KR101330923B1 - 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치 - Google Patents

감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치 Download PDF

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신태진
이상권
이승민
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Abstract

본 발명은 차량 소음의 음질 평가 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 시간에 따른 소음 신호를 각각의 차랑 별로 획득하는 단계와, 상기 소음 신호를 복수의 감마톤 필터 채널들로 구성된 감마톤 필터뱅크로 여과시키는 단계와, 상기 복수의 감마톤 필터 채널 별로 여과한 각각의 소음 신호에 대한 시간에 따른 에너지 분포를 획득하는 단계와, 상기 감마톤 필터 채널 별로 획득된 각각의 상기 에너지 분포를 주파수 축에 대해 합산하는 단계와, 상기 합산된 에너지 분포를 이용하여 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도(kurtosis) 값을 연산하는 단계, 및 상기 각각의 차량에 대해 획득된 상기 소음 신호 별 피검자의 청음평가 결과에 대응하는 주관적 평가치들과, 상기 소음 신호 별로 획득된 상기 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 계수를 연산하는 단계를 포함하는 차량 소음의 음질 평가 방법을 제공한다.
상기 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치에 따르면, 차량의 도어 닫힘음과 같은 차량 소음 신호에 대해 감마톤 필터를 적용한 다음 첨도 값을 연산하고 이를 주관적 평가치와 비교하여 소음 신호를 정량화할 수 있어서 차량 소음의 음질 평가를 위한 신뢰성 있는 음질 인덱스를 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치{Method for sound quality analysis of vehicle noise using gammatone filter and apparatus thereof}
본 발명은 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도어 닫힘음과 같은 차량의 소음을 정량화하여 음질 평가에 사용할 수 있는 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 인간의 감각을 바탕으로 하는 승용차의 음질 평가에 대한 요구가 많아지면서, 사람의 청각 기능을 바탕으로 하는 음질 분석 연구의 중요성이 증대되고 있다. 많은 자동차 회사들은 세계 시장에서의 경쟁력을 갖추기 위해서 고객들의 감성적 욕구를 만족시키는 차량 음질 개선의 연구를 시도하고 있다. 인식되는 소리에 대한 감성적 만족을 평가하기 위해서는 경쟁 차량과의 기능 비교를 통해 차량 실내 소음의 개선을 위한 유용한 정보를 추출해야 한다. 차량의 실내 소음을 평가 및 개선하기 위한 배경 기술로는 국내공개특허 제2001-0063946호가 있다.
차량의 소음 중에서도 차량의 도어 닫힘음은 소비자가 차량 구입 후 처음 듣는 소리이기 때문에 구매 결정에 있어 매우 중요한 요소이다. 이러한 도어 닫힘음의 객관적인 정량화와 주관적 평가 사이의 관계에 관한 많은 연구가 있었으나, 초기의 많은 연구들은 문이 닫힐 때 발생하는 소음에 대한 라우드니스(loudness)에 초점을 맞추었다. 그런데 도어 닫힘음은 시간-주파수 별로 복잡한 특성을 가지고 있어서 라우드니스만으로는 도어 닫힘음에 대한 정량화가 어렵고 음질 평가의 정확성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은, 차량의 소음 신호를 정량화하여 음질 평가에 사용할 수 있는 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 시간에 따른 소음 신호를 각각의 차랑 별로 획득하는 단계와, 상기 소음 신호를 복수의 감마톤 필터 채널들로 구성된 감마톤 필터뱅크로 여과시키는 단계와, 상기 복수의 감마톤 필터 채널 별로 여과한 각각의 소음 신호에 대한 시간에 따른 에너지 분포를 획득하는 단계와, 상기 감마톤 필터 채널 별로 획득된 각각의 상기 에너지 분포를 주파수 축에 대해 합산하는 단계와, 상기 합산된 에너지 분포를 이용하여 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도(kurtosis) 값을 연산하는 단계, 및 상기 각각의 차량에 대해 획득된 상기 소음 신호 별 피검자의 청음평가 결과에 대응하는 주관적 평가치들과, 상기 소음 신호 별로 획득된 상기 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 계수를 연산하는 단계를 포함하는 차량 소음의 음질 평가 방법을 제공한다.
