KR20150050855A - 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스마트폰을 소음 제어를 위한 제어수단으로 이용하여, 차량의 실내소음을 상황에 따라 상쇄시키거나 증폭시킬 수 있도록 한 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 기존 제어기를 대신하여 스마트폰을 제어기로 활용하여 실내 음향을 제어하되, 소리와 소리를 덧입히는 합성 개념이 아닌 상황에 따라 실내 소음을 상쇄시켜 감소시키거나 증폭시켜 키워줄 수 있도록 함으로써, 실내 소음을 사용자가 원하는 수준으로 감소 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 실내 소음을 원하는 수준으로 증가시킬 수 있는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법{Active noise control system and method using smartphone}
본 발명은 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스마트폰을 소음 제어를 위한 제어수단으로 이용하여, 차량의 실내소음을 상황에 따라 상쇄시키거나 증폭시킬 수 있도록 한 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
차량의 실내 음향 제어와 관련된 기술, 즉 능동 소음 제어 기술로서, 차량 내 오디오 시스템 또는 별도의 제어기를 설치하여 실내 소음을 저감하거나 임의의 소리를 재생시키는 기술이 적용되고 있다.
또한, 임의의 소리를 재생시키는 기술로서, 사용자가 취향대로 설정한 소리를 스마트폰의 어플리케이션 형식으로 구현하는 기술이 존재하는데, 그 일례로서 한국공개특허 공개번호 제2013-54031호(213.05.24)에는 차량 엔진의 구동 소음과 흡/배기 소음이 섞여 만들어진 실내 소음에 사용자의 기호와 취향에 맞는 소리를 스마트폰을 통하여 다운받아 합성하여 재생시킬 수 있도록 한 차량 소음 합성 및 재생 시스템이 개시되어 있다.
그러나, 스마트 폰을 활용한 임의의 엔진음 구현 기술은 단순히 RPM 등 차량 정보에 연동하여 저장된 엔진음 또는 엔진음에 해당하는 소리를 스마트폰을 통해 다운로드된 소리와 합성하여 재생시키는 것이고, 또한 단순히 엔진음에 별도의 소리를 덧입히는 개념이므로, 실내 소음을 감쇄하거나 증폭시키는 등의 음향 제어는 불가능한 단점이 있다.
다시 말해서, 실내로 유입되는 엔진음과 스마트폰을 통해 웹서버로부터 다운로드한 사용자 취향의 소리를 합성하여 오디오 앰프를 통해 재생시키는 것이고, 엔진음과 사용자 취향의 소리를 단순히 덧입히는 개념이므로, 결국 차량 소리(엔진음) + 사용자 취향 소리가 더해져서 운전자 및 승객은 오히려 소리의 이질감을 느낄 수 있는 문제점이 있고, 특히 차량에서 발생하는 소음의 저감(상쇄) 제어가 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존 제어기(오디오 시스템 또는 별도 제어기)를 대신하여 스마트폰을 제어기로 활용하여 실내 음향을 제어하되, 소리와 소리를 덧입히는 합성 개념이 아닌 상황에 따라 실내 소음(엔진음 등)을 상쇄시켜 감소시키거나 증폭시켜 키워줄 수 있도록 함으로써, 실내 소음을 사용자가 원하는 수준으로 감소 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 실내 소음(엔진음)을 원하는 수준으로 증가시킬 수 있는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 실내 음향 제어시 사용자가 디자인한 임의의 엔진음을 스마트폰을 통해 웹서버로 전송하여 공유할 수 있도록 한 점에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 주행 중 차속 및 엔진 RPM을 포함하는 주행정보를 제공하는 주행정보 제공부와; 차량의 실내소음 또는 음향정보를 감지하는 마이크로폰이 내장되고, 상기 주행정보 제공부로부터 제공받은 주행정보를 기반으로 실내소음을 상쇄시키거나 증폭시키기 위한 소리 제어신호를 발생시키는 스마트폰과; 상기 스마트폰으로부터 수신된 소리 제어신호를 증폭하여 스피커로 출력하는 오디오 앰프; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 주행정보 제공부는 스마트폰과 와이파이 또는 블루투스 통신으로 연결되는 차량내 OBD(On Board Diagnostics) 단자로 채택된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 차량의 실내 소정 위치에 장착되는 보조 마이크로폰을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스마트폰은 마이크로폰을 통해서 감지된 현재 소리의 위상을 반대인 신호로 생성하는 실시간 적응 필터(Adaptive Filter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 사용자가 원하는 수준으로 디자인된 실내소음을 스마트폰을 통해 업로드 및 다운로드가 가능한 음원공유 사운드서버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 주행 중 차속 및 엔진 RPM을 포함하는 주행정보가 스마트폰에 제공되는 단계와; 스마트폰의 마이크로폰에서 차량의 실내소음 또는 음향정보를 감지하는 단계와; 스마트폰에서 주행정보를 기반으로 실내소음을 상쇄시키거나 증폭시키기 위한 소리 제어신호를 발생시키는 단계와; 상기 스마트폰으로부터 수신된 소리 제어신호를 증폭하여 스피커로 출력하는 단계와; 상기 스피커로부터 출력되는 소리에 의하여 실내소음이 상쇄 또는 증폭되는 소음 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 방법을 제공한다.
