KR20130029670A

KR20130029670A - 음장 가시화 장치

Info

Publication number: KR20130029670A
Application number: KR1020110093086A
Authority: KR
Inventors: 이종현; 조문환; 이강덕; 이명한
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-03-25
Also published as: KR101272523B1

Abstract

본 발명에 따른 음장 가시화 장치는 3차원 공간에서 발생되는 소음을 측정 및 분석하기 위해; 다수의 관통홀을 가지며, 구형으로 이루어진 구형 본체; 및 상기 관통홀을 통해 삽입 고정되고, 소음측정표면이 구형 본체의 구형 표면과 일치되게 구형 본체에 배열되어 소음을 측정하는 MEMS 마이크로폰으로 구성되고;
특히, 상기 MEMS 마이크로폰은 마이크로머시닝기술로 PCB에 구현되며;
상기 MEMS 마이크로폰을 고정하기 위한 고정수단으로, 상기 구형 본체의 관통홀에 끼움식으로 고정되는 홀더; 상기 홀더 내부에 삽입된 MEMS 마이크로폰을 가지는 PCB를 구형 본체의 표면과 일치되게 홀더에 밀착고정하는 마운팅 스크류; 및 상기 홀더와 나사체결되는 홀더너트를 포함하여, 상기 MEMS 마이크로폰을 본체의 표면에 용이하고 견고하게 고정함으로써, MEMS 마이크로폰의 특성 및 측정환경을 최적화할 수 있고, 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Description

음장 가시화 장치{Sound visualization device}

본 발명은 음장 가시화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 공간에서 발생되는 소음을 측정 및 분석하여 가시화할 수 있는 음장 가시화 장치에 관한 것이다.

최근 차량, 철도차량 등 이동 음원으로부터 발생되는 소음을 가시화하는 음장 가시화가 관심의 대상이 되고 있다.

음장 가시화 장치는 소음의 방사 패턴을 효과적으로 보여줌으로써 효율적인 소음 제어를 수행할 수 있도록 해주며, 최근 많은 연구가 이루어져 왔다.

한편, 미국특허번호 US 7599248에는 구형 어레이의 음향센서 및 제어기술을 이용하여 벡터 음향 강도계(vector acoustic intensity fields)를 결정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 구형 어레이의 내외측에 넓은 공간에 걸쳐 음향 강도 벡터를 시각화하는 이동 구형 어레이 구조를 가지는 다수의 마이크로폰이 개시되어 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 전형적인 컨덴서 타입의 마이크로폰(102)을 이용한 음장 가시화 시스템으로서, 프레임(104)은 마이크로폰(102)을 구형 어레이(100)에 고정하기 위해 사용되며, 가볍고 단단하고 실질적으로 니켈과 같이 투명한 재료이다.

상기 프레임(104)은 컨덴서 타입(bar 형태)의 마이크로폰(102)이 고정되는 커넥터(106)와, 커넥터(106)에 의해 마름모 형태로 연결되는 연결로드(108)로 구성되고, 마름모 형태로 결합된 커넥터(106) 및 연결로드(108)가 서로 결합되어 구형의 프레임(104)을 이루게 됨으로써, 바 형태의 마이크로폰(102)을 구형 어레이(100)에 고정할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 컨덴서 타입의 마이크로폰(102)을 고정하는 구형의 프레임(104) 구조에 MEMS 마이크로폰을 적용하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, MEMS 마이크로폰을 구형 본체의 표면에 용이하고 견고하게 고정함으로써, MEMS 마이크로폰의 특성 및 측정환경을 최적화할 수 있고, 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있는 음장 가시화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 음장 가시화 장치는 3차원 공간에서 발생되는 소음을 측정 및 분석하기 위해,

다수의 관통홀을 가지며, 구형으로 이루어진 구형 본체; 및 상기 관통홀을 통해 삽입 고정되고, 소음측정표면이 구형 본체의 구형 표면과 일치되게 구형 본체에 배열되어 소음을 측정하는 MEMS 마이크로폰으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 MEMS 마이크로폰은 마이크로머시닝기술로 PCB에 구현되는 것을 특징으로 한다.

