KR20120080396A - Sound visualization system and method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A system and a method for visualizing sounds are provided to image a transmitting path of sound waves having relatively low pressure generated from a sound source generating consecutively a specific frequency and to analyze a sound wave transmitting path by visualizing a process in which the sound waves are transmitted. CONSTITUTION: A system(10) for visualizing sounds comprises a sound wave generating unit(12), a light source(14), a photographing unit(13), and a control unit(11). The sound wave unit physically generates sound waves of a specific frequency. The light source operates by being synchronizing frequencies of the sound waves emitted from the wave generating unit. The photographing unit photographs a dispersing figure in which lights emitted from the light source are bumped against the sound waves emitted from the sound wave generating unit, thereby imaging. The control unit controls the operation of the sound wave generating unit, the light source, and the photographing unit. The light source emits the lights at time interval corresponding to a frequency period of the sound waves being emitted from the sound wave generating unit.

Description

음장 가시화 시스템 및 방법{Sound visualization system and method thereof}Sound field visualization system and method

본 발명은 음장 가시화 시스템 및 음장 가시화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sound field visualization system and a sound field visualization method.

음장 가시화 시스템은, 음향 기기나 전자 기기 주변에서의 음장의 방향성, 밀도의 소밀 상태를 가시화하고 계측하는데 사용되며, 음장의 해석 및 설계 등을 위한 도구로서 유용하게 사용되고 있다. The sound field visualization system is used to visualize and measure the directionality and density of sound fields around sound equipment and electronic equipment, and is useful as a tool for analyzing and designing sound fields.

종래의 음장 가시와 방법에 따르면, 음파 전달시 발생하는 밀도 차로 인한 굴절률 분포 이미지를 가시화하는 방법으로, 빛의 전달 경로상에 있는 매질의 굴절률이 변화로 발생하는 경로차로 인한 왜곡 현상을 이미지화하여 음파의 음압 분포를 가시화한다. According to the conventional sound field visibility and method, a method of visualizing the refractive index distribution image due to the difference in density generated during sound wave transmission, by imaging the distortion phenomenon due to the path difference caused by the change in the refractive index of the medium on the light transmission path Visualize the sound pressure distribution of.

이러한 방법은 비교적 높은 음압 차가 필요하기 때문에, 주로 폭발적인 음압 방출이 발생하는 현상을 이미지화하는데 사용된다. 비교적 낮은 음압 분포를 갖는 초음파나 음파의 파면을 이미지화하기 위해서는 정밀한 광학계의 사용이 필수적이며, 이러한 광학계의 사용은 이미지화할 수 있는 영역을 광학계의 렌즈 사이즈 이내로 제한되므로, 넓은 영역에서의 음의 전파 과정을 이미지화하는 데에는 한계가 있다. Since this method requires a relatively high sound pressure differential, it is mainly used to image the phenomenon in which explosive sound pressure emission occurs. In order to image the wavefront of an ultrasonic wave or sound wave having a relatively low sound pressure distribution, the use of a precise optical system is essential. Since the use of such an optical system is limited within the lens size of the optical system, the propagation process of sound in a large area There is a limit to the imaging.

또한, 기존에 음향 제품을 설계하고 튜닝하는데 있어서, 음향 기기 자체에서 발생하는 음향의 주파수 특성과 음압만을 분석하여 설계하였기 때문에, 공간적인 음향 전파 특성이 설계자가 특성을 분석하였던 곳과 다르게 전파됨으로써 발생하는 문제에 대해서는 해결책을 제시하지 못하였다. In addition, in the conventional design and tuning of acoustic products, because only the frequency characteristics and sound pressure of the sound generated by the sound device itself is analyzed and designed, spatial acoustic propagation characteristics are generated by propagating differently from the place where the designer analyzed the characteristics. It did not provide a solution to the problem.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 단일 주파수를 갖는 연속파의 가시화를 가능하게 하는 음장 가시화 시스템 및 가시화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a sound field visualization system and a visualization method that enables the visualization of continuous waves having a single frequency.

