 보호시스템의 최적 설계를 위해 구조 진동-음향 연성 해석 성능의 향상을 도모하였으며, 이를 위한 연구 활동을 살펴보았다. 구체적으로 적층 구조가 다른 복합재료 실린더에 대한 음향 하중 저감 성능 해석 및 검증 시험, 음향 공명기 배열을 적용하기 위한 인클로저 음향 시험, 나로호 페어링 실린더부에 대한 음향 가진 시험 및 해석 등의 결과를 소개하였다. 현재개발중인 한국형 발사체(누리호)의 페이로드 페어링 음향 하중 저감 해석 및 시험 결과를 소개하였으며 해석 결과가실험 결과를 잘 예측함을 보였다.

시뮬레이션과 청감실험을 통한 공연장 형태별 음향성능 비교분석

강찬우,한찬훈 한국음향학회 2023 한국음향학회지 Vol.42 No.3

In this study, the acoustic performance was analyzed by architectural shapes of the hall. There are four architectural shapes of halls. They are rectangular, horseshoe, surround, and fan-shape. Eight acoustic parameters were used to determine the acoustic performance. These are RT60, EDT, C80, BQI, LF, Gmid, G125 and ITDG. First, measurement data of famous concert halls around the world were analyzed. The correlation coefficient R was obtained by regression analysis of the relationship between the subjective ranking of the halls and the acoustic parameters. It was found that BQI, G, and ITDG have higher correlation coefficients R. Also the average of acoustic parameters for each architectural shape were obtained. The total acoustic performance for each shape was calculated by using the correlation coefficient R as a weight for each acoustic parameters. As a result, rectangular halls and horseshoe halls showed good acoustical performances. Second, 3D models of each architectural shape were created and acoustic simulation had been performed. The simulation was performed by creating 3D models of each four shapes of concert halls with the same volume and sound absorption coefficient. Listening test was carried out using the sound source which is created from impulse responses of 3D model. As a result, rectangular hall and horseshoe hall showed the best performance however surround hall and fan-shaped hall showed relatively poor performance. 본연구에서는 홀의 건축형태에 따른 음향성능을 분석하였다. 홀에는 4가지 건축 형태가 있다. 장방형, 말발굽형, 서라운드형(Surround), 부채꼴형이다. 음향성능을 분석하는데 RT60, EDT, C80, BQI, LF, Gmid, G125, ITDG 총 8 개의 음향인자를 사용하였으며 건축형태에 따른 음향성능을 연구하기 위해 두 가지 접근 방식을 사용하였다. 첫째 전세계 유명 콘서트홀의 측정 데이터를 분석하였다. 설문조사로 조사한 홀의 주관적 선호도와 측정된 음향 인자 사이의관계를 회귀 분석해 상관계수 R을 얻었으며 각 공연장 형태별 음향인자 측정데이터 평균을 구하였다. 각각의 음향 인자에 대한 가중치로 상관계수 R을 사용해 각 형태별 음향 성능을 계산하였다. 그 결과 장방형 홀과 말밥굽형 홀이 좋은음향 성능을 보였으나 부채꼴형 홀의 음향성능은 좋지 않았다. 둘째, 각 건축형태별 3D 모델을 만들어 음향 시뮬레이션을 수행했다. 동일한 체적과 흡음계수를 가지는 장방형, 말밥굽형, 서라운드형, 부채꼴형 3D 모델을 만들어 시뮬레이션을 진행해 음향인자 값을 산출하였다. 또한 형태별 3D 모델의 임펄스 응답을 사용해 가청화 시제를 만들어 청감실험을 진행하였다. 그 결과 장방형 홀과 말굽 홀이 가장 좋은 음향성능을 나타냈으며 서라운드형과 부채꼴형은 상대적으로 떨어지는 음향성능을 나타내었다.