상기 MEMS 마이크로폰을 고정하기 위한 고정수단으로, 상기 구형 본체의 관통홀에 끼움식으로 고정되는 홀더; 상기 홀더 내부에 삽입된 MEMS 마이크로폰을 가지는 PCB를 구형 본체의 표면과 일치되게 홀더에 밀착고정하는 마운팅 스크류; 및 상기 홀더와 나사체결되는 홀더너트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 음장 가시화 장치의 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 홀더의 수용홀을 통해 MEMS 마이크로폰을 삽입하여 마운팅 스크류로 MEMS 마이크로폰을 홀더에 눌러 고정하고, MEMS 마이크로폰을 구형 본체의 표면에 일치시켜 배열함으로써, 다채널 센서의 특성과 측정환경을 최적화 하여 음향신호의 반사 및 데이터 감쇠에 대한 영향을 받지 않으며 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

2. MEMS 마이크로폰 PCB를 나사체결방식에 의해 고정함으로써 구형의 기구 표면에 다수의 MEMS 마이크로폰을 용이하고 견고하게 고정할 수 있다.

3. 마이크로폰 고정용 홀더의 표면을 구형 본체의 표면에 맞추어 다채널 센서의 Z축에 측정위치와 모양을 동일하게 함으로써 구형 표면과 MEMS 마이크로폰 간에 디자인의 조화를 이룰 수 있다.

4. 마운팅 스크류로 MEMS 마이크로폰 PCB를 눌러 고정함으로써 PCB의 전기적 노이즈를 없애고, 마운팅 스크류의 중앙에 홀을 형성하여 케이블 통로로 사용함으로써 배선을 용이하게 할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 전형적인 컨덴서 타입의 마이크로폰을 이용한 음장 가시화 시스템을 보여주는 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 가시화 장치를 보여주는 사시도
도 4는 도 3에서 MEMS 마이크로폰가 구형 본체에 고정된 모습을 구형 본체 내부에서 본 사시도
도 5는 도 3의 일부 분해사시도
도 6은 본 발명의 음장 가시화 시스템을 이용하여 음향 신호의 반사 및 데이터 감쇠에 대한 영향을 받는지 여부를 평가하기 위한 시험결과를 보여주는 그래프

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 가시화 장치를 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3에서 MEMS 마이크로폰가 구형 본체에 고정된 모습을 구형 본체 내부에서 본 사시도이고, 도 5는 도 3의 일부 분해사시도이다.

본 발명은 다수의 마이크로폰(12)을 구형의 표면에 배치하여, 3차원 공간에서 발생되는 소음을 측정 및 분석하기 위한 음장 가시화 시스템에 관한 것으로서, 특히 소음데이터의 반사영향과 왜곡현상을 최소화하고 견고하게 고정할 수 있는 음장가시화 시스템의 마이크로폰 고정장치에 관한 것이다.

상기한 음장 가시화 시스템은 차량, 열차, 항공기 실내 주행 시험, 부품 개발 과정에서 소음 측정, 건축물 내/외부 소음 측정 등 산업현장의 거의 모든 곳에서 적용가능하다.

본 발명에 따른 음장가시화 시스템의 마이크로폰 고정장치는 구형으로 이루어진 구형 본체(10) 표면에 소음측정용 센서인 MEMS 마이크로폰(12)을 용이하고 견고하게 밀착고정시킨다.

이를 위해, 음장 가시화 시스템의 마이크로폰 고정장치는 구형 본체(10)와, MEMS 마이크로폰(12)이 장착되는 PCB(13)와, MEMS 마이크로폰(12)을 구형 표면에 고정하는 홀더(11)와, MEMS 마이크로폰(12)을 홀더(11)에 고정하는 마운팅 스크류(14)와, 홀더(11)를 구형 본체(10) 표면에 고정하는 홀더너트(15)로 구성된다.

구형 본체(10)는 구 형상을 가지고, 구 내부에 중공부가 형성되며, 구형 본체(10) 표면에 MEMS 마이크로폰(12)을 고정하기 위한 원형의 관통홀(10a)이 형성되고, 관통홀(10a)의 외측 가장자리부에 걸림홈(10b)이 형성되어, 홀더(11)가 걸림홈(10b)에 걸려질 수 있는 구조로 이루어진다.

이때, 관통홀(10a)은 3차원 공간에서 발생하는 소음을 측정하기 위한 센서의 특성과 측정환경을 고려하여 최적의 위치에 형성된다.