또한, 비교적 낮은 음압을 갖는 음파의 전파 경로를 이미지화할 수 있는 음장 가시화 시스템 및 가시화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a sound field visualization system and a visualization method capable of imaging a propagation path of sound waves having a relatively low sound pressure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 음장 가시화 시스템은, 특정 주파수의 음파를 물리적으로 발생시키는 음파 발생부; 상기 음파 발생부에서 방출되는 음파의 주파수에 동기되어 동작하는 광원; 상기 광원으로부터 방출되는 빛이 상기 음파 발생부로부터 방출되는 음파에 부딪혀서 산란되는 모습을 촬영하여 이미지화하는 촬영부; 및 상기 음파 발생부와, 상기 광원 및 상기 촬영부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 광원은 상기 음파 발생부에서 방출되는 음파의 주파수 주기에 대응하는 시간 간격으로 방출되는 것을 특징으로 한다.Sound field visualization system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the sound wave generator for physically generating a sound wave of a specific frequency; A light source operating in synchronization with a frequency of sound waves emitted from the sound wave generator; A photographing unit photographing and imaging a state in which light emitted from the light source strikes and scatters sound waves emitted from the sound wave generator; And a controller for controlling the operation of the sound wave generator, the light source, and the photographing unit, wherein the light source is emitted at a time interval corresponding to a frequency period of the sound wave emitted from the sound wave generator.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 음장 가시화 방법은, 음파 발생부로부터 음파가 방출되는 단계; 상기 음파의 주파수 주기에 대응하는 시간 간격으로 광원으로부터 주기적으로 빛이 방출되는 단계; 상기 촬영부에 의하여 상기 광원으로부터 방출되는 빛의 산란 현상이 촬영되는 단계를 포함한다.In addition, the sound field visualization method according to an embodiment of the present invention, the step of emitting sound waves from the sound wave generator; Periodically emitting light from a light source at a time interval corresponding to the frequency period of the sound wave; And a scattering phenomenon of light emitted from the light source by the photographing unit.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 음장 가시화 시스템 및 방법에 의하면, 특정 주파수를 연속적으로 발생시키는 음원에서 발생하는 비교적 낮은 음압을 갖는 음파의 전파 경로를 이미지화 할 수 있는 장점이 있다. According to the sound field visualization system and method according to the embodiment of the present invention having the above configuration, there is an advantage that can image the propagation path of the sound wave having a relatively low sound pressure generated in the sound source continuously generating a specific frequency.

또한, 음파가 전달되는 과정을 시각화함으로써 음파 전달 경로를 분석하는 것이 가능해지며, 음향 제품에서 발생한 음파가 특정 공간에서 어떻게 전파되고 어떤 음장 분포를 형성하는지 쉽게 이해할 수 있는 장점이 있다. In addition, it is possible to analyze the sound wave transmission path by visualizing the process of sound wave transmission, and there is an advantage that it is easy to understand how the sound wave generated in the acoustic product propagates in a specific space and forms any sound field distribution.

또한, 음파 전달 경로와 음장 분포의 해석이 가능해 짐으로써, 특정 제품으로부터 발생하는 특정 공간에서의 소리가 소비자에게 어떻게 들리는지를 예측할 수 있으므로, 소비자들이 원하는 음향에 좀 더 가까운 소리를 내도록 음향 기기를 설계하고 튜닝하는데 기여할 수 있는 장점이 있다. In addition, by enabling analysis of sound wave propagation paths and sound field distributions, it is possible to predict how the sound in a particular space from a particular product will sound to the consumer, thus designing the acoustic device to sound closer to the sound that consumers want. And it can contribute to tuning.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음장 가시화 시스템을 보여주는 시스템도.
도 2는 음파 발생부로부터 방출되는 음파의 파장 이동 과정을 보여주는 도면.
도 3은 촬영부에 의하여 촬영된 빛의 산란 이미지를 보여주는 도면.1 is a system diagram showing a sound field visualization system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a wavelength shifting process of sound waves emitted from a sound wave generator.
3 is a view illustrating a scattering image of light photographed by a photographing unit;

