KR20160047835A - 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 함정의 배관내에서 발생하는 소음을 측정하고, 상기 소음을 억제할 수 있는 제어신호를 발생시켜 능동적으로 소음이 저감되도록 하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치는, 함정의 내부에서 유체가 유동하는 배관(P)에 서로 이격되게 설치되는 한 쌍의 소음측정센서(11)(12)와, 상기 소음측정센서(11)(12)에서 감지한 신호에서 함정 외부로 전파되는 진행신호와 배관의 단부로부터 반사되는 반사신호를 분리하는 방향성 신호 분리부(21)와, 상기 방향성 신호 분리부(21)에서 분리된 소음신호에서 제어신호를 보상하여 주소음 신호를 복원하는 음향 피드백 신호 보정부(25)와, 케스케이드방식으로 배열된 복수의 놋치필터를 이용하여 시간 도메인에서 복원된 소음 신호의 주파수 성분을 추정하는 주파수 추정부(22)와, 추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성하는 참조신호 생성부(23)와, 복수의 적응필터를 구비하고 상기 적응필터를 이용하여 잔여 소음 신호와 생성된 참조 신호를 이용하여 제어 신호를 생성하는 제어신호 생성부(24)와, 상기 제어신호 생성부(24)에서 출력된 신호를 상기 배관(P)으로 방사하는 제어소음 발생부(26)를 포함한다.

Description

배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치 및 방법{Apparatus and method for active controlling of noise using a medium fluid in a pipe}
본 발명은 함정에서 발생하는 소음을 능동적으로 제어하는 능동 소음 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 함정의 배관내에서 발생하는 소음을 측정하고, 상기 소음을 억제할 수 있는 제어신호를 발생시켜 능동적으로 소음이 저감되도록 하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
잠수함과 같은 함정은 은밀성이 중요한 무기체계의 하나로서, 수중에서 작전을 수행하면서 끊임없이 적으로부터 탐지위협을 받는다.
상기 잠수함을 탐지하는 방법의 하나로서, 상기 잠수함으로부터 외부로 방사되는 소음을 탐지하는 방법이 많이 사용되므로, 적으로부터 탐지되지 않기 위해서는 최대한 소음을 줄여야 한다.
한편, 상기 잠수함에서 발생되는 소음 중에서 기계류를 소음원으로 하여 발생되는 소음은 잠수함이 저속으로 기동할 때 매우 중요시된다.
특히, 함내 장비의 냉각을 위해 사용되는 해수펌프는 함정의 운항중 항시 가동되는 장비로서, 해수를 고압, 저온의 상태로 흡입하여 함정 내부로 유입시켜 각종 기계류 및 함내 공기를 냉각시키고 외부로 배출된다. 펌프의 유체 이동 메카니즘에 의해 유동 소음이 발생될 뿐만 아니라 펌프류에서 발생한 소음이 배관계에 설치된 각종 밸브나 파이프 등을 지나면서 유체를 매질로하여 전달 소음을 유발시킨다.
이러한 해수 냉각계를 통과한 해수는 함외로 바로 배출되므로 매우 큰 소음을 유발시키며 특히 해수펌프의 회전에 의한 저주파수 영역 주파수 성분이 감쇠 없이 바로 전파되어 방사소음의 증가를 초래하여 적함에 의해서 쉽게 탐지 및 식별이 되는 문제점이 있고 함정의 생존성에 큰 위협을 초래하게 된다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는, '다채널 능동 소음 제어를 이용한 공간 소음 감소 시스템'에 관한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2009-0013621 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 빔포밍기법을 이용하여 소음원에서 발생한 소음을 진행파와 반사파로 분리하고, 놋치필터를 이용하여 주파수 성분을 추정한 후, 추정된 주파수 신호를 적응필터의 참조신호로 사용하여 함내의 배관에서 발생하는 소음을 제어하도록 한 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치는, 함정의 내부에서 유체가 유동하는 배관)에 서로 이격되게 설치되는 한 쌍의 소음측정센서와, 상기 소음측정센서에서 감지한 신호에서 함정 외부로 전파되는 진행신호와 배관의 단부로부터 반사되는 반사신호를 분리하는 방향성 신호 분리부와, 상기 방향성 신호 분리부에서 분리된 소음신호에서 제어신호를 보상하여 주소음 신호를 복원하는 음향 피드백 신호 보정부와, 케스케이드방식으로 배열된 복수의 놋치필터를 이용하여 시간 도메인에서 복원된 소음 신호의 주파수 성분을 추정하는 주파수 추정부와, 추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성하는 참조신호 생성부와, 복수의 적응필터를 구비하고 상기 적응필터를 이용하여 잔여 소음 신호와 생성된 참조 신호를 이용하여 제어 신호를 생성하는 제어신호 생성부와, 상기 제어신호 생성부에서 출력된 신호를 상기 배관으로 방사하는 제어소음 발생부를 포함한다.
