WO2016182183A1 - 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법 - Google Patents

고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법 Download PDF

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WO2016182183A1
WO2016182183A1 PCT/KR2016/002247 KR2016002247W WO2016182183A1 WO 2016182183 A1 WO2016182183 A1 WO 2016182183A1 KR 2016002247 W KR2016002247 W KR 2016002247W WO 2016182183 A1 WO2016182183 A1 WO 2016182183A1
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cutoff frequency
aircraft
equivalent
frequency
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이용해
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한국디지탈콘트롤 주식회사
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Definitions

  • the present invention filters the aircraft noise with a low frequency filter and calculates an equivalent noise for the filtered sound waves, and analyzes the noise level of the aircraft noise, but a unique cutoff frequency that uniquely sets the cutoff frequency of the low frequency filter according to the altitude of the region.
  • a method for analyzing aircraft noise based on the present invention.
  • the present invention obtains the reference equivalent noise according to the reference cutoff frequency for the aircraft sample noise in the region, the minimum cutoff frequency of the cutoff frequency to have an equivalent noise within the range of the reference equivalent noise intrinsic cutoff frequency of the region It relates to a method for analyzing aircraft noise based on the unique cutoff frequency.
  • the noise generated by the aircraft is very large, disturbing the lives of people living near the aerodrome or the flight path, and especially when the aircraft noise occurs at night, it disturbs the sleep and greatly affects the health. In recent years, as airport facilities become larger and the number of flights in the airport increases, the noise problem generated by the aircraft becomes more serious.
  • Patent Document 1 a method of analyzing noise by an aircraft in a specific region by matching and combining flight information and noise data of an aircraft has been proposed [Patent Document 1]. That is, by sequentially matching and matching the flight information of the aircraft, the track information, the noise data in the measurement area and the weather information through the sequential analysis, to predict the environmental impact due to the noise generated from the aircraft. These prediction results can be used as a basis for finding economic damage loss and preparation measures in the area around the airport.
  • Patent Document 2 a technique for automatically identifying an aircraft, measuring noise for each type of aircraft, or statistically processing the measured noise has been proposed [Patent Document 2].
  • an equivalent noise Leq is calculated from a waveform of 20 kHz, and the aircraft noise event is determined by the calculated equivalent noise. That is, the sound generated during the flight of the aircraft is sensed by an acoustic receiver such as a microphone, and the sensed sound (or waveform) is filtered with a low frequency filter of 20 kHz to calculate the equivalent noise.
  • Equivalent noise (Leq) is a measure of noise that represents the noise that changes over time as the root mean square (RMS) of the mean or squared mean. That is, the equivalent noise is a constant that expresses the sound pressure (WaveForm) in an arbitrary section as energy.
  • the sound of the high frequency band of the aircraft noise is mostly absorbed by the altitude and the atmospheric layer, and the sound of the low frequency band reaches the ground without being absorbed.
  • the cutoff frequency of the low frequency filter is fixed to 20 kHz.
  • the frequency of the waveform absorbed by the altitude and the atmospheric layer of the aircraft noise may vary. Therefore, in order to calculate more accurate equivalent noise, it is necessary to adjust the cutoff frequency of the low frequency filter according to the surrounding environment.
  • Patent Document 1 Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2011-0028022 (published on March 17, 2011)
  • Patent Document 2 Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2011-0041464 (published on April 21, 2011)
  • An object of the present invention is to solve the problems as described above, while filtering the aircraft noise with a low frequency filter and calculating the equivalent noise for the filtered sound waves to analyze the noise level of the aircraft noise, the frequency cutoff of the low frequency filter It provides a method of analyzing aircraft noise based on unique cutoff frequencies that is uniquely set according to the altitude of the area.
  • an object of the present invention is to obtain a reference equivalent noise according to the reference cutoff frequency for the aircraft sample noise of the region, and to have a minimum cutoff frequency among the cutoff frequencies so as to have an equivalent noise within the range of the reference equivalent noise. It is to provide a method of analyzing aircraft noise based on a unique cutoff frequency set to a cutoff frequency.
  • the present invention relates to a method for analyzing aircraft noise based on an inherent cutoff frequency, comprising: (a) receiving aircraft sample noise; (b) filtering the aircraft sample noise using a low frequency filter at a reference cutoff frequency to obtain a first filtering signal; obtaining equivalent noise by calculating equivalent noise with respect to the first filtering signal; And (d) detecting a minimum cutoff frequency having an equivalent noise within a predetermined error range from the reference equivalent noise, and setting the detected minimum cutoff frequency to an inherent cutoff frequency.
  • the present invention provides a method for analyzing aircraft noise based on a natural cutoff frequency, the method comprising: (e) filtering aircraft noise by using a low frequency filter according to the natural cutoff frequency, and equivalent noise to the filtered aircraft noise. It characterized in that it further comprises the step of calculating.
  • the present invention is characterized in that the aircraft noise analysis method based on the cut-off frequency, in the step (a), the aircraft sample noise is characterized in that the noise of the aircraft traveling within a predetermined reference altitude range in the region.
  • the present invention in the aircraft noise analysis method based on the natural cutoff frequency, characterized in that the natural cutoff frequency is obtained by the following formula (1).