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 음장 가시화 시스템 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a sound field visualization system and method according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음장 가시화 시스템을 보여주는 시스템도이다.1 is a system diagram showing a sound field visualization system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음장 가시화 시스템(10)은, 특정 주파수의 음파를 물리적으로 발생시키는 음원, 즉 음파 발생부(12)와, 상기 음파 발생부(12)에서 방출되는 음파의 주파수에 동기되어 동작하면서 조명 역할을 하는 광원(14)과, 상기 광원으로부터 방출되는 빛이 상기 음파 발생부(12)로부터 방출되는 음파에 부딪혀서 산란되는 모습을 촬영하여 이미지화하는 촬영부(13) 및, 상기 음파 발생부(12)와, 상기 광원(14) 및 상기 촬영부(13)의 동작 시점, 주파수 및 위상을 제어하는 제어부(11)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a sound field visualization system 10 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a sound source that physically generates sound waves of a specific frequency, that is, a sound wave generator 12, and emission from the sound wave generator 12. A photographing unit which operates by synchronizing with the frequency of the sound wave to be photographed by photographing the light source 14 serving as an illumination and the light emitted from the light source hit the sound wave emitted from the sound wave generator 12 to be scattered. 13) and the sound wave generator 12, and a control unit 11 for controlling the operation time, frequency and phase of the light source 14 and the photographing unit 13.

상세히, 상기 광원(14)은 면광원 형태로 빛을 발생하는 펄스 레이저 발생장치일 수 있다. 즉, 상기 광원(14)으로부터 방출되는 빛은 수평면 형태로 넓게 퍼져서, 상기 음파 발생부(12)로부터 방출되는 음향의 파면을 횡단하는 형태로 이동된다. In detail, the light source 14 may be a pulse laser generator for generating light in the form of a surface light source. That is, the light emitted from the light source 14 is spread in a horizontal plane form, and is moved in the form of crossing the wavefront of the sound emitted from the sound wave generator 12.

상세히, 상기 음파 발생부(12)로부터 발생된 특정 주파수의 음파가 전파할 때, 하나의 파장 내에서 위상에 따른 공기의 밀도차가 발생하며, 이로 인해 음파가 전파되는 영역을 통과하는 빛이 산란되는 정도가 변화한다. 이러한 밀도차는 매우 빠른 속도로 변화하기 때문에, 일반적으로 사람의 눈으로는 인식하기가 어렵다. In detail, when a sound wave of a specific frequency generated from the sound wave generator 12 propagates, a difference in density of air is generated according to a phase within one wavelength, whereby light passing through a region where sound waves propagate is scattered. The degree changes. Since these density differences change at a very high rate, they are generally difficult to recognize with the human eye.

이와 같은 음파의 전파 과정을 가시화하기 위해, 상기 음파 발생부(12)에서 특정한 단일 주파수의 음파를 발생시키고, 발생된 음파의 주파수에 맞추어 상기 광원(14)으로부터 레이저를 방출시킨다. 그러면, 상기 광원(14)으로부터 방출되는 레이저는 공기의 밀도 변화로 인해 산란하게 된다. In order to visualize the propagation process of such sound waves, the sound wave generator 12 generates sound waves of a specific single frequency and emits a laser from the light source 14 in accordance with the frequency of the generated sound waves. The laser emitted from the light source 14 then scatters due to the change in density of the air.

