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문제 정의
- 다음으로는 지금까지의 시험적인 방법과는 달리 해석적인 방법을 이용하여 프런트 도어의 소음투과 손실을 예측하고자 하였다. 해석적인 방법의 경우 차량 개발 초기 단계인 디자인 단계에서 차체 각 부위의 소음투과손실을 예측할 수 있으므로 선행적인 대책 마련이 가능하고 시험에 필요한 비용 및 시간을 줄일 수 있는 장점을 가진다.
- 본 논문에서는 소음투과손실 해석 결과를 시험 결과와 비교하여 해석 모델의 신뢰성을 확보하고자 하였다.
- 본 논문에서는 식(2)로부터 구한 소음투과손실을 식(3)으로부터 구한 in-situ 소음투과손실과 비교하여 시험결과의 신뢰성을 확보하고자 하였다.
- 본 연구에서는 in-situ 상태에서 프런트 도어의 소음투과손실을 구하는 방법과 구한 소음투과손실 시험결과를 검증하는 방법을 제시하고자 하였다. 먼저 잔향실-무향실법과 유사한 시험 조건으로 완성차를 구성한 후 in-situ 소음투과손실을 측정하였다.
- 먼저 잔향실-무향실법과 유사한 시험 조건으로 완성차를 구성한 후 in-situ 소음투과손실을 측정하였다. 추가적으로 프런트 도어 내/외부에 음원을 배치하여 각각의 소음전달함수를 측정하였으며 이로부터 재구성한 소음투과손실 결과를 in-situ 소음투과손실 시험 결과와 비교하여 in-situ 방법의 신뢰성을 검증하고자 하였다.
제안 방법
- 다음으로 차량 외부의 음향 인텐시티 시험의 경우, 기존의 P-P 인텐시티 프로브에 비하여 측정면 외부의 소음원으로부터 기인한 배경소음에 영향을 적게 받으며 센서의 크기가 작아서 활용성이 높은 P-U 인텐시티 프로브를 이용하여 측정하였다[1]. 측정은프런트 도어를 제외한 나머지 영역을 폴리우레탄 폼과 헤비레이어로 처리하여 관심 영역 이외의 영역으로부터의 소음 에너지 유입을 차단한 경우와 아닌 경우로 나누어 진행하였다.
- 또한, 프런트 도어를 Fig.7 과 같이 glass(GLS), panel(PNL), upper weather strip(UWS), lower weather strip(LWS)의 4 개 영역으로 나누어 각각의 영역에 대하여 음향 인텐시티 시험을 수행함으로써 각 영역의 소음 차단 성능을 파악하고자 하였다. 시험 시 시험 영역을 제외한 나머지 영역을 동일하게 폴리우레탄 폼과 헤비레이어로 처리하여 타 영역으로부터의 소음 유입을 차단하였다.
- 마지막으로 전체 주파수응답함수의 경우, 외부 소음원으로부터 내부 귀위치까지의 전달함수를 의미하며, 외부 주파수응답함수 시험 시와 동일하게 volume acceleration source 를 배치하고 내부 주파수응답함수 시험 시의 source 위치에 1 채널의 마이크로폰을 배치하여 그 전달함수를 구하였다.
- 마지막으로 통계적인 에너지 기법을 이용하여 프런트 도어의 해석 모델을 구성하였으며 이로부터 소음투과손실을 예측하였다. 해석과 시험 결과들과 비교하여 해석적인 기법이 두 개의 잔향실법의 시험결과와 3dB 내에서 일치함을 확인하였다.
- 본 연구에서는 in-situ 상태에서 프런트 도어의 소음투과손실을 구하는 방법과 구한 소음투과손실 시험결과를 검증하는 방법을 제시하고자 하였다. 먼저 잔향실-무향실법과 유사한 시험 조건으로 완성차를 구성한 후 in-situ 소음투과손실을 측정하였다. 추가적으로 프런트 도어 내/외부에 음원을 배치하여 각각의 소음전달함수를 측정하였으며 이로부터 재구성한 소음투과손실 결과를 in-situ 소음투과손실 시험 결과와 비교하여 in-situ 방법의 신뢰성을 검증하고자 하였다.
- 먼저, 내부 주파수응답함수의 경우는 내부 판넬로 부터 귀 위치까지의 전달함수를 의미하며, 시험 시 reciprocity theory 를 이용하여 Fig.2 와 같이 귀 위치에 volume acceleration source 를 배치하고 내부 판넬에 마이크로폰을 부착하여 전달함수를 구하였다. 마이크로폰은 도어 글라스에 4 개 그리고 판넬에 4개로 총 8 채널을 이용하였다.
- 먼저, 차 실내의 잔향 성능을 체크하기 위하여 실내 음압 레벨을 8 개의 마이크로폰을 랜덤하게 배치하는 방법(discrete points 방법)과 1 개의 마이크로폰을 랜덤하게 회전시키는 방법(space average 방법) 두 가지로 측정하였으며 그 결과는 Fig.5 와 같다. 시험 결과로부터 630Hz 이하의 영역에서는 충분한 잔향장이 형성되지 않았으며 이 이상의 주파수 영역이 in-situ 방법에서 유효한 영역임을 확인할 수 있었다.