콘서트 홀에서 선호되는 음향특성에 관한 연구

최영지,Choi Young-Ji 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.2

본 연구는 주관적 음향평가를 통하여 콘서트 홀에서 선호되는 음향특성과 중요한 음향지표 조사에 그 목적이 있다. 호주의 두 콘서트 홀 (이하 Hall A와 Hall B로 가칭함)에서 더미헤드 (Dummy Head)로 녹음된 음악을 이용하여 음향평가를 위한 청감실험을 통해 실시하였다. 평가된 두 콘서트 홀의 음향선호도는 측정된 음향지표와의 상관도를 분석하여 실제 홀에서의 음향평가에 기여하는 음향지표를 조사하였다. 청감실험에서 피험자들은 Hall B가 Hall A에 비해 음향적으로 우수하다는 결과를 보여주었으며, Hall A의 낮은 음향선호도는 전문음악가와의 인터뷰조사결과와 유사하였다. 두 콘서트 홀의 음향평가에 가장 중요한 음향지표는 음압레벨로 밝혀졌다. This study deals with a subjective assessment to investigate the preferred acoustic conditions and determine the important acoustical parameters in concert halls. A subjective test was carried out using dummy head recorded sounds made in actual halls in Australia (referred to as Hall A and Hall B) to evaluate the acoustic performance of two halls. The results of subjective tests were then correlated with measured acoustical parameters to investigate the significant determinants for the preference judgements. The listeners show a stronger Preference for seats in the Hall B than those in the Hall A. The low preferences for seats in the Hall A are in agreement with live performance ratings assessed by musicians. It is found that the sound level is the most significant acoustical parameter for evaluating the overall acoustic preference in the two halls.

구조용 직교 집성판 슬래브와 상부 토핑 조건에 따른 바닥충격음 및 공기전달음 평가

이효진,하연수,이상준 한국음향학회 2023 韓國音響學會誌 Vol.42 No.6

전 세계적으로 탄소중립 2050 실현을 위한 목조 건축물 수요가 늘어나고 있으며, 국내에서도 구조용 직교집성판(Cross Laminated Timber, CLT)을 이용한 목조 고층 건축물에 대한 기술적 검토가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 CLT의 기초 음향성능을 검토하기 위해, 국내산 낙엽송과 소나무로 CLT 슬래브(두께 150 mm)를 제작해 바닥충격음 차단 성능과 음향투과손실을 측정했다. 실험은 상하로 연결된 페어 잔향실에서 수행했으며, CLT 슬래브에 콘크리트 토핑(두께 50 mm ~ 210 mm, 6조건)을 추가해 차음성능 개선량을 정량적으로 평가했다. 수종에 따른 바닥충격음 차단 성능의 단일수치 평가량을 비교하면, 낙엽송 CLT가 소나무 CLT보다 중량 바닥충격음에서 3 dB, 경량 바닥충격음에서 1 dB 낮았으나, 상부에 콘크리트 토핑을 추가한 조건에서는 수종 간 차이가 없었다. 상부의 콘크리트 층 두께상승에 따라 중량 바닥충격음이 9 dB ~ 20 dB, 경량충격음이 20 dB ~ 30 dB 저감했다. 이 관계를 면밀도로 분석한결과, CLT 슬래브의 바닥충격음 차단 성능은 면밀도와 높은 상관관계(R2 = 0.94 ~ 0.99)가 있는 것을 확인했다. CLT 슬래브의 음향투과손실은 수종에 따른 차이가 없었다. 면밀도와 주파수로 산출한 음향투과손실 이론치와 실측치의주파수 특성은 유사하지만 실측치가 8 dB ~ 12 dB 낮아, 보정치를 이용해 실험 대상인 CLT 슬래브의 음향투과손실과주파수 특성의 관계를 도출했다. Demand for wood in construction is increasing worldwide. In Korea, technical reviews of high-rise Cross Laminated Timber (CLT) buildings are under way. In this paper, Floor Impact Sound Insulation Performance (FISIP) and Transmission Loss (TL) of 150 mm thick CLT floor panels made of two domestic species, Larix kaempferi and Pinus densiflora, are investigated. The CLT slabs were tested in reverberation chambers connected vertically. When comparing Single Number Quantity (SNQ) of FISIP of the bare panels, the Larix CLT is 3 dB lower in heavy-weight and 1 dB in light-weight than the Pinus CLT. However, there was no difference when concrete toppings were added to improve the performance. As the concrete toppings became thicker, the heavy-weight was reduced by 9 dB ~ 20 dB, and the light-weight by 20 dB ~ 30 dB. And the analysis of these results with area density has confirmed that the area densities are highly correlated (R2 = 0.94 ~ 0.99) to the FISIP of the CLT. The types of CLT didn't affect the TL. Comparison of theoretical TL values with measured TL values has shown that the frequency characteristics are similar but 8 dB ~ 12 dB lower in measured values. The relationship between the TL and frequency characteristics of the tested CLT slabs was derived by using the correction value.

