KR102583863B1 - 부유식 구조물의 소음 저감 시스템 - Google Patents

부유식 구조물의 소음 저감 시스템 Download PDF

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Abstract

능동 소음 제어를 이용하여 엔진 제어 룸 내의 소음을 저감시키는 부유식 구조물의 소음 저감 시스템을 제공한다. 상기 부유식 구조물의 소음 저감 시스템은, 부유식 구조물의 엔진 제어 룸에 구비되는 것으로서, 소음원으로부터 소음 신호를 획득하는 소음 신호 획득 제어부; 소음 신호를 분석하는 소음 신호 분석부; 소음 신호를 분석하여 얻은 결과를 기초로 소음 신호를 상쇄시킬 상쇄 신호를 생성하는 상쇄 신호 생성부; 및 상쇄 신호를 소음원으로 출력하는 상쇄 신호 출력 제어부를 포함한다.

Description

부유식 구조물의 소음 저감 시스템 {System for reducing noise of floater}
본 발명은 소음을 저감시키는 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 부유식 구조물에서 소음을 저감시키는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 운항을 위해 주 기관(main machinery), 보조 기관(auxiliary machinery), 추진축, 추진기 등 다양한 기계 장치를 탑재하고 있다. 그런데 이러한 기계 장치는 작동시 다양한 진동과 소음을 동반하게 된다.
기관실(engine room) 구역으로부터 발생되어 전달되는 진동과 소음은 승선자에게 불편을 초래할 수 있다. 또한, 장시간 진동과 소음에 노출될 경우, 승선 피로가 극대화되어 안전 사고 발생 가능성이 높아질 수도 있다.
한국공개특허 제10-2014-0128760호 (공개일: 2014.11.06.)
선박의 기관실 구역에는 주 기관, 보조 기관 등을 제어하는 엔진 제어 룸(ECR; Engine Control Room)이 위치해 있다. 통상적으로 기관 운전을 담당하는 선원이 상주하며, 각 선박 운항시 각 장비의 운전 상태를 점검한다.
기관실 구역의 주 엔진(main engine), 증기 보일러(steam boiler), 펌프(pump), 컴프레서(compressor) 등의 장비 운전시 많은 소음이 발생하고, 발생된 소음은 여러 가지 경로를 통해 선원들이 상주하는 장소까지 전달될 수 있다.
통상 기관실 내 소음 제한 규정은 110dB(A)이며, 엔진 제어 룸에서는 75dB(A) 이하의 소음 제한 규정을 만족해야 한다. 노르웨이(norway) 규정인 NORSOK 기준을 적용하면, 엔진 제어 룸은 60dB(A) 이하를 만족해야 한다.
현재는 기관실로부터 전달되는 소음을 저감시키기 위해 룸의 벽(wall)에 방음재(noise insulation material)를 설치하는 방법으로 설계하나, 실제 선박 인도 전에 소음 계측시 예상치 못한 사유로 엔진 제어 룸 내 소음이 높게 측정되는 경우가 발생할 수 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 능동 소음 제어(active noise control)를 이용하여 엔진 제어 룸 내의 소음을 저감시키는 부유식 구조물의 소음 저감 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 부유식 구조물의 소음 저감 시스템의 일 면(aspect)은, 부유식 구조물의 엔진 제어 룸(Engine Control Room)에 구비되는 것으로서, 소음원으로부터 소음 신호를 획득하는 소음 신호 획득 제어부; 상기 소음 신호를 분석하는 소음 신호 분석부; 상기 소음 신호를 분석하여 얻은 결과를 기초로 상기 소음 신호를 상쇄시킬 상쇄 신호를 생성하는 상쇄 신호 생성부; 및 상기 상쇄 신호를 상기 소음원으로 출력하는 상쇄 신호 출력 제어부를 포함한다.
상기 소음 신호 획득 제어부는 마이크로폰으로 구성되는 소음 신호 획득부를 포함하고, 상기 상쇄 신호 출력 제어부는 스피커로 구성되는 상쇄 신호 출력부를 포함하며, 상기 소음 신호 획득부 및 상기 상쇄 신호 출력부는 상기 소음원이 복수개 구비되는 경우, 복수개의 소음원과 동일 개수 구비되어 각각의 소음원에 인접하여 설치되거나, 단일개 구비되어 상기 복수개의 소음원에 대하여 거리를 두고 설치될 수 있다.