산란된 레이저는 공간 상에서 공기의 소밀 현상에 따른 강도 분포로 나타나며, 음원과 레이저의 주파수가 동조되기 때문에, 동일한 이미지가 반복적으로 생성되므로, 공간 상에서는 음파가 정지한 것처럼 단일의 형상으로 나타나게 된다. The scattered laser is represented by the intensity distribution according to the density of air in the space, and because the frequency of the sound source and the laser is tuned, the same image is repeatedly generated, and thus appears in a single shape in the space as if the sound wave is stationary.

상기 음파 발생부(12)로부터 특정의 단일 주파수를 가지는 음파를 발생시키고, 상기 광원(14)으로부터 레이저가 방출되는 동안, 상기 촬영부(13)의 촬상부를 주기적으로 노출시키면, 상기 촬상부에서는 음향의 파면이 반복적으로 촬영된다. 따라서, 충분한 시간을 두고 노출시키면 음향의 파면이 전파되는 이미지를 얻을 수 있다. When the sound wave having a specific single frequency is generated from the sound wave generator 12, and the laser is emitted from the light source 14, the imaging section of the photographing section 13 is periodically exposed. The wavefront of is taken repeatedly. Therefore, if exposed for a sufficient time, it is possible to obtain an image of the sound wavefront propagates.

도 2는 음파 발생부로부터 방출되는 음파의 파장 이동 과정을 보여주는 도면이고, 도 3은 촬영부에 의하여 촬영된 빛의 산란 이미지를 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a wavelength shifting process of sound waves emitted from a sound wave generator, and FIG. 3 is a diagram showing scattered images of light photographed by a photographing unit.

도 2를 참조하면, 주파수 f인 음파가 대기속으로 전파되면 도시된 바와 같이 시간적으로 한 주기(T)마다 한 파장에 해당하는 거리만큼 진행하면서 공간상에서 동일한 음장 분포를 형성한다. 여기서, 상기 음파는 상술한 바와 같이 단일 주파수의 음파이다.Referring to FIG. 2, when a sound wave having a frequency f propagates into the atmosphere, the same sound field distribution is formed in space while advancing by a distance corresponding to one wavelength every one period T as shown. Here, the sound wave is a sound wave of a single frequency as described above.

도 3에 도시된 바와 같이, 음향의 진행 주기에 맞추어 일정 주기로 상기 광원(14)으로부터 레이저가 방출되면, 동일한 위상의 음장 분포가 만들어 내는 동일한 공기 밀도 분포에 맞추어 산란하게 된다. 공기 밀도 분포는 공기 중의 음향의 위상에 따라 밀도가 달라지며, 밀도가 높은 곳에서는 레이저가 많이 산란되고 낮은 곳에서는 적게 산란된다. 이러한 현상을 이용하여, 상기 촬영부(13)에서 빛의 산란 현상을 촬영하면 음장의 위상에 따라 레이저 산란 밀도가 달라지는 형태의 미미지를 얻을 수 있으며, 이로부터 음장 분포가 가시화된다. As shown in FIG. 3, when the laser is emitted from the light source 14 at a predetermined period in accordance with the progress period of the sound, the laser is scattered according to the same air density distribution produced by the sound field distribution of the same phase. The air density distribution depends on the phase of sound in the air, where the laser is scattered more at high density and less at low density. By using such a phenomenon, when the light scattering phenomenon is photographed by the photographing unit 13, an image having a shape in which the laser scattering density varies depending on the phase of the sound field can be obtained, and the sound field distribution is visualized therefrom.

이때, 레이저를 한번만 방출하여 측정하는 경우, 산란되는 빛의 양이 적기 때문에 음파를 구분할 수 있을 정도로 가시화할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 음향의 진행 주기에 맞추어 반복적으로 레이저를 방출시키고 측정하는 동작을 수행하고, 공기의 밀도차에 따른 산란광의 차이를 누적시키으로써, 공간상의 음장 분포를 이미지화할 수 있다. 즉, 상기 음파 발생부(12)로부터 방출되는 음파의 진행 및 반사 경로가 가시화될 수 있다.
In this case, when the laser is emitted only once and measured, there is a problem that cannot be visualized enough to distinguish sound waves because the amount of scattered light is small. Therefore, by performing the operation of repeatedly emitting and measuring the laser in accordance with the progress period of the sound, and by accumulating the difference in the scattered light according to the density difference of the air, it is possible to image the sound field distribution in space. That is, the progress and reflection paths of the sound waves emitted from the sound wave generator 12 may be visualized.

