시뮬레이션과 청감실험을 통한 공연장 형태별 음향성능 비교분석

강찬우,한찬훈 한국음향학회 2023 韓國音響學會誌 Vol.42 No.3

In this study, the acoustic performance was analyzed by architectural shapes of the hall. There are four architectural shapes of halls. They are rectangular, horseshoe, surround, and fan-shape. Eight acoustic parameters were used to determine the acoustic performance. These are RT60, EDT, C80, BQI, LF, Gmid, G125 and ITDG. First, measurement data of famous concert halls around the world were analyzed. The correlation coefficient R was obtained by regression analysis of the relationship between the subjective ranking of the halls and the acoustic parameters. It was found that BQI, G, and ITDG have higher correlation coefficients R. Also the average of acoustic parameters for each architectural shape were obtained. The total acoustic performance for each shape was calculated by using the correlation coefficient R as a weight for each acoustic parameters. As a result, rectangular halls and horseshoe halls showed good acoustical performances. Second, 3D models of each architectural shape were created and acoustic simulation had been performed. The simulation was performed by creating 3D models of each four shapes of concert halls with the same volume and sound absorption coefficient. Listening test was carried out using the sound source which is created from impulse responses of 3D model. As a result, rectangular hall and horseshoe hall showed the best performance however surround hall and fan-shaped hall showed relatively poor performance. 본연구에서는 홀의 건축형태에 따른 음향성능을 분석하였다. 홀에는 4가지 건축 형태가 있다. 장방형, 말발굽형, 서라운드형(Surround), 부채꼴형이다. 음향성능을 분석하는데 RT60, EDT, C80, BQI, LF, Gmid, G125, ITDG 총 8 개의 음향인자를 사용하였으며 건축형태에 따른 음향성능을 연구하기 위해 두 가지 접근 방식을 사용하였다. 첫째 전세계 유명 콘서트홀의 측정 데이터를 분석하였다. 설문조사로 조사한 홀의 주관적 선호도와 측정된 음향 인자 사이의관계를 회귀 분석해 상관계수 R을 얻었으며 각 공연장 형태별 음향인자 측정데이터 평균을 구하였다. 각각의 음향 인자에 대한 가중치로 상관계수 R을 사용해 각 형태별 음향 성능을 계산하였다. 그 결과 장방형 홀과 말밥굽형 홀이 좋은음향 성능을 보였으나 부채꼴형 홀의 음향성능은 좋지 않았다. 둘째, 각 건축형태별 3D 모델을 만들어 음향 시뮬레이션을 수행했다. 동일한 체적과 흡음계수를 가지는 장방형, 말밥굽형, 서라운드형, 부채꼴형 3D 모델을 만들어 시뮬레이션을 진행해 음향인자 값을 산출하였다. 또한 형태별 3D 모델의 임펄스 응답을 사용해 가청화 시제를 만들어 청감실험을 진행하였다. 그 결과 장방형 홀과 말굽 홀이 가장 좋은 음향성능을 나타냈으며 서라운드형과 부채꼴형은 상대적으로 떨어지는 음향성능을 나타내었다.

