[논문]드럼세탁기 방사소음의 소스 및 기여도 분석

김지만; 정병규; 허소정; 안세진; 정의봉

doi:10.5050/ksnve.2014.24.8.628

드럼세탁기 방사소음의 소스 및 기여도 분석
Analysis of Sources and Contribution for the Radiated Noise of Drum-type Washing Machine 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.24 no.8, 2014년, pp.628 - 635

김지만 (School of Mechanical Engineering, Pusan National University) , 정병규 (School of Mechanical Engineering, Pusan National University) , 허소정 (LG Electronics Inc.) , 안세진 (School of Mechanical&Electrical Engineering, Uiduk University) , 정의봉 (School of Mechanical Engineering, Pusan National University)

Abstract ▼ AI-Helper

The procedure to estimate the sources of noise and vibrations in a typical drum-type washing machine was presented. The sources should be identified to predict the radiated noise with computational model of structure. Source identification techniques based on singular decomposition were implemented using the measured signals of accelerometers and microphones. The finite element analysis and indirect boundary element analysis were implemented to predict the structural vibrations and the acoustic pressures at the field points. The predicted results by only structural sources were compared with those by both structural and acoustical sources. It was verified that not only the structural-borne source but also air-borne source should be considered to predict the radiated noise with better accuracy. The contribution analysis with respect to the transfer path was also preformed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

실제 실험으로 측정한 방사소음에 앞서 규명한 구조기인 소음을 제외한 소음을 유체기인 소음으로 정의 하였다. 규명된 구동부 구조 가진력과 드럼 중앙에 위치한 유체기인 소음원을 이용하여 구조기인 소음과 유체기인 소음에 의한 드럼세탁기 전체의 방사소음해석을 수행하고자한다. KS 9603에 따라 드럼세탁기 전방 1 m에서 측정된 음압과 해석 결과를 비교하여 해석의 정도를 분석하였다.
이 논문에서는 위와 같은 방법으로 규명된 방사 소음 해석모델을 이용하여 드럼세탁기 주요 소음 전달경로 7가지에 대한 기여도 분석을 실시하여 저소음 설계를 위한 중요한 단서를 제공하고자 한다.
이 연구에서 일반 가정용으로 사용되는 드럼세탁기의 탈수 행정시 발생하는 방사소음해석을 위한 향상된 해석모델을 개발하고자 한다. 실험에 사용된 드럼세탁기의 탈수 행정시 모터의 회전속도는 108 ~1380 rpm이고, 최고 회전속도인 1380 rpm에서의 구조기인 소음과 유체기인 소음을 분석한다.
이 연구에서는 구조기인 소음만을 고려한 기존의 연구와는 달리 유체기인 소음을 반영함으로써 세탁기 방사소음의 예측의 정확도를 향상하고자 하였다.Fig.

가설 설정

{Fid(ω)}는 회전자의 고정자를 터브에 부착하는 5점의 체결 지점에 대한 3방향(X,Y,Z)의 힘 성분을 의미하며, 이 논문에서는 고정자가 터브에 부착된 전체 면적에 대한 분포하중이 작용하는 것으로 가정하여 해석하였다.
기여도분석을 위해 방사소음해석을 수행하였다. 드럼세탁기 주요 소음전달 경로는 캐비넷 앞면, 캐비넷 왼쪽면, 캐비넷 오른쪽(c) 138 Hz Fig. 9 Contribution analysis면, 캐비넷 뒷면, 캐비넷 윗면, 터브의 6가지 구조기인 소음⁽⁵⁾ 경로가 있으며, 드럼 회전에 의한 유체기인 소음원에 의한 기여가 있는 것으로 가정하였다.
등가의 유체기인 소음원을 드럼 내부 중앙에 단극자 음원이 있다고 가정하였으며, Fig. 5의 수음점 P1, P2, P3, P4, 총 4점의 유체기인 음압 스펙트럼 벡터 {Pair(ω)}와 복소 음향전달함수 [ATF(ω)]를 이용하여, 유체기인 소음원을 규명하였다.