여기서, 상기 소음은 상기 차량의 도어 닫힘음일 수 있다.
또한, 상기 합산된 에너지 분포 g(n)는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure 112012079584066-pat00001
여기서, M은 상기 감마톤 필터 채널의 개수,
Figure 112012079584066-pat00002
은 m번째 감마톤 필터 채널을 통해 여과한 소음 신호에 대한 시간 축의 에너지 분포, n은 시간 인덱스를 나타낸다.
또한, 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도 값 Kg는 아래의 수학식으로 연산될 수 있다.
Figure 112012079584066-pat00003
여기서, E[]는 []의 평균, X는 상기 합산된 에너지 분포 g(1) 내지 g(N)을 포함하는 확률 변수, μ는 X의 평균, σ는 X의 표준편차를 나타낸다.
여기서, 상기 차량 소음의 음질 평가 방법은 상기 스펙트럼 첨도 값들을 입력 값으로 하고 그에 대응되는 상기 주관적 평가치들을 출력 값으로 하는 상기 차량의 소음에 대한 음질 인덱스 식을 생성하는 단계, 및 소음평가대상 차량에 대한 임의 소음 신호에 대하여 상기 스펙트럼 첨도 값을 연산한 다음, 상기 첨도 값을 상기 음질 인덱스 식에 대입하여 상기 임의 소음 신호에 대한 인덱스 값을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은 시간에 따른 소음 신호를 각각의 차랑 별로 획득하는 소음신호 획득부와, 상기 소음 신호를 복수의 감마톤 필터 채널들로 구성된 감마톤 필터뱅크로 여과시키는 감마톤 필터부와, 상기 복수의 감마톤 필터 채널 별로 여과한 각각의 소음 신호에 대한 시간에 따른 에너지 분포를 획득하는 에너지분포 획득부와, 상기 감마톤 필터 채널 별로 획득된 각각의 상기 에너지 분포를 주파수 축에 대해 합산하는 에너지분포 합산부와, 상기 합산된 에너지 분포를 이용하여 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도(kurtosis) 값을 연산하는 첨도값 연산부, 및 상기 각각의 차량에 대해 획득된 상기 소음 신호 별 피검자의 청음평가 결과에 대응하는 주관적 평가치들과, 상기 소음 신호 별로 획득된 상기 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 계수를 연산하는 상관계수 연산부를 포함하는 차량 소음의 음질 평가 장치를 제공한다.
여기서, 상기 차량 소음의 음질 평가 장치는, 상기 스펙트럼 첨도 값들을 입력 값으로 하고 그에 대응되는 상기 주관적 평가치들을 출력 값으로 하는 상기 차량의 소음에 대한 음질 인덱스 식을 생성하는 인덱스식 생성부, 및 소음평가대상 차량에 대한 임의 소음 신호에 대하여 상기 스펙트럼 첨도 값을 연산한 다음, 상기 첨도 값을 상기 음질 인덱스 식에 대입하여 상기 임의 소음 신호에 대한 인덱스 값을 출력하는 음질 테스트부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치에 따르면, 차량의 도어 닫힘음과 같은 차량 소음 신호에 대해 감마톤 필터를 적용한 다음 첨도 값을 연산하고 이를 주관적 평가치와 비교하여 소음 신호를 정량화할 수 있어서 차량 소음의 음질 평가를 위한 신뢰성 있는 음질 인덱스를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1을 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 S210 단계 내지 S250 단계를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 2의 S210 단계에 의해 획득된 7개 차량의 도어 닫힘음에 대한 시간에 따른 음압 레벨을 나타낸다.
도 5는 도 2의 S230 단계에 따른 각 차량의 소음 신호 별 시간에 따른 에너지 분포를 나타낸다.
도 6은 도 2의 S240 단계에서 시간에 따른 g(n) 값을 나타낸다.