- 소음투과손실을 구하기 위한 시험방법들 중에서 시험 시간이나 비용 측면 유리한 in-situ 방법의 신뢰성을 검증하기 위한 새로운 기법을 제시하였으며, 이를 프런트 도어의 소음투과손실 시험에 적용하였다. In-situ 시험과 검증 시험의 결과를 비교함으로써 3dB 내에서 잘 일치함을 알 수 있었으며, 이로부터 in-situ 시험 결과의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
- 마이크로폰은 도어 글라스에 4 개 그리고 판넬에 4개로 총 8 채널을 이용하였다. 시험 시 소음원으로부터의 직접음을 제외한 반사음을 차단하기 위하여 프런트 도어를 제외한 차량 내부에 50mm 이상의 폴리우레탄 폼을 배치하였다.
- 7 과 같이 glass(GLS), panel(PNL), upper weather strip(UWS), lower weather strip(LWS)의 4 개 영역으로 나누어 각각의 영역에 대하여 음향 인텐시티 시험을 수행함으로써 각 영역의 소음 차단 성능을 파악하고자 하였다. 시험 시 시험 영역을 제외한 나머지 영역을 동일하게 폴리우레탄 폼과 헤비레이어로 처리하여 타 영역으로부터의 소음 유입을 차단하였다. Fig.
- 시험은 음원실을 스피커를 이용하여 랜덤 가진하고 음원실과 수음실 각각에 두 개의 마이크로폰을 배치하여 각 실의 소음 레벨을 측정하였다.
- 시험은 차량의 프런트 도어에 대하여 in-situ 소음투과손실 시험과 주파수응답함수로부터 소음투과 손실을 검증하는 시험 그리고 두 개의 잔향실법을 이용한 시험으로 나누어 진행하였다.
- 음원실과 수음실은 “ acoustic cavity ” 로 모델링 하였으며, 음원실의 스피커는 “ user defined power” 를 이용하였다.
- 완성차 상태에서 소음투과손실을 구하기 위하여 잔향실-무향실법을 이용하였다. 이를 위하여 차량을 무향실에 위치하여 외부를 무향실 조건으로 만들었으며, 차량 내부 흡음에 크게 기여하여 전/후 좌석을 제거하여 실내를 잔향실과 유사한 조건으로 만들었다.
- 다음으로 차량 외부의 음향 인텐시티 시험의 경우, 기존의 P-P 인텐시티 프로브에 비하여 측정면 외부의 소음원으로부터 기인한 배경소음에 영향을 적게 받으며 센서의 크기가 작아서 활용성이 높은 P-U 인텐시티 프로브를 이용하여 측정하였다[1]. 측정은프런트 도어를 제외한 나머지 영역을 폴리우레탄 폼과 헤비레이어로 처리하여 관심 영역 이외의 영역으로부터의 소음 에너지 유입을 차단한 경우와 아닌 경우로 나누어 진행하였다. 음향 인텐시티 측정은 ISO 9614-2:1996 에 따라서 시험이 용이하고 시험 시간을 줄일 수 있는 scanning 방법을 이용하였다[2].
대상 데이터
- 도어 판넬의 경우, 내/외 차체 판넬 뿐만 아니라 내부의 트림까지도 “ plate ” 를 이용하여 상세 모델링 하였다.
- 2 와 같이 귀 위치에 volume acceleration source 를 배치하고 내부 판넬에 마이크로폰을 부착하여 전달함수를 구하였다. 마이크로폰은 도어 글라스에 4 개 그리고 판넬에 4개로 총 8 채널을 이용하였다. 시험 시 소음원으로부터의 직접음을 제외한 반사음을 차단하기 위하여 프런트 도어를 제외한 차량 내부에 50mm 이상의 폴리우레탄 폼을 배치하였다.
데이터처리
- 이를 위하여 통계적인 에너지 기법[4]을 이용한 상용화된 해석 소프트웨어인 VA One 2007 의 AutoSEA 모듈을 이용하였다. 또한, 통계적 에너지 기법에서 중요한 인자인 각 판넬의 손실계수는 상용 소프트웨어인 SEA-XP 를 이용하여 구한 시험 결과를 이용하였다[5].
- 추가적으로, 잔향실-잔향실법으로 구한 소음투과손실 시험결과와 상용 해석 소프트웨어인 VA One을 이용하여 구한 해석결과를 in-situ 시험 결과와 비교하였다.
- 해석적인 방법을 이용해 구한 소음투과손실 결과를 시험적인 방법들로 구한 소음투과손실과 비교하였으며 이는 Fig.14 와 같다. 해석적인 방법의 경우, 두 개의 잔향실법으로부터 구한 시험결과와 3dB 내에서 거의 유사한 값을 가지며 in-situ 방법의 시험 결과와는 500Hz 이하의 저주파수 영역을 제외한 나머지 영역에서 유사한 결과를 보였다.
이론/모형
- 다음으로는 구조체의 소음투과손실 관련 국제 표준인 ASTM E90 에 따라서 두 개의 잔향실법을 이용하여 소음투과손실 시험을 수행하였다[3]. Fig.
