[논문]연속성 충격소음의 인지에 관여하는 영향인자

이재원; 신성환

doi:10.7776/ask.2016.35.3.202

[국내논문] 연속성 충격소음의 인지에 관여하는 영향인자
Factors affecting recognition of successive impulsive noise 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.35 no.3, 2016년, pp.202 - 207

초록
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자동차나 가전제품에서 발생하는 소음의 대부분은 연속성 충격소음을 동반한다. 인간 청각은 반복적 충격소음에 대하여 그 반복 주기에 따라 독립된 충격음의 집합 또는 이어진 음으로 느낄 수 있다. 본 연구에서는 연속성 충격소음의 인지에 관여하는 영향인자를 파악하고, 연속성 충격소음을 표현하기에 가장 적합한 음질분석 방법을 찾고자 하였다. 이를 위하여 연속성 충격신호를 설계하고, 연속성 충격소음이 충격음 특성을 나타내는 조건을 탐색하는 청음평가를 수행하였다. 그리고 이러한 청음평가 결과를 라우드니스, 변동강도, 러프니스 방법으로 분석하고 비교하였다. 결과적으로 연속성 충격소음은 50 Hz보다 낮은 반복주기를 가질 때부터 충격음 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 음질인자 중 변동강도와 러프니스 값은 연속성 충격소음의 진폭변조특성에 크게 의존하기 때문에 연속성 충격소음을 표현하는데 어려움이 있다. 반면에 라우드니스 값은 연속성 충격소음의 진폭변조특성에 의존하지 않으며, 라우드니스 변화 역치로서 평가인자 개발에 효용성이 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most of noises from cars or home appliances accompany successive impulsive noise due to repeated operation. A human auditory system is able to perceive the successive impulsive noise as either a set of independent noise or amplitude modulated noise according to its occurrence period. This study is to identify main influence factors on understanding of impulsive characteristics and find most appropriate sound quality metrics to express the successive impulsive noise. To do this, the successive impulsive noises were designed and utilized to perform a listening test for identifying conditions where successive impulsive noise can be recognized to have impulsive characteristics. These results were analyzed with sound quality metrics such as loudness, fluctuation strength, and roughness in order to compare the subjective results with the objective results. Consequently, the results revealed that the successive impulsive noise exhibits impulsive characteristics when its occurrence frequency is less than 50 Hz. It was also observed that roughness and fluctuation strength results are not applicable to express the successive impulsive noise because they heavily depend on the amplitude modulation characteristics. On the other hand, loudness results are considered to be useful as an evaluation factor of the successive impulsive noise through the use of loudness limen because it does not depend on the amplitude modulation characteristics.

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문제 정의

본 연구에서는 연속성 충격소음 음질평가에 대한 기초 연구로서, 연속성 충격소음을 구성하는 단일 충격음의 지속시간, 레벨, 시간간격을 인지에 관여하는 영향요소로 가정하였다. 이를 바탕으로 주관적 청음평가를 수행하여 각 변수의 영향정도를 파악하고, 청음평가를 통해 얻어진 결과를 객관적 음질분석 결과와 비교하여 연속성 충격소음의 특징을 잘 표현하는 음질인자를 파악하고자 한다.
연속성 충격소음을 제작하기에 앞서 충격음이라고 느껴지는 기준을 명확히 하기 위한 선행실험을 수행하였다. 본 실험 단계에서는 청음자가 소음에 대하여 충격음이라고 느끼는 최대 지속시간을 확인하고자 하였다. 대상 소음으로서 넓은 주파수 스펙트럼을 갖는 백색잡음을 사용하였다(Fig.
주관적 청음평가 결과에서 연속성 충격소음의 인지에 관여하는 영향인자를 확인하였다. 이어서 본 단계에서는 객관적 음질분석 결과가 앞서 도출한 주관적 결과와 얼마나 일치하고, 연속성 충격소음을 표현하기에 적합한지 여부를 확인하고자 한다. Table 2는 Fig.

가설 설정

충격소음을 인지하는데 관여하는 요소는 매우 광범위하여 모든 요소를 고려하고 결론 내리기에는 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 본 연구에서는 연속성 충격소음 음질평가에 대한 기초 연구로서, 연속성 충격소음을 구성하는 단일 충격음의 지속시간, 레벨, 시간간격을 인지에 관여하는 영향요소로 가정하였다. 이를 바탕으로 주관적 청음평가를 수행하여 각 변수의 영향정도를 파악하고, 청음평가를 통해 얻어진 결과를 객관적 음질분석 결과와 비교하여 연속성 충격소음의 특징을 잘 표현하는 음질인자를 파악하고자 한다.