상기 마이크로폰(12)은 소음을 측정하기 위한 소음 측정센서로서, 마이크로머시닝 기술(MEMS;MicroElectroMechanical Systems)을 이용한 초소형 마이크로폰(12)으로 구현될 수 있다.

마이크로머시닝은 실리콘 기판에 집적회로를 구성하는 반도체 기술을 이용하여 마치 조각을 하듯이 하나의 웨이퍼 위에 대량의 소형 기계 전자 구조물을 만드는 기술로서, 이 기술은 나노미터부터 마이크로미터 단위의 초소형 구조물을 저가격으로 생산할 수 있다.

MEMS 마이크로폰(12)은 상기와 같이 마이크로머시닝 기술로 PCB(13) 위에 구현된다.

상기 홀더(11)는 MEMS 마이크로폰(12)을 고정하기 위한 부품으로서, 원형의 튜브 구조로 이루어지고, 튜브의 일단부에 플렌지부(11a)가 형성되며, 플렌지부(11a)가 튜브의 일단부를 커버하는 구조로 이루어진다.

이때, 홀더(11)는 구형 본체(10) 표면에 형성된 관통홀(10a)을 통해 내부로 삽입되고, 홀더(11)의 플렌지부(11a)의 가장자리부가 관통홀(10a)의 걸림홈(10b)에 걸려져서, 홀더(11)의 플렌지부(11a) 표면과 구형 본체(10) 표면이 거의 일치된다.

그리고, 홀더(11)의 플렌지부(11a)에는 사각형의 수용홀(11b)이 형성되고, PCB(13)가 홀더(11) 내부에 삽입되며, MEMS 마이크로폰(12)이 상기 수용홀(11b)에 위치함으로써, MEMS 마이크로폰(12)이 수용홀(11b)을 통해 구형 본체(10)의 외부로부터 발생되는 소음을 직접 받아 측정할 수 있다.

상기 마운팅 스크류(14)는 홀더(11) 내부에 삽입된 MEMS 마이크로폰 PCB(13)를 눌러 홀더(11)내부에 밀착고정함으로써 PCB(13)의 전기적 노이즈를 제거할 수 있고, 마운팅 스크류(14) 내부에 중공부를 형성하여 케이블 통로를 마렴함으로써 배선을 용이하게 할 수 있다.

상기 MEMS 마이크로폰 PCB(13)를 홀더(11)에 밀착고정하기 위해, 먼저 홀더(11)에 MEMS 마이크로폰 PCB(13)를 삽입한 다음, 마운팅 스크류(14)를 홀더(11) 내부에 삽입하여 홀더(11)에 체결함으로써, MEMS 마이크로 PCB(13)의 이면 가장자리부를 눌러 홀더(11)에 고정하게 된다.

이때, 상기 마운팅 스크류(14)의 외측에 수나사산이 형성되고, 홀더(11)의 내측에 암나사산이 형성되어, 마운팅 스크류(14)를 홀더(11) 내부에 삽입하여 체결함으로써 PCB(13)를 눌러 고정하게 되는 것이다.

이와 같이 MEMS 마이크로폰(12)을 구형 본체(10)의 표면에 밀착 고정함으로써, 구형의 소음측정기구로 예를 들어 차량의 실내 소음을 측정하는 경우 소음이 실내에서 무한히 반사되는 잔향실 조건에서 소음데이터의 반사영향과 왜곡현상을 최소화할 수 있다.

홀더너트(15)는 홀더(11)를 구형 본체(10)에 고정시키는 역할을 하는 부품으로서, 구형 본체(10)의 관통홀(10a)을 통해 삽입된 홀더(11)와 나사체결됨으로써, 홀더(11)의 플렌지부(11a) 표면이 구형 본체(10)의 구형 표면과 일치되게 홀더(11)를 구형 본체(10)에 고정할 수 있다.

홀더(11)의 외측에 수나사산이 형성되고, 홀더(11)가 홀더너트(15)의 내부에 삽입되어 체결할 수 있다.

상기 MS 마이크로폰(12)이 탑재된 PCB(13)의 조립방법을 설명하면 다음과 같다.

MS 마이크로폰(12)이 탑재된 PCB(13)를 홀더(11) 내부에 삽입한 다음, 마운팅 스크류(14)로 PCB(13)를 홀더(11) 내부에 고정한다.

