KR0174104B1 - 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 주소음원에서 발생된 방사음압을 최소상태로 감소시킬 수 있는 소음감소용 부가음원의 방사음압을 검출할 수 있도록 하기 위하여, 부가음원 전면부의 진동속도신호와 음압신호를 검출하고, 검출된 진동속도신호와 음압신호를 가산하여 최종 진동속도를 검출하고; 부가음원 전면부의 진동속도신호와 음압신호를 검출하고, 검출된 진동속도신호와 위상이 반전된 음압신호를 가산하여 최종 음압을 검출하며; 검출된 최종 진동속도 및 최종 음압을 이용하여 부가음원의 방사음압을 측정하도록 하였다.

또한, 부가음원의 전면에 밀착되어 부가음원에서 발생되는 진동속도 신호를 검출하는 제1마이크로폰; 부가음원의 전면으로부터 소정거리 이격된 위치에 장착되어 부가음원에서 발생되는 음압신호를 검출하는 제2마이크로폰; 제1마이크로폰에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰에 의해 검출된 음압신호를 각각 인가받아 두개의 신호를 이용하여 최종 진동속도와 음압을 계산하고, 계산된 결과를 컨트롤러에 출력하는 강도변환기를 구비하였다.

Description

밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법 및 그 장치

제1도는 본 발명에 의한 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치의 개략적 블럭도.

제2도는 제1도에 도시된 강도변환기의 내부구성을 나타내는 상세블럭도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스피커 2 : 컨트롤러

3 : 엔진 9, 12 : 마이크로폰

10, 13 : 프리앰프 11 : 강도변환기

14, 15 : 가산기 16 : 적분기

17, 19 : 저주파 통과필터 18, 20 : 아날로그/디지탈 변환기

본 발명은 밀페공간내의 소음제어를 위한 방사음압(벡터성분이 포함된 음압)측정방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밀페된 공간내에서 전체적인 소음감소효과를 얻을 수 있도록 한 밀페공간내의 소음제어장치에 있어서, 주소음원으로부터 발생된 방사음압을 최적의 상태로 감소시킬 수 있는 부가음원의 방사음압을 검출하기 위한 밀페공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 운전실, 선박의 선실, 자동차의 실내 또는 일반사무실의 내부 및 외부에서 구동중인 기계장치로 인한 소음은 일정한 밀폐공간 내에서 작업하는 작업자에게 불쾌감을 제공하는 원인이 되며, 이로 인하여 작업능률이 저하되는 결과가 발생된다. 따라서, 이러한 소음을 감소시키기 위한 여러가지의 소음감소기술들이 개발되어 왔다.

그 중에서도 비교적 효과적인 것으로는, 소음원에 대하여 부가적인 음원(예컨대, 스피커)을 이용하여 소음원과의 위상간섭에 의한 소음상쇄효과를 얻을 수 있는 방식으로, 이에 대하여 소음상쇄효과를 얻을 수 있는 능동적인 소음제어기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 기술은 흡음재 또는 차음재등만을 사용하였을 경우 소음저감효과를 얻기 힘든 주파수대역(약 500㎐의 저주파대역)의 소음에 대해서도 효율적으로 적용할 수 있는 기술로서, 일반적으로 알려진 방식은 소정위치(예컨대, 운전실내의 운전석)에 센서를 부착하여 그 위치에서의 소음이 최소가 되도록 부가음원을 구동시키도록 한 방식이다.

그러나, 이와 같은 종래의 능동소음감소기술에는 다음과 같은 문제점들이 발생된다.

첫째, 소정위치에서는 상쇄효과에 의해 소음감소효과를 얻을 수 있지만, 다른 위치에서는 이러한 상쇄작용이 발생하지 않기 때문에 오히려 소음이 증가될 수 있다.

둘째, 공간적으로 넓은 영역에 걸쳐 소음감소효과를 얻기 위해서는 다수의 위치에 다수개의 센서를 설치하여 다채널신호처리를 수행하여야 한다. 이러한 경우, 다채널신호처리를 제대로 수행하기 위한 복잡한 제어장치를 운용하여야 하고, 복잡한 제어장치를 운용하려면 대용량 및 고속의 이산신호처리장치가 필요하기 때문에, 장치의 가격이 상승되고, 성능면에서 실용화가 어렵다.