  • L eq (f) is the equivalent noise for aircraft sample noise filtered by the low frequency filter at cutoff frequency f
  • f 0 is the reference cutoff frequency
  • ⁇ is a predetermined error range Value
  • the present invention in the aircraft noise analysis method based on the natural cut-off frequency, in the step (d), by reducing the cutoff frequency by a predetermined frequency span from the reference cutoff frequency, by adjusting the low-frequency filter of the cutoff frequency The equivalent noise is calculated, the equivalent noise of the adjusted cutoff frequency is compared with the reference equivalent noise, and the minimum cutoff frequency is detected.
  • the present invention provides a method for analyzing aircraft noise based on an inherent cutoff frequency, wherein the reference cutoff frequency is 20 kHz.
  • the method for analyzing aircraft noise based on the inherent cutoff frequency by configuring a low frequency filter by finding a minimum cutoff frequency in which equivalent noise is not changed, the altitude, season, and
  • the background noise and the aircraft noise can be distinguished by reflecting the temperature and humidity, and through this, the effect of measuring the aircraft noise more accurately is obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram of an overall system for practicing the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for analyzing aircraft noise based on inherent cutoff frequencies according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing aircraft noise filtered by a low frequency filter adjusted by adjusting a cutoff frequency according to an embodiment of the present invention in a frequency band.
  • Figure 4 is a graph showing the equivalent noise of the adjusted cutoff frequency and aircraft noise filtered by the low frequency filter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of detecting a natural cutoff frequency according to an embodiment of the present invention.
  • the method for analyzing aircraft noise based on an inherent cutoff frequency sets an inherent cutoff frequency by analyzing a sound signal by receiving a sensed sound signal from a sound receiving device 20 such as a microphone and an aircraft. It can be implemented with a program system on the computer terminal 20 for calculating the equivalent noise of the noise. That is, the aircraft noise analysis method based on the inherent cutoff frequency may be configured as a program and installed and executed in the computer terminal 20. The program installed in the computer terminal 20 may operate like one program system 30.
  • the acoustic signal sensed from the acoustic receiver 20, such as a microphone is mixed with the noise generated from the aircraft (aircraft noise), the background noise, such as birds sound or cultivator sound.
  • the aircraft noise analysis method according to the present invention sets the inherent cutoff frequency according to the altitude, season, temperature, and humidity of the location where the acoustic receiver 20 such as a microphone is installed, and calculates the equivalent noise of the aircraft noise.
  • the aircraft noise analysis method based on the unique cutoff frequency may be implemented as a program, and operate in a general-purpose computer, and may be implemented as one electronic circuit such as an ASIC (custom semiconductor). Or it may be developed as a dedicated computer terminal 20 to process only the task of obtaining the inherent cutoff frequency and calculating the equivalent noise of the aircraft noise. This will be referred to as an aircraft noise analysis system 30. Other possible forms may be implemented.
  • the method according to the present invention is divided into steps of detecting the natural cutoff frequency of the low frequency filter with aircraft sample noise, and measuring the equivalent noise of the actual aircraft noise using the low frequency filter of the detected natural cutoff frequency. That is, the present invention is a method for compensation of noise only for an aircraft. In order to distinguish the noise event of only an aircraft, a unique cutoff frequency according to altitude is obtained, and the equivalent noise is measured therefrom.
  • the aircraft sample noise is input (S10).
  • the aircraft noise or the sample noise is an acoustic signal sensed through the acoustic receiver 10 such as a microphone.
  • a sound signal already sensed and stored may be used.
  • the aircraft sample noise uses acoustic signals of noise generated when the aircraft with the lowest altitude in the area travels (flies).
  • the range of a specific altitude with low altitude is set in advance, and the noise of the aircraft traveling within the area within the set specific altitude range (hereinafter referred to as the reference altitude range) is used as the aircraft sample noise.
  • the acoustic signal of the aircraft sample noise is filtered (S20).
  • Aircraft noise or aircraft noise around the airport may be expressed as in Equation 1 below.
  • Aircraft noise around the airport Aircraft noise-Altitude absorption-Atmospheric absorption
  • the aircraft noise is mostly absorbed by the altitude and the atmosphere layer, the high frequency band sound is absorbed, the low frequency band is not absorbed to reach the ground. Therefore, if it is possible to set which frequency band should be considered, background noise and aircraft noise can be distinguished.
  • Equation 2 is given.
  • SPLrec (k) SPLsource (k)-20 Log (H)- ⁇ (i, k) ⁇ ⁇ L (i) / 100
  • SPLrec (k) is the sound pressure for 1/3 octave of band k on the ground
  • SPLsource (k) is the source for 1/3 octave of band k.
  • H is the height of the sound source above the microphone.
  • ⁇ (i, k) ⁇ ⁇ L (i) / 100 consists of the contributions of the various layers below the total atmospheric absorption, source.
  • ⁇ (i, k) atm, and is an absorption coefficient for 1/3 octave (dB / 100m) of the i layer and the band k.
  • ⁇ L (i) represents the thickness of the i layer.
  • the high frequency acoustic signal absorbed by the altitude or the atmosphere is filtered using a low frequency filter that filters high frequency from the acoustic signal (noise signal) received by the sound receiving apparatus 10 and passes only the low frequency.
  • the cutoff frequency of the high frequency region of the low frequency filter is used as a predetermined cutoff frequency, and the cutoff frequency at this time is referred to as a "reference cutoff frequency".