상기 상쇄 신호 출력 제어부는 상쇄 신호 출력부가 복수개의 소음원과 동일 개수 구비되는 경우, 소음원의 식별 정보를 기초로 소음원의 위치를 판별하고, 소음원에 인접하여 설치된 상쇄 신호 출력부의 위치 정보를 획득하며, 소음원에 인접하여 설치된 상쇄 신호 출력부를 통해 소음원으로 상기 상쇄 신호를 출력할 수 있다.
상기 상쇄 신호 출력 제어부는 상쇄 신호 출력부가 단일개 구비되는 경우, 소음원의 식별 정보를 기초로 소음원의 위치를 판별하고, 소음원이 위치한 방향으로 상쇄 신호 출력부를 회전시키며, 상쇄 신호 출력부가 지시하는 방향으로 상기 상쇄 신호를 출력할 수 있다.
상기 소음 신호 획득 제어부는 상기 소음 신호를 획득할 때 상기 소음원의 식별 정보를 획득할 수 있다.
상기 소음 신호 분석부는 상기 소음 신호를 분석하여 상기 소음 신호의 크기 정보와 상기 소음 신호의 세기 정보를 검출할 수 있다.
상기 상쇄 신호 생성부는 상기 소음 신호의 크기 정보와 상기 소음 신호의 세기 정보를 기초로 위상이 반전된 신호를 상기 상쇄 신호로 생성할 수 있다.
상기 부유식 구조물의 소음 저감 시스템은 상기 소음 신호를 분석하여 얻은 결과를 기초로 상기 소음원에 대한 정보를 생성하는 소음원 정보 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 소음원 정보 생성부는 상기 소음원의 식별 정보를 획득하지 못할 때에 작동할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 소음 신호 획득부의 다양한 설치 형태를 보여주는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 상쇄 신호 출력부의 다양한 설치 형태를 보여주는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 상쇄 신호 출력 제어부의 작동 방법을 설명하기 위한 제1 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 상쇄 신호 출력 제어부의 작동 방법을 설명하기 위한 제2 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소음 저감 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 능동 소음 제어(active noise control)를 이용하여 엔진 제어 룸(ECR; Engine Control Room) 내의 소음을 저감시키는 부유식 구조물의 소음 저감 시스템에 관한 것이다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1에 따르면, 소음 저감 시스템(100)은 소음 신호 획득 제어부(110), 소음 신호 분석부(120), 상쇄 신호 생성부(130), 상쇄 신호 출력 제어부(140), 전원부(150) 및 주제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
소음 저감 시스템(100)은 엔진 제어 룸에 구비될 수 있다. 이러한 엔진 제어 룸은 주 엔진(main engine), 증기 보일러(steam boiler), 펌프(pump), 컴프레서(compressor) 등을 구비하는 부유식 구조물의 기관실(engine room) 내에 위치할 수 있다.
부유식 구조물은 해상에서 사람이나 화물을 목적지까지 운송하는 선박(예를 들어, 여객선, 화물 운반선, LNGC(LNG Carrier) 등)으로 구현될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 부유식 구조물은 원유, 천연가스 등의 해양 자원을 개발하기 위해 해상에 건설되는 해양 구조물(예를 들어, FSRU(Floating, Storage and Regasification Unit), FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), FLNG(Floating LNG) 등)로 구현되는 것도 가능하다.
소음 저감 시스템(100)은 엔진 제어 룸 내의 소음을 저감시키기 위한 것이다. 이러한 소음 저감 시스템(100)은 능동 소음 제어를 이용하여 엔진 제어 룸 내의 소음을 저감시킬 수 있다.
소음 저감 시스템(100)은 연산 기능을 갖춘 프로세서를 포함하여 컴퓨터, 서버 등의 형태로 구현될 수 있다.
소음 신호 획득 제어부(110)는 부유식 구조물의 기관실 내에 위치하는 각종 소음원(예를 들어, 주 엔진, 증기 보일러, 펌프, 컴프레서 등)으로부터 소음 신호를 획득하는 기능을 수행한다.