- 또한, 실내 음압 측정을 위한 두 방법을 비교하였을 때, space average 방법이 시험이 용이하고 시험 반복에 따른 재현성이 높은 장점을 가지며 시험결과도 discrete points 방법의 8 채널 평균 결과와 3dB 내에서 잘 일치함을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서는 차실 내부 음압 측정을 위하여 space average 방법으로 시험을 진행하였다.
- 완성차 상태에서 소음투과손실을 구하기 위하여 잔향실-무향실법을 이용하였다. 이를 위하여 차량을 무향실에 위치하여 외부를 무향실 조건으로 만들었으며, 차량 내부 흡음에 크게 기여하여 전/후 좌석을 제거하여 실내를 잔향실과 유사한 조건으로 만들었다.
- 측정은프런트 도어를 제외한 나머지 영역을 폴리우레탄 폼과 헤비레이어로 처리하여 관심 영역 이외의 영역으로부터의 소음 에너지 유입을 차단한 경우와 아닌 경우로 나누어 진행하였다. 음향 인텐시티 측정은 ISO 9614-2:1996 에 따라서 시험이 용이하고 시험 시간을 줄일 수 있는 scanning 방법을 이용하였다[2].
- 이를 위하여 통계적인 에너지 기법[4]을 이용한 상용화된 해석 소프트웨어인 VA One 2007 의 AutoSEA 모듈을 이용하였다. 또한, 통계적 에너지 기법에서 중요한 인자인 각 판넬의 손실계수는 상용 소프트웨어인 SEA-XP 를 이용하여 구한 시험 결과를 이용하였다[5].
성능/효과
- 소음투과손실을 구하기 위한 시험방법들 중에서 시험 시간이나 비용 측면 유리한 in-situ 방법의 신뢰성을 검증하기 위한 새로운 기법을 제시하였으며, 이를 프런트 도어의 소음투과손실 시험에 적용하였다. In-situ 시험과 검증 시험의 결과를 비교함으로써 3dB 내에서 잘 일치함을 알 수 있었으며, 이로부터 in-situ 시험 결과의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
- 10 과 같다. 각각의 결과를 비교하면 넓은 주파수 영역에서 3dB 내에서 거의 유사한 결과를 보임을 알 수 있으며 이로부터 in-situ 소음투과손실 시험결과가 신뢰할 만한 수준임을 확인할 수 있다.
- 다음으로는 in-situ 시험 결과를 두 개의 잔향실법으로 구한 소음투과손실과 비교하였으며, 630Hz 이상의 영역에서는 두 방법이 3dB 내에서 유사한 결과를 보임을 알 수 있었다. In-situ 방법의 경우, 음원실로 이용되는 차량 실내 공간이 저주파수 영역에서 충분한 잔향 공간이 되지 않으므로 이러한 결과가 나타난 것으로 사료된다.
- 시험 결과로부터 630Hz 이하의 영역에서는 충분한 잔향장이 형성되지 않았으며 이 이상의 주파수 영역이 in-situ 방법에서 유효한 영역임을 확인할 수 있었다. 또한, 실내 음압 측정을 위한 두 방법을 비교하였을 때, space average 방법이 시험이 용이하고 시험 반복에 따른 재현성이 높은 장점을 가지며 시험결과도 discrete points 방법의 8 채널 평균 결과와 3dB 내에서 잘 일치함을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서는 차실 내부 음압 측정을 위하여 space average 방법으로 시험을 진행하였다.
- 5 와 같다. 시험 결과로부터 630Hz 이하의 영역에서는 충분한 잔향장이 형성되지 않았으며 이 이상의 주파수 영역이 in-situ 방법에서 유효한 영역임을 확인할 수 있었다. 또한, 실내 음압 측정을 위한 두 방법을 비교하였을 때, space average 방법이 시험이 용이하고 시험 반복에 따른 재현성이 높은 장점을 가지며 시험결과도 discrete points 방법의 8 채널 평균 결과와 3dB 내에서 잘 일치함을 알 수 있다.
- 마지막으로 통계적인 에너지 기법을 이용하여 프런트 도어의 해석 모델을 구성하였으며 이로부터 소음투과손실을 예측하였다. 해석과 시험 결과들과 비교하여 해석적인 기법이 두 개의 잔향실법의 시험결과와 3dB 내에서 일치함을 확인하였다.
- 14 와 같다. 해석적인 방법의 경우, 두 개의 잔향실법으로부터 구한 시험결과와 3dB 내에서 거의 유사한 값을 가지며 in-situ 방법의 시험 결과와는 500Hz 이하의 저주파수 영역을 제외한 나머지 영역에서 유사한 결과를 보였다.
후속연구
- 으로 나누고 정리하여 주파수응답함수로 표현하면 식(2)와 같다. 이는 각각의 주파수응답함수로부터 소음투과손실을 재구성할 수 있음을 의미하며, 재구성된 소음투과손실을 in-situ 방법의 결과와 비교함으로써 그 신뢰성을 검증하는 방법으로 사용될 수 있음을 의미한다.
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