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제안 방법
- 400 – 1000 Hz 의 bandlimited white noise를 외부 소음원을 모사하기 위한 스피커로 재생하여 성능검증 실험을 수행하였다.
- 는 각각 x축과 y축 z축방향으로의 파수이다. Baffled 창문 모델을 적용하여 계산된 개루프 제어 이득값을 이용하여 단일 주파수 및 광대역 주파수 소음원에 대해 건물환경을 모사한 축소 모형에서 성능을 검증하였다(12).
- 4m 떨어진 곳에 위치하며 외부 소음원의 방향에 따른 제어 성능을 비교하기 위해서 창문에 수직한 방향을 기준으로 0°, 30°, 60°에 위치시켜 실험하였다. 각 방향에 대한 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값을 주파수 영역에서 계산하였으며, 이를 dSPACE 1103 제어기에 구현하기 위해서 이산 역 푸리에 변환을 통해 필터 길이가 50인 FIR 필터로 계산하였다. 제어 과정에서 샘플링 주파수는 10kHz이었다.
- 1과 같다. 건물 내부 제어영역에서 소음을 저감시키기 위해서 창문 외부에 설치되어 있는 마이크로폰과 창문 내 가장자리에 설치되어 있는 제어 스피커를 이용한 개루프 제어방법을 적용하였다. 건물 내부의 음장 측정이 불가능하기 때문에 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값은 반 무한 공간으로 가정한 내부 공간에서 이상적인 창문 모델과 단극음원으로 모델링 된 제어음원을 음 파워 관점에서 소음원과 제어음원이 병치 (collocation) 되도록 계산하였다.
- 건물 내부 제어영역에서 소음을 저감시키기 위해서 창문 외부에 설치되어 있는 마이크로폰과 창문 내 가장자리에 설치되어 있는 제어 스피커를 이용한 개루프 제어방법을 적용하였다. 건물 내부의 음장 측정이 불가능하기 때문에 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값은 반 무한 공간으로 가정한 내부 공간에서 이상적인 창문 모델과 단극음원으로 모델링 된 제어음원을 음 파워 관점에서 소음원과 제어음원이 병치 (collocation) 되도록 계산하였다. 이를 위해 반 무한 공간에서 창문을 둘러싸는 반지름 r의 반 구면을 통과하는 소음원과 제어음원에 의한 음파워를 목적함수로 정의하였다.
- . 능동 소음제어 창문은 건물환경의 특수성을 고려하여 제어영역인 건물 내부에 오차 마이크로폰을 설치하지 않기 위해서 창문 외부에서 설치된 마이크로폰과 창문 가장자리에 설치되어 있는 제어 스피커를 이용한 개루프 제어 방법을 적용하였다. 기존의 연구에서는 개루프 제어 이득값을 계산함에 있어 창문의 두께를 무시한 Baffled 창문 모델을 적용하였다.
- 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값을 계산함에 있어 Baffled 창문 모델과 유한 두께 창문 모델을 적용한 경우의 성능을 비교하기 위해서 건물환경을 모사한 축소모형에서 실험을 수행하였다. 실험 환경은 Fig.
- 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값을 계산함에 있어 Baffled 창문 모델대신 실제 창문과 유사한 두께를 갖는 창문 모델을 이용하여 내부 음장을 예측하고자 한다. 유한 두께를 갖는 창문 모델은 일반적으로 음향 투과 손실에 대한 이론적 해석을 위해 다양한 연구에서 제안되었다(14, 15).
- 하지만 일반적은 창문에는 창틀에 해당하는 두께가 존재하기 때문에 이를 고려할 수 있는 모델을 Sgard가 제안한 유한 두께 개구면 모델을 기반하여 유도하였으며, 유도된 모델을 이용하여 제어 이득값을 계산하였다. 두 모델에 의해 계산된 제어 이득값을 이용하여 건물환경을 모사한 축소모형에서 Bandlimited white noise 외부 소음에 대해 소음원의 방향에 따른 축소모형 내 음압 레벨 차이를 비교하는 실험을 수행하였다. 실험 결과 유한 두께 창문 모델을 적용한 경우가 Baffled 창문 모델을 적용한 경우보다 제어 성능이 우수했으며, 외부 소음원의 방향이 한쪽으로 치우칠수록 고주파수 대역까지 창문 두께에 대한 영향이 나타남으로 이를 고려한 경우가 제어 성능이 우수함을 확인하였다.
- 제어 과정에서 샘플링 주파수는 10kHz이었다. 또한 제어기의 참조신호는 창문 외부에 설치된 마이크로폰을 이용하여 직접 측정하지 않고 소음원 스피커의 입력신호를 사용하였다.
- 유한 두께를 갖는 창문 모델은 일반적으로 음향 투과 손실에 대한 이론적 해석을 위해 다양한 연구에서 제안되었다(14, 15). 본 논문에서는 Sgard 등이 제안한 유한 두께 개구면 모델에 기반하여 유한 두께 창문 모델을 유도하고 이를 이용해 내부 음장을 예측한다.
- 본 연구에서는 기존 연구에서 제안된 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값을 계산함에 있어 적용된 창문 모델에 따른 제어 성능을 축소모형 실험을 통해 비교하였다. 기존의 연구에서는 창문의 두께를 무시한 Baffled 창문 모델을 적용하여 내부 공간의 음장을 예측하고 제어 이득값을 계산하였다.