제안 방법

연속성 충격소음의 인지에 관여하는 영향인자를 확인하기 위하여 주관적 청음평가를 수행하였다. 본 연구에서는 레벨에 대한 척도로서 충격소음의 최고 레벨이 아닌 실효치(Root Mean Square, RMS) 레벨을 사용한다.
본 연구에서는 레벨에 대한 척도로서 충격소음의 최고 레벨이 아닌 실효치(Root Mean Square, RMS) 레벨을 사용한다. 청음 실험은 가청주파수 20 Hz ~ 18 kHz 범위에서 22 dBA(38 dB)의 배경소음을 갖는 방음실에서 진행되었으며, USB(Universal Serial Bus)방식의 음재생시스템(HEAD acoustics, PEQ-V)과 귀덮개형 개방형 헤드폰(Senheiser, HD-650)을 통하여 소리를 재생하였다. 청음자들은 예비실험을 몇 차례 진행하여 익숙도를 높이고 본 실험을 진행하였다.
청음 실험은 가청주파수 20 Hz ~ 18 kHz 범위에서 22 dBA(38 dB)의 배경소음을 갖는 방음실에서 진행되었으며, USB(Universal Serial Bus)방식의 음재생시스템(HEAD acoustics, PEQ-V)과 귀덮개형 개방형 헤드폰(Senheiser, HD-650)을 통하여 소리를 재생하였다. 청음자들은 예비실험을 몇 차례 진행하여 익숙도를 높이고 본 실험을 진행하였다. 실험에 참여한 청음자의 총 인원은 11명이다.
연속성 충격소음을 제작하기에 앞서 충격음이라고 느껴지는 기준을 명확히 하기 위한 선행실험을 수행하였다. 본 실험 단계에서는 청음자가 소음에 대하여 충격음이라고 느끼는 최대 지속시간을 확인하고자 하였다.
한편, 최대 지속시간은 1 s를 넘지 못하도록 제한하였다.^[4]본 실험을 위하여 MATLAB을 이용한 청음실험 프로그램을 제작하였다(Fig. 2).
연속성 충격소음을 인지할 때 관여하는 영향인자를 확인하기 위하여 연속성 충격소음을 구성하는 단일 충격음을 5가지 지속시간(2.5, 5, 12.5, 25, 37.5, 75 ms)과 2가지 레벨(40, 70 dB)을 갖는 백색잡음으로 제작하였다(Fig. 4). 이때의 지속시간은 선행실험에서 충격음이라고 느껴진 최대 지속시간보다 낮은 범위에서 세분화하였다.
주관적 청음평가 결과에서 연속성 충격소음의 인지에 관여하는 영향인자를 확인하였다. 이어서 본 단계에서는 객관적 음질분석 결과가 앞서 도출한 주관적 결과와 얼마나 일치하고, 연속성 충격소음을 표현하기에 적합한지 여부를 확인하고자 한다.
연속성 충격소음에 대한 변동강도와 러프니스 계산의 특징을 더 자세히 확인하기 위하여 Fig. 8과 같이 연속성 충격신호와 진폭변조신호를 제작하고, 변동강도와 러프니스를 계산하였다(Table 3). 이때의 f_m은 변동주파수로서 연속성 충격소음의 경우에는 1/(T_i +t_d)에 해당하는 값이다.
본 연구에서는 주관적 청음평가를 통하여 연속성 충격소음의 주요영향인자를 파악하고, 연속성 충격 소음에 대한 라우드니스, 변동강도, 러프니스 분석의 장단을 파악하였다. 주관적 청음평가의 결과에서 연속성 충격소음은 50Hz이하로 반복될 때부터 충격음 특성을 나타내는 것을 확인하였다.

대상 데이터

청음자들은 예비실험을 몇 차례 진행하여 익숙도를 높이고 본 실험을 진행하였다. 실험에 참여한 청음자의 총 인원은 11명이다.
본 실험 단계에서는 청음자가 소음에 대하여 충격음이라고 느끼는 최대 지속시간을 확인하고자 하였다. 대상 소음으로서 넓은 주파수 스펙트럼을 갖는 백색잡음을 사용하였다(Fig. 1). 백색잡음의 레벨은 A/B청감보정 곡선을 고려하여 40, 70 dB 로 선택되었다.

