KR100354046B1

KR100354046B1 - 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치

Info

Publication number: KR100354046B1
Application number: KR1020000069435A
Authority: KR
Inventors: 이명한
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-09-28
Also published as: KR20020039549A; JP2002267569A; DE10157196A1; US6550332B2; US20020059832A1; JP3860458B2

Abstract

본 발명은 차량의 풍동 실험시 발생되는 음원에 대하여 측정 및 위치를 시각적으로 파악할 수 있도록 하여 음원 발생에 대한 신속한 개선 조치를 취할 수 있는 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치에 관한 것이다. 본 발명은 풍동 실험 차량의 음원 측정 시스템에 있어서, 상기 차량의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 음파를 집음하는 음향 거울과; 상기 음향 거울의 음파가 집음되는 위치에 장착되어 집음된 음파를 측정하는 마이크로폰과; 상기 마이크로폰의 일측에 결합되어 상기 차량의 음원이 발생되는 위치를 촬영하는 영상 촬영부와; 상기 영상 촬영부의 전방에 장착되어 상기 마이크로폰으로부터 측정된 음을 색깔의 변화로 표시하는 제1 표시부와; 상기 차량의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 위치로 이동되도록 차량의 측면부에서 상하 및 후류 방향으로 이동하는 트레버스와; 상기 마이크로폰으로부터 집음된 음원과, 상기 영상 촬영부와 제1 표시부를 통해 촬영된 영상을 분석하는 데이터 분석용 워크 스테이션과; 상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상 신호와 상기 제1 표시부에 디스플레이 되는 색깔을 오버랩 하여 표시하는 제2 표시부를 포함하여 구성한다.

Description

음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치{REAL-TIME NOISE SOURCE VISUALIZING SYSTEM USING ACOUSTIC MIRROR}

본 발명은 음향 거울 홀로그래피 시스템에 관한 것으로, 특히 완성된 실차의 풍동 실험에서 풍향 음원의 측정 및 위치를 시각적으로 파악할 수 있는 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량은 제작이 완성되면 풍동 실험(Wind Tunnel Test)장치 내에서 차량의 표면에 흐르는 공기저항, 양력, 횡풍의 영향에 따른 차량의 흔들림 및 소음 발생원을 측정하게 되는데, 이러한 공기저항, 양력, 횡풍에 따른 차량의 흔들림을 측정하기 위한 풍동 실험장치는 차량이 일정한 폐쇄 공간 내에서 밸런스 장치에 놓여지도록 하고, 공간 내에 다량의 공기를 강제 송풍하여 공기저항 및 양력, 횡풍에 따라 차량에 작용하는 영향력을 실험하게 된다.

그런데, 상기한 바와 같은 풍동 실험장치는 차량이 내재될 수 있도록 형성되는 벽에 의해 차량 표면을 따라 발생되는 유선 상태의 공기 흐름에 영향을 받게 되어 벽면 효과(Blockage Effect)를 초래하기 때문에 공기 저항도 및 이에 따른 차량의 흔들림 정도 및 음원의 위치를 정확하게 측정하지 못하게 되었다.

이와 같은 이유로 상기 공기저항에 따른 음원의 위치를 정확하게 측정하기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 음향 거울 홀로그래피 시스템을 구성한다. 음향 거울 홀로그래피 시스템은 공기저항에 따른 소음을 발생하는 음원(10)과, 상기 음원(10)으로부터 발생되는 소음을 집음하는 오목거울인 음향 거울(11)과, 상기 음향 거울(11)에 집음된 음원을 수신하여 전기적인 신호로 변환 출력하는 전방 중앙에 장착된 마이크로폰(12)과, 상기 마이크로폰(12)에 수신된 전기적인 음원을 녹음하는 별도의 녹음장치로 구성된다.

이와 같이 구성된 음향 거울 홀로그래피 시스템은 음원(10)으로부터 방사 내지는 방출되는 음파를 음향 거울(11)을 통해서 반사하여 한 곳으로 집중하게 된다.

그래서 음향 거울(11)에 의해 집중된 소음 밀도(Sound Intensity)는 자유전장(Free Field)값에 비해 초점부에 장착된 마이크로폰(12)에서 매우 크게 된다.

그러므로 상기 음향 거울(11)에 수직한 면에 분포하는 다른 공간적인 음원 분포도 음향 거울(11)과 마이크로폰(12)을 트레버스(Traverse)(13)에 의해 이동시키면 쉽게 측정될 수 있다.

상기 음향 거울은 일반적인 일차원 마이크로폰(12)어레이와 비교하여 음향 거울(11) 축에 수직한 모든 방향의 음원들의 위치 파악이 가능하게 된다.