셋째, 예컨대, 센서를 운전실내의 운전석 머리받침대에 부착하였다고 하더라도, 운전자가 작업도중 운전석으로부터 다른 위치로 이동하게 되면 최적의 소음감소효과를 운전자에게 제공할 수 없게 된다. 결국, 센서의 설치위치를 최적으로 설정하는 것이 현실적으로 난해하다는 것이다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인에 의해 출원된 특허출원 제94-12089호에 기재된 바와 같은 밀폐공간내의 소음제어장치가 개발되었다.

이러한 선행자료는 운전실내부의 소정위치에 대하여 소음감소효과를 얻을 수 있는 종래의 기술에 대하여 보다 월등히 진보된 기술로서, 운전실내부의 전범위에 걸쳐 소음감소효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

이러한 선행자료의 기본원리는 다음과 같다. 즉, 주소음원으로부터 발생되는 방사음압(벡터성분이 포함된 음압)의 크기와 벡터성분을 계산하여 주소음원에서 발생된 방사음압의 크기와 동일한 크기를 가지며 벡터성분이 서로 180도의 위상차를 갖는 별도의 방사음압을 발생시켜, 두 방사음압의 위상차에 의해 각 방사음압이 소멸되도록 하는 것이다.

이러한 경우, 부가음원으로부터 발생된 방사음압이 주소음원으로부터 발생된 방사음압과 동일한 크기를 가지며 벡터성분이 서로 180도의 위상차를 갖도록 제어하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 부가음원에서 출력되는 방사음압의 크기 및 위상값을 정확하게 측정하는 것이 소음제어의 성능을 좌우한다고 하여도 과장됨이 없다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 소음제어장치를 진일보시킨 기술로서, 본 발명의 목적은 주소음원으로부터 발생된 방사음압을 최소화시키기 위한 부가음원의 방사음압을 정밀 측정할 수 있도록 한 밀페 공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 방사음압 측정방법을 수행하기 위한 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치를 제공함에 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 밀페공간내의 소음제어를 위한 부가음원의 방사음압을 측정함에 있어서 : 상기 부가음원 전면부의 진동속도신호와 음압신호를 검출하고, 검출된 진동속도신호와 음압신호를 가산하여 최종 진동속도를 검출하고; 상기 부가음원 전면부의 진동속도신호와 음압신호를 검출하고, 검출된 진동속도신호와 위상이 반전된 음압신호를 가산하여 최종 음압을 검출하며 ; 상기 검출된 최종 진동속도 및 최종 음압을 이용하여 부가음원의 방사음압을 측정하도록 한 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법에 있다.

본 발명의 다른 특징은, 주소음원과, 주소음원으로부터 발생된 방사음압을 최소화하기 위한 방사음압을 발생하는 부가음원, 및 부가음원에서 발생되는 방사음압값을 제어하는 컨트롤러를 구비하는 밀페공간내의 소음제어장치에 있어서 : 상기 부가음원의 전면에 밀착되어 부가음원에서 발생되는 진동속도신호를 검출하는 제1마이크로폰; 상기 부가음원의 전면으로부터 소정거리 이격된 위치에 장착되어 부가음원에서 발생되는 음압신호를 검출하는 제2마이크로폰; 상기 제1마이크로폰에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰에 의해 검출된 음압신호를 각각 인가받아 상기 두개의 신호를 이용하여 최종 진동속도와 음압을 계산하고, 계산된 결과를 상기 컨트롤러에 출력하는 강도변환기를 구비하는 밀페공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치에 있다.