위성 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구

박순홍 한국음향학회 2020 韓國音響學會誌 Vol.39 No.4

Acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launch vehicles are introduced in this paper. Various dynamic loads exerted on a launch vehicle during its operation are summarized. The acoustical design method of payload fairings which protect satellites from harsh launch environment was reviewed. Several acoustic research activities were performed to enhance the analytical prediction ability during the development period of the Naro and the Nuri launcher. Specifically, the following research activities are reviewed: a test and vibro-acoustic analysis of composite cylinders whose layup properties are varied, a research on low-frequency acoustic load reduction by an acoustic resonator array and an acoustic test on the cylinder part of the Naro payload fairing. A vibro-acoustic analysis result for the Nuri launcher was introduced and predicted acoustic and vibration levels and measured ones are shown to be in a good agreement. 본 논문은 우주 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구의 개요와 음향 해석 및 시험 기술의 국내 현황을소개하고 있다. 먼저 발사체 운용중에 받는 동하중에 대하여 요약, 정리하고 위성체를 보호하기 위한 페이로드 페어링의 음향 하중 저감 설계 및 해석 방법을 소개하였다. 나로호부터 현재 한국형발사체 페이로드 페어링까지 음향 보호시스템의 최적 설계를 위해 구조 진동-음향 연성 해석 성능의 향상을 도모하였으며, 이를 위한 연구 활동을 살펴보았다. 구체적으로 적층 구조가 다른 복합재료 실린더에 대한 음향 하중 저감 성능 해석 및 검증 시험, 음향 공명기 배열을 적용하기 위한 인클로저 음향 시험, 나로호 페어링 실린더부에 대한 음향 가진 시험 및 해석 등의 결과를 소개하였다. 현재개발중인 한국형 발사체(누리호)의 페이로드 페어링 음향 하중 저감 해석 및 시험 결과를 소개하였으며 해석 결과가실험 결과를 잘 예측함을 보였다.

콘서트 홀에서 선호되는 음향특성에 관한 연구

최영지,Choi Young-Ji 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.2

본 연구는 주관적 음향평가를 통하여 콘서트 홀에서 선호되는 음향특성과 중요한 음향지표 조사에 그 목적이 있다. 호주의 두 콘서트 홀 (이하 Hall A와 Hall B로 가칭함)에서 더미헤드 (Dummy Head)로 녹음된 음악을 이용하여 음향평가를 위한 청감실험을 통해 실시하였다. 평가된 두 콘서트 홀의 음향선호도는 측정된 음향지표와의 상관도를 분석하여 실제 홀에서의 음향평가에 기여하는 음향지표를 조사하였다. 청감실험에서 피험자들은 Hall B가 Hall A에 비해 음향적으로 우수하다는 결과를 보여주었으며, Hall A의 낮은 음향선호도는 전문음악가와의 인터뷰조사결과와 유사하였다. 두 콘서트 홀의 음향평가에 가장 중요한 음향지표는 음압레벨로 밝혀졌다. This study deals with a subjective assessment to investigate the preferred acoustic conditions and determine the important acoustical parameters in concert halls. A subjective test was carried out using dummy head recorded sounds made in actual halls in Australia (referred to as Hall A and Hall B) to evaluate the acoustic performance of two halls. The results of subjective tests were then correlated with measured acoustical parameters to investigate the significant determinants for the preference judgements. The listeners show a stronger Preference for seats in the Hall B than those in the Hall A. The low preferences for seats in the Hall A are in agreement with live performance ratings assessed by musicians. It is found that the sound level is the most significant acoustical parameter for evaluating the overall acoustic preference in the two halls.