상기 방향성 신호 분리부는, 상기 배관에서 상류에 설치되는 제1소음측정센서로부터 측정된 신호와, 상기 제1소음측정센서의 하류에 설치되는 제2소음측정센서로부터 측정된 신호를 지연시킨 신호를 빔포밍하여, 상기 제1소음측정센서와 상기 제2소음측정센서로부터 측정된 신호로부터 함정의 외부로 전달되는 진행신호와 배관의 단부에서 발생한 반사신호를 분리하는 것을 특징으로 한다.
음향 피드백 신호 보정부는, 상기 방향성 신호 분리부로부터 출력된 진행신호에 상기 제어신호 생성부에서 발생한 제어신호를 보상하여 주 소음 신호를 얻는 것을 특징으로 한다.
상기 주파수 추정부는 복수의 놋치 필터가 케스케이드 식으로 배열되고, 어느 하나의 놋치 ??터의 잔여 오차 신호는 다음 놋치 필터로 입력되는 것을 특징으로 한다.
제어신호 생성부는 복수의 적응 필터를 포함하고, 상기 각 적응필터에는 상기 주파수 추정부의 놋치 필터로부터 출력된 신호가 상기 참조신호 생성부를 거쳐 입력되고, 각 적응필터로부터 출력된 신호를 누적하여 제어신호로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어신호 생성부에서 출력된 신호는 상기 주파수 추정부로 피드백 되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어 방법은, 서로 이격된 지점에서 배관의 내부를 유동하는 유체의 소음을 측정하는 소음측정단계와, 측정된 소음신호에서 함정 외부로 전파되는 진행신호와 배관의 단부로부터 반사되는 반사신호로 분리하는 신호분리단계와, 분리된 진행신호에서 제어신호를 보상하여 주소음 신호를 복원하는 피드백 신호 보정단계와, 시간 도메인에서 복원된 소음 신호의 주파수 성분을 케스케이드 방식으로 배열된 복수의 놋치필터를 이용하여 추정하는 주파수 추정 단계와, 추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성하는 참조신호 생성단계와, 잔여 소음 신호와 생성된 참조 신호 복수의 적응필터를 이용하여 생성된 신호를 합산하여 제어 신호를 생성하는 제어신호 생성 단계를 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치 및 방법에 따르면, 2차 적응 놋치 필터를 이용하여 소음원으로부터 방사되는 소음의 주파수 성분을 추정함으로써, 함정에서 발생하는 소음중에서 큰 에너지를 갖는 3개의 주파수 성분을 지속적으로 모니터링하여 각 성분을 독립적으로 제어함으로써 시변환경에서도 소음의 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 펌프의 회전량 변화에도 능동적으로 대처하여 함내에서 발생하는 소음을 저감할 수 있다.
아울러, 2지점에서 소음을 측정하여 진행신호와 반사신호를 분리하여, 잔여 진행 신호를 적응 필터의 에러 신호로 하여 소음을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치에서 음파의 방향분리를 위한 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치에서 주파수에 따름 빔 형태
도 4는 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치에서 놋치 필터의 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치는, 함정의 내부에서 유체가 유동하는 배관(P)에 서로 이격되게 설치되는 한 쌍의 소음측정센서(11)(12)와, 상기 소음측정센서(11)(12)에서 감지한 신호에서 함정 외부로 전파되는 진행신호와 배관의 단부로부터 반사되는 반사신호를 분리하는 방향성 신호 분리부(21)와, 상기 방향성 신호 분리부(21)에서 분리된 소음신호에서 제어신호를 보상하여 주소음 신호를 복원하는 음향 피드백 신호 보정부(25)와, 케스케이드방식으로 배열된 복수의 놋치필터를 이용하여 시간 도메인에서 복원된 소음 신호의 주파수 성분을 추정하는 주파수 추정부(22)와, 추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성하는 참조신호 생성부(23)와, 복수의 적응필터를 구비하고 상기 적응필터를 이용하여 잔여 소음 신호와 생성된 참조 신호를 이용하여 제어 신호를 생성하는 제어신호 생성부(24)와, 상기 제어신호 생성부(24)에서 출력된 신호를 상기 배관(P)으로 방사하는 제어소음 발생부(26)를 포함한다.