  • the reference cutoff frequency is set to a cutoff frequency used as a standard, and more preferably, the reference cutoff frequency is set to 20 kHz.
  • the low frequency filter by the reference cutoff frequency is implemented as a hardware bandpass filter. That is, a band pass filter that passes only 20 to 20 kHz is composed of electrical elements.
  • the cutoff frequency of the high frequency region of the band pass filter is set to the cutoff frequency of the low frequency filter described above.
  • the cutoff frequency of the low frequency region of the band pass filter is set to 20 Hz to perform a low frequency filter function.
  • equivalent noise for the filtered sound signal (or noise signal) is calculated (S30).
  • equivalent noise is calculated for an acoustic signal (or aircraft sample noise) filtered with a low frequency filter set to a reference cutoff frequency (eg, 20 kHz). At this time, the calculated equivalent noise will be referred to as reference equivalent noise.
  • Equivalent noise is calculated as the root mean square (RMS), or root mean square (RMS) of the mean or square mean of the signal that changes over time with respect to the filtered sound signal (or aircraft sample noise). That is, the equivalent noise is a constant that expresses the sound pressure (WaveForm) in an arbitrary section as energy.
  • RMS root mean square
  • RMS root mean square
  • the filtered sound signal (or filtered aircraft sample signal) will be referred to as a first filtering signal.
  • the cutoff frequency of the low frequency filter is changed and adjusted, and the equivalent noise of the acoustic signal filtered by the adjusted low frequency filter is obtained. Equivalent noise at this time is called adjusted equivalent noise.
  • a cutoff frequency having a minimum value is detected among cutoff frequencies (or adjusted cutoff frequencies) that cause the adjusted equivalent noise to fall within a range of the reference equivalent noise.
  • the detected minimum cutoff frequency is detected as the inherent cutoff frequency.
  • FIG. 3 is a graph showing a frequency band of a signal filtered by the adjusted low frequency filter (hereinafter, referred to as a second filtering signal) by adjusting a cutoff frequency with respect to a first filtering signal of aircraft sample noise.
  • a second filtering signal the adjusted low frequency filter
  • the acoustic signal A is the first filtered signal of aircraft sample noise. That is, the acoustic signal A represents a signal obtained by filtering the aircraft sample noise with a low frequency filter having a cutoff frequency of 20 kHz.
  • the acoustic signal B is a signal (or a second filtering signal) obtained by second filtering the first filtering signal with a low frequency filter having a cutoff frequency of 10 kHz. That is, the second filtering signal obtained by adjusting the cutoff frequency to 10 kHz at this time.
  • the acoustic signal C is a second filtering signal filtered by adjusting the cutoff frequency to 800 Hz.
  • FIG. 4 is a graph showing equivalent noise for the second filtering signal filtered second by the adjusted low frequency filter, and displaying the calculated equivalent noise for each (adjusted) cutoff frequency. That is, in the graph of FIG. 4, the x axis represents the adjusted cutoff frequency, and the y axis represents the sound pressure value obtained by obtaining an equivalent noise for the noise signal filtered by the low frequency filter of the adjusted cutoff frequency.
  • the equivalent noise between the adjusted cutoff frequency of 900 Hz to 20 kHz is the same as the reference equivalent noise (equivalent noise of the cutoff frequency of 20 kHz), but if the cutoff frequency is 800 Hz at the point P, the equivalent noise is the reference. It is reduced compared to equivalent noise. That is, the adjusted cutoff frequency 900Hz is the smallest frequency among the cutoff frequencies having equivalent noise equal to the reference equivalent noise. Therefore, set the cutoff frequency of 900Hz as the inherent cutoff frequency.
  • the minimum cutoff frequency among the cutoff frequencies is set as the natural cutoff frequency such that the equivalent noise by the adjusted cutoff frequency is within a predetermined range from the reference equivalent noise. If this is expressed as an expression, Equation 1 below.
  • f c is the natural cutoff frequency
  • L eq (f) is the equivalent noise for the acoustic signal (aircraft noise signal) filtered by the low frequency filter of the cutoff frequency f
  • f 0 is the reference cutoff frequency.
  • epsilon represents an error value (or predetermined range) predetermined previously.
  • Equation 1 may be represented as Equation 2 below.
  • the minimum cutoff frequency may be detected by reducing the cutoff frequency by a predetermined span at the reference cutoff frequency, and comparing the equivalent noise due to the adjusted cutoff frequency with the reference equivalent noise.
  • the search starts from the reference cutoff frequency of 20 kHz, and the equivalent noise is obtained by reducing a predetermined span, for example, by 10 Hz, and compares it with the reference equivalent noise.
  • the equivalent noise Leq is calculated and stored in the equivalent noise Leq Lcf at the cutoff frequency, and the waveform WaveForm is reduced by 10 Hz.
  • the software passes through the filter to calculate the equivalent noise (Leq) to obtain the sound pressure value of the equivalent noise (Leq) at the cutoff frequency.
  • Leq standard cut-off frequency of (Lcf) equivalent noise Leq (L 20kHz) from the waveform (WaveForm) of 20kHz, that is, in the previous moment of note as compared to the reference equivalent noise” Aircraft Noise in the cut-off frequency
  • the cutoff frequency (cfEVent) is set to the inherent cutoff frequency according to the altitude of the region.
