스피커와 배리어의 상호작용을 고려한 이론적인 제어필터를 이용한 원형 능동형 노이즈 배리어

Aug 10, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2649(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

특정 실외 공간의 소음 저감을 위해 실시간 적응 없이 이론적으로 계산된 제어 필터를 사용한 원형 능동형 소음 차단벽을 제안하였다. 이동식 시스템은 작업 공간의 위치 변화에 대응하기 위해 컴팩트한 원형 배리어를 사용하고, 배리어 주변에 배치된 제어 스피커를 통해 능동형 소음 제어를 수행하여 넓은 주파수 대역의 소음을 줄일 수 있습니다. 그러나 제어 스피커와 장벽 사이의 상호 작용을 무시하는 극도로 단순화된 이론 모델로 인해 실험적인 고정 필터를 사용하여 달성한 최대 성능과 비교하면 상당한 성능 차이가 있었습니다. 따라서 본 연구에서는 이론적으로 계산된 제어필터를 적용할 때 성능저하를 최소화하고자 노력하였다. 제어 스피커와 배리어 사이의 상호 작용을 고려하여 소음 감소 성능을 향상시키기 위한 또 다른 이론적 모델을 도입합니다. 실험을 통해 관심 주파수에서 약 2.6dB 정도 소음 저감 성능이 향상되는 것을 확인하였다.

산업 현장의 소음 문제는 더욱 다양화되고 심각해지고 있으며, 소음 규제가 더욱 엄격해짐에 따라 소음 감소가 더욱 중요한 문제로 대두되고 있습니다. 휴게실, 업무 공간 등 다양한 공간에서 발생하는 소음은 스트레스, 산만함, 청력 상실1을 유발할 수 있으며, 산업 현장의 많은 근로자들은 장기간 큰 소음에 노출됩니다. 노이즈 배리어는 노이즈를 감소시키기 위해 사용될 수 있지만, 회절된 노이즈로 인해 저주파 대역의 노이즈 감소에는 효과적이지 않습니다. 저주파 대역의 소음 저감을 강화하기 위해 배리어에 ANC(Active Noise Control)7를 적용한 액티브 노이즈 배리어2,3,4,5,6가 연구되었다. 스피커와 에러 마이크를 배리어 위에 배치함으로써 ANC를 통해 저주파수 대역의 회절 소음을 줄입니다. 능동형 소음 차단벽의 성능을 향상시키기 위해 마이크와 스피커의 배치8,9, 제어 필터 획득 방법10,11, 단방향 제어 소스12를 사용하는 방법이 연구되었습니다. 그러나 반무한장벽을 이용한 능동형 소음장벽은 가격이 비싸고 설치공간이 많이 필요하다. 또한, 이동이 어렵기 때문에 고정된 환경에만 적용 가능하다.

이러한 문제를 해결하기 위해 이론적으로 계산된 제어 필터13,14,15를 이용한 원형 능동형 소음 차단벽을 제안하여 전역 소음 감소 대신 특정 실외 공간의 소음을 감소시켰다. 원형 능동형 소음 차단벽은 작업 공간이나 휴게 공간 등 개별 대상 공간의 소음을 줄이는 것을 목표로 콤팩트한 원형 차단벽과 차단벽 주변에 배치된 제어 스피커로 구성됩니다. 준무한장벽에 비해 비용과 공간이 덜 필요하며, 이동 및 재설치가 가능합니다. ANC를 적용하기 위해 배치된 마이크가 작업자를 방해하기 때문에 대상 공간에 마이크를 배치하지 않고 이론적으로 계산된 제어 필터를 사용합니다. 이론적으로 계산된 제어 필터는 빠르게 교정이 가능하므로 노이즈 소스의 위치 변화나 대상 제어 공간의 변화에 ​​대응하기 쉽습니다.

그러나 이론적으로 얻을 수 있는 성능과 실험 결과 사이의 성능 차이는 상당합니다. 이전 연구13에서는 간단하게 적용할 수 있는 잡음 제어 방법을 제공하기 위해 극도로 단순화된 이론적 모델을 기반으로 제어 필터를 계산하였다. 단순화된 이론 모델과 실험 시스템의 차이로 인해 성능 저하가 발생합니다. 따라서 본 연구에서는 이론적으로 계산된 제어 필터를 원형 하이브리드 소음 제어 시스템에 적용할 때 발생하는 성능 저하를 최소화하고자 하였다. 주요 원인 중 하나인 제어 스피커와 장벽 사이의 상호 작용은 기존의 단순화된 이론 모델에서는 고려할 수 없으므로 또 다른 이론 모델을 도입합니다.