소음측정센서(11)(12)는 한 쌍으로 마련되고 해수가 유동하는 배관(P)에 서로 이격되게 설치되어, 상기 배관(P)의 내부를 유동하는 해수에 의한 소음을 측정한다. 즉, 내부에 유체가 유동하는 배관(P)에 제1 소음측정센서(11)와 상기 제2 소음측정센서(12)가 서로 이격되게 설치되어, 2지점에서의 소음의 시간지연차이를 이용하여 진행파(x(t))와 반사파(r(t))가 분리되도록 한다. 예컨대, 제1 소음측정센서(11)는 배관(P)에서 제2소음측정센서(12)보다 상류에 위치하게 설치될 수 있는 것으로 제1소음측정센서(11)는 제2소음측정센서(12)보다 설치거리(d)만큼 펌프와 같은 소음원에 더 가깝고, 제2소음측정센서(12)는 배관(P)의 단부 쪽에 위치한다.
방향성 신호 분리부(21)는 상기 소음측정센서(11)(12)를 이용하여 측정된 소음으로부터 빔포밍(beam forming) 방법을 통하여 진행파(x(t))와 반사파(r(t))를 분리한다. 상기 배관(P) 내부를 이용하는 유체에 의해 발생하는 소음의 진행파는 상기 제1소음측정센서(11)와 제2소음측정센서(12)에 도달하는 시간차이를 갖고, 특히 상기 제2소음측정센서(12)에 시간지연부(21a)를 설치함으로써, 상기 제1소음측정센서(11)와 상기 제2소음측정센서(12)의 시간지연차이를 이용하여 진행파(x(t))와 반사파(r(t))를 분리한다. 상기 진행파는 상기 소음원으로부터 전달되는 신호이고, 반사파는 상기 배관의 단부로부터 전달된 신호이다. 함정에서, 출구의 면적이 배관계 외부 보다 상대적으로 좁기 때문에 토출구 면에서 반사가 발생하게 된다.
한편, 상기 시간지연보상신호(y(t))는 하기의 식과 같다.
Figure pat00001
(1)
여기서, τ1은 상기 제1소음측정센서(11)와 제2소음측정센서(12)에서 측정되는 소음의 시간차이다.
한편, 상기 시간지연보상신호(y(t))의 크기는 아래 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00002
(2)
여기서, c는 평면 진행파 신호가 전파되는 속도이다.
한편, 주기신호특성에 의해 상기 식은 다음과 같이 정리할 수 있다
Figure pat00003
(3)
상기 수학식 3으로부터 주파수 도메인에서 구한 시간지연보상신호(y(t))의 크기는 주파수에 대하여 선형적 상관성이 있으며, 상기 수학식 3에서 괄호 속에 있는 부분은 상기 소음측정센서(11)(12)의 방향성을 지닌 응답을 표현한다. 상기 방향성을 단순화하기 위하여 사용되는 변수 β를 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00004
(4)
상기 수학식 4를 이용하여 방향성을 갖는 응답을 정규화하면 상기 수학식 2는 다음의 수학식 5로 표현할 수 있다.
Figure pat00005
(5)
정규화된 신호의 주파수 응답은 단일 영점을 갖고, 이는 수학식 6으로 표현할 수 있다.