제안 방법

규명된 구동부 구조 가진력과 드럼 중앙에 위치한 유체기인 소음원을 이용하여 구조기인 소음과 유체기인 소음에 의한 드럼세탁기 전체의 방사소음해석을 수행하고자한다. KS 9603에 따라 드럼세탁기 전방 1 m에서 측정된 음압과 해석 결과를 비교하여 해석의 정도를 분석하였다.
Lab의 SYSNOISE를 이용하여 구조진동에 의한 방사소음 {Pstruc(ω)}를 구하였다.
구조 가진력 규명을 위하여 앞서 측정한 57점 가속도 신호와 식 (2)의 가진력 규명⁽⁴⁾ 이론을 적용하여 드럼세탁기 구동부 구조 가진력을 계산하였다.
기여도 분석은 심야시간대의 생활소음 규제기준인 45 dB(A)를 초과하는 46 Hz, 115 Hz, 138 Hz에대하여 vector contribution plot⁽¹⁰⁾ 으로 기여도분석을 하였다. Fig.
앞서 구한 드럼세탁기 구조기인 및 유체기인 방사 소음 해석모델을 이용하여 주요 소음 예상 경로에 대한 기여도분석을 실시하였다. 기여도분석을 위해 방사소음해석을 수행하였다. 드럼세탁기 주요 소음전달 경로는 캐비넷 앞면, 캐비넷 왼쪽면, 캐비넷 오른쪽(c) 138 Hz Fig.
1은 드럼세탁기 방사소음을 규명하기 위한 절차이다. 드럼세탁기 해석모델과 탈수 작동시 가속도 신호와 음압 신호를 이용하여 드럼세탁기의 구조기인 소음과 유체기인 소음을 규명하였다.
드럼세탁기의 방사소음해석에서 단품인 드럼, 터브, 캐비넷에 대하여 해석모델로 구한 주파수응답함수와 실험으로 구한 주파수응답함수를 구함으로써 구조진동 해석모델을 검증하였다. 그리고 주요 부품으로 조립된 전체모델에 대해서도 해석 및 실험결과의 주파수응답함수를 비교 검증하였다.
모터의 회전 속도에 의존하는 회전 주파수의 조화 성분이 드럼세탁기 소음성분의 주된 소음원이며, 이 연구에서 사용된 세탁기의 소음 주파수는 500 Hz 이하를 고려하였다. 따라서 500 Hz까지의 방사소음을 해석을 위하여 파장의 1/6이하가 되도록 적절한 크기로 음향격자를 만들었다. Fig.
6 dB(A)에더 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 또한 방사소음 해석모델을 이용하여 생활소음 규제기준을 초과하는 46 Hz, 115 Hz, 138 Hz에 대하여 기여도분석을 하였다. 46 Hz와 138 Hz에서 유체기인 소음원이 소음의 주된 원인임을 확인하였다.
방사소음분석을 위하여 방사소음 해석모델을 실험을 통해 검증을 하였고, 전방 1 m 위치에서의 해석과 실험의 방사소음의 음압레벨 총합(overall SPL)을 비교하였다. 유체기인 소음을 고려한 해석결과 58.
선형성 이론⁽⁹⁾에 근거하여, 이 논문에서는 유체기인 소음을 계산하기 위하여 식 (6)과 같이 실제 측정한 소음과 해석을 통해 구한 구조기인 방사소음으로 구하였다.
이론으로부터 구한 구조 가진력을 이용하여 구조기인 소음을 구하였다. 실제 실험으로 측정한 방사소음에 앞서 규명한 구조기인 소음을 제외한 소음을 유체기인 소음으로 정의 하였다. 규명된 구동부 구조 가진력과 드럼 중앙에 위치한 유체기인 소음원을 이용하여 구조기인 소음과 유체기인 소음에 의한 드럼세탁기 전체의 방사소음해석을 수행하고자한다.
앞서 구한 드럼세탁기 구조기인 및 유체기인 방사 소음 해석모델을 이용하여 주요 소음 예상 경로에 대한 기여도분석을 실시하였다. 기여도분석을 위해 방사소음해석을 수행하였다.
이 연구는 드럼세탁기의 탈수 행정시 최고속도 조건 하에서, 구조기인 소음뿐만 아니라 유체기인 소음을 추가로 고려하여 방사소음분석을 수행하였다.
이 연구에서 사용된 드럼세탁기의 1380 rpm의 정상상태에서의 구조 가진력을 계산하기 위하여 Table 2와 같이 드럼세탁기의 정면, 좌측면, 우측면, 윗면, 뒷면, 터브, 총 57점의 가속도 응답을 계측하였다.
이 연구에서는 드럼세탁기의 주요 부품인 드럼, 터브, 캐비넷을 유한요소 모델링하였다. Fig.
이 연구에서의 가진력 규명⁽⁴⁾이론으로부터 구한 구조 가진력을 이용하여 구조기인 소음을 구하였다. 실제 실험으로 측정한 방사소음에 앞서 규명한 구조기인 소음을 제외한 소음을 유체기인 소음으로 정의 하였다.
탈수 행정시 드럼과 구조물 사이에서 주변의 공기가 상호작용하여 발생하는 유체기인 소음원을 추정하기 위하여 드럼세탁기 주변의 소음을 측정하였다.

대상 데이터

모터의 회전 속도에 의존하는 회전 주파수의 조화 성분이 드럼세탁기 소음성분의 주된 소음원이며, 이 연구에서 사용된 세탁기의 소음 주파수는 500 Hz 이하를 고려하였다. 따라서 500 Hz까지의 방사소음을 해석을 위하여 파장의 1/6이하가 되도록 적절한 크기로 음향격자를 만들었다.
이 연구에서 일반 가정용으로 사용되는 드럼세탁기의 탈수 행정시 발생하는 방사소음해석을 위한 향상된 해석모델을 개발하고자 한다. 실험에 사용된 드럼세탁기의 탈수 행정시 모터의 회전속도는 108 ~1380 rpm이고, 최고 회전속도인 1380 rpm에서의 구조기인 소음과 유체기인 소음을 분석한다.
유한요소 모델의 물성치는 Table 1의 실제 드럼세 탁기 재료의 물성치를 반영해서 모델링하였다.