특히, 상기 스마트폰의 소리 제어신호가 증폭되어 스피커로 출력될 때, 출력되는 소리를 스마트폰의 마이크로폰에서 측정하여 실내 전달함수를 자동으로 계산하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현에 따른 상기 소음 제어 단계는: 스마트폰의 마이크로폰에서 감지한 실내소음 레벨과, 사용자가 희망하는 소리의 프로파일을 비교하는 단계와; 실내소음 레벨이 프로파일보다 큰 구간에서는 소리 제어신호를 같은 주파수의 역위상으로 발생시켜 상쇄시키는 단계와; 실내소음 레벨이 프로파일보다 작은 구간에서는 소리 제어신호를 같은 주파수의 동위상으로 발생시켜 증폭시키는 단계; 로 진행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실내 음향 제어 방법은 사용자가 원하는 소리의 프로파일을 디자인하는 단계와; 디자인된 소리 프로파일을 스마트폰을 통해 업로드 및 다운로드가 가능한 음원공유 사운드서버에 공유시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 기존의 실내 능동 소음 제어를 위한 컨트롤러와 음향 센서(마이크로폰)를 스마트폰으로 대체함에 따라, 시스템 구성이 단순해지는 장점이 있고, 특히 능동 소음 제어 시스템의 차량 장착 유무와 무관하게 개인의 스마트폰을 이용하여 차량 실내의 소음 제어 시스템을 구성할 수 있다.
또한, 종래의 고가의 컨트롤러 및 음향 센서를 스마트폰으로 대체함에 따라 저가의 소음 제어 시스템 구성이 가능한 장점이 있다.
또한, 스마트폰에 내장된 마이크로폰을 통해 차량에서 발생되는 소리를 실시간 측정 및 분석하고, 분석된 소리를 상쇄 및 증폭시킬 수 있는 제어 알고리즘을 제공함으로써, 종래의 단순히 소리를 합성 및 재생시키는 시스템에 비하여 사용자가 원하는 소리의 프로파일 구현이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템을 위한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 방법을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어용 전달함수를 측정하기 위한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어를 위하여 전달함수를 측정한 예를 도시한 그래프,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어예를 나타낸 파형도,
도 7은 본 발명에 따른 차량의 실내 음향 제어를 위한 스마트폰 어플리케이션을 나타낸 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 차량의 실내 음향 제어를 위하여 사용자가 원하는 소음 프로파일 설정예를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
일반적으로, 차량의 실내 음향 제어는 부밍음 등을 감소시키거나 또는 엔진음을 임의로 발생하여 특정한 사운드를 만들어내는 기술로서, 엔진음 발생을 위한 기본적인 기능 구현 및 소리를 감소시키는 능동 소음 제어(ANC, Active Noise Control)의 구현을 위해서 컨트롤러 및 실내 마이크로폰의 조합 구성을 필요로 한다.