Figure pat00006
(6)
도 2에는 상기 방향성 신호 분리부(21)에 의해서, 상기 배관(P)에서 제1소음측정센서(11)와 제2소음측정센서(12)를 이용하여 100Hz, 150Hz 그리고 200Hz 신호에 대해 빔포밍을 수행하였을 때의 빔 형태가 도시되어 있다. 상기 제1소음측정센서(11)와 제2소음측정센서(12)에서 측정되는 신호를 Z-transform으로 각각 표현하면 다음의 S1(z), S2(z)와 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00007
,
Figure pat00008
(7)
상기 제1소음측정센서(11)와 제2소음측정센서(12)의 시간지연을 보상해주면, 하기의 수학식 8과 같은 진행파 신호를 얻을 수 있고, 이는 능동 소음 제어 알고리즘의 잔여 소음 신호와 참조 신호 생성을 위한 전처리기인 주파수 추정부(22)에서 사용된다.
Figure pat00009
(8)
음향 피드백 신호 보정부(25)은 상기 방향성 신호 분리부(21)에서 분리된 소음신호에서 제어신호를 보상하여 주소음 신호를 복원한다. 펌프와 같은 소음원(S)으로부터 방출된 소음이 저감될 수 있도록 상기 배관(P)으로 주소음 신호를 복원하는 역할을 한다. 즉, 음향 피드백 신호 보정부(25)에서, 상기 소음원(S)의 소음을 상쇄시키는 신호를 발생시켜 배관(P)의 내부에 전달되도록 함으로써, 함정의 외부로 배출되는 소음을 저감시킬 수 있다.
주파수 추정부(22)은 시간 도메인에서 복원된 소음 신호의 주파수 성분을 추정한다. 상기 주파수 추정부(22)은 복수의 적응놋치필터로 제공되고, 캐스케이드 식으로 배열된다.
적응 놋치 필터는 잔여 소음 신호와 생성된 참조 신호를 이용하여 제어 신호를 생성한다. 상기 적응 놋치 필터는 2차 IIR(infite impulse response) 적응 놋치 필터가 적용된다. 놋치필터(notch filter)는 필터의 입력 신호를 기반으로 신호 안에 포함된 단일 주파수를 제거할 수 있는 필터로서, 적응 놋치 필터는 반경을 고정한 상태에서 적응적으로 갱신되는 계수를 이용하여 주파수를 추적한다. 상기 적응 놋치 필터의 계수는 입력 신호의 주파수로 직접적인 변환이 가능하기 때문에 추정된 계수로부터 입력 신호의 주파수를 쉽게 찾아낼 수 있으므로 주파수를 추정할 수 있다.
상기 2차 IIR 적응 놋치 필터는 신호처리 대상 신호에서 정현파를 복원하거나 또는 측정한 신호에서 정현파 파워 잡음을 제거하는 것과 같은 용도에 사용된다.
하기의 수학식은 일반적인 2차 IIR 놋치 필터의 전달 함수를 나타낸 것이다.
Figure pat00010
(9)
상기 수학식 9에서 b0는 필터 이득값, ω0는 차단주파수 또는 놋치주파수, ρ는 놋치 밴드 조절 인자, 즉 Q-factor로 극점의 반지름이 되고, 그 값은 안정성을 위해서 1보자 작은 값을 갖는다.
특히, 상기 2차 IIR 적응 놋치 필터는 도 3에 도시된 바와 같이, 격자구조로 표현될 수 있다.
이때, 격자구조를 갖는 상기 2차 IIR 적응 놋치 필터의 전달함수는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
(10)
여기서, k0는 적응 필터의 계수, s(n)은 입력신호, t(n)은 필터의 극점을 통과한 출력, y(n)은 놋치 필터의 출력이며, 필터가 추적한 계수와 신호의 주파수와의 관계는 다음의 수학식 11로 표현할 수 있다.
Figure pat00014
(11)
NLMS(Normalize least mean square) 알고리즘을 사용하여 상기 적응 놋치 필터의 계수를 적응적으로 갱신하면, 상기 계수 갱신 식은 다음과 같다.
Figure pat00015
,
Figure pat00016
(12)
여기서,
Figure pat00017
는 적응 필터의 입력 파워이고, t(n)은 극점을 통과한 출력 값, y(n)은 놋치 필터의 출력값, δ는 매우 작은 상수, μ는 스텝사이즈이다.
상기 2차 IIR 적응 놋치 필터의 입력으로 빔포밍을 이용하여 추정한 신행 소음 신호에 제어 신호를 보상함으로써, 소음의 주파수 성분을 상기 수학식 11의 관계를 이용하여 추정한다.