이론/모형

연속성 충격소음의 인지에 관여하는 영향인자를 확인하기 위하여 주관적 청음평가를 수행하였다. 본 연구에서는 레벨에 대한 척도로서 충격소음의 최고 레벨이 아닌 실효치(Root Mean Square, RMS) 레벨을 사용한다. 청음 실험은 가청주파수 20 Hz ~ 18 kHz 범위에서 22 dBA(38 dB)의 배경소음을 갖는 방음실에서 진행되었으며, USB(Universal Serial Bus)방식의 음재생시스템(HEAD acoustics, PEQ-V)과 귀덮개형 개방형 헤드폰(Senheiser, HD-650)을 통하여 소리를 재생하였다.

성능/효과

3에서 95 %신뢰구간으로 나타내었다. 결과에서, 모든 청음자는 200 ms 이하의 지속시간을 갖는 백색잡음에 대하여 충격음이라고 판단하였다. 또한, 40 dB 과 70 dB일 때의 결과를 95 %신뢰구간에서 T검정 하였을 때 0.
결과에서, 모든 청음자는 200 ms 이하의 지속시간을 갖는 백색잡음에 대하여 충격음이라고 판단하였다. 또한, 40 dB 과 70 dB일 때의 결과를 95 %신뢰구간에서 T검정 하였을 때 0.5의 유의확률(p-value)을 갖는 것에 따라서 통계적으로 차이를 나타내지 않음을 확인하였다. 이에 근거하여 백색잡음의 레벨 차이가 충격음으로 느껴지는 최대길이 결정에 영향을 주지 못한다고 결론 내릴 수 있다.
두 결과를 95%신뢰구간에서 T검정한 결과 값이 Table 1에 표시되어 있다. 두 결과가 통계적으로 차이를 나타내지 않는 것을 근거로, 단일 충격음의 레벨 변화가 연속성 충격소음의 충격음 특성에 영향 주지 않는다는 것을 확인하였다.
미루어 보면 연속성 충격소음이 충격음 특성을 나타낼 때 관여하는 인자는 T_i와 t_d이나 두 인자는 독립 적이지 않고, 둘의 합인 T_i +t_d로서 주요하게 관여한다. 결론적으로 연속성 충격소음은 T_i +t_d ≒20ms 인 즉, 50Hz보다 낮은 반복주기를 갖게 될 때부터 충격음 특성을 보이는 것으로 확인하였다.
이때의 f_m은 변동주파수로서 연속성 충격소음의 경우에는 1/(T_i +t_d)에 해당하는 값이다. 앞선 주관적 청음평가 결과에서 연속성 충격소음의 충격음 특성 경계가 50Hz인 것을 논의하였다. 이에 따르면 50Hz보다 빠르게 반복하는 연속성 충격소음은 이어진 음에 가깝게 느껴지게 된다.
변동강도의 경우 f_m이 32Hz를 넘어서는 영역에서 이미 0에 수렴하여 적용가능하지 못한 값을 나타낸다. 결론적으로 변동강도와 러프니스 분석법은 연속성 충격소음이 가진 진폭변조특성에 크게 의존한다. 따라서 변동강도와 러프니스 분석법을 통한 연속성 충격소음의 표현에는 어려움이 있다.
따라서 라우드니스 변조 폭은 진폭변조의 특성 중 그 주기에 의존하지 않는 것으로 확인된다. 따라서 연속성 충격 소음을 라우드니스로 표현하기 위해, 라우드니스 계산에 적용된 청각필터를 개선하고 라우드니스 변화의 역치를 활용하여 연속성 충격소음을 표현하는 것이 보다 효용성이 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 주관적 청음평가를 통하여 연속성 충격소음의 주요영향인자를 파악하고, 연속성 충격 소음에 대한 라우드니스, 변동강도, 러프니스 분석의 장단을 파악하였다. 주관적 청음평가의 결과에서 연속성 충격소음은 50Hz이하로 반복될 때부터 충격음 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 향후 연속성 충격소음에 대한 연구는 50Hz의 반복주기를 경계로그 이상과 이하로 영역을 나누어 구분할 필요가 있다.
향후 연속성 충격소음에 대한 연구는 50Hz의 반복주기를 경계로그 이상과 이하로 영역을 나누어 구분할 필요가 있다. 연속성 충격소음의 인지에는 단일 충격음의 지속시간과 충격음 간 시간간격이 영향인자임을 확인 하였는데, 이 두 요소는 독립적으로 영향을 주기보다도 합인 충격 주기로서 영향 주는 것을 확인하였다. 예컨대, 연속성 충격소음을 이루는 단일 충격음의 지속시간이 늘어날수록 짧은 충격음 간 시간간격에서 충격음 특성이 나타난다.
예컨대, 연속성 충격소음을 이루는 단일 충격음의 지속시간이 늘어날수록 짧은 충격음 간 시간간격에서 충격음 특성이 나타난다. 이러한 청음평가 결과를 바탕으로 객관적 음질분석 결과와 비교해 보았을 때 변동강도와 러프니스 분석결과는 연속성 충격 소음이 가진 진폭변조특성에 크게 의존하는 경향을 보였다. 반면에 라우드니스 분석은 진폭변조주기에 의존하지 않으며 라우드니스 변화 역치로서 연속성 충격소음 평가인자 개발에 효용성이 있을 것으로 확인되었다.
이러한 청음평가 결과를 바탕으로 객관적 음질분석 결과와 비교해 보았을 때 변동강도와 러프니스 분석결과는 연속성 충격 소음이 가진 진폭변조특성에 크게 의존하는 경향을 보였다. 반면에 라우드니스 분석은 진폭변조주기에 의존하지 않으며 라우드니스 변화 역치로서 연속성 충격소음 평가인자 개발에 효용성이 있을 것으로 확인되었다.