열음향 냉동기의 설계 및 개발 : I. 내부공간의 음향해석 및 에너지 변환 예측

박철민,이정권,Park, Chul-Min,Ih, Jeong-Guon 한국음향학회 1996 韓國音響學會誌 Vol.15 No.5

열음향 냉동기의 설계시 요구되는 냉동기의 내부음장 특성을 예측하기 위해, 냉동기를 이루는 공명기 구조 및 선형화된 스피커의 모델에 대행 전달행렬기법을 이용하여 해석을 수행하였다. 여러 가지 기본 음향요소들의 전달행렬을 이용하여 공명기를 음향학적 요소들로 분해하고, 스피커의 선형화된 동특성 방정식과 함께 해석함으로써 음향요소들이 직렬로 배열되어 있는 공명기에 대한 음향특성을 얻어 내었다. 또한, 열음향 냉동기의 개발에 있어서 중요한 목표중 하나인 모세관 스택에서의 온도차이를 에너지 방정식을 이용하여 수치적으로 예측하였다. 한 개의 모세관 기공내에서의 음향일의 흐름, 열음향 흐름, 단위 길이당 에너지 손실 등을 단면변화함수를 이용해 표시한 후, 전체 스택에서의 에너지 흐름과 열평형을 고려하였다. 전체 스택에서의 에너지 흐름에 관한 식에 대하여, 내부음장 예측에 의해 구한 물리량을 이용하여, 수치적인 반복계산을 수행함으로써 온도비 및 성적계수를 예측할 수 있었다. 실제 설계된 공명기의 음향 특성의 해석결과가 실험과 잘 일치함을 관찰한 후, Hofler의 열음향냉동기에 대한 열음향 해석을 수행하여 실험결과와 잘 부합됨을 확인할 수 있었다. Acoustical characteristics of internal pipe structures and a loudspeaker of the thermoacoustic refrigerator are analyzed by using the transfer matrix method. The resonator system is dismantled into verious basic acoustic elements, and then linearized transfer matrices are serially combined with the dynamical system of linearized loudspeaker model, that the total system of thermoacoustic refrigerator can be analyzed in terms of frequency characteristics and acoustic field shape. Additionally, by using equations for energy flow through the capillary stack, the temperature distribution over the stack is numerically estimated. After expressing the acoustic work flow, thermoacoustic flow, and energy loss per unit length in a single capillary duct by using the transverse functional variations, overall energy flow rate and energy balance are obtained for the whole capillary stack. The final expression for energy flow through the stack is numerically evaluated by varying physical parameters obtained from the sound field analysis. After confirming good agreements between predicted and experimental results for the interior sound field of a refrigerator model, the thermoacoustic characteristics of Hofler's apparatus is analyzed by the proposed method and it is observed that the results agree well with Hofler's experimental results.

국악기의 음향방사특성에 따른 국악당의 음향성능조사

한찬훈,이원구,정철호,Haan Chan-Hoon,Lee Wangu,Jeong Cheol-Ho 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.8

현재 국악기의 음향특성에 대한 상세 정보가 매우 부족하여 국악당의 설계에 있어서 최적의 음향을 전달하는 공간을 형성하지 못하게 하는 한 원인이 되고 있다. 따라서, 대중적이고 대표적인 국악기의 음향특성을 측정하고 분류한 후 데이터베이스를 구축하면, (1) 향후의 국악 및 국악기 개발에 대한 기초연구로서 활용될 수 있으며, (2) 국악 전용 연주장의 설계에 있어서 입력 데이터로 요긴하게 활용될 수 있으리라 판단된다. 본 연구는 국악기의 음향방사특성을 조사하기 위한 제2단계의 연구로서, 기존의 연구[1]에 새로운 국악기 8종을 추가하였다. 선정된 국악기는 현악기중에서 거문고와 해금, 관악기 중에서 피리와 태평소, 타악기 중 북과 꽹가리, 징 및 남성 창으로, 원거리 (far-field) 음향 방사특성을 조사하였다. 무향실에서 시행된 지향특성실험을 통하여 얻은 국악기의 음향특성을 컴퓨터 시뮬레이션을 적용하여 국악기의 지향특성의 차이를 규명하고 또한 다양한 형태의 공간에 음원의 방사특성의 차이에 따른 실내음향성능의 변이를 조사하였다. 측정 결과, 국악기마다 주파수별 지향특성은 각기 다르게 나타났으며 무지향성 음원과 국악 음원을 사용하였을 때 음향 인자들 사이에 큰 차이를 보였다. 본 연구에서 제시된 데이터와 설계 방법론 등은 향후 국악원의 설계에 있어서 기본적인 자료로 활용될 수 있다고 기대된다. There have been always some difficulties in target setting and conditioning of acoustic performances or the Korean traditional music hall due mainly to the lack of the information on the sound radiation characteristics of Korean musical sources. As the 2nd experiment succeeding the previous study[1], the radiation characteristics of eight typical Korean traditional musical sources were investigated if precision. The selected musical sources were Geomungo, Haegeum (string), Piri, Taepyeongso (woodwind), Buk, Kwaengguari, Jing (drum), and male Pansori Chang (vocal Performance). The results show that the directivity pattern of each instrument is different and has their own directivity characteristics. Measured directional and spectral characteristics of traditional Korean music sources were implemented into the computation of architectural acoustic measures. Significant differences in the acoustic measures at receiver positions were observed between the results in using the omni-directional source and the directional one. In order to investigate the acoustical characteristics of the instruments depending on the spatial variation four different shapes of halls were introduced including rectangular, fan. horse-shoe and geometrical shapes. Room acoustical parameters such as RT, SPL, C80, LF, STI were calculated at each type or hall. As the results, It was found that the rectangular hall has the most high clarity. lateral energy and STI values among low shapes of halls. It is thought that the suggested source data and design method can be used as a basic reference in the future acoustic design of performance halls for the Korean traditional music.