소음 신호 획득 제어부(110)는 소음 신호를 획득하기 위해 소음 신호 획득부(111)를 포함하여 구성될 수 있다. 소음 신호 획득부(111)는 마이크로폰(microphone)으로 구현될 수 있다.
소음 신호 획득 제어부(110)는 소음 신호 획득부(111)에 의해 소음 신호가 획득되면 이 소음 신호를 전기 신호로 변환하는 기능도 수행할 수 있다.
소음 신호 획득 제어부(110)는 소음 신호와 함께 식별 정보도 획득할 수 있다. 여기서, 식별 정보는 소음 신호 획득 제어부(110)의 시리얼 넘버(serial number), 소음 신호 획득 제어부(110)의 위치 정보 등을 의미한다. 소음 신호 획득 제어부(110)는 소음 신호와 함께 식별 정보가 획득되면, 소음 신호와 식별 정보를 소음 신호 분석부(120)로 전송할 수 있다.
소음 신호 획득부(111)는 복수개 구비될 수 있다. 이 경우, 소음 신호 획득부(111)는 기관실 내에 위치하는 소음원의 개수에 대응하여 복수개 설치될 수 있다.
일례로, 소음 신호 획득부(111)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 소음원(210)(예를 들어, 주 엔진), 제2 소음원(220)(예를 들어, 증기 보일러), 제3 소음원(230)(예를 들어, 펌프), 제4 소음원(240)(예를 들어, 컴프레서) 등 각각의 소음원(210, 220, 230, 240)에 인접하여 네 개 설치될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 소음 신호 획득부의 다양한 설치 형태를 보여주는 예시도이다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 소음 신호 획득부(111)는 한 개 또는 두 개 등 소수개 설치되는 것도 가능하다.
일례로, 소음 신호 획득부(111)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 소음원(210), 제2 소음원(220), 제3 소음원(230), 제4 소음원(240) 등 모든 소음원(210, 220, 230, 240)으로부터 소음 신호를 획득할 수 있도록 적절한 거리차를 두고 단일 개 설치될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
소음 신호 분석부(120)는 소음 신호 획득 제어부(110)에 의해 획득된 소음 신호를 분석하는 기능을 수행한다.
소음 신호 분석부(120)는 소음 신호에 대한 분석을 통해 소음 신호의 크기 정보와 소음 신호의 세기 정보를 검출할 수 있다. 이러한 소음 신호 분석부(120)는 소음 신호의 주파수 정보(Hz)와 소음 신호의 진폭 정보(dB)를 소음 신호의 크기 정보와 소음 신호의 세기 정보로 각각 검출할 수 있다.
상쇄 신호 생성부(130)는 소음 신호 분석부(120)가 분석하여 얻은 결과를 기초로 소음 신호를 상쇄시킬 수 있는 상쇄 신호를 생성하는 기능을 수행한다.
상쇄 신호 생성부(130)는 소음 신호의 크기 정보와 소음 신호의 세기 정보를 기초로 상쇄 신호를 생성할 수 있다. 이러한 상쇄 신호 생성부(130)는 위상(phase)이 반전된 신호를 상쇄 신호로 생성할 수 있다.
상쇄 신호 출력 제어부(140)는 상쇄 신호 생성부(130)에 의해 생성된 상쇄 신호를 목적지로 출력하는 기능을 수행한다.
상쇄 신호 출력 제어부(140)는 상쇄 신호를 타겟으로 출력하기 위해 상쇄 신호 출력부(141)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상쇄 신호 출력부(141)는 스피커로 구현될 수 있다.
상쇄 신호 출력 제어부(140)는 소음 신호 획득 제어부(110)로부터 소음 신호와 함께 수신된 식별 정보를 기초로 상쇄 신호를 목적지로 출력할 수 있다. 일례로, 식별 정보를 통해 소음원이 컴프레서인 것으로 판단되면, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 상쇄 신호를 컴프레서가 위치한 방향으로 출력할 수 있다.