도 7은 도 2의 S260 단계룰 위한 각 차량에 대한 피검자별 주관적 평가치의 평균 값 결과의 예이다.
도 8은 도 2의 S260단계의 결과 예를 나타낸다.
도 9는 도 8과 비교를 위해 각 차량의 소음 신호에 대한 주관적 평가치와 기존의 음향심리학 매개변수 간의 상관 관계를 구한 결과 예이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 차량 소음의 음질평가 방법에 관한 것으로서, 특히 차량의 도어가 닫힐 때 발생하는 도어 닫힘음에 대한 음질 평가 방법을 제공한다. 이를 위해, 감마톤 필터가 적용된 도어 닫힘음의 소음 신호에 대해 첨도(kurtosis) 값을 연산한 다음 이를 주관적 평가치와 비교하여 상관 관계를 분석함으로써 첨도 값이 음질 평가를 위한 새로운 음질 요소로서 유효함을 확인한다. 또한, 첨도 값과 주관적 평가치 간의 대응 관계를 나타내는 인덱스 식을 생성하여 음질평가 대상 차량에 대한 도어 닫힘음의 음질 평가에도 활용된다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 도어 닫힘음을 예시로 설명하나 이는 단지 실시예에 불과하다. 즉, 본 발명은 도어 닫힘음 이외에도 시간-주파수 적으로 복합적인 특성을 가지는 다른 소음 신호에 대한 음질 평가에도 효과적으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 장치의 구성도이다. 상기 장치(100)는 소음신호 획득부(110), 감마톤 필터부(120), 에너지분포 획득부(130), 에너지분포 합산부(140), 첨도값 연산부(150), 상관계수 연산부(160), 인덱스식 생성부(170), 음질 테스트부(180)를 포함한다.
상기 소음신호 획득부(110)는 시간에 따른 소음 신호(ex, 도어 닫힘음)를 각각의 차랑 별로 획득한다. 여기서, 각각의 차량이란 도어 닫힘음에 대한 첨도 값과 그 주관적 평가치 간의 상관 관계 학습을 위한 차량에 해당된다. 이에 따라, 소음 신호는 학습용 데이터 즉, 상기 상관 관계 학습에 사용되는 차량별 소음 신호로서 시간에 따라 변화하는 음압 레벨로 표현될 수 있다. 음압 레벨 만으로는 시간-주파수 적으로 복합적인 특성을 가지는 소음을 정의하기 어렵다.
상기 감마톤 필터부(120)는 상기 소음 신호를 복수의 감마톤 필터 채널들로 구성된 감마톤 필터뱅크(Gammatone filterbank)로 여과시킨다. 감마톤 필터는 청각 시스템의 모형을 만드는데 사용되는 것으로서, 말초 청각 처리 단계의 구조를 모방한 개념이다.
이러한 감마톤 필터는 소음 신호를 청각 주파수 신호로 변환하는 역할을 한다. 각각의 채널은 서로 다른 주파수 대역을 가진다. 감마톤 필터에 관한 구성 및 원리는 기 공지되어 있으므로 이에 관한 보다 구체적인 설명은 생략한다.
상기 에너지분포 획득부(130)는 복수의 감마톤 필터 채널 별로 여과한 각각의 소음 신호에 대한 시간에 따른 에너지 분포를 획득한다. 이에 따라, 채널별 에너지 분포 값이 획득된다.
상기 에너지분포 합산부(140)는 상기 감마톤 필터 채널 별로 획득된 각각의 상기 에너지 분포를 주파수 축에 대해 합산한다.
상기 첨도값 연산부(150)는 상기 합산된 에너지 분포를 이용하여 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도(kurtosis) 값을 연산한다. 첨도는 고조파 성분에 관한 효율적인 분석이 가능하게 하는 통계적인 기법이다.
상기 상관계수 연산부(160)는 상기 각각의 차량에 대해 획득된 상기 소음 신호 별 피검자의 청음평가 결과에 대응하는 주관적 평가치들과, 상기 소음 신호 별로 획득된 상기 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 계수를 연산하는 부분이다.