본 발명에 있어서, 강도변환기는, 제1마이크로폰에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰에 의해 검출된 음압신호를 가산하여 최종 진동속도를 출력하는 제1가산기; 제1마이크로폰에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰에 의해 검출된 음압신호의 위상의 반전시켜 가산하는 제2가산기; 및 제2가산기에 의해 가산된 결과를 적분하여 최종 음압을 출력하는 적분기로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 및 제2마이크로폰에서 검출된 각종신호를 신호처리에 적합한 크기로 증폭하기 위한 각각의 프리앰프를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 강도변환기에서 출력된 각각의 신호를 신호처리하는 경우 신호가 변질되는 것을 방지하기 위한 각각의 저주파 통과필터를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 부가음원은 스피커로 구성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법 및 그 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 있어서는 건설기계에 적용되는 밀폐공간내의 소음제어장치에 한정 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 적용범위는 건설기계에 한정되지 않고, 다른 어떠한 소음환경에서도 적용 가능함을 인지하여야 한다.

제1도에는 본 발명에 의한 밀폐공간내의 소음제어들 위한 방사음압 측정장치의 개략적 블럭도가 도시되어 있다.

제1도에 도시된 본 발명의 장치는, 운전실내에 설치된 부가음원(예컨대, 스피커(1)로 설정한다)과, 주소음원으로부터의 신호와 스피커(1) 전면의 음압신호 및 스피커(1)면의 진동속도신호를 수집하여 소음감소를 위한 제어신호를 발생하는 컨트롤러(2)로 구성되어 있다.

제1도를 보면, 건설기계에 있어서 대표적인 주소음원인 엔진(3)의 회전가속도를 측정하는 가속도계(4)로부터 발생된 가속도신호가 프리앰프(5)를 통하여 증폭되고, 적분기(6)에 의해 적분되어 연속속도신호로 변환된 다음, 저주파 통과필터(7)를 통하여 저주파성분만이 출력되고, 아날로그/디지탈 변환기(8)에 의해 디지탈형태를 갖는 주소음원의 진동속도신호(Qp)값으로 변환된 후 컨트롤러(2)에 입력됨으로써, 엔진(3)으로부터의 신호수집이 완료된다. 여기서, 저주파 통과필터(7)는 전술한 연속속도신호가 아날로그/디지탈 변환기(8)에서 디지털신호로 변환될 때 발생되는 앨리어싱(alliasing)현상을 방지하기 위한 것이다.

한편, 스피커(1) 표면의 진동속도신호는 스피커(1)의 표면에 밀착되어 장착된 제1마이크로폰(9)에 의해 검출되어 프리앰프(10)를 통과한 다음 강도변환기(11)에 입력된다.

또한, 스피커(1)의 전면에서의 음압신호(벡터성분이 포함되지 않은 음압 : '방사음압'과 구분된다)는 스피커(1)의 표면으로부터 소정거리 이격된 위치에 장착된 제2마이크로폰(12)에 의해 검출되어 프리앰프(13)를 통과한 다음 강도변환기(11)에 입력된다.

여기서, 강도변환기(11)는 제2도에 도시된 바와 같이, 제1마이크로폰(9)에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰(12)에 의해 검출된 음압신호를 가산하여 최종 진동속도(Qs)를 출력하는 제1가산기(14)와, 제1마이크로폰(9)에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰(12)에 의해 검출된 음압신호를 위상 반전시켜 가산하는 제2가산기(15), 및 제2가산기(15)에 의해 가산된 결과를 적분하여 최종 음압(Ps)을 출력하는 적분기(16)로 구성되어 있다.

즉, 강도변환기(11)는 입력된 두개의 신호 즉, 제1마이크로폰(9)에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰(12)에 의해 검출된 음압신호를 이용하여 진동속도와 위상이 검출된 진동속도(Qs)를 출력한다. 이렇게 출력된 진동속도(Qs)는 저주파 통과필터(17)와 아날로그/디지탈 변환기(18)를 통하여 컨트롤러(2)에 입력된다.

또한, 강도변환기(11)는 입력된 두개의 신호 즉, 제1마이크로폰(9)에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰(12)에 의해 검출된 음압신호를 이용하여 스피커(1)에서 출력되는 음압(Ps)을 계산한 후 계산된 음압(Ps)을 출력한다. 이렇게 출력된 음압(Ps)은 저주파 통과필터(19)와 아날로그/디지탈 변환기(20)를 통하여 컨트롤러(2)에 입력된다.

