[논문]심리음향의 음질요소를 이용한 레이저 프린터 급지 이음 평가 및 부품 조합 최적화

이영준; 신태진; 유진; 이상권

doi:10.5050/ksnve.2012.22.9.853

[국내논문] 심리음향의 음질요소를 이용한 레이저 프린터 급지 이음 평가 및 부품 조합 최적화
Identification of Pick up Sound for Laser printers Based on Psychoacoustic Parameters 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.22 no.9, 2012년, pp.853 - 860

이영준 (인하대학교 대학원 기계공학과) , 신태진 (인하대학교 대학원 기계공학과) , 유진 (삼성전자 제조기술센터) , 이상권 (인하대학교 대학원 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper identifies a cause of pick up noise in a laser printer and a relationship between pick up noise and major components related to pick up noise. A pick up sound is affected by many components such as spring force, spring constant, and friction coefficient. Objective evaluation for the pick up sound is difficult because of back ground sound such as operating sound. Especially, a sound between a friction pad and a paper in the process of printing has become an essential issue in an aspect of quality evaluation. However the existing criteria for determining the above sound have solely relied on human's subjective judgments; which highlights the requirement to objectify these criteria. In this paper, the standard of existing pick up noise is established by finding the tonality, which is a psychoacoustic parameter, of noticeable limit sound level. Based on the findings of the method, the study has found factors which cause pick up noise and suggests the substitution of following components of printers such as spring constants, spring force, and the quality of friction pads. As a result, it is confirmed that the proposed pick up noise index has usefulness to classify whether existence of pick up noise with an objective evaluation and not to occur the noise based on design optimized combination of laser printer components.

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문제 정의

또한 마찰 이음은 이음의 크기에 따라 사람이 이음의 유무 판단이 모호할 경우가 발생하여, 이를 해소 할 수 있는 판단 기준(인덱스)의 필요성이 대두 되었다⁽¹⁾. 이 연구에서는 인덱스를 개발하기 위하여 레이저 프린터의 이음을 녹음 후 청음평가를 실시하여 이음 평가 음질인덱스를 개발하여, 이음 발생 메커니즘을 연구하고, 이음 발생에 영향을 주는 부품을 확인 하고자 한다. 마지막으로 부품 변경에 대한 음질 인덱스의 변화를 연구하여 이음과 부품과의 관계를 규명하고자 한다.
이 연구에서는 인덱스를 개발하기 위하여 레이저 프린터의 이음을 녹음 후 청음평가를 실시하여 이음 평가 음질인덱스를 개발하여, 이음 발생 메커니즘을 연구하고, 이음 발생에 영향을 주는 부품을 확인 하고자 한다. 마지막으로 부품 변경에 대한 음질 인덱스의 변화를 연구하여 이음과 부품과의 관계를 규명하고자 한다.

가설 설정

스프링 상수 변경 실험에서 스프링상수 이외에 요소들은 변수가 되지 않도록 일정하게 유지시킨 후 24 gf/mm, 50 gf/mm인 총 2가지 종류의 스프링을 사용하였다. 여기서 스프링 상수는 자유물체도 에서 k_x를 의미하며 k_y는 변하지 않는다고 가정한다.