개별 소음 신호에 대한 주관적 평가치들 및 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 관계를 분석하면, 상호 간의 상관 계수를 연산할 수 있다. 상관 계수의 연산은 기 공지된 회귀 분석 방식을 사용한다. 회귀 분석법은 두 변수를 함께 관찰하여 이들의 상호 관계를 알기 쉽도록 분석하는 것이다. 이와 같이 상기 상관 계수는 두 변수의 상관 관계를 알기 위해 주로 사용되는 일반적인 회귀 분석 방식을 이용하는 것으로서 상관 계수의 산출 과정에 관한 상세한 설명은 생략한다.
상기 인덱스식 생성부(170)는 상기 스펙트럼 첨도 값들을 입력 값으로 하고 그에 대응되는 상기 주관적 평가치들을 출력 값으로 하는 상기 차량의 소음에 대한 음질 인덱스 식을 생성한다.
음질 인덱스 식은 앞서 회귀 분석법을 이용하거나 인공 신경망 회로(ANN;Aritificial Neural Network) 분석법을 이용하여 구할 수 있다. 신경망 회로분석법의 경우 상기 스펙트럼 첨도 값들과 주관적 평가치들을 인공 신경망 회로에 적용하여 서로 학습시킴에 따라 음질 인덱스 식을 생성할 수 있다.
여기서, 물론 신경망 회로 적용 시에는 상기 스펙트럼 첨도 값들과, 상기 소음 신호 별로 미리 획득된 라우드니스(loudness) 요소 값들을 각각 인공 신경망 회로의 입력 데이터로 사용하고, 상기 주관적 평가치들을 인공 신경망 회로의 출력 데이터로 사용하여 음질 인덱스 식을 생성할 수 있다. 라우드니스를 입력 데이터로 추가로 사용하는 경우, 음질 인덱스 식의 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
이후, 이렇게 생성된 음질 인덱스 식은 소음평가 대상이 되는 차량에 대한 임의 소음 신호(도어 닫힘음)의 음질 평가를 위해 사용된다. 즉, 음질 테스트부(180)는 소음평가대상 차량에 대한 임의 소음 신호에 대하여 상기 스펙트럼 첨도 값을 연산한 다음, 상기 스펙트럼 첨도 값을 상기 음질 인덱스 식에 대입하여 상기 임의 소음 신호에 대한 인덱스 값을 출력한다.
상기 출력된 인덱스 값은 상기 임의 소음 신호에 대한 음질 지수에 해당된다. 이러한 방법을 통해, 차량의 도어 닫힘음에 대한 음질 지수를 단순히 음질 인덱스 식만으로 기존의 청음평가 없이 손쉽게 예상할 수 있고, 예상된 데이터를 활용하여 개발 중인 차량의 도어 닫힘음의 소음 개선에 기여할 수 있다.
도 2는 도 1을 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법의 흐름도이다. 도 3은 도 2의 S210 단계 내지 S250 단계를 나타내는 개념도이다. 이하에서는 상기 장치(100)를 이용한 도어 닫힘음의 음질 펑가 방법에 관하여 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 소음신호 획득부(110)는 시간에 따른 소음 신호 x(n)를 각각의 차랑 별로 획득한다(S210). 여기서, n은 1 내지 N의 시간 인덱스를 의미한다. 앞서 각각의 차량은 소음 신호의 학습을 위한 차량임을 설명한 바 있다.
본 실시예에서는 Head 음향회사에서 만든 입체 음향 헤드를 사용하여 소음 신호 x(n)를 획득한다. 이때, 차량의 엔진이 정지한 상태에서 운전석 위치에서 도어 닫힘음을 44.1kHz로 녹음하여 소음 신호를 획득한다. 이러한 소음 신호의 획득은 유럽, 일본, 한국의 자동차 회사에서 생산된 7대의 고급 차량에 대해 수행한다.