음향 챔버형 마이크로폰 검교정기의 검교정 주파수 한계와 모드 특성을 이용한 개선 방법에 관한 연구

김차영,신금재,문원규 한국음향학회 2022 한국음향학회지 Vol.41 No.1

This paper identifies the cause of the high frequency calibration limit of the acoustic chamber type calibrator for microphone calibration and presents a method to improve it. By using a commercial finite element analysis software, we analyzed the calibration frequency limit of the acoustic chamber type calibrator through eigen-frequency and frequency domain analysis. Based on this, we designed and fabricated an acoustic chamber type calibrator that can precisely calibrate within 1 dB from about 2 Hz to 6.4 kHz and verified its performance through experiments. The acoustic chamber type calibrator fabricated through this study has the advantage of being able to calibrate multiple microphones simultaneously in a wide frequency range, so it can be usefully used for simple calibration for multiple microphones. 본 논문은 마이크로폰 검교정을 위한 음향 챔버형 검교정기의 고주파 검교정 한계가 나타나는 원인을 밝히고이를 향상시키는 방법을 제시한다. 상용 유한요소 해석 프로그램을 활용하여 고유 주파수 해석과 주파수 영역 해석을통해 음향 챔버형 검교정기의 검교정 주파수 한계를 분석하였고, 이를 바탕으로 약 2 Hz 부터 6.4 kHz 까지 1 dB 수준이내로 정교하게 검교정할 수 있는 음향 챔버형 검교정기를 설계 및 제작하고 실험을 통해 그 성능을 검증하였다. 본연구를 통해 제안된 음향 챔버형 검교정기는 넓은 주파수 범위에서 다수의 마이크로폰을 동시에 검교정 할 수 있는 이점을 가지고 있어 다수의 마이크로폰을 위한 간편한 검교정에 유용하게 사용될 수 있다.

동해 해역에서 측정된 해상실험 데이터 기반의 수중음향 불확정성 추정 및 소나 탐지확률 예측

이대혁,양원준,김지섭,설호석,최지웅,손수욱 한국음향학회 2024 韓國音響學會誌 Vol.43 No.3

소나 탐지확률을 계산하는 경우, 수중음향 불확정성은 표준편차가 8 dB ~ 9 dB인 정규분포를 따르는 것으로고려되고 있다. 하지만, 소나 탐지성능은 실험해역, 해양환경 변동성에 따라 크게 변화하기 때문에 해상실험 데이터기반의 수중음향 불확정성을 반영한 탐지성능 예측이 필요하다. 본 논문에서는 동해 천해환경에서 측정된 중주파수(2.3 kHz, 3 kHz) 소음준위와 전달손실 자료 기반의 수중음향 불확정성이 산출되었다. 해상실험 데이터 기반의 수중음향 불확정성을 반영한 예상탐지확률을 산출한 후, 이를 기존의 탐지확률 결과, 레일리 분포의 불확정성과 음으로 치우친 분포의 불확정성을 반영한 예상탐지확률 결과와 비교하였다. 결과적으로 각각의 수중음향 불확정성에 따라 탐지영역의 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. When calculating sonar detection probability, underwater acoustic uncertainty is assumed to be normal distributed with a standard deviation of 8 dB to 9 dB. However, due to the variability in experimental areas and ocean environmental conditions, predicting detection performance requires accounting for underwater acoustic uncertainty based on ocean experimental data. In this study, underwater acoustic uncertainty was determined using measured mid-frequency (2.3 kHz, 3 kHz) noise level and transmission loss data collected in the shallow water of the East Sea. After calculating the predictable probability of detection reflecting underwater acoustic uncertainty based on ocean experimental data, we compared it with the conventional detection probability results, as well as the predictable probability of detection results considering the uncertainty of the Rayleigh distribution and a negatively skewed distribution. As a result, we confirmed that differences in the detection area occur depending on each underwater acoustic uncertainty.