그러나, 상기 음향 거울 홀로그래피 시스템은 특정 주파수에 대한 음원 위치 파악을 위하여 풍동 실험에서 음향 거울에 마이크로폰을 결합하여 트레버스로 위치를 이동시켜 가면서 데이터 기록을 이용하여 측정된 값을 저장하고, 이어서 모든 측정이 끝난 후 상기 측정 저장된 데이터를 분석하는 장비를 이용하여 홀로그래피 작업을 해야만 특정 주파수의 음원을 찾을 수 있게 되어 있다.

이와 같이 종래의 음향 거울 홀로그래피 시스템은 상기 음원을 찾기 위하여 모든 측정 및 데이터 분석을 통해서만 가능하므로 많은 하드웨어가 필요하게 될 뿐만 아니라, 또한 상기 데이터 분석에 따른 분석 시간이 길어지는 실시간 측정을 하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 차량의 풍동 실험시 발생되는 음원에 대하여 측정 및 위치를 시각적으로 파악할 수 있도록 하여 음원 발생에 대한 신속한 개선 조치를 취할 수 있는 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 풍동 실험 차량의 음원 측정 시스템에 있어서, 상기 차량의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 음파를 집음하는음향 거울과; 상기 음향 거울의 음파가 집음되는 위치에 장착되어 집음된 음파를 측정하는 마이크로폰과; 상기 마이크로폰의 일측에 결합되어 상기 차량의 음원이 발생되는 위치를 촬영하는 영상 촬영부와; 상기 영상 촬영부의 전방에 장착되어 상기 마이크로폰으로부터 측정된 음을 색깔의 변화로 표시하는 제1 표시부와; 상기 차량의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 위치로 이동되도록 차량의 측면부에서 상하 및 후류 방향으로 이동하는 트레버스와; 상기 마이크로폰으로부터 집음된 음원과, 상기 영상 촬영부와 제1 표시부를 통해 촬영된 영상을 분석하는 데이터 분석용 워크 스테이션과; 상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상 신호와 상기 제1 표시부에 디스플레이 되는 색깔을 오버랩 하여 표시하는 제2 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 음향 거울 홀로그래피 시스템.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치.

도 3은 도 2에 도시된 음향 거울에 부가되는 주변 구성요소를 도시한 도면.

도 4는 도 2에 도시된 제1 표시부와 마이크로폰과의 관계를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음원의 세기에 따라 전압이 증폭되어 제1 표시부 화면의 색깔이 달라지는 것을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음원의 세기에 따라 전압이 증폭되어 제1 표시부 화면의 색깔이 달라져 차량의 음원 위치에 오버랩 되는 것을 도시한 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음향 거울(30)을 이용한 실시간 음원 표시장치이다. 도 3은 도 2에 도시된 음향 거울(30)에 부가되는 주변 구성요소를 도시한 도면이다. 참조번호 (32)는 음원에서 방출된 음파를 나타내며, 참조번호 (34)는마이크로폰(40)과 영상 촬영부(50)를 지지하는 지지대를 나타낸다. 도 4는 도 2에 도시된 제1 표시부(60)와 마이크로폰(40)과의 관계를 도시한 도면이다.

도 2내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 음향 거울(30)을 이용한 실시간 음원 표시장치의 구성을 설명한다.

본 발명은 차량(20)의 풍향 음원 측정과 동시에 음원 위치 파악 및 오디오 시스템이 없이도 시각적으로 음원 위치를 표시할 수 있는 음원 표시장치이다.

도 2에 도시된 바와 같이 음향 거울(30)을 이용한 실시간 음원 표시장치는 풍동 실험 차량(20)의 음원 측정 시스템에 있어서, 음향 거울(30), 마이크로폰(40), 영상 촬영부(50), 제1 표시부(60), 트레버스(70), 워크 스테이션(80), 제2 표시부(90)를 포함하여 구성한다.

음향 거울(30)은 상기 차량(20)의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 음파(32)를 집음하는 오목 거울이다.

마이크로폰(40)은 상기 음향 거울(30)의 음파(32)가 집음되는 위치에 장착되어 집음된 음파(32)를 측정하는 기능을 한다. 여기서, 마이크로폰(40)을 통해 측정되는 전압의 크기는 최대 10mV를 넘지 않는다. 따라서, 마이크로폰(40)에서 측정된 전압을 제1 표시부(60)에서 칼라로 구별할 수 있게 하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 전압을 증폭시키는 전압 증폭기(62)가 필요하다.