도 4는 도 2의 S210 단계에 의해 획득된 7개 차량의 도어 닫힘음에 대한 시간에 따른 음압 레벨을 나타낸다. 도 4의 A 내지 G를 참조하면 7개의 차량 각각에 대한 시간별 음압 레벨의 특성이 상이한 것을 알 수 있다.
이후, 상기 감마톤 필터부(120)는 상기 소음 신호를 복수의 감마톤 필터 채널들로 구성된 감마톤 필터뱅크로 여과시킨다(S220). 이후의 S220 단계 내지 S250 단계는 각 차량의 소음 신호에 대해 개별적으로 수행한다.
감마톤 필터뱅크는 M개의 감마톤 필터 채널들로 구성된다. m번째 감마톤 필터 채널은 h(m,n)으로 표현된다. 각 채널은 서로 다른 중심 주파수 fc를 갖는다. 일반적으로 감마톤 필터의 채널 번호가 클수록 해당 채널의 중심 주파수는 작아진다. 여기서, 각각의 감마톤 필터 채널의 주파수 대역폭 b(fc)은 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure 112012079584066-pat00004
중심 주파수 크기에 따라 대역폭 또한 달라지는 것을 알 수 있다. 수학식 1 및 이에 사용된 상수들은 기 공지된 것으로서, 주파수 대역폭이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 하나의 소음 신호 x(n)가 각각의 감마톤 필터 채널 h(m,n)에 입력되면서 각 채널의 주파수 대역폭에서 개별 여과되어 출력된다.
이후, 상기 에너지분포 획득부(130)는 상기 복수의 감마톤 필터 채널 별로 여과한 각각의 소음 신호에 대한 시간에 따른 에너지 분포를 획득한다(S230). 여기서, m번째 감마톤 필터 채널 h(m,n)을 통해 여과한 소음 신호에 대한 시간 축의 에너지 분포는
Figure 112012079584066-pat00005
으로 표현된다.
도 5는 도 2의 S230 단계에 따른 각 차량의 소음 신호 별 시간에 따른 에너지 분포를 나타낸다. 차량 D, E, F의 도어 닫힘음은 감마톤 필터 채널 번호 20 이하의 고주파 성분을 포함하는 특성이 있다. 앞서 채널 번호가 작을수록 고주파 여과 필터임을 설명한 바 있다. 고주파 성분은 도어 닫힘음의 음질을 저하시키는 요인이 된다.
다음, 상기 에너지분포 합산부(140)는 상기 감마톤 필터 채널 별로 획득된 각각의 상기 에너지 분포를 주파수 축에 대해 합산한다(S240). 상기 합산된 에너지 분포 g(n)는 아래의 수학식 2로 정의된다.
Figure 112012079584066-pat00006
여기서, M은 상기 감마톤 필터 채널의 개수, n은 앞서와 같이 시간 인덱스를 나타낸다. 이러한 합산된 에너지 분포는 도어 닫힘음의 객관적 정량화를 위한 단일 매트릭스를 만들기 위한 것이다.
도 6은 도 2의 S240 단계에서 시간에 따른 g(n) 값을 나타낸다. 즉, 도 6은 가로축과 세로축을 각각 시간 및 g(n) 값의 크기로 하여 1 내지 N까지의 시간 인덱스마다 구하여진 g(1) 내지 g(N) 값을 도시한 것이다.
상기 첨도값 연산부(150)는 상기 합산된 에너지 분포 g(n)을 이용하여 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도(kurtosis) 값을 연산한다(S250). 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도 값 Kg은 수학식 3과 같다.
Figure 112012079584066-pat00007
여기서, E[]는 []의 평균, X는 상기 합산된 에너지 분포 g(1) 내지 g(N)을 포함하는 확률 변수, μ는 X의 평균, σ는 X의 표준편차를 나타낸다.
이러한 스펙트럼 첨도 값은 각 차량의 소음 신호 별로 구하여진다. 본 실시예의 경우 총 7개의 첨도 값이 연산된다. 상기 스펙트럼 첨도 값은 차량의 도어닫힘음에 대한 피검자의 주관적 평가치와 일치하는 단일 매트릭스를 얻기 위한 것이다.