데이터처리

드럼세탁기의 방사소음해석에서 단품인 드럼, 터브, 캐비넷에 대하여 해석모델로 구한 주파수응답함수와 실험으로 구한 주파수응답함수를 구함으로써 구조진동 해석모델을 검증하였다. 그리고 주요 부품으로 조립된 전체모델에 대해서도 해석 및 실험결과의 주파수응답함수를 비교 검증하였다.

성능/효과

Fig. 6(a)에 보다시피 터브의 해석모델 주파수응답함수와 실험결과가 잘 일치하는 것을 알 수 있으며, 다른 부품에 대해서도 비슷한 정도의 비교 결과를 얻는 것을 확인하였다. Fig.
또한 방사소음 해석모델을 이용하여 생활소음 규제기준을 초과하는 46 Hz, 115 Hz, 138 Hz에 대하여 기여도분석을 하였다. 46 Hz와 138 Hz에서 유체기인 소음원이 소음의 주된 원인임을 확인하였다. 결과적으로 드럼세탁기의 정확한 방사소음분석을 위해서는 유체기인 소음을 고려해야 할 것으로 판단된다.
46 Hz와 138 Hz에서 유체기인 소음원이 소음의 주된 원인임을 확인하였다. 결과적으로 드럼세탁기의 정확한 방사소음분석을 위해서는 유체기인 소음을 고려해야 할 것으로 판단된다.
방사소음분석을 위하여 방사소음 해석모델을 실험을 통해 검증을 하였고, 전방 1 m 위치에서의 해석과 실험의 방사소음의 음압레벨 총합(overall SPL)을 비교하였다. 유체기인 소음을 고려한 해석결과 58.1 dB(A)가 구조기인 소음만을 고려한 해석결과 55.4 dB(A)에 비하여 실험결과인 57.6 dB(A)에더 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 또한 방사소음 해석모델을 이용하여 생활소음 규제기준을 초과하는 46 Hz, 115 Hz, 138 Hz에 대하여 기여도분석을 하였다.
8의 결과로부터 드럼세탁기의 방사소음이 대부분의 주파수에서 유체기인 소음을 반영함으로써 해석결과가 실험결과와 더 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 유체기인 소음을 고려한 해석결과의 음압 레벨 총합(overall SPL)은 58.1 dB(A), 구조기인 소음만을 고려한 해석결과는 55.4 dB(A), 실험결과는 57.6 dB(A)로 유체기인 소음을 고려한 결과가 더 잘일치 하는 것을 확인하였다.
Table 3은 각 주파수 별로 기여도 순위를 나타낸 것이다. 저주파 46 Hz 에서의 소음은 유체기인 소음이 주된 원인이며, 139 Hz에서도 유체기인 소음의 기여도가 높음을 확인하였다.

후속연구

이 연구의 방법은 드럼세탁기뿐만 아니라 모든 기계시스템에 적용하여, 방사소음분석 및 소음 저감에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사소음분석을 통한 소음 분석으로 알 수 있는 것은 무엇인가?	방사소음분석을 위하여 방사소음 해석모델을 실험을 통해 검증을 하였고, 전방 1 m 위치에서의 해석과 실험의 방사소음의 음압레벨 총합(overall SPL)을 비교하였다. 유체기인 소음을 고려한 해석결과 58.1 dB(A)가 구조기인 소음만을 고려한 해석결과 55.4 dB(A)에 비하여 실험결과인 57.6 dB(A)에 더 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 또한 방사소음 해석모델을 이용하여 생활소음 규제기준을 초과하는 46 Hz, 115 Hz, 138 Hz에 대하여 기여도분석을 하였다. 46 Hz와 138 Hz에서 유체기인 소음원이 소음의 주된 원인임을 확인하였다. 결과적으로 드럼세탁기의 정확한 방사소음분석을 위해서는 유체기인 소음을 고려해야 할 것으로 판단된다.
	드럼세탁기에서 가장 큰 소음은 언제 발생하는가?	가전기기 제품 중 특히 드럼세탁기 소음은 주거지역에서의 주요 민원의 대상이 되고 있다. 드럼세탁기는 탈수 행정 시 오랜 시간동안 가장 큰 소음을 발생하며, 부하조건에 따라 소음의 특성이 달라지는 경향이 있다(1). 이에 따라 드럼세탁기 탈수 행정 시의 소음 저감에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다(2).
	탈수 시 드럼세탁기의 소음이 발생하는 이유는?	탈수 시 드럼세탁기의 소음은 구조 가진력에 의한 구조기인 소음과 탈수 시 높은 회전 rpm에 따른 드럼과 구조물 사이에서 주변의 공기가 상호작용하여 발생하는, 공기유동에 의한 유체기인 소음으로 분류할 수 있다.

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원문보기 상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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