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문제 정의
- 향후 철도차량에서 소음이 유입되는 바닥에 음의 파형을 실시간으로 분석하고 스피커를 통해서 제어음을 발생시켜 음파를 상쇄시키는 바닥 부착형 패널형태의 ANC 시스템을 개발하고자 한다. ANC 시스템 개발에 필요한 선행연구로 부산도시철도 3 호선 차량의 실내에서 발생하는 스퀼소음에 대한 측정 및 분석을 통해 ANC 시스템에 대한 효과를 예측하는데 있어서 중요한 자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
- 철도소음을 저감하기 위한 소음측정분석에 대한 연구로 레일의 곡선반경에 따라서 레일과 차륜의 마찰로 인한 소음원인 스퀼소음 对華3-16 이 발생할 때 철도 차량 실내에서 발생하는 소음의 주파수 분석을 수행하였다. 주파수 분석을 통해서 스퀼이 발생하지 않는 구간에서는 500 Hz 미만의 저주파 대역에서 개발될 ANC 시스템을 적용하여 5 dB 저감된다면 전주파수 대역에서 소음저감 효과가 있지만, 레일의 곡선반경이 작은 구간에서 스퀼소음이 발생할 경우 전주파수 대역에서 음압레벨이 어느 정도 저감할 수 있는지에 대한 고찰 및 분석을 수행하였다.
- 분석을 수행하였다. 주파수 분석을 통해서 스퀼이 발생하지 않는 구간에서는 500 Hz 미만의 저주파 대역에서 개발될 ANC 시스템을 적용하여 5 dB 저감된다면 전주파수 대역에서 소음저감 효과가 있지만, 레일의 곡선반경이 작은 구간에서 스퀼소음이 발생할 경우 전주파수 대역에서 음압레벨이 어느 정도 저감할 수 있는지에 대한 고찰 및 분석을 수행하였다. 향후 철도차량에서 소음이 유입되는 바닥에 음의 파형을 실시간으로 분석하고 스피커를 통해서 제어음을 발생시켜 음파를 상쇄시키는 바닥 부착형 패널형태의 ANC 시스템을 개발하고자 한다.
- 1 에나타냈으며 왕복 32 구간을 측정하였다. 측정 시운행 철도차량은 측정에 필요한 최소인원만 탑승한 공차상태의 열차로서 상행선 운행시에는 3 호차, 하행선 운행시에는 2 호차의 위치에서 측정하였다. 도시철도 운행속도는 평균적으로 직선 구간에서는 70 km/h, 곡선구간에서는 50 成曲 로 주행하였고, 실내온도는 24℃~25笆를 유지하였으며, 기본적으로 필요한 전기장치는 작동시키고 실내방송은 하지 않은 상태로 측정하였다.
- 측정 시운행 철도차량은 측정에 필요한 최소인원만 탑승한 공차상태의 열차로서 상행선 운행시에는 3 호차, 하행선 운행시에는 2 호차의 위치에서 측정하였다. 도시철도 운행속도는 평균적으로 직선 구간에서는 70 km/h, 곡선구간에서는 50 成曲 로 주행하였고, 실내온도는 24℃~25笆를 유지하였으며, 기본적으로 필요한 전기장치는 작동시키고 실내방송은 하지 않은 상태로 측정하였다. 또한 각 역에 정차 시 문은 열지 않고, 주행패턴은 실제와 동일하게 하였다.
- 2 의 (c) 와같이 20cm 의 높이에 3개의 마이크로폰을 일렬로 설치하였다. 바닥부분의 소음변화를 8 번 지점에서 측정하였으며 측정된 소음의 주파수 보정은 Line 특성으로 하였다. Fig.
- 2 절에서 레일의 곡선반경에 따른 소음의 비교 결과에서와 같이 레일의 곡선반경에 따라 스퀼소음의 특성이 크게 변화함을 알 수 있었다. 따라서 부산도시철도 3 호선 전체 운행구간에서 레일의 곡선반경 (R200~R3002)에 따른 스퀼소음의 특성을 분석하였다. 스퀼소음이 발생할 때 500 Hz 미만의 저주파에서 발생하는 소음에 대한 특성평가를 위해 주파수 보정함수를 A 특성을 사용하지 않고 Line 특성을 사용하였다「2
- 레일의 곡선반경에 따라서 레일과 차륜의 마찰로 인해 스퀼소음이 발생할 때 철도 차량 실내에서 발생하는 소음의 주파수 분석을 수행하였으며 5(X)Hz 미만 저주파 대역의 능동소음제어 시스템기술적용으로 레일의 곡선반경에 따른 전대역 음압레벨의 감소 효과에 대한 연구를 수행하였다.
- 주 소음원의 이동경로인 차량바닥에 설치하기 쉽게 패널형태의 ANC 시스템을 개발하여 50아iz 미만의 능동소음 제어를 구현하여 약 5dB 정도 저감할 수 있다고 가정하여 곡선반경에 따른 능동소음제어 효과예측분석을 수행하였다. 그 결과 R400 이하의 곡선반경이 작은 구간에서는 스퀼소음이크게 작용하여 고주파 대역의 음압레벨이 커서 능동소음제어 기술을 통해서 저주파 대역의 음압레벨을 저감 시켜도 주파수 전대역 음압레벨을 1~ 2dB 정도밖에 저감 시키지 못하는 것을 확인하였다.
