KR101123880B1

KR101123880B1 - 소음 검출 방법 및 소음 검출 시스템

Info

Publication number: KR101123880B1
Application number: KR1020100097755A
Authority: KR
Inventors: 박지수
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-03-23

Abstract

본 발명은 소음 검출 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 푸리에 전개를 통해 음원을 sin 파형으로 변환하고, 각 관측 지점에서의 진폭 변화값을 이용하여 소음을 구성하고 있는 각 음원을 분리하는 소음 검출 시스템에 관한 것이다.

Description

소음 검출 방법 및 소음 검출 시스템{A METHOD AND SYSTEM FOR ANALYZING NOISE}

전자 및 기계 산업의 비약적인 성장으로 인해 인간 생활의 편리를 누리는 오늘날, 전자 및 기계 장치는 단순히 인간이 행하는 작업을 대신하는 도구로써의 기능에서 나아가, 안락함과 쾌적함 등 인간 생활의 질과 관련된 항목을 충족시켜야 하는 과제를 안고 있다.

이러한 전자 및 기계 장치 등은 그 구조의 특성상 자체적으로 크고 작은 구동 소음을 발생시킨다. 또한, 인간 생활에서 발생할 수 있는 여러 가지 생활 소음들이 다수 존재한다. 따라서 이러한 소음을 최소화하는 것은 인간 생활의 질적 향상을 위해 해결해야 할 기본적인 과제이며, 최근에는 소음을 최소화하기 위해 다양한 장치들이 개발되거나 또는 다양한 방법들이 시도되고 있다.

한편, 소음을 효율적으로 줄이기 위해서는 소음원으로부터 소음을 보다 정확하게 측정하여 신뢰성 있는 소음 정보를 생성하는 것이 선행되어야 한다. 하지만, 종래에는 전자 장치 등을 생산하는 생산 라인에서 소음 측정을 휴먼 검사로 하는 정도에 불과하였다. 즉, 라인을 따라 이동하는 전자 장치 등의 구동 소음을 사람의 귀로 직접 들어 소음 정도를 판단하는 휴먼 검사를 하였다.

또한, 종래의 휴먼 검사에 의해서는 전자 장치 등을 생산하기 위한 생산 장치들에서 발생하는 소음, 불규칙적인 라인 운전 상태로 인해 발생하는 소음 또는 정렬괴지 않은 전자 장치 등이 라인을 따라 이동되는 과정에서 발생하는 소음 등에 의해 소음원으로부터의 소음만을 정확히 측정할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 여러 개의 음원으로 구성된 소음으로부터 각각의 음원으로 분리하여 소음의 원인이 되는 음원의 위치를 정확하게 파악하는 소음 검출 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명에 의한 소음 검출 방법 및 시스템을 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.

본 발명에 의한 3개의 위치에 제공되는 소음 관측 장치를 이용하여 복합 소음 음원을 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 방법의 일실시예는, 각각의 개별 소음 음원의 값을

(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 가정하는 단계와, 상기 각각의 개별 소음 음원의 값을 중첩한 식에 상기 소음 관측 장치에서 측정된 값을 대입하여 방정식을 형성하는 단계와, 상기 방정식을 풀어 각각의 가정된 개별 소음 음원의 값을 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 3개의 위치에 제공되는 소음 관측 장치를 이용하여 복합 소음 음원을 두 개의 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 방법의 다른 실시예는, 제1 개별 소음 음원의 값 및 제2 개별 소음 음원의 값을

(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 가정하는 단계와, 상기 제1 개별 소음 음원 및 상기 제2 개별 소음 음원의 값을 중첩한 식에 상기 소음 관측 장치에서 측정한 값을 대입하여 방정식을 형성하는 단계와, 상기 방정식을 풀어 상기 가정된 제1 개별 소음 음원 및 상기 가정된 제2 개별 소음 음원의 값을 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 복수 개의 정해진 위치에 제공되는 소음 관측 장치를 이용하여 복합 소음 음원을 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 방법의 또 다른 실시예는, 각각의 개별 소음 음원의 값을

상기 소음 관측 장치는 소음 측정기인 것이 바람직하다.

상기 소음 관측 장치는 상기 정해진 위치의 사이를 이동하면서 값을 측정하는 것도 가능하다.

상기 소음 관측 장치가 측정하는 값은 복합 소음 음원의 진폭일 수 있다.

상기 소음 관측 장치에서 측정한 진폭의 감소를 바탕으로 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 측정된 복합 소음 음원을 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 시스템의 일실시예는, 3개의 관측 거점(depot)에 제공되는 소음 관측 장치와, 각각의 개별 소음 음원의 값을

(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 변환하여 복합 소음 음원을 표현하는 변환부와, 상기 소음 관측 장치로부터 측정된 값을 대입하여 개별 소음 음원의 값을 연산하는 연산부를 포함한다.