본 발명은 기존의 컨트롤러 및 실내 마이크로폰을 스마트폰을 대체하고, 실내 소음의 오차 신호를 위하여 스마트폰에 내장된 마이크로폰을 사용하는 동시에 기존의 오디오 유닛의 컨트롤러가 아닌 스마트폰의 어플리케이션 형식으로 된 제어 알고리즘을 적용하여, 마이크로폰이 내장된 스마트폰이 컨트롤러의 기능을 수행하도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 1을 참조하면, 본 발명의 실내 음향 제어 시스템은 주행 중 차속 및 엔진 RPM을 포함하는 주행정보를 스마트폰에 제공하기 위한 주행정보 제공부(10)를 포함하는 바, 바람직하게는 주행정보 제공부(10)는 스마트폰(20)과 와이파이 또는 블루투스 통신으로 연결되는 차량내 OBD(On Board Diagnostics) 단자로 채택될 수 있다.
상기 스마트폰(20)에는 대부분 마이크로폰(22)이 내장되어 있으며, 이 마이크로폰(22)은 차량의 실내소음 또는 음향정보를 감지하는 역할을 하게 된다.
특히, 상기 스마트폰(20)에는 주행정보 제공부(10)로부터 제공받은 주행정보와 마이크로폰(22)에서 감지된 실내소음을 기반으로, 실내소음을 상쇄시키거나 증폭시키기 위한 소리 제어신호를 발생시키는 제어로직이 포함된다.
예를 들어, 차속 및 엔진 RPM의 변화에 따라 실내소음(예를 들어, 엔진음)의 크기가 달라지므로, 마이크로폰(22)에서 현재 실내소음을 측정하면, 스마트폰(20)에서 주행 정보 대비 현재 실내소음을 상쇄시켜 감소시키거나 또는 증폭시키기 위한 소리 제어신호를 발생시킨다.
이를 위해, 상기 스마트폰(20)에는 마이크로폰(22)을 통해서 감지된 현재 소리의 위상을 반대인 신호로 생성하는 실시간 적응 필터(Adaptive Filter)가 구비되도록 한다.
이렇게 스마트폰(20)에서 소리 제어신호를 오디오 앰프(30)로 출력하면, 오디오 앰프는 소리 제어신호를 증폭하여 스피커로 출력하게 된다.
이때, 주행정보 제공부(10)와 스마트폰(20)은 와이파이 또는 블루투스와 같은 무선 통신수단과 기타 유선통신수단에 의하여 통신 가능하게 연결되고, 또한 스마트폰(20)과 오디오 앰프(30)도 블루투스와 같은 무선 통신수단과 기타 유선통신수단에 의하여 통신 가능하게 연결된다.
따라서, 상기 스마트폰으로부터 수신된 소리 제어신호를 증폭하여 스피커로 출력하면, 스피커로부터 출력되는 소리에 의하여 실내소음(엔진음)이 상쇄 또는 증폭되는 소음 제어가 이루어지게 된다.
한편, 차량의 실내 소정 위치 즉, 시트의 헤드레스트 또는 헤드라이닝 등의 위치에 실내 소음 측정을 보다 정밀하게 측정하기 위하여 보조 마이크로폰(50)이 더 장착될 수 있고, 보조 마이크로폰에서 측정된 실내 소음 측정신호가 스마트폰으로 유무선 통신을 통하여 전송될 수 있도록 한다.
또한, 상기 스마트폰(20)은 사용자가 원하는 수준으로 디자인된 실내소음을 업로드 및 다운로드받을 수 있도록 별도의 음원공유 사운드서버(40)과 통신 가능하게 연결될 수 있다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 실내 음향 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 주행 중 차속 및 엔진 RPM을 포함하는 주행정보가 주행정보 제공부(10)로부터 스마트폰(20)에 전송된다.
이와 동시에, 상기 스마트폰(20)의 마이크로폰(22)에서 차량의 실내소음(엔진음) 또는 음향정보를 감지한다.
이어서, 상기 스마트폰(20)에서 소리 제어신호를 발생시키는 제어로직이 실행되어, 주행정보 제공부(10)로부터 제공받은 주행정보와 마이크로폰(22)에서 감지된 실내소음을 기반으로, 실내소음을 상쇄시키거나 증폭시키기 위한 소리 제어신호를 발생시킨다.
예를 들어, 마이크로폰에서 감지된 실내소음 신호를 스마트폰의 음향 제어용 적응 필터로 통과시킴으로써, 실내소음을 상쇄 또는 증대시키는 소리 제어신호가 생성될 수 있다.