벡터 양자화 변분 오토인코더 기반의 폴리 음향 생성 모델을 위한 잔여 벡터 양자화 적용 연구

이석진 한국음향학회 2024 韓國音響學會誌 Vol.43 No.2

최근에 연구되기 시작한 폴리(Foley) 음향 생성 모델 중 벡터 양자화 변분 오토인코더(Vector QuantizedVariational AutoEncoder, VQ-VAE) 구조와 Pixelsnail 등 생성모델을 활용한 생성 기법은 중요한 연구대상 중 하나이다. 한편, 딥러닝 기반의 음향 신호의 압축/복원 분야에서는 기존의 VQ-VAE 구조에 비해 잔여 벡터 양자화 기술이더 적합한 것으로 보고되고 있으며, 따라서 본 논문에서는 폴리 음향 생성 분야에서도 잔여 벡터 양자화 기술이 효과적으로 적용될 수 있을지 연구하고자 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 기존의 VQ-VAE 기반의 폴리 음향 생성 모델에잔여 벡터 양자화 기술을 적용하되, Pixelsnail 등 기존의 다른 모델과 호환이 가능하고 연산 자원의 소모를 늘리지 않는모델을 고안하여 그 효과를 확인하고자 하였다. 효과를 검증하기 위하여 DCASE2023 Task7의 데이터를 활용하여실험을 진행하였으며, 그 결과 평균적으로 0.3 가량의 Fréchet audio distance 의 향상을 보이는 것을 확인하였다. 다만그 성능 향상의 정도가 제한적이었으며, 이는 연산 자원의 소모를 유지하기 위하여 시간-주파수축의 분해능이 저하된영향으로 판단된다. Among the Foley sound generation models that have recently begun to be studied, a sound generation technique using the Vector Quantized-Variational AutoEncoder (VQ-VAE) structure and generation model such as Pixelsnail are one of the important research subjects. On the other hand, in the field of deep learning-based acoustic signal compression, residual vector quantization technology is reported to be more suitable than the conventional VQ-VAE structure. Therefore, in this paper, we aim to study whether residual vector quantization technology can be effectively applied to the Foley sound generation. In order to tackle the problem, this paper applies the residual vector quantization technique to the conventional VQ-VAE-based Foley sound generation model, and in particular, derives a model that is compatible with the existing models such as Pixelsnail and does not increase computational resource consumption. In order to evaluate the model, an experiment was conducted using DCASE2023 Task7 data. The results show that the proposed model enhances about 0.3 of the Fréchet audio distance. Unfortunately, the performance enhancement was limited, which is believed to be due to the decrease in the resolution of time-frequency domains in order to do not increase consumption of the computational resources.

지하철 승강장의 음원-수음점 거리에 따른 실내음향 평가지수 특성

김수홍,송은성,김정훈,이송미,류종관 한국음향학회 2021 한국음향학회지 Vol.40 No.6

Prior to proposing appropriate standard for subway station platform, this study conducted field measurements to examine characteristics of room acoustics on platform of two subway stations. As a result of analyzing the longitudinal length of the platform, Sound Pressure Level (SPL) decreased (maximum difference : 14 dB), Reverberation Time (RT) tended to increase (maximum difference of 0.8 s ~ 1.5 s), and C50 and D50 were decreased (maximum difference: 5.9 dB ~ 9.1 dB and 31.8 % ~ 37.6 %, respectively) as measurement positions moved away from the sound source. The Interaural Cross-correlation Coefficient (IACC) did not show clear tendency, but it was lower than 0.3 in entire points. It is judged that the subway platform has non-uniform sound field characteristics due to various combinations of direct and reflective sound even though it is finished with a strong reflective material.This indicates that the room acoustic characteristics of the near and far sound field are clearly expressed depending on the source-receiver distances in the subway platform having a long flat shape with a low height compared to the length.Therefore, detailed architectural and electric acoustic design based on the characteristics of each location of speaker and sound receiver in the platform is required for an acoustic design with clear sound information at all positions of the platform. 본 연구에서는 지하철 승강장에 적합한 실내음향 설계기준 제시에 앞서, 현재의 지하철 승강장의 위치별실내음향 특성을 파악하기 위해 2개의 지하철 역사 승강장에서 현장 측정을 실시하였다. 승강장의 길이방향에 따른분석 결과, 음원에서 수음점이 멀어질수록 음압레벨은 감소(최대 차이: 약 14 dB), 잔향시간은 증가하는 경향(최대차이: 0.8 s ~ 1.5 s)이었고, C50과 D50은 감소하는 경향(최대 차이: 5.9 dB ~ 9.1 dB와 31.8 % ~ 37.6 %)인 것으로 나타났다. 공간감의 지표인 Interaural Cross-correlation Coefficient(IACC)는 음원과의 거리에 따른 명확한 경향성은 보이지 않았지만, 전체적으로 0.3이하의 낮은 값을 보였다. 이러한 결과를 살펴보았을 때 지하철 승강장은 일반적으로 강한반사재로 마감 되었음에도 수음위치에 따라 직접음과 반사음의 다양한 조합이 형성되어 비균일한 음장특성을 갖는것으로 판단된다. 이는 길이 대비 높이가 낮고 긴 평면형태를 갖는 지하철 승강장에서는 음원과 수음점의 거리에 따라근접음장과 원음장의 실내음향특성이 뚜렷이 발현되고 있음을 나타난다. 따라서, 승강장의 모든 위치에서 명료한 음정보를 갖춘 실내음향설계를 위해서 승강장에서의 스피커와 수음점 위치별 특성에 기인한 세부 건축 및 전기음향설계가 필요하다.