3D 모델의 구체성이 건축음향 시뮬레이션 및 가청화시재에 미치는 영향

박찬재,한찬훈,Park, Chan-Jae,Haan, Chan-Hoon 한국음향학회 2011 韓國音響學會誌 Vol.30 No.1

본 논문은 건축음향 설계에 있어서 가장 많이 활용되고 있는 컴퓨터 시뮬레이션의 정밀도 향상을 위한 3차원 모델의 구체성에 대하여 연구하였다. 본 연구에서는 건축음향 시뮬레이션 프로그램인 odeon 6.5에서 제시하고 있는 transition order의 단계를 기준으로 3D 모델의 구체성을 총 4단계로 구분하였다. 각 실내마감재의 흡음률은 도면에 표기된 재료를 odeon의 material library 및 시험성적서를 참고해 입력하였으며 확산률은 odeon의 마감의 표면형태에 따른 권장치를 입력하였다. 또한 room setup 설정시 사용음선수를 동일하게 입력하였으며, trasition order는 각 모델의 유효표면수에 맞게 입력하였다. 실제 공연장에서 측정한 현장음향실험 결과를 기준으로 시뮬레이션 결과와 비교하여 물리적 음향인자 (음압레벨, 잔향시간, 명료도 등)의 오차를 분석하였다. 또한 가청화시재를 제작하여 현장에서 녹음한 음원과 청감실험을 통해 비교하여 주관적 음향인자 (잔향감, 명료함 등)별 유사 정도를 평가하였다. 물리적 음향인자 분석결과, 가장 구체적인 3D모델의 잔향시간 오차가 가장 작게 나타났으며 명료도의 경우 단순한 모델의 오차가 가장 작았다. 그러나 단순한 모델은 저주파수 대역의 오차가 상대적으로 매우 크게 나타남에 따라 3D 모델을 구체적으로 작성할수록 보다 정밀한 음향예측이 가능할 것으로 판단된다. 또한 주관적 청감실험 결과, 물리적 오차가 작을수록 가청화시재가 원음과 가장 유사하게 들린다고 응답함으로써 3D 모델의 구체성이 가청화시제 제작에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. The present study examined the effects of the complexity of the 3D models on the results of acoustic simulation which is the predominant tool of the acoustical design of buildings. Also, the effects of the 3D model on the auralized sounds were investigated. In order to carry out the study, four 3D models with different levels of complexity were introduced for a real auditorium which have different numbers of surfaces in the persuit of the guidance of odeon room acoustic software. The set-up of models was also based on the level of transition order of the program. And the acoustic experiments were performed measuring room acoustic parameters including SPL, RT, C80, D50. Acoustic computer simulations were performed using four different models. Then, the results of the computer modeling were compared with the measured acoustical parameters. In addition, sound sources were recorded in the field and auralized sounds were made in convolution with the impulse source made from acoustic modeling. Then, subjective tests were undertaken using auralized sounds. As the results, it was found that the result of the acoustic simulation were closer to the real room acoustic properties when 3D model was more particularly made. For the subjective test, the listening materials were acknowledged as similar with the real sound source when more complex 3D model was used. Then, it could be concluded that the complexity of the 3D model affects the results of the acoustic modeling as well as subjective tests.