그 다음 MS 마이크로폰 PCB(13)가 장착된 홀더(11)를 구형 본체(10)의 관통홀(10a)에 삽입하고 홀더(11)의 플렌지부(11a)가 상기 관통홀(10a)의 외측 가장자리부에 형성된 걸림홈(10b)에 걸려지게 한다.

이어서, 홀더너트(15)를 구형 본체(10)의 내부에 삽입하고, 상기 관통홀(10a)을 통해 삽입된 홀더(11)를 홀더너트(15)로 체결하여 구형 표면과 MEMS 마이크로폰(12)의 측정표면이 일체되게 고정한다.

상기 음장 가시화 시스템은 다수의 MEMS 마이크로폰(12)을 구형 본체(10)의 표면에 밀착 배치하여 단 한번의 계측으로 모든 방향(Omni-Directional)에 걸쳐 음원의 데이터를 획득할 수 있고, 획득된 데이터는 시각화 기술을 통해 표출, 소음 계측 및 분석할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 홀더(11)의 수용홀(11b)을 통해 MEMS 마이크로폰(12)을 삽입하여 마운팅 스크류(14)로 MEMS 마이크로폰(12)을 홀더(11)에 눌러 고정하고, MEMS 마이크로폰(12)을 구형 본체(10)의 표면에 일치시켜 배열함으로써, 다채널 센서의 특성과 측정환경을 최적화 하여 음향신호의 반사 및 데이터 감쇠에 대한 영향을 받지 않으며 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, MEMS 마이크로폰 PCB(13)를 나사체결방식에 의해 고정함으로써 구형의 기구 표면에 다수의 MEMS 마이크로폰(12)을 용이하고 견고하게 고정할 수 있다.

아울러, 마이크로폰 고정용 홀더(11)의 표면을 구형 본체(10)의 표면에 맞추어 다채널 센서의 Z축에 측정위치와 모양을 동일하게 함으로써 구형 표면과 MEMS 마이크로폰(12) 간에 디자인의 조화를 이룰 수 있다.

또한, 마운팅 스크류(14)로 MEMS 마이크로폰 PCB(13)를 눌러 고정함으로써 PCB(13)의 전기적 노이즈를 없애고, 마운팅 스크류(14)의 중앙에 홀을 형성하여 케이블 통로로 사용함으로써 배선을 용이하게 할 수 있다.

이와 같은 음장 가시화 시스템을 이용하여 음향 신호의 반사 및 데이터 감쇠에 대한 영향을 받는지 여부를 평가하기 위해 검증시험을 한 결과는 도 6과 같다.

도시한 바와 같이 MEMS 마이크로폰(12)의 측정표면과 마이크로폰 홀더(11) 표면의 위치를 일치시킴에 따라 음향신호의 반사 및 데이터 감쇠에 대한 영향을 받지 않고 측정할 수 있다.

10 : 구형 본체 10a : 관통홀
10b : 걸림홈 11 : 홀더
11a : 플렌지부 11b : 수용홀
12 : MEMS 마이크로폰
13 : PCB 14 : 마운팅 스크류
15 : 홀더너트

Claims

3차원 공간에서 발생되는 소음을 측정 및 분석하는 음장 가시화 장치에 있어서,
다수의 관통홀(10a)을 가지며, 구형으로 이루어진 구형 본체(10); 및
상기 관통홀(10a)을 통해 삽입 고정되고, 소음측정을 위해 소음측정표면이 구형 본체(10)의 구형 표면과 일치되게 구형 본체(10)에 배열되는 MEMS 마이크로폰(12);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 가시화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 MEMS 마이크로폰(12)은 마이크로머시닝기술로 PCB(13)에 구현되는 것을 특징으로 하는 음장 가시화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 MEMS 마이크로폰(12)을 고정하기 위한 고정수단으로,
상기 구형 본체(10)의 관통홀(10a)에 끼움식으로 고정되는 홀더(11);
상기 홀더(11) 내부에 삽입된 MEMS 마이크로폰(12)이 장착된 PCB(13)를 구형 본체(10)의 표면과 일치되게 홀더(11)에 밀착고정하는 마운팅 스크류(14); 및
상기 홀더(11)와 나사체결되는 홀더너트(15);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 가시화 장치.