  • the equivalent noise level (Leq) at that time is equivalent to the standard cutoff frequency (20kHz CutOff). If it is less than the value, set the cutoff frequency (CutOff) band value of the previous stage to the aircraft cutoff frequency (Event CutOff).
  • cfHz is the cutoff frequency adjusted by reducing the frequency by the span
  • Span is the frequency at which the frequency is reduced during the search
  • Lcf is the equivalent noise (Leq) at the cutoff frequency.
  • L 20kHz refers to the equivalent noise (Leq) in the waveform (WaveForm) of the reference cutoff frequency 20kHz
  • L xHz refers to the equivalent noise of the aircraft noise only by reducing the waveform (WaveForm).
  • CfEvent also means the inherent cutoff frequency to be considered aircraft noise.
  • the finally obtained natural cutoff frequency can be additionally adjusted by various environmental variables. Tuning factors to adjust include temperature, humidity, wind speed, altitude, etc.
  • the altitude is the minimum height of the aircraft in the area.
  • the humidity is measured directly or used to receive weather data
  • the wind speed is measured directly or used to receive weather data

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Abstract

해당 지역의 항공기 샘플 소음에 대하여 기준 차단 주파수에 의한 기준 등가소음을 구하고, 상기 기준 등가소음의 오차 범위 내의 등가소음을 가지도록 하는 차단 주파수 중 최소 차단 주파수를 해당 지역의 고유 차단 주파수로 설정하는, 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 관한 것으로서, (a) 항공기 샘플 소음을 입력받는 단계; (b) 기준 차단 주파수에 의한 저주파 필터를 이용하여, 상기 항공기 샘플 소음을 필터링하여 제1 필터링 신호를 획득하는 단계; (c) 상기 제1 필터링 신호에 대하여 등가소음을 산출하여 기준 등가소음을 구하는 단계; 및, (d) 상기 기준 등가소음에서 소정의 오차 범위 내의 등가소음을 가지는 최소 차단 주파수를 검출하여, 검출된 최소 차단 주파수를 고유 차단 주파수로 설정하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다. 상기와 같은 항공기 소음 분석 방법에 의하면, 음향수신장치가 설치된 위치의 고도, 계절, 및, 온도습도를 반영하여 배경소음과 항공기 소음을 구분할 수 있고, 이를 통해, 항공기 소음을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

Description

고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법
본 발명은 항공기 소음을 저주파 필터로 필터링하고 필터링된 음파에 대하여 등가소음을 계산하여 항공기 소음의 소음 레벨로 분석하되, 상기 저주파 필터의 차단 주파수를 해당 지역의 고도에 따라 고유하게 설정하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 해당 지역의 항공기 샘플 소음에 대하여 기준 차단 주파수에 의한 기준 등가소음을 구하고, 상기 기준 등가소음의 범위 내의 등가소음을 가지도록 하는 차단 주파수 중 최소 차단 주파수를 해당 지역의 고유 차단 주파수로 설정하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 관한 것이다.
항공기에 의해 발생되는 소음은 매우 커, 비행장이나 비행경로 근처에 사는 사람들의 생활을 방해하고, 특히, 야간에 항공기 소음이 발생되면 수면을 방해하여 건강 등에 지대한 영향을 미친다. 최근 들어 공항 시설이 대형화되고, 공항의 항공기 운항 횟수가 증가함에 따라 항공기로부터 발생되는 소음 문제는 더욱 커지고 있다.
따라서 항공기 소음을 정밀하고 정확하게 측정하여, 그 대책을 강구하는 것은 매우 중요하다. 그러나, 항공기 소음에 대한 체계적이고 일관된 정책이 부족하고, 소음 피해를 당하는 주변 지역에 대한 보상이나 실태 파악도 미미한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자 항공기 소음을 보다 정확하게 측정하고자 하는 기술들이 개발되고 있다. 일례로서, 항공기의 운항 정보와 소음 데이터를 매칭 결합하여 특정 지역에서 항공기에 의한 소음을 분석하는 방법이 제시되고 있다[특허문헌 1]. 즉, 항공기의 운항 정보, 항적 정보, 측정 지역에서의 소음 데이터 및 기상 정보를 순차적 분석을 통해 서로 매칭 결합시킴으로써, 항공기로부터 발생되는 소음으로 인한 주변 환경 영향을 예측한다. 이러한 예측 결과는 공항 주변 지역의 경제적 피해 손실 및 사전 대비 방안을 강구하는 기반 자료로써 사용될 수 있다. 또한, 다른 예로서, 항공기를 자동으로 식별하여, 항공기의 종류별로 소음을 측정하거나, 측정된 소음을 통계처리하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 2].
한편, 현재 20kHz의 파형(waveform)에서 등가소음(Leq)을 계산하여, 계산된 등가소음으로 항공기 소음 이벤트를 판정하고 있다. 즉, 항공기 비행시 발생되는 음향을 마이크 등 음향수신장치로 센싱하고, 센싱된 음향(또는 파형)을 20kHz의 저주파 필터로 필터링하여 등가소음을 산출한다. 등가소음(Leq)은 일정시간 동안 변화하는 소음을, 평균 혹은 제곱 평균의 제곱근 혹은 실효치(RMS, root mean square)로서 표시하는 소음 측정치이다. 즉, 등가소음은 임의 구간 내의 음압(WaveForm)을 에너지로 표현하는 상수이다.