Claims (8)

특정 주파수의 음파를 물리적으로 발생시키는 음파 발생부;
상기 음파 발생부에서 방출되는 음파의 주파수에 동기되어 동작하는 광원;
상기 광원으로부터 방출되는 빛이 상기 음파 발생부로부터 방출되는 음파에 부딪혀서 산란되는 모습을 촬영하여 이미지화하는 촬영부; 및
상기 음파 발생부와, 상기 광원 및 상기 촬영부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 광원은 상기 음파 발생부에서 방출되는 음파의 주파수 주기에 대응하는 시간 간격으로 방출되는 것을 특징으로 하는 음장 가시화 시스템.A sound wave generator for physically generating sound waves of a specific frequency;
A light source operating in synchronization with a frequency of sound waves emitted from the sound wave generator;
A photographing unit photographing and imaging a state in which light emitted from the light source strikes and scatters sound waves emitted from the sound wave generator; And
And a controller for controlling the operation of the sound wave generator, the light source, and the photographing unit.
And the light source is emitted at time intervals corresponding to the frequency period of the sound waves emitted from the sound wave generator. 제 1 항에 있어서,
상기 음파 발생부로부터 방출되는 음파는 단일 주파수를 가지는 음파인 것을 특징으로 하는 음장 가시화 시스템.The method of claim 1,
The sound wave emitted from the sound wave generator is a sound wave having a single frequency. 제 1 항에 있어서,
상기 광원으로부터 방출되는 빛은 상기 음파의 진행 방향과 평행한 수평면 형태의 면광인 것을 특징으로 하는 음장 가시화 시스템.The method of claim 1,
And the light emitted from the light source is surface light in the form of a horizontal plane parallel to the direction of travel of the sound waves. 제 1 항에 있어서,
상기 광원으로부터 방출되는 빛은 레이저광을 포함하는 음장 가시화 시스템.The method of claim 1,
The light emitted from the light source includes laser light. 음파 발생부로부터 음파가 방출되는 단계;
상기 음파의 주파수 주기에 대응하는 시간 간격으로 광원으로부터 주기적으로 빛이 방출되는 단계;
상기 촬영부에 의하여 상기 광원으로부터 방출되는 빛의 산란 현상이 촬영되는 단계를 포함하는 음장 가시화 방법.Emitting sound waves from the sound wave generator;
Periodically emitting light from a light source at a time interval corresponding to the frequency period of the sound wave;
And a scattering phenomenon of light emitted from the light source by the photographing unit. 제 5 항에 있어서,
상기 음파 발생부로부터 방출되는 음파는 단일 주파수를 가지는 음파인 것을 특징으로 하는 음장 가시화 방법.The method of claim 5, wherein
The sound wave emitted from the sound wave generator is a sound wave having a single frequency. 제 5 항에 있어서,
상기 광원으로부터 방출되는 빛은 상기 음파의 진행 방향과 평행한 수평면 형태의 면광인 것을 특징으로 하는 음장 가시화 방법.The method of claim 5, wherein
The light emitted from the light source is a sound field visualization method, characterized in that the plane light in the form of a horizontal plane parallel to the traveling direction of the sound wave. 제 5 항에 있어서,
상기 촬영부에 의하여 촬영된 이미지가 누적되고, 누적된 이미지의 조합에 의하여 음장의 분포가 가시화되는 것을 특징으로 하는 음장 가시화 방법.
The method of claim 5, wherein
And the image photographed by the photographing unit is accumulated, and the sound field distribution is visualized by the combination of the accumulated images.
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