후속연구

주관적 청음평가의 결과에서 연속성 충격소음은 50Hz이하로 반복될 때부터 충격음 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 향후 연속성 충격소음에 대한 연구는 50Hz의 반복주기를 경계로그 이상과 이하로 영역을 나누어 구분할 필요가 있다. 연속성 충격소음의 인지에는 단일 충격음의 지속시간과 충격음 간 시간간격이 영향인자임을 확인 하였는데, 이 두 요소는 독립적으로 영향을 주기보다도 합인 충격 주기로서 영향 주는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구의 실험에 참여한 청음자는 몇 명인가?	청음자들은 예비실험을 몇 차례 진행하여 익숙도를 높이고 본 실험을 진행하였다. 실험에 참여한 청음자의 총 인원은 11명이다.
	자동차나 가전기기 소음을 제어할 때의 우선적 목표는?	자동차나 가전기기 소음을 제어할 때의 우선적 목표는 음압레벨을 최소화하는 것이다. 최근에는 제품에 대한 소비자의 질적 요구가 증대됨에 따라서 제품과 소비자 간의 친밀도를 향상시키려는 노력이 이루어지고 있다.
	변동강도와 러프니스 분석법을 통한 연속성 충격소음의 표현에 어려움이 있는 이유는?	변동강도의 경우 fm이 32Hz를 넘어서는 영역에서 이미 0에 수렴하여 적용가능하지 못한 값을 나타낸다. 결론적으로 변동강도와 러프니스 분석법은 연속성 충격소음이 가진 진폭변조특성에 크게 의존한다. 따라서 변동강도와 러프니스 분석법을 통한 연속성 충격소음의 표현에는 어려움이 있다.

참고문헌 (7)

HEAD acoustics, "Datasheet of artemis suite advanced psycho-acoustics module" (Code 5016) (2015).
M. P. Norton and D. G. Karczub, Fundamentals of Noise and Vibration Analysis for Engineers, 2nd Ed. (Cambridge University Press, Cambridge, 2003), pp. 493-512.
S. H. Shin, "Preliminary study on quantification of successive impulse noise considering auditory characteristics" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. Suppl.2(s) 32, 14 (2013).

원문보기 상세보기
ISO-2204, Acoustics - Guide to International Standards on the measurement of airborne acoustical noise and evaluation of its effects on human beings (1979).
D. Poeppel, "The analysis of speech in different temporal integration windows: cerebral lateralization as 'asymmetric sampling in time'," Speech Communication 41, 245-255 (2003).

상세보기
H. Fastl and E. Zwicker, Psychoacoustics - Facts and Models, 3rd Ed. (Springer-Verlag, Berlin, 2006), pp. 61-110.
K. H. Lee, Post-masking effect of the impulsive sounds (in Korean), (Master's thesis, KAIST, 2011).

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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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