본 발명에 의한 측정된 복합 소음 음원을 제1 개별 소음 음원과 제2 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 시스템의 다른 실시예는, 3개의 관측 거점(depot)에 제공되는 소음 관측 장치와, 상기 제1 개별 소음 음원 및 상기 제2 개별 소음 음원의 값을

(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 변환하여 복합 소음 음원을 표현하는 변환부와, 상기 소음 관측 장치로부터 측정된 값을 대입하여 상기 제1 개별 소음 음원 및 상기 제2 개별 소음 음원의 값을 연산하는 연산부를 포함한다.

본 발명에 의한 측정된 복합 소음 음원을 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 시스템의 또 다른 실시예는, 복수 개의 관측 거점(depot)에 제공되는 소음 관측 장치와, 각각의 개별 소음 음원의 값을

상기 소음 관측 장치가 상기 관측 거점을 이동하는 레일을 더 포함할 수 있다.

상기 소음 관측 장치는 소음 측정기인 것이 바람직하다.

상기 소음 관측 장치가 측정하는 값은 복합 소음 음원의 진폭인 것이 바람직하다.

상기 소음 관측 장치가 측정한 진폭의 감소를 바탕으로 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 여러 개의 음원으로 구성된 소음으로부터 각각의 음원으로 분리하여 소음의 원인이 되는 음원의 위치를 정확하게 파악하는 소음 검출 방법 및 시스템을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 원리 설명도.
도 3은 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 원리 설명도.
도 4는 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 원리 설명도.
도 5는 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 원리 설명도.
도 6은 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 원리 설명도.
도 7은 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 구성도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 명세서에서 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되도록 하기 위해 제시되는 예로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 간섭을 이용한 소음 검출 시스템의 개념도를 설명하고 있다.

종래에는 수면파(횡파)의 간섭(보강 상태)를 확인하는 실험 장치는 흔히 제작되어 왔지만, 종적인 소리의 간섭을 확인하려면 실제로 간섭 부분을 수작업으로 행위자가 실제 움직이면서 검출해야 하는 번거로움이 있었다.

본 발명은 이러한 번거로움을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 개략적인 내용을 설명하면 다음과 같다. 소음계를 등속으로 모노레일 위를 움직이게 함으로 검출된 소리의 진폭을 검출기로 보낸다. 검출기는 진폭의 보강 상쇄 간섭을 확인하여 분석 장치로 보내고, 분석 장치에서는 간단한 컨버터를 이용하여 모니터 상에서 보강 상쇄 간섭을 확인할 수 있게 된다.

특히, 완전 상쇄, 완전 보강 외에 부분 보강 혹은 부분 상쇄 등을 파악한다면 간섭의 정확한 거동을 파악할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 간섭을 이용한 소음 검출 시스템의 원리에 대해 설명하기로 한다.

소리는 파동의 하나로서 물리학에서 나오는 '파'의 개념을 이용한다. 모든 주기성이 있는 파는 푸리에 전개에 의해서 sin파로 분리해 낼 수 있으므로, 앞으로의 소리의 파동은 sin파로 전제하고 설명하겠다.

지진의 관측과 관련지어 볼 때, 3개의 관측소에서 그린 원이 접하는 점이 진앙으로 판단할 수 있다. 지진파와 마찬가지로 소리도 일종의 파이므로 같은 원리를 사용하여 소리의 음원을 파악할 수 있다.

다만, 소리의 경우 지진처럼 발생하는 장소가 한 곳이 아니라 여러 곳이어서 추가적인 원리가 결합되어야 한다.

모든 파는 Asin(wt+k)로 나타낼 수 있다. 사살상 w, k는 파의 근본적인 성질이기 때문에 바뀌지 않는다고 가정될 수 있다. 그렇다면, A, 즉 진폭은 거리에 따라서 변화하게 된다. 이러한 원리를 사용하면 비슷한 곳에 있는 음원을 서로 분리해 낼 수가 있다.

도 2 내지 도 6은 이러한 본 발명에 의한 간섭을 이용한 소음 검출 시스템의 측정 원리를 설명하기 위한 것이다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 음원 (가)에서 관측서 (C)까지의 거리를 r1, 관측소(B)까지의 거리를 r2라 한다. 마찬가지로 음원 (나)에서 관측소 (C)까지의 거리를 r'1, 관측소 (B)까지의 거리를 r'2라 한다.

이 경우, r2/r1=r'2/r'1 인 경우와, r2/r1≠r'2/r'1 인 경우로 나눌 수 있다.

일반적인 경우인 r2/r1=r'2/r'1 인 경우부터 설명하면 다음과 같다.