영상 촬영부(50)는 상기 마이크로폰(40)의 일측에 결합되어 상기 차량(20)의 음원이 발생되는 위치를 촬영하는 CCD 카메라이다.

제1 표시부(60)는 상기 영상 촬영부(50)의 전방에 장착되어 상기마이크로폰(40)으로부터 측정된 음을 색깔의 변화로 표시하는 기능을 한다. 상기 제1 표시부(60)는 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)를 사용한다. TFT-LCD는 각종 문자, 도형표시는 물론 TV의 화면표시에까지 활용되고 있다. 액정 셀의 구조는 끝이 봉해진 두 장의 유리판 사이에 액정이 들어 있으며, 유리판의 내면에는 각각 나타내고자 하는 상을 표시하기 위한 전극이 형성되어 있고, 이들 전극들은 외부 단자에 전기적으로 접속되어 있다.

액정은 언뜻 보기에는 액체이지만 광학적으로는 결정체와 같은 이방성을 나타내는 특이상태의 것으로 일정 온도범위에서 액정이 되는 서모트로픽 액정(Thermotropic Liquid Crystal)이라 불리는 유기화합물이다.

TFT-LCD에는 반사형과 투과형이 있는데, 반사형은 LCD패널의 전면으로부터 입사시킨 빛을 패널 뒷면에 부착되어 있는 반사판에 반사시켜 표시하는 형이며, 투과형은 LCD패널의 배면으로부터 주위 광 또는 형광을 입사시켜 상을 나타내는 형이다. 본 기술에 사용되는 TFT-LCD는 투과형을 사용하였다. 왜냐하면, CCD 카메라 렌즈 앞에 장착된 TFT-LCD를 통해 배경이 되는 차량(20) 형상이 표시부에 함께 디스플레이(Display)가 되야 하기 때문이다.

트레버스(70)는 상기 차량(20)의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 위치로 이동되도록 차량(20)의 측면부에서 상하 및 후류 방향으로 이동하는 위치 이동장치이다.

워크 스테이션(80)은 상기 마이크로폰(40)으로부터 집음된 음원과, 상기 영상 촬영부(50)와 제1 표시부(60)를 통해 촬영된 영상을 분석하는 일종의 제어부 기능을 한다. 상기 워크스테이션은 집음된 소음, 상기 영상 촬영부(50)에서 촬영된 영상, 제1 표시부(60)를 통해 표시되는 신호 등을 분석하여 제2 표시부(90)를 통해서 음원의 세기와, 음원 위치를 오버랩 되도록 디스플레이 함으로써, 상기 차량(20)의 풍동 실험시 발생되는 음원의 세기 및 위치를 실시간에 파악할 수 있다.

제2 표시부(90)는 상기 영상 촬영부(50)에서 촬영된 영상 신호와 상기 제1 표시부(60)에 디스플레이 되는 색깔을 오버랩 하여 차량(20)의 음원 위치와 색깔을 표시하는 기능을 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음원의 세기에 따라 전압이 증폭되어 제1 표시부(60) 화면의 색깔이 달라지는 것을 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 음원의 세기에 따라 전압이 증폭되어 제1 표시부(60) 화면의 색깔이 달라져 차량(20)의 음원 위치에 오버랩 되는 것을 도시한 도면이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 마이크로폰(40)에서 나온 측정 전압이 전압 증폭기(62)를 통해 증폭되어 제1 표시부(60)에 작용한다. 따라서, 실시간으로 측정되어 증폭된 전압에 따라 제1 표시부(60) 화면의 색깔이 변한다. 즉, 전압이 낮을 경우 도 5의 좌측에 도시된 바와 같이 제1 표시부(60)는 푸른색을 띠도록 하고, 전압이 높을 경우 도 5의 우측에 도시된 바와 같이 붉은색을 띠도록 한다. 따라서, 푸른색을 나타낼 경우 측정되는 부위의 소음 레벨이 낮음을 의미하며, 붉은색일 경우 소음 레벨이 높음을 쉽게 알 수 있다.

도 2내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 음향 거울(30)을 이용한실시간 음원 표시장치의 측정 방법 및 동작 과정을 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 구성되는 본 발명은 차량(20)이 완성되면, 완성된 차량(20)에 풍동을 실험하기 위하여 풍동 실험실 내부의 실험 위치에 차량(20)을 위치시키게 된다. 이어서, 풍동 실험실 내부의 실험 공간에 다량의 공기를 강제 송풍하여 공기저항 및 양력, 횡풍에 따라 차량(20) 표면에 작용하는 영향력을 실험한다.

