[논문]자동차 인테리어 모듈의 BSR 소음과 음질 특성 연구

신수현; 정철웅; 정성수; 강대환

doi:10.5050/ksnve.2012.22.6.550

[국내논문] 자동차 인테리어 모듈의 BSR 소음과 음질 특성 연구
A Study on BSR Noise and Sound Quality Property for Vehicle Interior Module 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.22 no.6, 2012년, pp.550 - 555

신수현 (울산테크노파크 자동차부품기술연구소) , 정철웅 (부산대학교 기계공학부) , 정성수 (한국표준과학연구원 기반표준부) , 강대환 (울산테크노파크 자동차부품기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Among the various elements affecting a customer's evaluation of automobile quality, buzz, squeak and rattle(BSR) have been considered to be major factors. In most vehicle manufacturers, the BSR problems are solved by find-fix method with the vehicle road test, mainly due to various excitation sources, complex generation mechanism and subjective response. To systematically tackle the BSR problems in early stage of the vehicle development cycle, these difficulties should be resolved. The aim of the present paper is to characterize the sound quality property of BSR noise that can be used to assess the subjective responses to BSR. The four sound metrics from Zwicker's sound quality parameter are computed for the signals recorded for eight BSR noise source regions localized by using the acoustic-field visualized results. Then, the jury test of BSR noise are performed. On the basis of the computed sound metrics and jury test result is evaluated to represent the harshness of BSR noise. It is expected that the developed BSR measuring system and sound quality properties can be used to reduce the automotive interior BSR noise in terms of subjective levels as well as objective levels.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 자동차 실내 BSR 소음을 측정하여, 소음원에 대한 객관적-주관적 음질 상관관계를 연구하였다. 실차 입력 진동 신호와 소음진동 측정 시스템을 이용하여 자동차 IP와 시트 모듈의 BSR 소음을 측정하였으며, 이들 소음원은 객관적-주관적 음질 분석을 통해 상관계수를 계산하였다.
이 논문에서는 자동차 인테리어 모듈(interior module) 중 BSR 발생 인자의 65 % 이상을 차지하는 IP(instrument panel) 모듈과 시트 모듈에 대한 BSR 소음을 측정 분석하고, 이들 소음에 대한 객관적-주관적 음질평가를 통해 상관관계를 분석하고자 한다.