특히, 항공기 소음 중 고주파 대역의 음향은 고도 및 대기층에 의해 대부분 흡수되고, 저주파 대역의 음향이 흡수되지 않고 지면까지 도달한다. 그래서 종래에는 저주파 필터를 사용하되, 저주파 필터의 차단 주파수를 20kHz로 고정하여 사용하고 있다.
그러나 마이크 등 음향수신장치가 설치된 위치의 고도나, 측정하는 시기의 계절, 온도, 습도 등 주변 환경에 따라, 항공기 소음 중 고도 및 대기층에 흡수되는 파형의 주파수가 달라질 수 있다. 따라서 보다 정확한 등가소음을 산출하기 위해서, 주변 환경에 따라 저주파 필터의 차단 주파수를 적절히 조정해주어야 한다.
<특허문헌>
(특허문헌 1) [특허문헌 1] 한국 공개특허공보 제10-2011-0028022호 (2011.03.17.공개)
(특허문헌 2) [특허문헌 2] 한국 공개특허공보 제10-2011-0041464호 (2011.04.21.공개)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 항공기 소음을 저주파 필터로 필터링하고 필터링된 음파에 대하여 등가소음을 계산하여 항공기 소음의 소음 레벨로 분석하되, 상기 저주파 필터의 차단 주파수를 해당 지역의 고도에 따라 고유하게 설정하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 해당 지역의 항공기 샘플 소음에 대하여 기준 차단 주파수에 의한 기준 등가소음을 구하고, 상기 기준 등가소음의 범위 내의 등가소음을 가지도록 하는 차단 주파수 중 최소 차단 주파수를 해당 지역의 고유 차단 주파수로 설정하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 관한 것으로서, (a) 항공기 샘플 소음을 입력받는 단계; (b) 기준 차단 주파수에 의한 저주파 필터를 이용하여, 상기 항공기 샘플 소음을 필터링하여 제1 필터링 신호를 획득하는 단계; (c) 상기 제1 필터링 신호에 대하여 등가소음을 산출하여 기준 등가소음을 구하는 단계; 및, (d) 상기 기준 등가소음에서 소정의 오차 범위 내의 등가소음을 가지는 최소 차단 주파수를 검출하여, 검출된 최소 차단 주파수를 고유 차단 주파수로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 있어서, 상기 방법은, (e) 상기 고유 차단 주파수에 의한 저주파 필터를 이용하여, 항공기 소음을 필터링하고, 필터링된 항공기 소음에 대한 등가소음을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 있어서, 상기 (a)단계에서, 상기 항공기 샘플 소음은 해당 지역에서 사전에 설정된 기준 고도 범위 내에서 주행하는 항공기의 소음인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 있어서, 상기 고유 차단 주파수는 다음 수식 1에 의하여 구하는 것을 특징으로 한다.
[수식 1]
Figure PCTKR2016002247-appb-I000001
단, fc 는 고유 차단 주파수이고, Leq(f)는 차단 주파수 f의 저주파 필터로 필터링한 항공기 샘플 소음에 대한 등가소음이고, f0 는 기준 차단 주파수이고, ε는 사전에 정해지는 오차 범위값임.
또, 본 발명은 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 있어서, 상기 (d)단계에서, 상기 기준 차단 주파수에서 소정의 주파수 스팬 만큼 차단 주파수를 줄여 조정하고, 조정된 차단 주파수의 저주파 필터에 의하여 등가소음을 산출하고, 조정된 차단 주파수의 등가소음을 상기 기준 등가소음과 비교하여, 최소 차단 주파수를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 있어서, 상기 기준 차단 주파수는 20kHz인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 의하면, 등가소음이 변동되지 않은 최소 차단 주파수를 찾아 저주파 필터를 구성함으로써, 음향수신장치가 설치된 위치의 고도, 계절, 및, 온도습도를 반영하여 배경소음과 항공기 소음을 구분할 수 있고, 이를 통해, 항공기 소음을 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템에 대한 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법을 설명하는 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차단 주파수를 조정하여 조정된 저주파 필터에 의해 필터링된 항공기 소음을 주파수 대역으로 표시한 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조정된 차단 주파수와 그 저주파 필터에 의해 필터링된 항공기 소음의 등가소음을 표시한 그래프
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고유 차단 주파수를 검출하는 방법을 설명하는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성의 예들에 대하여 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다.
도 1a에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법은 마이크 등 음향수신장치(20)로부터 센싱된 음향 신호를 입력받아 음향 신호를 분석하여 고유 차단 주파수를 설정하고, 항공기 소음의 등가소음을 산출하는 컴퓨터 단말(20) 상의 프로그램 시스템으로 실시될 수 있다. 즉, 상기 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법은 프로그램으로 구성되어 컴퓨터 단말(20)에 설치되어 실행될 수 있다. 컴퓨터 단말(20)에 설치된 프로그램은 하나의 프로그램 시스템(30)과 같이 동작할 수 있다.
도 1b에서 보는 바와 같이, 마이크 등 음향수신장치(20)로부터 센싱되는 음향 신호는 항공기에서 발생하는 소음(항공기 소음)과, 새 소리나 경운기 소리 등 배경 소음이 혼합되어있다. 본 발명에 따른 항공기 소음 분석 방법은 마이크 등 음향수신장치(20)가 설치된 위치의 고도, 계절, 및, 온도, 습도에 따라 고유 차단 주파수를 설정하고, 항공기 소음의 등가소음을 산출한다.