센서로부터 얻은 신호는 소음 제어를 위한 filtered-x LMS의 잔여 소음이며 동시에 참조 신호 생성을 위한 2차 IIR 적응 놋치 필터의 입력 신호이다. 따라서 참조 신호의 왜곡이 발생하지 않도록 2차 IIR 적응 놋치 필터의 입력 신호는 다음 식과 같이 잔여 소음 신호와 센서 위치에서 보상된 제어 신호를 결합하여 얻는다.
Figure pat00018
(13)
여기서 y(n)은 능동 소음 제어 신호 이며, h2(n)는 제어 신호부터 오차 센서까지의 경로이다.
배관계에서 펌프에 의해 발생하는 주 소음은 다음 식과 같이 다중 주파수 톤 성분으로 구성되어 있기 때문에 시스템에서 얻는 입력 신호는 다음과 같이 표현 가능하다.
Figure pat00019
(14)
여기서 ai는 fi주파수에서의 크기를 나타내며
Figure pat00020
라고 가정한다. v(n)은 배경 잡음이다.
잔여 소음 신호의 파워를
Figure pat00021
저감하는 제어 신호 y(n)이 있으며, 상기 제어신호는 다음과 같다.
Figure pat00022
(15)
이때, 후술되는 제어신호 생성부(24)에서 상기 제어신호 y(n)을 구하기 위해 본 발명에서는 2차 IIR 적응 놋치 필터를 케스케이드 형태로 연결하여 순차적으로 큰 파워를 갖는 K개의 주파수 성분을 추정하여 제어신호를 구성한다.
케스케이드 구조의 적응필터의 입력이 s(n)이라 할 때 첫 번째 놋치필터 s(n)에서 가장 큰 파워를 갖는 주파수 성분을 적응적으로 놋치시킨다. 따라서 첫 번째 놋치필터의 출력 신호
Figure pat00023
과 잔여 오차 신호
Figure pat00024
는 다음과 같이 정의 할 수 있다.
Figure pat00025
,
Figure pat00026
(16)
이때 어느 하나의 놋치 필터의 잔여 오차 신호
Figure pat00027
은 다음 적응신호의 입력 신호가 되어
Figure pat00028
에서 가장 큰 파워를 갖는 주파수 성분을 추정하여 놋치시킨다. 따라서 본 개발에서는 K개의 놋치필터를 케스케이스 형태로 연결함으로써 s(n)에 포함된 가장 큰 파워를 갖는 K개의 주파수 성분을 추정 할 수 있다.
참조신호 생성부(23)는 추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성한다.
상기 참조신호 생성부에서는 주소음 신호를 효과적으로 제어하기 위해서 놋치 필터로 추정된 주파수 성분을 기반으로 적응 필터의 참조 신호를 다음과 같이 재생성한다.
Figure pat00029
(17)
이때 케스케이드 구조의 적응 놋치 필터로부터 추정된 K개의 주파수 성분을 위의 식을 이용하여 적응 필터의 참조 신호로 사용하여 주 소음 신호를 제어하기 위해서는 고차의 적응 필터를 필요로 하기 때문에 수렴 속도가 느려지고 참조 신호의 여러 성분들에 대하여 동시에 제어 하려고 하기 때문에 각 성분에 대하여 저감 효과를 보장 할 수 없다. 따라서 추정된 K개의 주파수 성분에 독립적으로 K개의 적응 필터를 사용함으로써 소음 제어를 향상시키며 각 적응 필터에 사용되는 참조 신호를 다음과 같이 생성하였다.
Figure pat00030
(18)
제어신호 생성부(24)는 상기 참조신호 생성부(23)에서 생성된 참조신호와 잔여소음신호를 이용하여 제어신호를 생성한다.
다음은 독립적인 K개의 능동 소음 제어 알고리즘의 계수를 갱식하는 식과 제어 신호를 보이고 있다.