제안 방법

3에서 보여주는 위치에서 Head Acoustics사의 HMS III Artificial Head를 사용하여 측정하였다. 레이저 프린터의 인쇄 과정에서 이음은 무작위로 발생하기 때문에 100회를 인쇄하면서 이음을 측정하였다.
마찰에 의한 이음의 발생에 대한 객관적인 기준식을 제작하기 위해서 마찰이음에 대한 음질 인덱스를 제작하였다. 음질 인덱스를 제작하기 위해서 먼저 프린트 이음에 대한 음질요소를 분석한 결과이음이 발생하는 구간에서 Fig.
마찰에 의한 이음의 발생에 대한 객관적인 기준식을 제작하기 위해서 마찰이음에 대한 음질 인덱스를 제작하였다. 음질 인덱스를 제작하기 위해서 먼저 프린트 이음에 대한 음질요소를 분석한 결과이음이 발생하는 구간에서 Fig. 5에서 보여주는 바와 같이 토날리티(tonality)⁽⁴⁾가 증가하는 현상을 발견하였다.
따라서, 여러 가지 음질요소분석을 통하여 사용하는 번거로움이 있더라도 가장 효과적으로 표현할 수 있는 토날리티를 이 연구에 이용하였다. Fig.
Fig. 4에서 보여주는 STFT 분석에서 이음부분의 음압을 감소하면서 사용자의 이음 인지능력을 실험하였다. 이음부의 음압레벨만을 감소하기 위해서, Genesis사의 LEA 프로그램을 사용하여 이음부의 음압을 필터링하여 9가지 경우로 달리하여 음압을 감소시켰다.
4에서 보여주는 STFT 분석에서 이음부분의 음압을 감소하면서 사용자의 이음 인지능력을 실험하였다. 이음부의 음압레벨만을 감소하기 위해서, Genesis사의 LEA 프로그램을 사용하여 이음부의 음압을 필터링하여 9가지 경우로 달리하여 음압을 감소시켰다. 음압레벨을 15 dB, 20 dB, 25 dB, 30 dB, 35 dB, 40 dB, 45 dB, 50 dB로 감소시킨 후 남겨진 배경 소음에 삽입하여 새로운 음원 9개를 제작하였다.
이음부의 음압레벨만을 감소하기 위해서, Genesis사의 LEA 프로그램을 사용하여 이음부의 음압을 필터링하여 9가지 경우로 달리하여 음압을 감소시켰다. 음압레벨을 15 dB, 20 dB, 25 dB, 30 dB, 35 dB, 40 dB, 45 dB, 50 dB로 감소시킨 후 남겨진 배경 소음에 삽입하여 새로운 음원 9개를 제작하였다. 새로이 제작된 음원 레벨에 대한 이음 감소에 대한 토날리티 변화를 계산하여 비교한 결과를 Table 1에서 보여 준다.
이음 증감에 따른 실제적인 청음과 토날리티값의 상관관계를 확인하기 위해서 청음평가를 실험하였다. 청음평가를 통해서 사용자가 이음을 인지하는 능력을 확인하기 위해서 청음평가를 실시하였다.
이음 증감에 따른 실제적인 청음과 토날리티값의 상관관계를 확인하기 위해서 청음평가를 실험하였다. 청음평가를 통해서 사용자가 이음을 인지하는 능력을 확인하기 위해서 청음평가를 실시하였다.
한계법의 경우 실험 방법 및 분석법이 간단하여 적용이 쉬운 장점을 가지나 충분한 사전실험이 요구되는 단점이 있으며, transformed up-down법의 경우 결과의 bias를 줄일 수 있으나 그 절차가 복잡한 한계를 갖는다. 이에 이 연구에서는 한계법을 적용하여 JND를 도출하였다. JND 청음평가는 이미 제작된 9개의 신호를 사용하였고, 10명의 20대 정상 청력자가 지원하여 청감실험 전용 청음실에서 헤드폰을 사용하여 진행되었다.
마찰 이음은 구동음의 크기로 인한 마스킹 효과에 의해 사용자가 인지하지 못하는 경우도 발생한다. 따라서, 제작된 9개의 신호를 사용하여 이음 인지 한계점을 확인하고, 그 이음 음압의 토날리티값을 이용하여 인덱스를 개발할 것이다.
표준화는 프린트의 급지를 여러장 인쇄하여 그 중 이음이 발생하였을 경우, Fig. 7에서 보여주는 바와 같이 실선안에 있는 이음부의 토날리티와 점선 안에 있는 이음발생의 한 주기 앞의 이음이 발생하지 않은 구동부의 음에 대한 토날리티의 상대적인 값을 이용하여 구하고자 한다. Normalizing을 통한 제안은 상식적인 방법이지만, 가장 효과적인 방법이기도 하다.
이 실험에서 이음의 영향을 주는 급지 부분의 구성부품인 스프링 힘, 스프링 상수, 마찰패드의 마찰계수, 마찰패드의 경도의 물리적 변수를 변화시켜 이음을 줄이는 설계 방안을 제시하였다. 이는 이음 발생의 원인이 마찰에 의한 것이라고 판단하였기에 관련된 자유물체도를 이용하여 발췌하였고, 급지 오류가 발생하지 않는 설계 범위 내에서 실험하여 인덱스를 구하였다.
이 실험에서 이음의 영향을 주는 급지 부분의 구성부품인 스프링 힘, 스프링 상수, 마찰패드의 마찰계수, 마찰패드의 경도의 물리적 변수를 변화시켜 이음을 줄이는 설계 방안을 제시하였다. 이는 이음 발생의 원인이 마찰에 의한 것이라고 판단하였기에 관련된 자유물체도를 이용하여 발췌하였고, 급지 오류가 발생하지 않는 설계 범위 내에서 실험하여 인덱스를 구하였다. 또한 이 실험에서 교호작용을 방지하기 위하여, 각 각의 요소를 변경할 시 나머지 요소는 고정하였다.
스프링 힘 변경 실험에서 스프링 힘 이외에 요소들은 변수가 되지 않도록 일정하게 유지시킨 후 150 gf, 220 gf, 300 gf인 총 3가지 종류의 스프링을 사용하였다. Table 3의 결과를 보면 스프링 힘이 증가하면 이음 인덱스값이 커지는 것을 볼 수 있다.
스프링 상수 변경 실험에서 스프링상수 이외에 요소들은 변수가 되지 않도록 일정하게 유지시킨 후 24 gf/mm, 50 gf/mm인 총 2가지 종류의 스프링을 사용하였다. 여기서 스프링 상수는 자유물체도 에서 k_x를 의미하며 k_y는 변하지 않는다고 가정한다.
마찰패드 변경 실험에서 마찰패드의 마찰 계수 이외에 요소들은 변수가 되지 않도록 일정하게 유지시킨 후 0.8, 1인 총 2가지 종류의 마찰패드를 사용하였다. Table 5의 결과를 보면 마찰 계수가 증가하면 이음 인덱스값이 커지는 것을 확인할 수 있다.
마찰패드 변경 실험에서 마찰패드의 경도 이외에 요소들은 변수가 되지 않도록 일정하게 유지시킨 후 H53, H80인 총 2가지 종류의 마찰패드를 사용하였다. Table 6의 결과를 보면 마찰 계수가 증가하면 이음 인덱스값이 커지는 것을 확인할 수 있다.
이 연구에서 음질 지표의 하나로 사용되는 토날리티를 이용하여 이음 인식 한계점을 청음평가를 통해 이음 인덱스를 개발하였다.
06을 기준으로 한다. 이음 인덱스 개발을 통하여 이음의 영향을 주는 급지 부분의 구성 부품인 스프링과 마찰패드에서 스프링 힘, 스프링 상수, 마찰패드의 마찰계수, 마찰패드의 경도를 변경하여 이음의 제거 및 저감을 위한 가이드를 제시하였다. 이음이 발생한 경우에 모두 임계 이음 인덱스값인 1.

