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역 경계요소법에 기초한 음향 홀로그래피 개념에 따른 음원 어레이 설계
Design of Acoustic Source Array Using the Concept of Holography Based on the Inverse Boundary Element Method 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.28 no.3, 2009년, pp.260 - 267  

조완호 (KAIST 기계공학과 소음 및 진동제어 연구센터) ,  이정권 (KAIST 기계공학과 소음 및 진동제어 연구센터)

초록
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원하는 복잡한 음장을 지정된 구역에 정확히 형성하는 것은 음향 어레이를 이용한 응용에 있어서 가장 어렵고도 중요한 일이다. 이를 해결하기 위해, 본 논문에서는 역 경계요소법을 원용한 음향홀로그래피 방법을 이용하여 원하는 음장의 특성을 얻기 위한 음원 어레이의 필터 계수를 설계하는 방법을 제안하였다. 음원 파악에 적용되는 음향 홀로그래피는 음장에서의 음압을 측정하여 표면에서의 음원 특성을 재구성하게 되는데, 이와 유사한 음원 설계 문제에서는 목적하는 음장 특성이 주어진 조건이 되며, 음원의 체적 속도는 이러한 음장을 얻기 위한 출력 신호가 된다. 설계 과정에 있어서 먼저 목표 음장의 특성 제한 조건을 갖는 음장 데이터를 구성하고, 음원과 공간을 경계요소법으로 모델링 한 뒤, 소요되는 음원의 정보를 역으로 유도한다. 예제로서 16개의 스피커를 갖는 어레이를 이용해 전방의 반은 평면파 전파, 나머지 반은 정숙공간을 동시에 갖도록 하는 목표 음장을 구현하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is very difficult to form a desired complex sound field at a designated region precisely as an application of acoustic arrays, which is one of important objects of array systems. To solve the problem, a filter design method was suggested, which employed the concept of an inverse method using the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 음원 설계과정은 목표 음장의 설정, 공간과 음원의경계 요소 모델링, 목표 음장을 얻기 위한 제어기 유도의세 단계로 구성 된다. 본 논문에서는 이 방법을 적용하여 16개의 라우드스피커를 이용하여 원하는 형태의 음장을 구현하는 모사 시험을 수행하였으며, 목표 음장을 잘 구현할 수 있다는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 방법은 공간의 음향학적 모사나 가상 청음환경 구현 등에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
  • 본 연구에서는 음원 재구성 방법에서 시영되는 경계요소법에 의한 음향 홀로그래피 방법을 이용하여 원하는 음장을 구현하기 위한 음원 어레이를 설계하는 과정을 제안하였다’ 기본적으로 음원 재구성 문제와 목표 음장을 얻기 위한 음원 설계 문제는 음장 데이터에서 음원 정보를 유도한다는 점에서 동일한 접근방법을 적용할 수 있다. 음원 설계과정은 목표 음장의 설정, 공간과 음원의경계 요소 모델링, 목표 음장을 얻기 위한 제어기 유도의세 단계로 구성 된다.
  • 본 연구에서는 음원 재구성 방법에서 시영되는 경계요소법에 의한 음향 홀로그래피 방법을 이용하여 원하는 음장을 구현하기 위한 음원 어레이를 설계하는 과정을 제안하였다’ 기본적으로 음원 재구성 문제와 목표 음장을 얻기 위한 음원 설계 문제는 음장 데이터에서 음원 정보를 유도한다는 점에서 동일한 접근방법을 적용할 수 있다. 음원 설계과정은 목표 음장의 설정, 공간과 음원의경계 요소 모델링, 목표 음장을 얻기 위한 제어기 유도의세 단계로 구성 된다.
  • 예를 들어 청음자의 요구가 반영된 주파수 응답의 형태 등을 도출해 낼 수 있다면, 역 문제적 접근 방법을 통해서 음원의 설계인자를 도출해 낼 수 있다. 본 연구에서는 청음자가 원하는 음장을 얻기 위한 음향 시스템을 설계하는 일련의 과정을 구성하였다 이를 위해 음원 재구성 방법을 원용한 역 접근 방법에 의하여 음원을 설계 하는 과정을 제시하였다.