유한요소법과 하이브리드형 무한요소법의 결합에 의한 축대칭 변환기의 음향 특성해석 ( I ) ; 방사임피던스, 지향성 및 압전자간의 결합효과

윤종락,윤형규,김대환,김천덕,Yoon, Jong-Rak,Yoon, Hyeong-Kyu,Kim, Dae-Whan,Kim, Chun-Duck 한국음향학회 1994 韓國音響學會誌 Vol.13 No.2

본 논문은 두 편으로 연결된 논문의 첫 논문으로 무한음향 매질내의 축대칭음향 변환기 음향특성 해석을 위한 유한요소법과 하이브리드형 무한요소법의 결합 알고리즘을 제시하고 이를 이용한 음향변환기의 방사 임피던스, 지향성 및 압전자간의 결합 효과에 대한 수치해석 결과를 제시하였다. 두번째 논문에서는 첫논문의 결과를 기초로 광대역 배역 변환기를 설계하고 설계된 변환가의 음향특성을 해석하였다. This is the first of two companion papers which suggests the algorithm of the combined Finite Element Method and Infinite Element Method for the analysis of the axi-symmetric acoustic transducer in the open boundary. Using the algorithm, the numerical analysis for the transducer radiation impedance, directivity, and coupling effect between transducer elements are also conducted. In the second paper, the wideband array transducer is designed and its acoustic characteristics are examined on the basis of the results of the first paper.

강체원뿔표적에 대한 초음파 방사힘 계산과 음향파워측정모델에 관한 연구

백경민,이주호,프리치,김용태 한국음향학회 2024 韓國音響學會誌 Vol.43 No.3

본 논문은 초음파 방사힘을 이용하여 음향파워를 측정하는 방법에 대한 이론적 모델을 세우고 이에 대한이론적 결과를 다루었다. 이를 위해 Kirchhoff approximation 기반으로 강체원뿔표적에 대한 산란모델을 세우고 음향파워를 계산한 후 이를 방사힘으로 환산하였다. 이를 통해 원뿔표적을 사용하는 기존 방법의 정확성 및 측정 한계, 그리고 임의의 경사각의 원뿔표적으로도 측정할 수 있는 음향파워측정에 관한 확장된 이론을 제시하였다. 이를 이용하여 초음파 방사힘을 이용한 음향파워측정 방법의 주파수 및 표적 크기에 대한 의존도도 본 논문에서 제시하였다. 그결과로 주파수 및 표적 크기를 고려하였을 때 국제표준규격(International Electrotechnical Commission, IEC)에서제시하는 방법으로 계산한 음향파워값에 추가되어야 할 보정값을 산출하였다. This paper came up with the theoretical modelling of the metrology for the acoustic power using ultrasonic radiation force and showed some theoretical results. In order to do this, a scattering model for a rigid circular cone based upon the Kirchhoff approximation was made, which was followed by the calculation of acoustic power, and then, was converted to the radiation force. From these works, it provided the accuracy and limitation of the conventional method using a circular cone, and the expanded metrology modelling that can be applied to a circular cone with arbitrary apex angle. Using these, this study provided the dependence of the metrology for the acoustic power using ultrasonic radiation force on the frequency and the size of the target. As a result, the correction was yielded in the value of the acoustic power calculated by the suggested International Electrotechnical Commission (IEC) method, which needs to be added when the frequency and the size of the target was considered.