다이버시티 기법을 이용한 서해에서의 음선 모델기반 수중음향통신 시스템

강지웅,김현수,안종민,정재학,Kang, Jiwoong,Kim, Hyeonsu,Ahn, Jongmin,Chung, Jaehak 한국음향학회 2016 韓國音響學會誌 Vol.35 No.1

본 논문은 서해의 수중음향 통신 네트워크의 물리계층에 적합한 수중음향통신 시스템을 제안한다. 서해정점의 해양 관측정보와 Bellhop 음선 추적프로그램을 이용하여 서해정점의 수중 채널 모델을 구하고 이 수중 채널 모델을 이용하여 통신 변수들을 산출하고 다이버시티 기법이 응용된 CDMA(Code Division Multiple Access)와 SC-FDM(Single Carrier-Frequency Division Multiplexing) 전송방식을 이용한 음향 통신시스템을 설계한다. 설계된 통신시스템의 성능을 검증하기 위해 여러 통신환경에 대한 비트 오류율과 데이터 전송률을 연산하고 이로부터 서해안에서 긴 지연시간을 가지는 수중 채널과 낮은 Eb/No에서 사용가능한 수중 음향통신 기법을 제안한다. This paper proposes an adequate UWA (Underwater Acoustic) communication system of underwater communication network in the Yellow Sea. UWA channel is obtained from Bellhop ray tracing method with Yellow Sea environments. Based on this channel, communication parameters for CDMA (Code Division Multiple Access) and SC-FDM (Single Carrier-Frequency Division Multiplexing) using diversity techniques are calculated. In order to prove the proposed methods, BER (Bit Error Rate) and data rate are obtained using computer simulations and the adequate communication system for long rms delay spread and low Eb/No environments is proposed from the simulation.

수중 음향 트랜스듀서의 임피던스 변화를 고려한 소나 송신기의 설계 및 출력 제어 기법

신창현,이윤호,안병선,윤홍우,권병진,김경섭,이정민 한국음향학회 2022 韓國音響學會誌 Vol.41 No.5

The active sonar transmission system consists of a transmitter that outputs an electrical signal and an underwater acoustic transducer that converts the amplified electrical signal into an acoustic signal. In general, the transmitter output characteristics are dependent on load impedance, and an underwater acoustic transducer, which is a transmitter load, has a characteristic that the electrical impedance varies largely according to frequency when driven. In such a variable impedance condition, the output of the active sonar transmission system may become unstable. Hence, this paper proposes a design and control technique of a sonar transmitter for transmitting a stable transmission signal even under variable impedance conditions of an underwater acoustic transducer in an active sonar transmission system. The electrical impedance characteristics of the underwater acoustic transducer are experimentally analyzed, and the sonar transmitter is composed of a single-phase full-bridge inverter, an LC filter, and a matching circuit. In this paper, the design and output control method of the sonar transmitter is proposed to protect the transmitter and transducer. It can secure stable output voltage characteristics even if it transmits the Linear Frequency Modulation (LFM) signal. The validity is verified through the simulation and the experiment. 능동 소나 송신시스템은 전기신호를 증폭하여 출력해주는 송신기와 증폭된 전기신호를 음향신호로 변환해주는 수중 음향 트랜스듀서로 구성된다. 일반적으로 송신기 출력 특성은 부하 임피던스에 의존적이며 송신기 부하인 수중 음향 트랜스듀서는 구동 시 전기적 임피던스가 주파수에 따라 크게 변화하는 특성을 갖는다. 이러한 가변 임피던스조건에서는 능동 소나 송신시스템의 출력이 불안정해질 수 있다. 이에 본 논문에서는 능동 소나 송신시스템에서 수중음향 트랜스듀서의 가변 임피던스 조건에서도 안정적인 송신 신호를 전송하기 위한 소나 송신기의 설계 및 제어 기법을 제안하였다. 수중 음향 트랜스듀서의 전기적 임피던스 특성은 실험적 방법으로 분석하였고, 소나 송신기는 단상 풀브릿지 인버터, LC 필터와 정합회로로 구성하였다. 실시간으로 부하 특성이 변하는 Linear Frequency Modulation (LFM) 신호를 송신하면서 송신기와 트랜스듀서를 보호하고 안정적으로 출력 전압 특성을 확보할 수 있는 소나 송신기의 설계 및 출력 제어 기법을 제안하였으며, 시뮬레이션과 실험을 통해 타당성을 검증하였다.