Figure pat00031
, (19)
Figure pat00032
(20)
Figure pat00033
(21)
Figure pat00034
(22)
Figure pat00035
는 새로 갱신된 계수이고,
Figure pat00036
은 필터 계수를 갱신하기 위해 참조 신호를 2차 경로를 보상해준 신호로 주파수 추정으로 생성한 참조 신호와 2차 경로의 컨벌루션 결과 벡터,
Figure pat00037
은 k 번째 능동 소음제어 알고리즘의 출력이며
Figure pat00038
은 LMS알고리즘을 정규화 하기 위해 사용하였으며 필터 갱신을 위한 참조 벡터
Figure pat00039
의 smoothing 인자
Figure pat00040
를 갖는 IIR 필터를 통하여 파워를 추정한 값이다.
상기 제어신호 생성부(24)에서 생성된 제어신호인 yk(n)은 각 적응 필터로부터 출력된 신호를 합산하여 최종적으로 제어신호로 출력한다. 상기 적응 필터는 주파수 추정부(22)의 각 놋치 필터로부터 출력된 신호가 상기 참조신호 생성부(23)를 신호가 입력된다.
제어소음 발생부(26)는 상기 배관(P)에서 소음원(S)과 상기 제1 소음측정센서(11)의 사이에 설치된다. 상기 제어소음 발생부(26)는 상기 제어신호 생성부(24)에서 생성된 제어신호에 따라 상기 배관(P)으로 배관에서 발생한 소음을 저감시키기 위한 소음을 발생되도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어방법은 앞서 설명한 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치에 의해서 달성된다.
소음측정단계(S110)는 배관에 설치된 2개의 소음측정센서(11)(12)로부터 소음을 측정한다. 상기 소음측정센서(11)(12)는 배관의 내부에 서로 이격되게 설치되어 있고, 각각의 소음측정센서(11)(12)로부터 측정한 소음신호를 이용하여 진행신호와 반사신호를 분리하도록 한다. 상기 소음측정단계(S110)에서 상기 소음측정센서(11)(12)로부터 측정된 소음은 상기 제어신호 생성부(24)를 거친 잔여소음이고, 동시에 주파수 추정부(22)의 입력신호가 된다.
신호분리단계(S120)는 상기 소음측정센서(11)(12)로부터 측정한 소음을 진행신호와 반사신호로 분리한다. 상기 소음측정센서(11)(12)중에서 소음원(S)으로부터 더 멀리 설치된 소음측정센서, 즉 앞서 살펴본 제2소음측정센서(12)에 방향성 신호분리부(21)가 설치되어 있어서, 앞서 설명한 빔포밍 방법을 이용하여 상기 소음측정센서(11)(12)로부터 측정한 소음을 진행신호와 반사신호로 분리한다.
피드백 신호 보정단계(S130는 분리된 진행신호에서 제어신호를 분리하여 주소음 신호를 복원한다. 상기 소음측정단계(S110)에서 측정된 소음은 제어신호 생성부(24)에서 발생된 신호와 혼합된 상태이기 때문에, 이를 보상하여 원래 소음원에서 발생한 주소음 신호를 복원한다.
주파수 추정 단계(S140)는 상기 신호분리단계(S120)에서 분리된 진행신호와 잔여소음신호가 합해진 신호로부터 상기 주파수를 추정한다.
이때, 상기 주파수 추정 단계(S140)에서는 앞서 살펴본 주파수 추정부(22), 즉 케스케이드 구조로 배열된 놋치 필터, 즉 2차 IIR(infite impulse response) 적응 놋치 필터에 의해서 추정된다. 상기 주파수 추정 단계(S140)에서는 상기 2차 IIR 적응 놋치 필터의 개수만큼의 주파수 성분을 추정할 수 있다.
참조신호 생성단계(S150)는 상기 주파수 추정 단계(S140)로부터 추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성한다.
제어신호 생성 단계(S160)는 복수의 적응필터가 설치된 제어신호 생성부(24)에 의해 수행되다. 상기 주파수 추정 단계(S140)에 의해 생성된 출력된 신호가 상기 참조신호 생성단계(S150)를 거쳐 생성된 참조신호를 입력받아 상기 배관의 소음을 제어한 제어신호를 생성하게 된다. 이때, 상기 제어신호 생성 단계(S160)에서는 각 적응 필터로부터 출력된 신호를 합산하여 최종적으로 제어신호를 생성한다.