컨트롤러(2)는 입력된 두개의 신호 즉, 스피커(1) 전면에서의 진동속도(Qs)와 스피커(1) 전면의 음압(Ps)을 이용하여 방사음압을 계산한다. 즉, 방사음압은 진동속도(Qs)와 음압(Ps)을 곱한값에 해당하므로, 그 결과는 Qs × Ps와 같다.

이후, 컨트롤러(2)는 스피커(1)의 방사음압과 엔진(3)의 방사음압을 비교하여 두개의 방사음압이 교합되었을 때 방사음압이 서로 상쇄되어 최소가 되는지를 체크하고, 교합된 방사음압이 최소가 될때까지 제어신호의 제어값을 미세하게 변화시킨다.

이렇게 출력된 컨트롤러(2)의 제어신호(Y)는 디지탈/아날로그 변환기(21)를 통하여 디지탈값으로 변환된 후, 저주파 통과필터(22)와 파워앰프(23)를 통하여 스피커(1)에 공급된다. 이에 따라 스피커(1)는 초기에 출력된 방사음압에 대하여 미세하게 변화된 방사음압을 방출하게 된다.

따라서, 엔진(3)에서 발생된 방사음압을 최소화시킬 수 있는 스피커(1)의 방사음압을 검출할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의한 밀페공간내의 소음감소를 위한 방사음압 측정방법 및 그 장치에 따르면, 주소음원으로부터 발생된 방사음압을 최소화시키기 위하여 부가음원을 통하여 출력되는 현재의 방사음압을 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 부가음원에서 출력되는 방사음압을 정확하게 측정함에 따라 부가음원에서 발생되는 방사음압을 미세조정할 수 있게 되어 주소음원의 방사음압을 효율적으로 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 밀폐공간내의 소음제어를 위한 부가음원의 방사음압을 측정함에 있어서: 상기 부가음원 전면부의 진동속도신호와 음압신호를 검출하고, 검출된 진동속도신호와 음압신호를 가산하여 최종 진동속도를 검출하고; 상기 부가음원 전면부의 진동속도신호와 음압신호를 검출하고, 검출된 진동속도신호와 위상이 반전된 음압신호를 가산하여 최종 음압을 검출하며; 상기 검출된 최종 진동속도 및 최종 음압을 이용하여 부가음원의 방사음압을 측정하도록 한 밀페공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정방법.
2. 주소음원과, 주소음원으로부터 발생된 방사음압을 최소화하기 위한 소음제거용 방사음압을 발생하는 부가음원, 및 부가음원에서 발생되는 방사음압값을 제어하는 컨트롤러를 구비하는 밀페공간내의 소음제어장치에 있어서: 상기 부가음원의 전면에 밀착되어 부가음원에서 발생되는 진동속도신호를 검출하는 제1마이크로폰; 상기 부가음원의 전면으로부터 소정거리 이격된 위치에 장착되어 부가음원에서 발생되는 음압신호를 검출하는 제2마이크로폰; 상기 제1마이크로폰에 의해 검출된 진동속도신호와 제2마이크로폰에 의해 검출된 음압신호를 각각 인가받아 상기 두개의 신호를 이용하여 최종 진동속도와 음압을 계산하고, 계산된 결과를 상기 컨트롤러에 출력하는 강도변환기를 구비하는 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 강도변환기는, 상기 제1마이크로폰에 의해 검출된 진동속도신호와 상기 제2마이크로폰에 의해 검출된 음압신호를 가산하여 최종 진동속도를 출력하는 제1가산기; 상기 제1마이크로폰에 의해 검출된 진동속도신호와 상기 제2마이크로폰에 의해 검출된 음압신호의 위상의 반전시켜 가산하는 제2가산기; 및 상기 제2가산기에 의해 가산된 결과를 적분하여 최종 음압을 출력하는 적분기로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2마이크로폰에서 검출된 각종신호를 신호처리에 적합한 크기로 증폭하기 위한 각각의 프리앰프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 강도변환기에서 출력된 각각의 신호를 신호처리하는 경우 신호가 변질되는 것을 방지하기 위한 각각의 저주파 통과필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 부가음원은, 스피커인 것을 특징으로 하는 밀폐공간내의 소음제어를 위한 방사음압 측정장치.