상쇄 신호 출력부(141)는 복수개 구비될 수 있다. 이 경우, 상쇄 신호 출력부(141)는 기관실 내에 위치하는 소음원의 개수에 대응하여 복수개 설치될 수 있다.
일례로, 상쇄 신호 출력부(141)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 소음원(210), 제2 소음원(220), 제3 소음원(230), 제4 소음원(240) 등 각각의 소음원(210, 220, 230, 240)에 인접하여 네 개 설치될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 상쇄 신호 출력부의 다양한 설치 형태를 보여주는 예시도이다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 상쇄 신호 출력부(141)는 한 개 또는 두 개 등 소수개 설치되는 것도 가능하다.
일례로, 상쇄 신호 출력부(141)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 소음원(210), 제2 소음원(220), 제3 소음원(230), 제4 소음원(240) 등 모든 소음원(210, 220, 230, 240)의 소음 신호가 상쇄 신호에 의해 상쇄될 수 있도록 적절한 거리차를 두고 단일 개 설치될 수 있다.
상쇄 신호 출력부(141)가 소음원의 개수에 대응하여 복수개 설치되는 경우, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 다음 순서에 따라 작동될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 상쇄 신호 출력 제어부의 작동 방법을 설명하기 위한 제1 흐름도이다. 이하 설명은 도 4를 참조한다.
먼저, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 식별 정보를 기초로 소음원의 위치를 판별한다(S310).
이후, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 해당 소음원에 인접하여 설치된 상쇄 신호 출력부(141)의 위치 정보를 획득한다(S320).
이후, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 상쇄 신호 출력부(141)의 위치 정보를 기초로 해당 소음원에 인접한 상쇄 신호 출력부(141)를 통해 해당 소음원으로 상쇄 신호를 출력시킨다(S330).
한편, 상쇄 신호 출력부(141)가 단일개 설치되는 경우, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 다음 순서에 따라 작동될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 소음 저감 시스템을 구성하는 상쇄 신호 출력 제어부의 작동 방법을 설명하기 위한 제2 흐름도이다. 이하 설명은 도 5를 참조한다.
먼저, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 식별 정보를 기초로 소음원의 위치를 판별한다(S410).
이후, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 해당 소음원이 위치한 방향으로 상쇄 신호 출력부(141)를 회전시킨다(S420).
이후, 상쇄 신호 출력 제어부(140)는 상쇄 신호 출력부(141)가 지시하는 방향으로 상쇄 신호를 출력시킨다(S430).
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
전원부(150)는 소음 저감 시스템(100)을 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
주제어부(160)는 소음 저감 시스템(100)을 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
한편, 소음 신호 획득부(111)가 소음원의 개수에 대응하여 복수개 설치되지 않거나, 소음 신호 획득 제어부(110)가 소음 신호와 함께 각각의 소음원에 대한 식별 정보를 획득하지 못하는 경우, 소음원을 분별할 필요가 있다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소음 저감 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6에 따르면, 소음 저감 시스템(100)은 소음 신호 획득 제어부(110), 소음 신호 분석부(120), 소음원 정보 생성부(510), 상쇄 신호 생성부(130) 및 상쇄 신호 출력 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
소음 신호 획득 제어부(110), 소음 신호 분석부(120), 상쇄 신호 생성부(130), 상쇄 신호 출력 제어부(140) 등에 대해서는 도 1을 참조하여 전술하였는 바, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
소음원 정보 생성부(510)는 소음 신호 분석부(120)에 의해 소음 신호가 분석되면 소음 신호를 분석하여 얻은 결과를 기초로 소음원에 대한 정보를 생성하는 기능을 수행한다.
소음원 정보 생성부(510)는 소음 신호의 크기 정보, 소음 신호의 세기 정보 등을 기초로 소음원을 분별한 후, 소음원에 대한 정보를 생성할 수 있다. 소음원 정보 생성부(510)는 소음원에 대한 정보로 소음원의 위치 정보 등을 생성할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에서 제안하는 소음 저감 시스템(100)에 대하여 설명하였다. 소음 저감 시스템(100)은 능동 소음 제어(ANC; Active Noise Control) 기술을 적용하여 엔진 제어 룸(ECR) 내의 소음을 저감한다. 능동 소음 제어는 각 발생되는 주요 소음원을 마이크로 입력받아 해당 소음을 상쇄시키는 상쇄 간섭 음파를 발생시켜 해당 소음을 상쇄한다.