대상 데이터

레이저 프린터의 이음의 평가를 위하여 프린터의 작동 소음이 고려되었다. 이음 연구에 사용된 프린터 작동 소음은 무향실 내에서 ISO 11201⁽³⁾(1995)규정에 따라 Fig. 3에서 보여주는 위치에서 Head Acoustics사의 HMS III Artificial Head를 사용하여 측정하였다. 레이저 프린터의 인쇄 과정에서 이음은 무작위로 발생하기 때문에 100회를 인쇄하면서 이음을 측정하였다.
이에 이 연구에서는 한계법을 적용하여 JND를 도출하였다. JND 청음평가는 이미 제작된 9개의 신호를 사용하였고, 10명의 20대 정상 청력자가 지원하여 청감실험 전용 청음실에서 헤드폰을 사용하여 진행되었다.

성능/효과

6은 이음의 음압 레벨과 이음의 인지율에 대한 관계를 보여준다. 이 결과에 의하면 이음부의 음압을 40 dB 감소시켰을 때, 이음 인지율이 0 %라는 것을 확인하였고, Table 1로부터 토날리티값은 0.18임을 알 수 있다.
이 값이 이음 인지의 임계치이다. 이음과 구동음의 토날리티 비율이 1.06이상이면 이음이 존재함을 알 수 있고 동시에 그 값이 크기에 따라 구동음에 비해 이음이 포함된 소음의 크기가 크다는 것을 알 수 있다. 1.

후속연구

이 실험에서는 최소인지한계량(just noticeable difference, JND) 조사연구가 요구된다. JND 관련 연구는 심리음향분야에서 활발하며, 소리의 intensity, frequency 및 duration 차이 인지에 대한 연구 등으로 크게 나뉘고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레이저 프린터 인쇄 중 이음은 어디서 발생하는가?	따라서, 프린터에서 발생되는 구동 음질의 향상을 위해서, 급지 이음을 제거 또는 사용자가 인식하지 못하도록 하는 것이 중요하다. 레이저 프린터 인쇄 중 이음은 급지 롤러와 마찰패드 사이에서 발생하며, 발생 메커니즘은 Fig. 1과 같다.
	인쇄 중 발생하는 인쇄 소음의 발생은 어떻게 일어나는가?	인쇄 중 발생하는 인쇄 소음은 모터 구동, 롤러 구동 및 기계 구동음을 포함하여 발생한다. 그 중 급지 이음은 사용자에게 불편함을 주고 이는 프린터 사용에 있어서 불만족으로 이어진다.
	인쇄 소음 중 불편함을 주는 것은 무엇인가?	인쇄 중 발생하는 인쇄 소음은 모터 구동, 롤러 구동 및 기계 구동음을 포함하여 발생한다. 그 중 급지 이음은 사용자에게 불편함을 주고 이는 프린터 사용에 있어서 불만족으로 이어진다. 따라서, 프린터에서 발생되는 구동 음질의 향상을 위해서, 급지 이음을 제거 또는 사용자가 인식하지 못하도록 하는 것이 중요하다.

참고문헌 (10)

Takanashi, A., 2008 Study of Problems with Noise and Sound Quality Evaluations of Copying Machines, Printers, and MFD, SQS 2008.
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ISO 11201:1995, Acoustics - Noise Emitted by Machinery and Equipment - Measurement of Emission Sound Pressure Levels at a Work Station and at Other Specified Positions - Engineering Method in an Essentially Free Field Over a Reflecting Plane.
You, J. and Jeon, J. Y., 2008, Just Noticeable Difference of Sound Quality Metrics of Refrigerator Noise, Noise Control Engineering Journal, Vol. 56, No. 6, pp. 414-424.

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표제어: PCR

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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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