가설 설정

  • 057 m로, 이 때 모델의 주파수 싱한은 1 k田이다 (X/6 기준 적용). 가진점은 진동판의 중심에 위치하는 절점으로 하였으며, 다른 부분 들은 강체 (rigid body)로 가정하였다.
  • 057 m로, 이 때 모델의 주파수 싱한은 1 k田이다 (X/6 기준 적용). 가진점은 진동판의 중심에 위치하는 절점으로 하였으며, 다른 부분 들은 강체 (rigid body)로 가정하였다.
  • 음원은 높이, 너비, 깊이가 각각 0.1 m이고 정면 중앙에 0.075 이의 진동판을 갖는 16개의 라우드스피커를 가정하였다. 그림 2(a)는 음원 어레이의 경계요소 모델을 보여주고 있으며, 그림 2(b)는 한 개의 음원을 모델링 한 것이다.
  • 이 때, k는 파수 (wave number僵, 屮는 음원에 대한 상대적 위상을 의미한다. 음장 데이터의 좌표는 그림 1과 같이 영역 전체에서 0.2 m 간격으로 선택하였으며, 총 231개의 음장 점이 사&되었고, 상대적 위상은 없다고 가정하였다.
  • 이 때, k는 파수 (wave number僵, 屮는 음원에 대한 상대적 위상을 의미한다. 음장 데이터의 좌표는 그림 1과 같이 영역 전체에서 0.2 m 간격으로 선택하였으며, 총 231개의 음장 점이 사&되었고, 상대적 위상은 없다고 가정하였다.
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참고문헌 (12)

  1. K. Hamasaki, W. Hatano, K. Hiyama, S. Komiyama, and H. Okubo, "5.1 and 22.2 multichannel sound productions using an integrated surround sound panning system," AES $117^{th}$ Convention, paper no. 6626, Oct. 2004 

  2. M. A. Gerzon, “Ambisonics in multichannel broadcasting and video,” J. Audio Eng. Soc., voI. 33, no. 11, pp. 859-871, 1985 

  3. A. J. Berkout, D. de Vries, and P. Vogel, "Acoustic control by wave field synthesis," J. Acoust. Soc. Am., vol. 93, no. 5, pp. 2764-2778, 1993 

  4. A. J. Berkout, D. de Vries, and J. J. Sonke, "Array tech-nology for acoustic wave field analysis in enclosures," J. Acoust. Soc. Am,. vol. 102, no. 5, pp. 2757-2770, 1997 

  5. P. A. Gauthier and A. Berry, "Adaptive wave field synthesis with independent radiation mode control for active sound field reproduction: Theory," J. Acoust. Soc. Am,, vol. 119, no. 5, pp. 2721-2737, 2006 

  6. P. A. Nelson "Active control of acoustic fields and the reproduction of sound," J. Sound. Vib., vol. 177, no. 4, pp. 447-477, 1994 

  7. B.-K. Kim and J.-G. lh, "On the reconstruction of the vibro-acoustic field over the surface enclosing and interior space using the boundary element method," J. Acoust. Soc. Am,, vol. 100, no. 5, pp. 3003-3016, 1996 

  8. B.-K. Kim and J.-G. lh, "Design of an optimal wave-vector filter for enhancing the resolution of reconstructed source field by NAH," J. Acoust. Soc. Am., vol. 107, no. 6, pp. 3289-3297, 2000 

  9. J.-G. lh, "Inverse problems in the vibro-acoustics," Keynote Speech, in Proc. of NOVEM 2005, April, 2005 

  10. S. lse, “A principle of sound field control based on the Kirchhoff-Helmholtz integral equation and the theory of in-verse system,” Acustica, vol. 85, no. 1, pp. 78-87, 1999 

  11. E. G. Williams, Fourier Acoustics, Academic Press, San Diego, 1999 

  12. L. E. Kinsler, A. R. Frey, A. B, Coppens, and J. V. Sanders, Fundamentals of Acoustics, John Wiley & Sons, New York, 2000 

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