도 3은 음원 (가)에서 발생한 소리가 관측소 (C) 및 관측소 (B)에서 측정된 파형을 중첩시킨 그림이다.

도 4는 음원 (나)에서 발생한 소리가 관측소 (C) 및 관측소 (B)에서 측정된 파형을 중첩시킨 그림이다.

관측소 (C)에서 측정된 음원 (가), (나)의 파형의 거리에 따라 줄어드는 진폭의 크기가 관측소 (B)에서 보면 다르다는 것을 알 수 있다. 진동수가 같다하더라도 진폭은 거리에 반비례하므로 진폭의 크기 변화를 비교하여 두 음원을 분리해낼 수가 있다.

고정된 3개의 음원 측정기에서 (A, B), (A, C), (B, C)의 세 가지 조합으로 진폭 변화를 측정하면 두 음원을 정확하게 분리해 낼 수가 있다.

만약, 이 3가지 조합으로 분리가 안된다면 음원 측정기가 레일을 따라 움직이면서 무한 개의 자료를 수집한다면, 충분히 (가)의 음원 및 (나)의 음원을 분리해 낼 수 있다. 음원측정기가 움직이면서 생기는 오류에 대해서는 보간법 등을 통해 수정할 수 있다.

예를 들어, 고정된 3개의 음원 중 (B,C) 구간에 레일을 설치하고, 음원 측정기가 레일을 따라 움직이면서 음파를 측정한다.

좀더 구체적으로 설명하면, 음원 (가) 및 음원 (나)의 파를 푸리에 급수를 이용하여 sin파의 조합으로 표현하면 다음의 식과 같다. 어느 한 관측점에서 측정한 음파의 값은 아래의 두 음원의 음파가 조합된 값으로 가정할 수 있다.

다만, 앞에서 설명하 바와 같이 주파수인 wn 및 위상차인 k의 값은 파가 이동해도 변화하지 않으나, 진폭인 Cn의 값은 파의 이동에 따라 감소하게 된다.

따라서, 복수 개의 관측점에서 측정된 값을 이용하여 상기 두 음원의 음파의 결합이 가지는 미지수를 방정식을 풀듯 계산할 수 있으며, 이를 통해 각각의 음원의 값의 푸리에 변환 값을 계산할 수 있는 것이다.

따라서, 3개 이상의 관측점의 값이 있다면, 상기의 방정식을 풀 수 있어, 소음원을 각각의 성분으로 분리해낼 수 있다.

이하, r2/r1≠r'2/r'1 인 경우를 설명하기로 한다. 이러한 경우는 흔하지는 않지만, 가끔씩 발생하여 음원을 분리하는데 어려움을 줄 수 있다. 이런 경우에는 호이겐스의 원리를 이용할 수 있다.

호이겐스의 원리는 각 파면에서 또 다른 파원이 생겨서 파가 진행한다는 원리이다. 이 원리를 사용하여 r2/r1=r'2/r'1인 두 음원의 경우, 하나의 음원으로 가정하여 가상의 i음원을 정하여 마치 i에서 음원이 시작하여 파가 호이겐스 원리와 같이 퍼진 것처럼 생각할 수 있다.

또한, 소리의 진원은 3개 이상이 될 수도 있다. 이를 해결 하기 위해 본 발명에 의한 간섭을 이용한 소음 검출 시스템에서는 소리의 진원을 임의의 그룹으로 나누어 분석하는 그룹화의 방식을 제안한다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 간섭을 이용한 소음 검출 시스템에서 3개 이상의 음원이 있는 경우, 그룹화를 이용하여 해결하는 원리를 설명하는 그림이다.

도 5와 같이, A, B, C의 소음 측정기(관측점)이 담당하는 영역을 설정하여 초기 분석시에는 그 영역에 있는 소리를 하나의 소리로 가정하고 측정한다.

이후, 각 영역에서 측정된 소리를 2개의 소리로 분석하고, 분석된 소리를 계속 2개의 소리로 분석하는 방식을 이용하면 쉽게 분리될 수 있다. 즉, 앞에서 설명한 측정원리를 반복적으로 사용하는 것으로 이해할 수 있다.

본 명세서에서 하나의 소음원에서 발생하는 음원을 개별 소음 음원이라고 호칭하고, 개별 소음 음원들의 결합을 복합 소음 음원이라고 호칭하기로 한다.

개별 소음 음원은 2개 이상이 모여 복합 소음 음원을 구성할 수 있고, 소음 관측 장치도 3개에 대해서 설명하였으나 그 이상의 것도 당연히 가능하다.

도 7은 본 발명에 의한 소음 검출 시스템의 구성도이다.