- 스피커는 창문에서 1.4m 떨어진 곳에 위치하며 외부 소음원의 방향에 따른 제어 성능을 비교하기 위해서 창문에 수직한 방향을 기준으로 0°, 30°, 60°에 위치시켜 실험하였다.
- 외부 소음원의 관심 주파수 대역은 창문의 크기와 제어 스피커의 주파수 응답 함수를 고려하여 400 – 1000 Hz로 정하였다.
- 건물 내부의 음장 측정이 불가능하기 때문에 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값은 반 무한 공간으로 가정한 내부 공간에서 이상적인 창문 모델과 단극음원으로 모델링 된 제어음원을 음 파워 관점에서 소음원과 제어음원이 병치 (collocation) 되도록 계산하였다. 이를 위해 반 무한 공간에서 창문을 둘러싸는 반지름 r의 반 구면을 통과하는 소음원과 제어음원에 의한 음파워를 목적함수로 정의하였다. 목적함수를 최소화하는 제어음원의 최적 제어 이득값 k는 주파수 영역에서 식 (1)과 같이 계산된다(12).
- Ise 는 경계면 제어 이론을 적용하여 창문면에 설치되어있는 16 개의 스피커와 오차마이크로폰을 이용하여 창문을 통해 유입되는 소음을 저감시킬 수 있는 기술을 제안하였다(8). 이를 통해 200-700 Hz 소음에 대해 약 10 dB 소음 저감 효과를 실험을 통해 검증하였다. 하지만 이와 같은 소음제어 방법은 창문 본연의 기능을 상실시키기 때문에 실용성 면에서 문제가 있다.
- 제어 성능을 정량적으로 나타내기 위해서 축소 모형 내부 등 간격으로 배치된 64개의 마이크로폰을 이용하여 제어 전·후의 음압을 측정하여 평균 음압 레벨 차이를 계산하였다.
- 1과 같이 등 간격으로 위치되도록 하였다. 제어 스피커 시스템에 의한 영향을 보상할 수 있는 역필터는 사전 실험을 통해 미리 계산하였으며, 이를 제어 음 계산 시 적용하였다. 외부 소음원의 관심 주파수 대역은 창문의 크기와 제어 스피커의 주파수 응답 함수를 고려하여 400 – 1000 Hz로 정하였다.
- 2 m3의 직육면체이다. 축소 모형에서 창문의 크기는 가로 X 세로 0.3 X 0.3 m2이고, 축소모형의 창문 가장자리에 제어 스피커(SAMMISOUND NDU-75)를 직접 설치할 수 없어서 Fig. 3의 오른쪽 아래 그림과 같이 스피커와 덕트로 이뤄진 제어 스피커 시스템을 제작하여 스피커의 위치가 창문 가장자리에 Fig. 1과 같이 등 간격으로 위치되도록 하였다. 제어 스피커 시스템에 의한 영향을 보상할 수 있는 역필터는 사전 실험을 통해 미리 계산하였으며, 이를 제어 음 계산 시 적용하였다.
- 기존의 연구에서는 개루프 제어 이득값을 계산함에 있어 창문의 두께를 무시한 Baffled 창문 모델을 적용하였다. 하지만 실제 창문에는 창문 틀에 의한 두께가 존재하기 때문에 본 논문에서는 창문 두께를 고려한 창문 모델을 적용하여 개루프 제어 이득값을 계산하고 그 Baffled 창문 모델과의 성능을 축소 모형 실험을 통해 비교하였다.
- 기존의 연구에서는 창문의 두께를 무시한 Baffled 창문 모델을 적용하여 내부 공간의 음장을 예측하고 제어 이득값을 계산하였다. 하지만 일반적은 창문에는 창틀에 해당하는 두께가 존재하기 때문에 이를 고려할 수 있는 모델을 Sgard가 제안한 유한 두께 개구면 모델을 기반하여 유도하였으며, 유도된 모델을 이용하여 제어 이득값을 계산하였다. 두 모델에 의해 계산된 제어 이득값을 이용하여 건물환경을 모사한 축소모형에서 Bandlimited white noise 외부 소음에 대해 소음원의 방향에 따른 축소모형 내 음압 레벨 차이를 비교하는 실험을 수행하였다.
대상 데이터
- 능동 소음제어 창문의 개루프 제어 이득값을 계산함에 있어 Baffled 창문 모델과 유한 두께 창문 모델을 적용한 경우의 성능을 비교하기 위해서 건물환경을 모사한 축소모형에서 실험을 수행하였다. 실험 환경은 Fig. 3과 같으며, 축소모형의 크기는 가로 X 세로 X 높이 1.2 X 1.5 X 1.2 m3의 직육면체이다. 축소 모형에서 창문의 크기는 가로 X 세로 0.
이론/모형
- 능동 소음제어 창문은 건물환경의 특수성을 고려하여 제어영역인 건물 내부에 오차 마이크로폰을 설치하지 않기 위해서 창문 외부에서 설치된 마이크로폰과 창문 가장자리에 설치되어 있는 제어 스피커를 이용한 개루프 제어 방법을 적용하였다. 기존의 연구에서는 개루프 제어 이득값을 계산함에 있어 창문의 두께를 무시한 Baffled 창문 모델을 적용하였다. 하지만 실제 창문에는 창문 틀에 의한 두께가 존재하기 때문에 본 논문에서는 창문 두께를 고려한 창문 모델을 적용하여 개루프 제어 이득값을 계산하고 그 Baffled 창문 모델과의 성능을 축소 모형 실험을 통해 비교하였다.
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