이렇게 스마트폰에서 생성된 소리 제어신호는 오디오 앰프로 전송되고, 오디오 앰프는 스마트폰으로부터 수신된 소리 제어신호를 증폭하여 스피커를 통해 출력하는 역할을 하게 된다.
따라서, 상기 스피커로부터 출력되는 소리에 의하여 실내소음이 상쇄 또는 증폭되도록 한 실내소음에 대한 소음 제어가 이루어지게 된다.
이때, 실내소음을 상쇄시키기 위한 소리 제어신호는 실내소음의 소리 크기와는 같고 위상이 반대인 소리를 발생하는 신호이며, 이를 위해 상기와 같이 마이크로폰을 통해서 현재 실내소음의 크기와 위상을 측정하고, 첨부한 도 2에서 보듯이 실시간 적응 필터(Adaptive Filter)를 통해서 위상이 반대인 소음 상쇄용 제어신호가 생성되어야 한다.
예를 들어, 첨부한 도 5의 (a)에서 보듯이 실내소음 신호 대비 소리 제어신호가 역위상이면 스피커를 통해 출력되는 합성소음은 0으로 상쇄되고, 또는 도 5의 (b) 및 (c)에서 보듯이 소리 제어신호가 임의의 위상을 가지거나, 실내소음 신호과 동일한 위상을 갖는 경우에는 스피커를 통해 출력되는 합성소음은 2배로 증폭되어 출력될 수 있다.
상기 실내소음에 대한 소음 제어예를 첨부한 도 6을 참조로 설명하면, 스마트폰의 마이크로폰에서 감지한 실내소음 레벨과 사용자가 희망하는 소리 레벨의 프로파일을 비교하는 단계와, 실내소음 레벨이 프로파일보다 큰 구간에서는 소리 제어신호를 같은 주파수의 역위상으로 발생시켜 상쇄시키는 단계와, 실내소음 레벨이 프로파일보다 작은 구간에서는 소리 제어신호를 같은 주파수의 동위상으로 발생시켜 증폭시키는 단계로 진행됨으로써, 사용자는 희망하는 소리 프로파일에 일치하는 소리를 청취할 수 있게 된다.
한편, 실내소음에 대한 능동 소음 제어를 위하여, 차량 내 스피커와 스마트 폰(마이크로폰) 간의 전달함수를 필요로 한다.
상기 전달함수란, 스피커와 마이크로폰(사람 귀에 해당) 관계를 말하고, 이 전달함수를 측정한다는 것은 차량 내 음향 공간의 특성을 측정하는 것이며, 차량마다 실내 구조 및 음향 공간이 제각각 다르므로, 차량마다 전달함수를 측정해야만 능동 소음 제어를 할 수 있다.
이에, 첨부한 도 3에서 보듯이 상기 스마트폰의 소리 제어신호가 오디오 앰프에서 증폭되어 스피커로 출력될 때, 출력되는 소리를 스마트폰의 마이크로폰에서 측정하고, 마이크로폰에서 측정된 소리를 기반으로 스마트폰의 제어로직에서 전달함수를 자동 계산하게 되며, 계산된 전달함수를 토대로 스마트폰은 오디오 앰프에 대하여 소리 제어신호를 좀 더 정확한 파형으로 출력할 수 있다.
즉, 이와 같은 전달함수의 자동측정을 통해 소리발생(앰프)과 소리측정단(마이크로폰)에서 발생할수 있는 회로에 의한 위상지연, 연산속도에 의한 딜레이, 차실음향공간에서의 소리의 증폭/감소 현상을 보정하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 실내 음향 제어 방법은 사용자가 원하는 소리의 프로파일을 디자인하는 단계와, 디자인된 소리 프로파일을 스마트폰을 통해 업로드 및 다운로드가 가능한 음원공유 사운드서버에 공유시키는 단계를 더 포함한다.
즉, 첨부한 도 7과 같은 형태로 된 스마트폰 어플리케이션을 구축하고, 이 어플리케이션을 통하여 컴포트(comfort), 스포티(sporty), 레이싱(racing), 사용자 셋팅(user setting) 등과 같이 실내소음 레벨을 사용자가 원하는 소리의 프로파일로 디자인할 수 있다.