본 발명의 일실시예인 측정된 복합 소음 음원을 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 시스템은, 3개의 관측 거점(depot)에 제공되는 소음 관측 장치(11, 12, 13)와, 각각의 개별 소음 음원의 값을

(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 변환하여 복합 소음 음원을 표현하는 변환부(30)와, 상기 소음 관측 장치로부터 측정된 값을 대입하여 개별 소음 음원의 값을 연산하는 연산부(20)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

측정원리에 대해서는 앞에서 설명하였으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

11 : 제1 소음 관측 장치, 12 : 제2 소음 관측 장치, 13 : 제3 소음 관측 장치, 20 : 연산부, 30 : 변환부

Claims

3개의 위치에 제공되는 소음 관측 장치를 이용하여 복합 소음 음원을 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 방법에 있어서,
각각의 개별 소음 음원의 값을
(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 가정하는 단계와,
상기 각각의 개별 소음 음원의 값을 중첩한 식에 상기 소음 관측 장치에서 측정된 값을 대입하여 방정식을 형성하는 단계와,
상기 방정식을 풀어 각각의 가정된 개별 소음 음원의 값을 계산하는 단계를 포함하는,
소음 검출 방법.
3개의 위치에 제공되는 소음 관측 장치를 이용하여 복합 소음 음원을 두 개의 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 방법에 있어서,
제1 개별 소음 음원의 값 및 제2 개별 소음 음원의 값을
(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 가정하는 단계와,
상기 제1 개별 소음 음원 및 상기 제2 개별 소음 음원의 값을 중첩한 식에 상기 소음 관측 장치에서 측정한 값을 대입하여 방정식을 형성하는 단계와,
상기 방정식을 풀어 상기 가정된 제1 개별 소음 음원 및 상기 가정된 제2 개별 소음 음원의 값을 계산하는 단계를 포함하는,
소음 검출 방법.
복수 개의 정해진 위치에 제공되는 소음 관측 장치를 이용하여 복합 소음 음원을 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 방법에 있어서,
각각의 개별 소음 음원의 값을
(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 가정하는 단계와,
상기 각각의 개별 소음 음원의 값을 중첩한 식에 상기 소음 관측 장치에서 측정된 값을 대입하여 방정식을 형성하는 단계와,
상기 방정식을 풀어 각각의 가정된 개별 소음 음원의 값을 계산하는 단계를 포함하는,
소음 검출 방법.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치는 소음 측정기인,
소음 검출 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치는 상기 정해진 위치의 사이를 이동하면서 값을 측정하는,
소음 검출 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치가 측정하는 값은 복합 소음 음원의 진폭인,
소음 검출 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치에서 측정한 진폭의 감소를 바탕으로 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는,
소음 검출 방법.
측정된 복합 소음 음원을 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 시스템에 있어서,
3개의 관측 거점(depot)에 제공되는 소음 관측 장치와,
각각의 개별 소음 음원의 값을
(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 변환하여 복합 소음 음원을 표현하는 변환부와,
상기 소음 관측 장치로부터 측정된 값을 대입하여 개별 소음 음원의 값을 연산하는 연산부를 포함하는,
소음 검출 시스템.
측정된 복합 소음 음원을 제1 개별 소음 음원과 제2 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 시스템에 있어서,
3개의 관측 거점(depot)에 제공되는 소음 관측 장치와,
상기 제1 개별 소음 음원 및 상기 제2 개별 소음 음원의 값을
(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 변환하여 복합 소음 음원을 표현하는 변환부와,
상기 소음 관측 장치로부터 측정된 값을 대입하여 상기 제1 개별 소음 음원 및 상기 제2 개별 소음 음원의 값을 연산하는 연산부를 포함하는,
소음 검출 시스템.
측정된 복합 소음 음원을 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는 소음 검출 시스템에 있어서,
복수 개의 관측 거점(depot)에 제공되는 소음 관측 장치와,
각각의 개별 소음 음원의 값을
(Cn: 진폭, wn: 주파수, t: 시간, k: 위상차)의 형태로 변환하여 복합 소음 음원을 표현하는 변환부와,
상기 소음 관측 장치로부터 측정된 값을 대입하여 개별 소음 음원의 값을 연산하는 연산부를 포함하는,
소음 검출 시스템.
청구항 9 내지 청구항 10 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치가 상기 관측 거점을 이동하는 레일을 더 포함하는,
소음 검출 시스템.
청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

청구항 9 내지 청구항 10 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치는 소음 측정기인,
소음 검출 시스템.
청구항 9 내지 청구항 10 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치가 측정하는 값은 복합 소음 음원의 진폭인,
소음 검출 시스템.
청구항 9 내지 청구항 10 중 어느 하나에 있어서,
상기 소음 관측 장치가 측정한 진폭의 감소를 바탕으로 각각의 개별 소음 음원으로 분리하는,
소음 검출 시스템.