한편, 다른 실시예로서, 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법은 프로그램으로 구성되어 범용 컴퓨터에서 동작하는 것 외에 ASIC(주문형 반도체) 등 하나의 전자회로로 구성되어 실시될 수 있다. 또는 고유 차단 주파수를 구하고 항공기 소음의 등가소음을 산출하는 작업만을 전용으로 처리하는 전용 컴퓨터 단말(20)로 개발될 수도 있다. 이를 항공기 소음 분석 시스템(30)이라 부르기로 한다. 그 외 가능한 다른 형태도 실시될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법은 (a) 항공기 샘플 소음 입력 단계(S10); (b) 기준 저주파 필터에 의한 제1 필터링 단계(S20); (c) 기준 등가소음 산출 단계(S30); (d) 고유 차단 주파수 검출 단계(S40); 및 (e) 항공기 소음의 등가소음 측정 단계(S50)로 구성된다.
본 발명에 따른 방법은 항공기 샘플 소음으로 저주파 필터의 고유 차단 주파수를 검출하는 단계들과, 검출된 고유 차단 주파수의 저주파 필터를 이용하여 실제 항공기 소음의 등가소음을 측정하는 단계로 구분된다. 즉, 본 발명은 항공기만의 소음 보상지급(What)하기 위한 방법으로서, 항공기만의 소음 이벤트를 구분(Result)하기 위해, 고도에 따른 고유한 차단 주파수를 구하고, 그로부터 등가소음을 측정한다.
먼저, 항공기 샘플 소음을 입력받는다(S10). 앞서 설명한 바와 같이, 항공기 소음 또는 샘플 소음은 마이크 등 음향수신장치(10)를 통해 센싱된 음향 신호이다. 다른 예로서, 이미 센싱되어 저장된 음향 신호를 사용할 수 있다.
바람직하게는, 항공기 샘플 소음은 해당 지역에서 고도가 가장 낮은 항공기가 주행(비행) 시 발생하는 소음의 음향신호를 사용한다. 또는 고도가 낮은 특정 고도의 범위를 사전에 설정하고, 설정된 특정 고도의 범위(이하 기준 고도 범위) 내에서 해당 지역을 주행하는 항공기의 소음을 항공기 샘플 소음으로 사용한다.
다음으로, 기준 차단 주파수에 의한 저주파 필터(또는 저주파 통과 필터)를 이용하여, 상기 항공기 샘플 소음의 음향신호를 필터링한다(S20).
항공기 소음 또는 공항주변의 항공기 소음은 다음 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
[수학식 1]
공항주변 항공기소음 = 항공기 소음 - 고도흡수 - 대기흡수
한편, 항공기 소음은 고도 및 대기층에 의해 고주파 대역 음은 대부분 흡수되고, 저주파 대역은 흡수되지 않고 지면까지 도달하게 된다. 따라서 어떤 주파수 대역만 고려하면 될지를 설정할 수 있다면 배경소음과 항공기소음을 구분할 수 있다.
앞서 수학식 1을 보다 구체적으로 기재하면 다음 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
SPLrec(k) = SPLsource(k) - 20Log(H) - Σα(i,k)·ΔL(i)/100
여기서, SPLrec(k)는 지상에서 밴드(band) k의 1/3 옥타브(octave)에 대한 음압이고, SPLsource(k)는 밴드(band) k의 1/3 옥타브(octave)에 대한 소스(source) 소음 레벨이다. 또한, H는 마이크(microphone) 위의 음원의 높이이다.
또한, Σα(i,k)·ΔL(i)/100 는 총 대기 흡수, 소스(source) 아래 다양한 층의 기여요소들로 구성된다. 또한, α(i,k) = atm 이고, i층 및 밴드(band) k의 1/3 옥타브(octave)(dB/100m)에 대한 흡수계수이다. 또한, ΔL(i)는 i층의 두께를 나타낸다.
즉, 음향수신장치(10)에 의해 수신된 음향신호(소음 신호)에서 고주파를 걸러내고 저주파 만을 통과시키는 저주파 필터를 이용하여, 고도 또는 대기에 의해 흡수되는 고주파 음향신호를 걸러낸다.
이때, 저주파 필터의 고주파 영역의 차단 주파수를 사전에 정해진 차단 주파수로 사용하되, 이때의 차단 주파수를 "기준 차단 주파수"로 부르기로 한다. 바람직하게는, 기준 차단 주파수는 표준적으로 사용하는 차단 주파수로 설정하고, 더욱 바람직하게는, 기준 차단 주파수를 20kHz로 설정한다.
또한, 바람직하게는, 기준 차단 주파수에 의한 저주파 필터는 하드웨어적인 밴드패스 필터로 구현한다. 즉, 20 ~ 20kHz 만을 통과시키는 밴드 패스 필터를 전기 소자들로 구성한다. 이때 밴드 패스 필터의 고주파 영역의 차단 주파수가 곧 앞서 설명한 저주파 필터의 차단 주파수로 설정한다. 또한, 밴드 패스 필터의 저주파 영역의 차단 주파수는 20 Hz로 설정하여, 저주파 필터 기능을 수행한다.
다음으로, 필터링된 음향신호(또는 소음 신호)에 대하여 등가소음(이하 기준 등가소음)을 산출한다(S30).