상기와 같은 상태에서, 트레버스(70)에 장착된 음향 거울(30)은 차량(20)의 측면부에서 음원을 찾아내기 위해 상하 및 후류 방향으로 이동하면서 음향 거울(30)에 장착된 마이크로폰(40)으로 측정한다. 마이크로폰(40)으로 측정되는 소리는 녹음 및 분석이 가능한 워크 스테이션(Work Station)(80)(LMS 시스템)으로 신호가 전달되고, 동시에 전압 증폭기(62)를 거쳐 제1 표시부(60)에 전압이 공급된다.

음향 거울(30)에 장착된 영상 촬영부(50)는 마이크로폰(40)에서 측정과 동시에 측정 부위를 모니터링 하여 표시부에 나타나게 한다. 이때, 영상 촬영부(50) 앞에 장착된 투과형 제1 표시부(60)에 의해 소음 레벨이 큰 부위는 도 5의 우측에 도시된 바와 같이 붉은색으로, 소음 레벨이 작은 부위는 도 5의 좌측에 도시된 바와 같이 푸른색으로 차량(20) 특정 부위와 함께 오버랩(Overlap)이 되어 나타난다. 도 5에 도시된 제1 표시부(60)의 상태는 편의상 전압이 낮은 경우와 전압이 높은 경우로 구분하여 도시한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 음향 거울(30)을 이용한 실시간 음원 표시장치는 오디오 시스템 없이도, 음향 거울(30)이 트레버스(70)에의해 이동하면서 집진되는 음원의 세기에 따라 제1 표시부(60)의 색깔을 변화시켜 표시함으로써 보다 용이하게 음원의 세기를 파악할 수 있다. 한편, 워크 스테이션(80)(LMS 시스템)은 모든 계측 후에 데이터를 분석하여 홀로그래피 처리를 통해 음원의 세기와 음원의 위치를 도 6에 도시된 바와 같이 제2 표시부(90)에 디스플레이 함으로써 사용자가 용이하게 음원의 세기 및 음원의 위치를 파악할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 음향 거울(30)을 이용한 실시간 음원 표시장치는 음향 거울(30)을 통해 소음을 측정하여 분석한 후 음원을 파악하는 방법과는 다르게 화면상에 실시간으로 음원 위치 및 음원의 세기를 파악할 수 있는 장치이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치는 완성차의 풍동 실험시 오디오 시스템 없이도 투과형 제1 표시부를 장착하여 음원의 소음 레벨의 크기에 따라 화면에 색깔이 변하여 특정 부위에 오버랩 됨으로써 보다 손쉽게 음원을 파악할 수 있으며, 개선 작업에 대한 효과를 보다 빠르게 확인할 수 있어 개발 시간 단축이 가능한 효과가 있다.

Claims

풍동 실험 차량의 음원 측정 시스템에 있어서,

상기 차량의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 음파를 집음하는 음향 거울과;

상기 음향 거울의 음파가 집음되는 위치에 장착되어 집음된 음파를 측정하는 마이크로폰과;

상기 마이크로폰의 일측에 결합되어 상기 차량의 음원이 발생되는 위치를 촬영하는 영상 촬영부와;

상기 영상 촬영부의 전방에 장착되어 상기 마이크로폰으로부터 측정된 음을 색깔의 변화로 표시하는 제1 표시부와;

상기 차량의 풍동 실험에 따라 발생하는 음원의 위치로 이동되도록 차량의 측면부에서 상하 및 후류 방향으로 이동하는 트레버스와;

상기 마이크로폰으로부터 집음된 음원과, 상기 영상 촬영부와 제1 표시부를 통해 촬영된 영상을 분석하는 데이터 분석용 워크 스테이션과;

상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상 신호와 상기 제1 표시부에 디스플레이 되는 색깔을 오버랩 하여 표시하는 제2 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로폰을 통해 측정되는 전압의 크기를 상기 제1표시부에서 칼라로 구별하도록 전압을 증폭시키는 전압 증폭기를 더 구비하여 구성함을 특징으로 하는 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 표시부는 상기 마이크로폰을 통해 실시간으로 측정되어 상기 전압 증폭기를 통해 증폭된 전압에 따라 화면의 색깔이 전압이 낮을 경우 푸른색을 띠도록 하고, 전압이 높을 경우 붉은색을 띠도록 설정되며, 제1 표시부의 화면 색깔이 푸른색을 나타낼 경우 측정되는 부위의 소음 레벨이 낮고, 제1 표시부의 화면 색깔이 붉은색일 경우 소음 레벨이 높음을 나타내는 것을 특징으로 하는 음향 거울을 이용한 실시간 음원 표시장치.