이후, 상기 상관계수 연산부(160)는 상기 7개의 차량에 대해 획득된 소음 신호 별 피검자의 청음평가 결과에 대응하는 7개의 주관적 평가치들과, 상기 소음 신호 별로 획득된 7개의 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 계수를 연산한다(S260).
여기서, 상관 계수는 기 공지된 회귀 분석 방식을 통해 연산한다. 이는 주관적 평가치를 가로축, 스펙트럼 첨도 값을 세로축으로 하여 각 합성 신호별(및 실제 차량 소음 신호 별) 주관적 평가치와 첨도 값 사이의 대응점을 그래프 상에 부가한 다음, 총 7 개의 대응점의 패턴과 유사한 1차 방정식을 회귀 분석 방식으로 구하여 얻어진다. 상관 관계가 높다는 것은 첨도 값 Kg가 도어 닫힘음의 객관적 정량화에 사용될 수 있음을 의미한다.
본 실시예에서 주관적 평가치는 명품 자동차 클럽의 멤버인 33명의 사람들을 피검자로 하여 획득하였다. 참가자들은 29명의 남자와 4명의 여자를 포함한다. 참가자들은 녹음된 차량별 도어 닫힘음을 주관적으로 평가한다. 이때, 기 공지된 레이팅 방식(Rating Method)을 사용하여 피검자들로 하여금 인식되는 소리를 4점에서 9점까지 평가하도록 한다.
도 7은 도 2의 S260 단계를 위한 각 차량에 대한 피검자별 주관적 평가치의 평균 값 결과의 예이다. 이러한 평균 값은 피검자별 평균 응답을 의미하며, 95% 신뢰 구간의 표준 편차를 갖는다. 본 실시예의 경우 피검자들로부터 얻어진 평균 응답을 각 차량의 소음 신호별 주관적 평가치로 사용한다. 즉, 이하의 본 실시예에서 언급하는 주관적 평가치란 피검자들로부터 얻어진 평균 응답을 의미한다.
도 8은 도 2의 S260단계의 결과 예를 나타낸다. 도 8의 (a)는 본 실시예에 따라 소음 신호에 감마톤 필터를 적용한 경우의 첨도 값 Kg과 주관적 평가치(평균 응답) 간의 상관 관계를 분석한 것이다. 그 결과, 7개의 차량에 대한 도어 닫힘음의 실제 피검자의 주관적 평가치와 계산에 의한 스펙트럼 첨도 값 사이에 90.6%(R2=0.82; R=0.906)의 매우 높은 상관 계수를 보이는 것을 확인할 수 있다.
도 8의 (a)와는 달리, 도 8의 (b)는 S210 단계시 획득된 소음 신호 x(n)에 대해 감마톤 필터의 적용 없이 바로 첨도 값 Kx을 연산하고 이를 주관적 평가치와 비교하여 상관 계수를 구한 예이다. 그 결과 51%(R2=0.26; R=0.510)의 낮은 상관 계수를 나타내는 것을 알 수 있다. 이러한 도 8의 (b)의 상관 계수는 본 실시예를 적용한 도 8의 (a)의 경우에 비해 상당히 떨어지는 수치에 해당된다. 따라서, 소음 신호에 감마톤 필터를 적용하지 않고 첨도 값을 구할 경우 소음 신호의 정량화가 어렵다는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 도 8과 비교를 위해 각 차량의 소음 신호에 대한 주관적 평가치와 기존의 음향심리학 매개변수 간의 상관 관계를 구한 결과 예이다. 사용된 음향심리학 매개변수로는 라우드니스(loudness), 샤프니스(sharpness), 러프니스(roughness), 변동 강도(fluctuation strength)가 있다. 임의 소음 신호로부터 라우드니스 등의 음질요소를 획득하는 방법은 기존에 다양하게 공지되어 있다.