앞서 단계에서, 기준 차단 주파수(예를 들어, 20kHz)로 설정된 저주파 필터로 필터링된 음향 신호(또는 항공기 샘플 소음)에 대하여 등가소음을 산출한다. 이때 산출된 등가소음을 기준 등가소음이라 부르기로 한다.
등가소음은 필터링된 음향신호(또는 항공기 샘플 소음)에 대하여 일정시간 동안 변화하는 신호의 평균 또는 제곱평균의 제곱근, 또는 실효치(RMS, root mean square) 등으로 산출한다. 즉, 등가소음은 임의 구간 내의 음압(WaveForm)을 에너지로 표현하는 상수이다.
이하에서 상기 필터링된 음향신호(또는 필터링된 항공기 샘플 신호)를 제1 필터링 신호라 부르기로 한다.
다음으로, 상기 기준 등가소음과 같은 등가소음을 가지는 최소 차단 주파수를 구하여, 해당 지역의 고유 차단 주파수를 검출한다(S40).
즉, 저주파 필터의 차단 주파수를 변경하여 조정하고, 조정된 저주파 필터로 필터링된 음향신호에 대한 등가소음을 구한다. 이때의 등가소음을 조정된 등가소음이라 부르기로 한다.
조정된 등가소음이 상기 기준 등가소음에서 일정 범위 내에 있게 하는 차단 주파수(또는 조정된 차단 주파수) 중에서, 최소값을 갖는 차단 주파수를 검출한다. 검출된 최소 차단 주파수를 고유 차단 주파수로 검출한다.
도 3은 항공기 샘플 소음의 제1 필터링 신호에 대하여 차단 주파수를 조정하여, 조정된 저주파 필터에 의해 필터링된 신호(이하 제2 필터링 신호)를 주파수 대역으로 표시한 그래프이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 음향 신호 A는 항공기 샘플 소음의 제1 필터링 신호이다. 즉, 음향 신호 A는 항공기 샘플 소음을 20kHz의 차단 주파수를 갖는 저주파 필터로 필터링한 신호를 나타낸다.
또한, 음향 신호 B는 제1 필터링 신호를 10kHz의 차단 주파수를 갖는 저주파 필터로 2차로 필터링한 신호(또는 제2 필터링 신호)이다. 즉, 이때 차단 주파수를 10kHz로 조정하여 구한 제2 필터링 신호이다. 또한, 음향 신호 C는 차단 주파수를 800Hz로 조정하여 필터링된 제2 필터링 신호이다.
도 4는 조정된 저주파 필터에 의해 2차로 필터링된 제2 필터링 신호에 대하여 등가소음을 산출하고, 산출된 등가소음을 (조정된) 차단 주파수 별로 표시한 그래프이다. 즉, 도 4의 그래프에서 x축은 조정된 차단 주파수를 표시하고, y축은 조정된 차단 주파수의 저주파 필터로 필터링된 소음 신호에 대하여 등가소음을 구한 음압 값을 표시한 것이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 조정된 차단 주파수가 900Hz 에서 20kHz 사이의 등가소음은 기준 등가소음(20kHz 차단 주파수의 등가소음)과 동일하나, P 지점에서 차단 주파수가 800Hz인 경우 해당 등가소음이 상기 기준 등가소음에 비하여 줄어들었다. 즉, 조정된 차단 주파수 900Hz가 기준 등가소음과 동일한 등가소음을 갖는 차단 주파수 중에서 제일 작은 주파수이다. 따라서 900Hz의 차단 주파수를 고유 차단 주파수로 설정한다.
바람직하게는, 조정된 차단 주파수에 의한 등가소음이 기준 등가소음에서 소정의 범위 내에 있게 하는, 차단 주파수 중에서 최소 차단 주파수를 고유 차단 주파수로 설정한다. 이를 수식으로 표현하면, 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016002247-appb-I000002
여기서, fc 는 고유 차단 주파수이고, Leq(f)는 차단 주파수 f의 저주파 필터로 필터링한 음향 신호(항공기 소음 신호)에 대한 등가소음이고, f0 는 기준 차단 주파수이다. 또한, ε는 사전에 정해지는 오차값(또는 소정의 범위)을 나타낸다.
도 4에서 보는 바와 같이, 차단 주파수가 작아질수록 등가소음은 같거나 작아진다. 앞서 수학식 1을 다음 수학식 2와 같이 표시될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016002247-appb-I000003
구체적으로, 도 5에서 보는 바와 같이, 기준 차단 주파수에서 소정의 스팬 만큼 차단 주파수를 감소시켜서 조정하고, 조정된 차단 주파수에 의한 등가소음을 기준 등가소음과 비교하여, 최소 차단 주파수를 검출할 수 있다.
기준 차단 주파수 20 kHz부터 검색을 시작하여 소정의 스팬(span), 예를 들어, 10 Hz 씩 줄여서 등가소음을 구하고, 이를 기준 등가소음과 비교한다.
이를 위해, 줄여서 조정하기 전에 항공기 소음으로 간주할 마지막 차단 주파수 cfEvent를 보관한다.