또한, 도 8에서 보듯이 사용자가 원하는 소리의 프로파일에 고차 오더 및 저차 오더 성분을 부가하여, 사용자가 원하는 소리 프로파일을 다채롭게 구현할 수 있다.
예를 들어, 4기통 차량의 운전자가 6기통 또는 8기통 차량의 소리를 희망할 경우, 또는 스포츠카와 같은 소리를 희망할 경우, 엔진 오더 성분을 조정하여 원하는 레벨의 소리 프로파일(profile)을 다채롭게 디자인할 수 있다.
이렇게 디자인된 소리 프로파일은 스마트폰의 어플 형식으로 음원공유 사운드서버에 업로드 또는 다운로드시키며 공유시킬 수 있다.
이상와 같이, 본 발명에 따르면 기존의 실내 능동 소음 제어를 위한 컨트롤러와 음향 센서(마이크로폰)를 스마트폰으로 대체함에 따라, 능동 소음 제어를 위한 시스템 구성을 단순화시킬 수 있고, 특히 능동 소음 제어 시스템의 차량 장착 유무와 무관하게 개인의 스마트폰을 이용하여 차량 실내의 능동 소음 제어 시스템을 구축할 수 있다.
10 : 주행정보 제공부
20 : 스마트폰
22 : 마이크로폰
30 : 오디오 앰프
40 : 음원공유 사운드서버
50 : 보조 마이크로폰

Claims (9)

  1. 주행 중 차속 및 엔진 RPM을 포함하는 주행정보를 제공하는 주행정보 제공부와;
    차량의 실내소음 또는 음향정보를 감지하는 마이크로폰이 내장되고, 상기 주행정보 제공부로부터 제공받은 주행정보를 기반으로 실내소음을 상쇄시키거나 증폭시키기 위한 소리 제어신호를 발생시키는 스마트폰과;
    상기 스마트폰으로부터 수신된 소리 제어신호를 증폭하여 스피커로 출력하는 오디오 앰프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주행정보 제공부는 스마트폰과 와이파이 또는 블루투스 통신으로 연결되는 차량내 OBD(On Board Diagnostics) 단자로 채택된 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    차량의 실내 소정 위치에 장착되는 보조 마이크로폰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스마트폰은 마이크로폰을 통해서 감지된 현재 소리의 위상을 반대인 신호로 생성하는 실시간 적응 필터(Adaptive Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    사용자가 원하는 수준으로 디자인된 실내소음을 스마트폰을 통해 업로드 및 다운로드가 가능한 음원공유 사운드서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 시스템.
  6. 주행 중 차속 및 엔진 RPM을 포함하는 주행정보가 스마트폰에 제공되는 단계와;
    스마트폰의 마이크로폰에서 차량의 실내소음 또는 음향정보를 감지하는 단계와;
    스마트폰에서 주행정보를 기반으로 실내소음을 상쇄시키거나 증폭시키기 위한 소리 제어신호를 발생시키는 단계와;
    상기 스마트폰으로부터 수신된 소리 제어신호를 증폭하여 스피커로 출력하는 단계와;
    상기 스피커로부터 출력되는 소리에 의하여 실내소음이 상쇄 또는 증폭되는 소음 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스마트폰의 소리 제어신호가 증폭되어 스피커로 출력될 때, 출력되는 소리를 스마트폰의 마이크로폰에서 측정하여 실내 전달함수를 자동으로 계산하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 소음 제어 단계는:
    스마트폰의 마이크로폰에서 감지한 실내소음 레벨과, 사용자가 희망하는 소리의 프로파일을 비교하는 단계와;
    실내소음 레벨이 프로파일보다 큰 구간에서는 소리 제어신호를 같은 주파수의 역위상으로 발생시켜 상쇄시키는 단계와;
    실내소음 레벨이 프로파일보다 작은 구간에서는 소리 제어신호를 같은 주파수의 동위상으로 발생시켜 증폭시키는 단계;
    로 진행되는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    사용자가 원하는 소리의 프로파일을 디자인하는 단계와;
    디자인된 소리 프로파일을 스마트폰을 통해 업로드 및 다운로드가 가능한 음원공유 사운드서버에 공유시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰을 이용한 차량의 실내 음향 제어 방법.
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