- 따라서 부산도시철도 3 호선 전체 운행구간에서 레일의 곡선반경 (R200~R3002)에 따른 스퀼소음의 특성을 분석하였다. 스퀼소음이 발생할 때 500 Hz 미만의 저주파에서 발생하는 소음에 대한 특성평가를 위해 주파수 보정함수를 A 특성을 사용하지 않고 Line 특성을 사용하였다「2
대상 데이터
- 본 연구의 측정대상은 부산 도시철도 3 호선으로 하였으며 측정은 2010 년 8 월 5 일 13 시 34 분부터 14 시 55 분 동안 부산 도시철도 3 호선 임시운행 열차를 대상으로 측정노선과 구간은 Fig. 1 에나타냈으며 왕복 32 구간을 측정하였다. 측정 시운행 철도차량은 측정에 필요한 최소인원만 탑승한 공차상태의 열차로서 상행선 운행시에는 3 호차, 하행선 운행시에는 2 호차의 위치에서 측정하였다.
성능/효과
- 3.2 절에서 레일의 곡선반경에 따른 소음의 비교 결과에서와 같이 레일의 곡선반경에 따라 스퀼소음의 특성이 크게 변화함을 알 수 있었다. 따라서 부산도시철도 3 호선 전체 운행구간에서 레일의 곡선반경 (R200~R3002)에 따른 스퀼소음의 특성을 분석하였다.
- 결과를 보면 곡선반경이 작을 때는 레일과 차륜의 마찰에 의한 스퀼소음이 크게 발생하여 고주파 대역의 음압레벨이 큰 것을 확인할 수 있다.
- Table 3 의 능동소음제어 효과를 예측하여 분석한 결과, R200 에서는 고주파 대역의 음압레벨이 커서 전대역 음압레벨 저감에는 크게 기여하지 못하고 R200 이상에서는 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 실제 측정된 철도실내 소음을 이용하여 적응형 LMS 및 신경회로망 기반의 ANC 시스템을 제안하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 제안된 ANC 제어기법의 타당성 및 성능의 우수성이 검증된 연구사례도 있다.
- 본 논문은 이러한 ANC 시스템을 주 소음 원의 전달 경로인 차량바닥에 설치하기 쉽게 패널 형태의 ANC 시스템을 개발하여 500Hz 미만의 능동 소음 제어를 구현하여 약 5dB 정도 저감할 수 있다면 R400 이상에서는 전대역 음압레벨을 약 4~5dB 정도 저감할 수 있음을 확인하였다.
- 효과예측분석을 수행하였다. 그 결과 R400 이하의 곡선반경이 작은 구간에서는 스퀼소음이크게 작용하여 고주파 대역의 음압레벨이 커서 능동소음제어 기술을 통해서 저주파 대역의 음압레벨을 저감 시켜도 주파수 전대역 음압레벨을 1~ 2dB 정도밖에 저감 시키지 못하는 것을 확인하였다. 반면에 R400 이상에서는 전대역 음압레벨을 약 4~5dB 정도 저감할 수 있음을 확인하였다.
- 반면에 R400 이상에서는 전대역 음압레벨을 약 4~5dB 정도 저감할 수 있음을 확인하였다. 따라 서곡 선반 경이 R400 이상의 구간에서 능동소음제어에 의한 전대역 음압레벨의 저감효과가 우수함을 확인하였다.
후속연구
- 주파수 분석을 통해서 스퀼이 발생하지 않는 구간에서는 500 Hz 미만의 저주파 대역에서 개발될 ANC 시스템을 적용하여 5 dB 저감된다면 전주파수 대역에서 소음저감 효과가 있지만, 레일의 곡선반경이 작은 구간에서 스퀼소음이 발생할 경우 전주파수 대역에서 음압레벨이 어느 정도 저감할 수 있는지에 대한 고찰 및 분석을 수행하였다. 향후 철도차량에서 소음이 유입되는 바닥에 음의 파형을 실시간으로 분석하고 스피커를 통해서 제어음을 발생시켜 음파를 상쇄시키는 바닥 부착형 패널형태의 ANC 시스템을 개발하고자 한다. ANC 시스템 개발에 필요한 선행연구로 부산도시철도 3 호선 차량의 실내에서 발생하는 스퀼소음에 대한 측정 및 분석을 통해 ANC 시스템에 대한 효과를 예측하는데 있어서 중요한 자료로 활용하고자 한다.
- 받게 된다. 이러한 곡선부에는 부분적으로 방음 레일을 설치하든지 방음차륜을 통해서 금속 마찰에 의한 고주파 진동을 진동절연 재료를 적용하면 짜증스러운 고주파의 소음을 감쇠시킬 수 있을 것으로 판단된다.
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