[논문]능동소음제어 시스템의 마이크로폰 및 스피커 최적위치 선정

이홍원; 서성대; 남현도

[국내논문] 능동소음제어 시스템의 마이크로폰 및 스피커 최적위치 선정
Optimal Selection of Microphone and Speaker Positions in Adaptive Noise Control Systems 원문보기

이홍원 (단국대학교 대학원 전기공학과) , 서성대 (단국대학교 대학원 전기공학과) , 남현도 (단국대학교 대학원 전기공학과)

In this paper, positions of microphones and speakers in adaptive noise control systems are selected using optimization techniques. To get the optimal control characteristics of adaptive noise control system, It is necessary to optimize positions of microphones and speakers. Assume that control speakers are placed in a experimental enclosure several place indoors. Acoustic transfer functions from control speaker positions to microphone positions are measured for simulation program by experiments, and simulated annealing methods are used to select optimal positions of speakers and microphones.

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가설 설정

다음의 그림 2는 전형적인 다중채널 능동제어 시스템을 간략하게 표현한 불록다이어그램이다. 이 시스템에 사용되는 마이크로폰의 수가 L, 스피커의수가 M이라고 가정한다.

제안 방법

공간 외부에 위치하는 소음원에 의하여, 창문등과 같이 부분적인 개구부를 가지는 실내 공간에 소음이 전파 될 때* 능동소음제어 기법을 이용하여 소음을 제어하는 능동소음제어 시스템을 제안하였다, 최적의 제어특성을 얻기 위해서는 마이크로폰 몇 스피커들의 위치를 최적화 할 필요가 있는데 본 논문에서는 무작위 지향성 탐색 방 법의 하나인 시뮬레이터드 어닐링 기법을 이용하였다. 모형 실내 공간의 여러 위치에 스피커들율 위치시키고 마이코로폰들과의 전달특성 값을 계측하여 시뮬레이터 드 어닐링 기법을 이용하여 최적의 스피커와 마이크로폰의 위치를 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 선정하였다.
공간 외부에 위치하는 소음원에 의하여, 창문등과 같이 부분적인 개구부를 가지는 실내 공간에 소음이 전파 될 때* 능동소음제어 기법을 이용하여 소음을 제어하는 능동소음제어 시스템을 제안하였다, 최적의 제어특성을 얻기 위해서는 마이크로폰 몇 스피커들의 위치를 최적화 할 필요가 있는데 본 논문에서는 무작위 지향성 탐색 방 법의 하나인 시뮬레이터드 어닐링 기법을 이용하였다. 모형 실내 공간의 여러 위치에 스피커들율 위치시키고 마이코로폰들과의 전달특성 값을 계측하여 시뮬레이터 드 어닐링 기법을 이용하여 최적의 스피커와 마이크로폰의 위치를 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 선정하였다.
따라서 30개의 위치 중에서 10개의 위치를 선택하는 경우에는 30bi* 의 길이를 가지는 스트링 (string)으로 모든 위치를 표시하고 이 중 어떤 10곳의 '1'이 가장 좋은 결과를 가져오는지 알아내야 한다. 초기 에는 무작위로 10개의 '1'을 가지는 30bit 스트링이 생 성되고 이에 해당하는 스피커 위치와 마이크로폰 간의 축소된 천달특성 행렬을 만뜬 후 이 구성으로 최대 소음 감소치를 계산해 낸다, 다음으로 기존의 스트링을 바탕으로 무작위로 다음 스트링을 만들어내어 그 목적함수 값을 계산한다, 새로운 스트링이 과거의 스트링보다 목 적 함수 값이 좋으면 새로운 스트링이 과거의 스트링을 대체한다. 그렇지 않은 경우#으로 주어지는 확률에 의해 과거의 스트링을 대체할 수 있게 되는테 여기서 E는 과거와 현재의 스트링의 옥적함수 값의 차이를 말하며 T는 변하는 값으로 온도를 나타낸다.
시뮬레이터드어닐링 기법을 이용하여 실험실 내에 위 치한 모형 실내 공간의 30곳에서 스피커둘을 위치시키 고 11곳의 지점에 마마이크로폰을 놓고 이들 간의 전달특성 값을 계측하여 최적의 스피커와 마이크로폰의 위치를 찾아보았다.
그림 4와 같이 개구부에 3개 바닥에 2개를 고정 시킨 후 H개의 마이크로폰 위치 중 최적의 6개의 위치를 선 정하였다. 스피커 최적 위치에서와 같은 방법으로 충 5 개 스피커와 11개의 마이크로폰의 전달 특성을 계측하여 시뮬레이션을 하였다.
본 시뮬레이션을 이용하여 능동 방음벽[4]의 스피커 위치의 최적화를 선정하고 내부와 능동 방음벽의 전체의 최적 위치와 개수를 선정하고 이를 이용하여 마이크로폰 의 최적 위치를 선정 할 것이다.

이론/모형

어떤 스피커 위치틑 이용할 것인지 나타내는 방법은 2진수 표시법을 이용하였다. 예롤 들어 '0101'로 표시되는 위치는 2번과 4반의 위치예 있는 스커들을 사용한다는 식이다.
본 논문에서는 능동소음제어 시스템의 스피커의 최적 위치를 선정하였다. 시뮬레이션에 필요한 알고리즘은 무 지향성 탐색 방법의 하나인 시뮬레이터드 어닐링 기법을 사용하였으며, 스피커의 개수를 달리하면서 최적의 위치를 선정하였타.

성능/효과

능동 제어 시스템에서 사용되는 소스와 셴서들의 최적 위치를 찾기 위하여 제어 대상이 되는 시스템의 음향장 특성을 이론적으로 예측하려는 많은 연구가 있어왔다. 계측 결과를 이용한 위치 선정 방법은 계측이 필요하 다는 번거로움과 불편이 뒤따르지만 n 정확성은 이론적 예측보다 좋은 결과를 보여준다.
표 1은 가장 좋은 결과를 보인 위치 조합에 대하여 소음 감소치가 가장 좋은 것부터 순서대로 10개의 결과를 나열한 것이며, 4개의 스피커만으로도 11개의 마이크로 폰 위치에서 평균적으로 약 12.8[dB]의 소음 감소를 가 져을 수 있음을 보여주고 있다.

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