기관실 내 주요 소음원(예를 들어, engine, boiler, compressor 등)의 위치에 설치된 마이크를 통해 각 소음을 입력받고, 해당 소음을 상쇄시킬 수 있는 음파 발생 장치를 엔진 제어 룸의 내부 및 외부에 설치하여, 능동적으로 엔진 제어 룸 내의 소음을 제어한다.
이를 통해 엔진 제어 룸의 소음 제어 뿐만 아니라, 엔진 제어 룸 및 기관실 내 소음 제한 규정 만족을 위한 방음재(noise insulation) 설치 비용 및 공간을 절감하는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 능동적인 소음 제어로 엔진 제어 룸 내에 상주하는 선원들의 과도한 소음 노출을 방지하여, 청력 건강을 유지하는 데에 도움을 줄 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 소음 저감 시스템 110: 소음 신호 획득 제어부
111: 소음 신호 획득부 120: 소음 신호 분석부
130: 상쇄 신호 생성부 140: 상쇄 신호 출력 제어부
141: 상쇄 신호 출력부 150: 전원부
160: 주제어부 510: 소음원 정보 생성부
210, 220, 230, 240, 250: 소음원

Claims (9)

  1. 부유식 구조물의 엔진 제어 룸(Engine Control Room)에 구비되는 것으로서,
    소음원으로부터 소음 신호를 획득하는 소음 신호 획득부를 포함하며, 상기 소음 신호를 처리하는 소음 신호 획득 제어부;
    상기 소음 신호를 분석하는 소음 신호 분석부;
    상기 소음 신호를 분석하여 얻은 결과를 기초로 상기 소음 신호를 상쇄시킬 상쇄 신호를 생성하는 상쇄 신호 생성부;
    상기 상쇄 신호를 상기 소음원으로 출력하는 상쇄 신호 출력 제어부; 및
    상기 소음 신호를 분석하여 얻은 결과를 기초로 상기 소음원에 대한 정보를 생성하는 소음원 정보 생성부를 포함하며,
    상기 소음원 정보 생성부는 상기 소음 신호의 크기 정보 및 상기 소음 신호의 세기 정보를 기초로 상기 소음원을 분별한 후 상기 소음원에 대한 정보를 생성하고,
    상기 소음원 정보 생성부는 상기 소음 신호 획득부가 상기 소음원의 개수에 대응하는 수로 설치되지 않거나, 상기 소음 신호 획득 제어부가 각각의 소음원에 대한 식별 정보를 획득하지 못하면 작동하는 부유식 구조물의 소음 저감 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상쇄 신호 출력 제어부는 스피커로 구성되는 상쇄 신호 출력부를 포함하며,
    상기 소음 신호 획득부 및 상기 상쇄 신호 출력부는 상기 소음원이 복수개 구비되는 경우, 복수개의 소음원과 동일 개수 구비되어 각각의 소음원에 인접하여 설치되거나, 단일개 구비되어 상기 복수개의 소음원에 대하여 거리를 두고 설치되는 부유식 구조물의 소음 저감 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상쇄 신호 출력 제어부는 상쇄 신호 출력부가 복수개의 소음원과 동일 개수 구비되는 경우, 소음원의 식별 정보를 기초로 소음원의 위치를 판별하고, 소음원에 인접하여 설치된 상쇄 신호 출력부의 위치 정보를 획득하며, 소음원에 인접하여 설치된 상쇄 신호 출력부를 통해 소음원으로 상기 상쇄 신호를 출력하는 부유식 구조물의 소음 저감 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 상쇄 신호 출력 제어부는 상쇄 신호 출력부가 단일개 구비되는 경우, 소음원의 식별 정보를 기초로 소음원의 위치를 판별하고, 소음원이 위치한 방향으로 상쇄 신호 출력부를 회전시키며, 상쇄 신호 출력부가 지시하는 방향으로 상기 상쇄 신호를 출력하는 부유식 구조물의 소음 저감 시스템.
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