이렇게 생성된 제어신호는 배관(P)에 설치된 제어소음 발생부(26)로 전달되어 상기 배관에서 발생되는 소음을 제어하게 된다.
11, 12 : 소음측정센서 21 : 방향성 신호 분리부
21a : 시간지연부 22 : 주파수 추정부
23 : 참조신호 생성부 24 : 제어신호 생성부
25 : 피드백 보정부 26 : 제어소음 발생부
P : 배관 N : 소음원

Claims (7)

  1. 함정의 내부에서 유체가 유동하는 배관(P)에 서로 이격되게 설치되는 한 쌍의 소음측정센서(11)(12)와,
    상기 소음측정센서(11)(12)에서 감지한 신호에서 함정 외부로 전파되는 진행신호와 배관의 단부로부터 반사되는 반사신호를 분리하는 방향성 신호 분리부(21)와,
    상기 방향성 신호 분리부(21)에서 분리된 소음신호에서 제어신호를 보상하여 주소음 신호를 복원하는 음향 피드백 신호 보정부(25)와,
    케스케이드방식으로 배열된 복수의 놋치필터를 이용하여 시간 도메인에서 복원된 소음 신호의 주파수 성분을 추정하는 주파수 추정부(22)와,
    추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성하는 참조신호 생성부(23)와,
    복수의 적응필터를 구비하고 상기 적응필터를 이용하여 잔여 소음 신호와 생성된 참조 신호를 이용하여 제어 신호를 생성하는 제어신호 생성부(24)와,
    상기 제어신호 생성부(24)에서 출력된 신호를 상기 배관(P)으로 방사하는 제어소음 발생부(26)를 포함하는
    배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향성 신호 분리부(21)는,
    상기 배관(P)에서 상류에 설치되는 제1소음측정센서(11)로부터 측정된 신호와, 상기 제1소음측정센서(11)의 하류에 설치되는 제2소음측정센서(12)로부터 측정된 신호를 지연시킨 신호를 빔포밍하여, 상기 제1소음측정센서(11)와 상기 제2소음측정센서(12)로부터 측정된 신호로부터 함정의 외부로 전달되는 진행신호와 배관의 단부에서 발생한 반사신호를 분리하는 것을 특징으로 하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    음향 피드백 신호 보정부(25)는, 상기 방향성 신호 분리부(21)로부터 출력된 진행신호에 상기 제어신호 생성부(24)에서 발생한 제어신호를 보상하여 주 소음 신호를 얻는 것을 특징으로 하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 추정부(22)는 복수의 놋치 필터가 케스케이드 식으로 배열되고, 어느 하나의 놋치 ??터의 잔여 오차 신호는 다음 놋치 필터로 입력되는 것을 특징으로 하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제어신호 생성부(24)는 복수의 적응 필터를 포함하고, 상기 각 적응필터에는 상기 주파수 추정부(22)의 놋치 필터로부터 출력된 신호가 상기 참조신호 생성부(23)를 거쳐 입력되고, 각 적응필터로부터 출력된 신호를 누적하여 제어신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어신호 생성부(24)에서 출력된 신호는 상기 주파수 추정부(22)로 피드백 되는 것을 특징으로 하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어장치.
  7. 서로 이격된 지점에서 배관(P)의 내부를 유동하는 유체의 소음을 측정하는 소음측정단계(S110)와,
    측정된 소음신호에서 함정 외부로 전파되는 진행신호와 배관의 단부로부터 반사되는 반사신호로 분리하는 신호분리단계(S120)와,
    분리된 진행신호에서 제어신호를 보상하여 주소음 신호를 복원하는 피드백 신호 보정단계(S130)와,
    시간 도메인에서 복원된 소음 신호의 주파수 성분을 케스케이드 방식으로 배열된 복수의 놋치필터를 이용하여 추정하는 주파수 추정 단계(S140)와,
    추정된 주파수를 이용하여 소음 제어를 위한 참조신호를 생성하는 참조신호 생성단계(S150)와,
    잔여 소음 신호와 생성된 참조 신호 복수의 적응필터를 이용하여 생성된 신호를 합산하여 제어 신호를 생성하는 제어신호 생성 단계(S160)를 포함하는 배관 내부의 유체를 매질로 하는 소음의 능동 소음 제어방법.
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