제안 방법

2장의 음장가시화를 통해 측정된 8개의 BSR 음원은 Fig. 4와 같이 정밀 헤드폰(sennheiser HT0017)과 음향 신호 증폭기를 이용하여 객관적 분석은 헤드토르소 시뮬레이터(B&K 4100D)를, 주관 평가는 사람(피험자)을 대상으로 각각 음질 평가를 실시하였다.
BSR 소음의 주관적 음질 평가와 관련한 1차 청감 실험에서는 자동차 BSR 소음과 관련성이 높은 5개의 질의어쌍을 구성하고, 의미 분별법과 수치 등급평가를 이용하여 주관평가를 진행하였다. 이를 위해 실험자에게 8개의 BSR 소음을 약 10초간 가청하게 한 후 7단계(10점~4점)의 범위로 값을 기록하게 하였다.
Fig. 1과 같이 실차조건과 유사한 지그(jig)를 제작하였으며, 진동가진 주파수 영역에서의 공진을 저감하기 위해 모드 해석을 통해 진동 취약점에 다이나믹 댐퍼를 적용하였다. 진동가진은 전자식 진동가진기(B&K 4828)와 진동신호 피드백 시스템(VR 8500)을 이용하여 진동 재현성을 높혔다.
그러나 “거친”의 질의어가 요인 분석에서 대표성이 가장 높았으며, 8개의 BSR 소음원을 표현 할 수 있는 하나의 질의어로 판단하여, 2차 청음평가를 위한 질의어로 선정하였다.
이 논문에서는 자동차 실내 BSR 소음을 측정하여, 소음원에 대한 객관적-주관적 음질 상관관계를 연구하였다. 실차 입력 진동 신호와 소음진동 측정 시스템을 이용하여 자동차 IP와 시트 모듈의 BSR 소음을 측정하였으며, 이들 소음원은 객관적-주관적 음질 분석을 통해 상관계수를 계산하였다. Zwicker의 대표적인 음질 요소와 “거친”의 질의어를 이용한 8개의 BSR 소음원에 대한 청감 실험결과와의 상관관계는 러프니스와 라우드니스 순으로 관련성이 높았다.
음장가시화를 통해 측정한 Fig. 2의 여덟 지점(point 1~8)은 인텐시티 마이크로폰을 이용하여 음원을 32비트, 20초의 웨이브(wave) 파일로 저장하였다. 저장된 음원은 200 Hz 이상의 high-pass filter를 이용하여 저주파수 소음은 배제하였다.
BSR 소음의 주관적 음질 평가와 관련한 1차 청감 실험에서는 자동차 BSR 소음과 관련성이 높은 5개의 질의어쌍을 구성하고, 의미 분별법과 수치 등급평가를 이용하여 주관평가를 진행하였다. 이를 위해 실험자에게 8개의 BSR 소음을 약 10초간 가청하게 한 후 7단계(10점~4점)의 범위로 값을 기록하게 하였다. 전체 실험자의 평균과 상관계수가 0.
이를 위해 측정된 BSR 소음을 Fig. 3의 알고리즘과 같이 객관적-주관적 음질 평가를 수행한 후 상관관계를 계산하여 이들 상호간의 연관성을 분석하였다.
2의 여덟 지점(point 1~8)은 인텐시티 마이크로폰을 이용하여 음원을 32비트, 20초의 웨이브(wave) 파일로 저장하였다. 저장된 음원은 200 Hz 이상의 high-pass filter를 이용하여 저주파수 소음은 배제하였다.

대상 데이터

. 이들 8개의 소음원들은 객관적, 주관적 음질평가를 위한 데이터로 사용하였다.

데이터처리

IP 모듈과 시트 모듈의 음장가시화를 위해서는 48채널의 소음측정시스템(B&K 3560D)과 인텐시티 마이크로폰어레이(B&K 4951), 측정 분석프로그램(B&K 7761, 7712)을 사용하였다.

이론/모형

1차 청음평가에서 사용된 질의어는 의미 분별력이 떨어지기 때문에, Matlab 프로그램의 요인분석법(factor analysis method)을 통해 각 질의어 사이의 상관관계가 높은 변수끼리 묶어 서로 상관관계가 없는 “시끄러운”과 “거친”, “날카로운”의 질의어군으로 압축하였다.
객관적 음질 평가를 위해서 Zwicker⁽⁸⁾ 음질 요소의 라우드니스(loudness), 샤프니스(sharpness), 러프니스(roughness) 그리고 변동강도(fluctuation strength)를 사용하였으며, 주관적 음질 평가는 청음실험을 위해 피험자를 선정한 후 Otto⁽⁹⁾의 수치 등급평가(numeric rating method)와 의미분별법(semantic differential method)을 적용하였다.
이 장에서는 차량 인테리어 모듈에 대한 BSR 발생 메커니즘을 규명하기 위해 소음진동 측정시스템과 음장가시화(sound field visualization) 기법을 적용하였다.

성능/효과

각 소음원에 대한 비교에서는 point 1의 스피드 미터가 음압레벨과 라우드니스 레벨이 가장 높았으며, 특히 200~1,200 Hz의 주파수 영역에서 음압레벨이 가장 높았다. Point 2의 전기전자부품으로 구성된 A/V(audio/video) 시스템은 비교적 높은 주파수 영역(1 kHz 이상)에서 음압레벨이 높았으며, point 6의 글로브 박스(glove box) 소음은 전체적으로 낮은 음향특성을 나타내었다.
진동가진은 전자식 진동가진기(B&K 4828)와 진동신호 피드백 시스템(VR 8500)을 이용하여 진동 재현성을 높혔다.