도 9의 결과로부터, 도어 닫힘음에 대한 라우드니스 값과 피검자의 주관적 평가치들 사이는 72.1%(R2=0.52; R=0.721)의 상관 계수를 보이고 있으며, 이는 첨도 값을 사용하는 본 실시예에 비하여 매우 낮은 상관 관계를 나타낸다. 상기 72.1%의 상관도 수치는 도어 닫힘음의 음질을 객관적으로 정량화하기에는 충분하지 못하다. 또한, 음질요소 중 샤프니스, 러프니스, 변동강도를 사용한 경우는 라우드니스를 사용한 경우보다 상관 관계가 더욱 나쁜 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 새로운 사운드 매트릭스 Kg는 기존의 음향심리학 매개변수(라우드니스 값)보다 도어 닫힘음에 대한 음질의 객관적인 평가에 적합하다는 것을 알 수 있다.
이후에는, 소음 신호를 감마톤 필터 처리하여 연산한 첨도 값이 기존의 주관적 평가치와 매우 상관 관계가 높은 점을 이용하여 인덱스 식을 생성한다. 즉, 인덱스식 생성부(170)는 상기 스펙트럼 첨도 값들을 입력 값으로 하고 그에 대응되는 상기 주관적 평가치(평균 응답)들을 출력 값으로 하는 상기 차량의 소음에 대한 음질 인덱스 식을 생성한다(S270). 이렇게 생성된 음질 인덱스 식은 임의 차량에 대한 도어 닫힘음으로부터 발생한 임의 소음 신호의 음질 평가를 위해 사용된다.
즉, 음질 테스트부(180)는 소음평가대상 차량에 대한 임의 소음 신호에 대하여 상기 스펙트럼 첨도 값을 연산한 다음, 상기 첨도 값을 상기 음질 인덱스 식의 입력 값으로 대입하여 상기 임의 소음 신호에 대응되는 인덱스 값을 출력 값으로 획득한다(S280).
이를 통해, 실제 차량의 도어 닫힘음에 대한 음질 지수를 피검자에 대한 청음평가 없이도 음질 인덱스 식만으로 예상할 수 있다. 이를 활용한다면, 제품 개발 단계에서 도어 닫힘음의 음질 인덱스를 활용한 음질 개선이 가능하므로 음질 개선에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있으며, 소비자에게 좋은 음질의 차량을 제공함에 따라 제품의 초기 시장 장악에 기여할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 방법 및 그 장치에 따르면, 차량의 도어 닫힘음과 같은 차량 소음 신호에 대해 감마톤 필터를 적용한 다음 첨도 값을 연산하고 이를 주관적 평가치와 비교하여 소음 신호를 정량화할 수 있어서 차량 소음의 음질 평가를 위한 신뢰성 있는 음질 인덱스를 제공할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 감마톤 필터를 이용한 차량 소음의 음질 평가 장치
110: 소음신호 획득부 120: 감마톤 필터부
130: 에너지분포 획득부 140: 에너지분포 합산부
150: 첨도값 연산부 160: 상관계수 연산부
170: 인덱스식 생성부 180: 음질 테스트부

Claims (10)

  1. 시간에 따른 소음 신호를 각각의 차랑 별로 획득하는 단계;
    상기 소음 신호를 복수의 감마톤 필터 채널들로 구성된 감마톤 필터뱅크로 여과시키는 단계;
    상기 복수의 감마톤 필터 채널 별로 여과한 각각의 소음 신호에 대한 시간에 따른 에너지 분포를 획득하는 단계;
    상기 감마톤 필터 채널 별로 획득된 각각의 상기 에너지 분포를 주파수 축에 대해 합산하는 단계;
    상기 합산된 에너지 분포를 이용하여 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도(kurtosis) 값을 연산하는 단계; 및
    상기 각각의 차량에 대해 획득된 상기 소음 신호 별 피검자의 청음평가 결과에 대응하는 주관적 평가치들과, 상기 소음 신호 별로 획득된 상기 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 계수를 연산하는 단계를 포함하는 차량 소음의 음질 평가 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소음은 상기 차량의 도어 닫힘음인 차량 소음의 음질 평가 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 합산된 에너지 분포 g(n)는 아래의 수학식으로 정의되는 차량 소음의 음질 평가 방법:
    Figure 112012079584066-pat00008

    여기서, M은 상기 감마톤 필터 채널의 개수,
    Figure 112012079584066-pat00009
    은 m번째 감마톤 필터 채널을 통해 여과한 소음 신호에 대한 시간 축의 에너지 분포, n은 시간 인덱스를 나타낸다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도 값 Kg는 아래의 수학식으로 연산되는 차량 소음의 음질 평가 방법:
    Figure 112012079584066-pat00010

    여기서, E[]는 []의 평균, X는 상기 합산된 에너지 분포 g(1) 내지 g(N)을 포함하는 확률 변수, μ는 X의 평균, σ는 X의 표준편차를 나타낸다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스펙트럼 첨도 값들을 입력 값으로 하고 그에 대응되는 상기 주관적 평가치들을 출력 값으로 하는 상기 차량의 소음에 대한 음질 인덱스 식을 생성하는 단계; 및
    소음평가대상 차량에 대한 임의 소음 신호에 대하여 상기 스펙트럼 첨도 값을 연산한 다음, 상기 첨도 값을 상기 음질 인덱스 식에 대입하여 상기 임의 소음 신호에 대한 인덱스 값을 출력하는 단계를 더 포함하는 차량 소음의 음질 평가 방법.
  6. 시간에 따른 소음 신호를 각각의 차랑 별로 획득하는 소음신호 획득부;
    상기 소음 신호를 복수의 감마톤 필터 채널들로 구성된 감마톤 필터뱅크로 여과시키는 감마톤 필터부;
    상기 복수의 감마톤 필터 채널 별로 여과한 각각의 소음 신호에 대한 시간에 따른 에너지 분포를 획득하는 에너지분포 획득부;
    상기 감마톤 필터 채널 별로 획득된 각각의 상기 에너지 분포를 주파수 축에 대해 합산하는 에너지분포 합산부;
    상기 합산된 에너지 분포를 이용하여 상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도(kurtosis) 값을 연산하는 첨도값 연산부; 및
    상기 각각의 차량에 대해 획득된 상기 소음 신호 별 피검자의 청음평가 결과에 대응하는 주관적 평가치들과, 상기 소음 신호 별로 획득된 상기 스펙트럼 첨도 값들 사이의 상관 계수를 연산하는 상관계수 연산부를 포함하는 차량 소음의 음질 평가 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 소음은 상기 차량의 도어 닫힘음인 차량 소음의 음질 평가 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 합산된 에너지 분포 g(n)는 아래의 수학식으로 정의되는 차량 소음의 음질 평가 장치:
    Figure 112012079584066-pat00011

    여기서, M은 상기 감마톤 필터 채널의 개수,
    Figure 112012079584066-pat00012
    은 m번째 감마톤 필터 채널을 통해 여과한 소음 신호에 대한 시간 축의 에너지 분포, n은 시간 인덱스를 나타낸다.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 소음 신호에 대한 스펙트럼 첨도 값 Kg는 아래의 수학식으로 연산되는 차량 소음의 음질 평가 장치:
    Figure 112012079584066-pat00013

    여기서, E[]는 []의 평균, X는 상기 합산된 에너지 분포 g(1) 내지 g(N)을 포함하는 확률 변수, μ는 X의 평균, σ는 X의 표준편차를 나타낸다.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 스펙트럼 첨도 값들을 입력 값으로 하고 그에 대응되는 상기 주관적 평가치들을 출력 값으로 하는 상기 차량의 소음에 대한 음질 인덱스 식을 생성하는 인덱스식 생성부; 및
    소음평가대상 차량에 대한 임의 소음 신호에 대하여 상기 스펙트럼 첨도 값을 연산한 다음, 상기 첨도 값을 상기 음질 인덱스 식에 대입하여 상기 임의 소음 신호에 대한 인덱스 값을 출력하는 음질 테스트부를 더 포함하는 차량 소음의 음질 평가 장치.
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