그리고 감소되는 Leq가 있으면 검색을 종료하기 위해 미리 항공기 소음으로 간주할 차단 주파수 cfEvent를 저장한다, 기준 차단 주파수 20kHz의 파형(WaveForm)에서 등가소음 Leq(L20kHz)와 조정된 파형(WaveForm)에 대한 항공기 소음만의 등가소음(LxHz)의 음압값(dB)이 달라지는 차단 주파수 값을 찾는다
그리고 차단 주파수를 스팬 만큼 감소시켜고, 다시 앞의 과정을 반복한다.
즉, 파형(WaveForm)을 감소시킨 후에 등가소음(Leq)을 계산하여 해당 차단 주파수에서의 등가소음 Leq(Lcf)에 저장하고, 파형(WaveForm)을 스팬 10Hz씩 감소시킨다. 이때 바람직하게는, 소프트웨어적으로 필터를 통과시켜서 등가소음(Leq)을 계산하여 해당 차단 주파수에서의 등가소음(Leq)의 음압값을 구한다.
다음으로, 해당 차단 주파수에서의 Leq(Lcf)를 기준 차단 주파수 "20kHz의 파형(WaveForm)에서 등가소음 Leq(L20kHz), 즉, 기준 등가소음과 비교하여 적어지는 순간 이전의 "항공기 소음으로 간주할 차단 주파수(cfEVent)"를 해당지역의 고도에 따른 고유 차단 주파수로 설정한다. 그리고, 당회 해당 주파수에서의 등가소음(Leq)값이 기준 차단 주파수(20kHz CutOff)대역에서의 등가소음(Leq) 값보다 적어질 경우 바로 전 단계의 차단 주파수(CutOff) 대역값을 항공기 고유 차단 주파수(Event CutOff)로 설정한다
도 5의 흐름도에서의 약어는 다음과 같다.
cfHz는 스팬만큼 주파수를 줄여 조정된 차단 주파수이고, Span 는 검색시 주파수를 감소시키는 뼘을 말하고, Lcf는 해당 차단 주파수에서의 등가소음(Leq)이다. 또한, L20kHz 는 기준 차단 주파수 20kHz의 파형(WaveForm)에서 등가소음(Leq)을 말하고, LxHz 는 파형(WaveForm)을 감소 조정하여 항공기 소음만의 등가소음을 말한다. 또한, cfEvent는 항공기 소음으로 간주할 고유 차단 주파수를 의미한다.
한편, 최종적으로 구한 고유 차단 주파수를 여러가지 환경 변수에 의하여 추가적으로 조정할 수 있다. 조정할 환경 변수(Tuning Factor)는 온도, 습도, 풍속, 고도 등을 포함한다.
즉, 기압, 온도, 습도, 풍속을 계측하여 기압, 온도, 습도, 풍속 요소(Factor)에 의한 영향을 조사하여 온라인(On-Line)에서 활용할 수 있는 참조 데이터(Reference Data)를 반영한다.
이때, 고도는 해당 지역의 항공기 최소높이 이다.
또한, 온도는 다음 수식과 같이 소리의 속도에 영향을 준다.
[수학식 3]
소리의 속도 = 331m + 0.6 * 섭씨온도
또한, 습도는 직접 계측하거나 혹은 기상 데이터의 수신하여 이용되고, 풍속도 직접 계측하거나 혹은 기상 데이터의 수신하여 이용된다.
마지막으로, 해당 지역(또는 해당 지역의 고도)에 따른 고유 차단 주파수가 구해지면, 해당 고유 차단 주파수를 이용하여, 실제 항공기 소음에 대한 등가소음을 측정한다(S50).
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (6)

  1. 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법에 있어서,
    (a) 항공기 샘플 소음을 입력받는 단계;
    (b) 기준 차단 주파수에 의한 저주파 필터를 이용하여, 상기 항공기 샘플 소음을 필터링하여 제1 필터링 신호를 획득하는 단계;
    (c) 상기 제1 필터링 신호에 대하여 등가소음을 산출하여 기준 등가소음을 구하는 단계; 및,
    (d) 상기 기준 등가소음에서 소정의 오차 범위 내의 등가소음을 가지는 최소 차단 주파수를 검출하여, 검출된 최소 차단 주파수를 고유 차단 주파수로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은,
    (e) 상기 고유 차단 주파수에 의한 저주파 필터를 이용하여, 항공기 소음을 필터링하고, 필터링된 항공기 소음에 대한 등가소음을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서, 상기 항공기 샘플 소음은 해당 지역에서 사전에 설정된 기준 고도 범위 내에서 주행하는 항공기의 소음인 것을 특징으로 하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고유 차단 주파수는 다음 수식 1에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법.
    [수식 1]
    Figure PCTKR2016002247-appb-I000004
    단, fc 는 고유 차단 주파수이고, Leq(f)는 차단 주파수 f의 저주파 필터로 필터링한 항공기 샘플 소음에 대한 등가소음이고, f0 는 기준 차단 주파수이고, ε는 사전에 정해지는 오차 범위값임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계에서, 상기 기준 차단 주파수에서 소정의 주파수 스팬 만큼 차단 주파수를 줄여 조정하고, 조정된 차단 주파수의 저주파 필터에 의하여 등가소음을 산출하고, 조정된 차단 주파수의 등가소음을 상기 기준 등가소음과 비교하여, 최소 차단 주파수를 검출하는 것을 특징으로 하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준 차단 주파수는 20kHz인 것을 특징으로 하는 고유 차단 주파수 기반의 항공기 소음 분석 방법.
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