후속연구

이처럼 자동차 소음의 질적 수준 향상을 위해서는 물리적 소음저감 만큼이나 감성적 소음저감 기술 역시 중요하며⁽²⁾, BSR 소음 개선에 있어 단순한 음압레벨 감소가 아닌 운전자의 심리 음향학(psycho-acoustics)에 기초한 연구가 필요하다.
향후 다양한 질의어를 선정하여, 자동차 실내 BSR 소음에 대한 인간의 감성 반응을 객관화, 정량화 등의 연구를 진행 할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소음원의 감소로 인한 차량 전체 소음 레벨의 저감에도 불구하고 지속적으로 발생하고 있는 문제는?	자동차 소음진동 기술의 비약적인 발전은 과거 주요 소음원으로 여겨왔던 파워트레인, 구동계, 노면 진동에 기인한 실내 소음을 크게 개선시켰다(1). 그러나 이러한 소음원의 감소로 인한 차량 전체 소음 레벨의 저감에도 불구하고 자동차 실내 소음의 음질(sound quality) 문제는 지속적으로 발생하고 있다. 그 중 부품간의 마찰과 간섭 등에 의한 BSR(buzz, squeak, rattle)소음은 소비자의 자동차에 대한 품질 평가에 직접적으로 영향을 주는 중요한 요소이다.
	자동차 실내 소음의 음질 문제 중 하나로 소비자가 자동차에 대한 품질 평가에 직접적으로 영향을 주는 중요한 요소는 무엇인가?	그러나 이러한 소음원의 감소로 인한 차량 전체 소음 레벨의 저감에도 불구하고 자동차 실내 소음의 음질(sound quality) 문제는 지속적으로 발생하고 있다. 그 중 부품간의 마찰과 간섭 등에 의한 BSR(buzz, squeak, rattle)소음은 소비자의 자동차에 대한 품질 평가에 직접적으로 영향을 주는 중요한 요소이다.
	과거 주요 소음원으로 여겨왔던 것들은?	자동차 소음진동 기술의 비약적인 발전은 과거 주요 소음원으로 여겨왔던 파워트레인, 구동계, 노면 진동에 기인한 실내 소음을 크게 개선시켰다(1). 그러나 이러한 소음원의 감소로 인한 차량 전체 소음 레벨의 저감에도 불구하고 자동차 실내 소음의 음질(sound quality) 문제는 지속적으로 발생하고 있다.

참고문헌 (9)

Rao, M. D., 2003, Recent Applications of Viscoelastic Damping for Noise Control in Automobiles and Commercial Airplanes, Journal of Sound and Vibration, Vol. 262, Issue 3, pp. 457-474.

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Shin, S. H., Cheong, C., et al., 2010, Evaluation of BSR Noise Properties of Instrument Panel in a Vehicle, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 20, No. 7, pp. 644-650.

원문보기 상세보기
Shin, S. H. and Cheong, C., 2010, Experimental Characterization of Instrument Panel Buzz, Squeak and Rattle in a Vehicle, Journal of Applied Acoustics, Vol. 71, Issue 12, pp. 1162-1168.

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Chandrika, U. K. and Kim, J. H., 2010, Development of an Algorithm for Automatic Detection and Rating of Squeak and Rattle Events, Journal of Sound and Vibration, Vol. 329, Issue 21, pp. 4567-4577.

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Cerrato-Jay, G., et al, 2001, Automatic Detection of Buzz, Squeak and Rattle Events, SAE Technical Paper, 2001-01-1479.
Shin, S. H., et al., 2010, Development of Experimental Procedure for Detecting and Evaluation Squeak and Rattle Noise Emission from the Instrument Panel in a Vehicle, Proceedings of International Congress on Acoustics, 20th ICA 2010.
Society of Automotive Engineers, http://www.sae.org/automag/nvh_reduction/.
Fastl, H. and Zwicker, E., 2006, Psychoacoustics: Facts and Models, 3rd ed., Springer.
Otto, N., Amman, S., et al., 1999, Guidelines for Jury Evaluations of Automotive Sounds, SAE Paper 199-01-1822.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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