중장거리 다중송신채널 환경에서 수중음향통신 시뮬레이터 성능 분석 및 검증

박희진,김동현,김재수,송희천,한주영,Park, Heejin,Kim, Donghyeon,Kim, J.S.,Song, Hee-Chun,Hahn, Joo Young 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.6

최근 장거리 수중음향통신 연구가 활발하게 진행되고 있다. 장거리 수중음향통신 연구를 위한 해상실험은 해양환경의 영향을 크게 받고 높은 비용과 많은 시간이 소요된다. 따라서 장거리 환경에서 수중음향통신 시스템의 성능을 예측하고 검증하기 위한 시뮬레이터에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 장거리 수중음향통신 시뮬레이터의 개발을 목적으로 중장거리 다중송신환경에서 수중음향통신 시뮬레이터로서 VirTEX(Virtual Time series EXperiment)의 성능을 분석하고, 해상 실험 결과와 비교 검증하였다. 송신 신호는 탐침을 위한 Chirp신호와 16QAM 방식으로 변조된 통신 신호를 사용하였다. VirTEX를 통해 수신 신호를 모의하고 다중송신환경에 의해 발생하는 채널 간 간섭을 적응 수동형 시역전을 이용하여 보상하여 통신 성능을 분석하였다. 또한 2005년 7월 이탈리아의 Elba island 북쪽 해역에서 수행한 FAF05(Focused Acoustic Field 2005) 실험 데이터와 비교하여 이를 검증하였다. UAComm (Underwater Acoustic Communication) is an active research area, and many experiment has been performed to develop UAComm system. In this paper, we investigate the possibility of modifying and applying VirTEX (Virtual Time series EXperiment) to medium long range MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) UAComm of about 20 km range for the analysis and performance prediction of UAComm system. Since VirTEX is a time-domain simulator, the generated time series can be used in HILS (Hardware In the Loop Simulation) to develop UAComm system. The developed package is verified through comparing with the sea-going FAF05 (Focused Acoustic Field 2005) experimental data. The developed simulator can be used to predict the performance of UAComm system, and even replace the expensive sea-going experiment.

개선된 머리전달함수를 이용한 3차원 입체음향 성능 개선 연구

구교식,차형태,Koo, Kyo-Sik,Cha, Hyung-Tai 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.6

인간의 청각기관은 소리의 방향과 거리인지에 있어서 여러 가지의 정보들을 복합적으로 이용한다. 이러한 양 귀에 들어오는 소리세기의 차이, 위상의 차이, 그리고 주파수 스펙트럼의 차이 등의 정보들을 종합적으로 포함하고 있는 것이 머리전달함수 (HRIF: Head Related Transfer Function)이다. 2채널 음향재생 시스템에서 이 머리전달함수를 이용하여 다채널 입체음향을 재생하는 방법이 많이 쓰이고 있다. 그러나 머리전달함수의 비개인화적인 특성 때문에 양쪽 귀까지의 거리가 같아지는 혼돈원추 상에서는 앞/뒤 방향 지각에 대한 혼돈을 주게 됨으로써 입체감을 저하시키게 된다. 본 논문에서는 입체음향을 생성하기 위해 머리전달함수를 사용하는 과정예서 발생하는 혼돈원추 문제점을 해결하기 위한 알고리즘을 제안한다. 각 머리전달함수의 주파수 차 및 인간의 청각 특성을 이용하여 각 방향에 해당하는 머리전달함수의 주파수 스펙트럼 특성을 조절하였다. 본 알고리즘의 성능을 평가하기 위하여 음상정위 테스트 및 청감 테스트를 실시하였으며 실험 결과 헤드폰을 기반으로 한 2채널 입체음향 시스템에서 향상된 입체음향을 재생하였다. 더불어 구현된 입체음향의 음질의 열화도 적음을 확인할 수 있었다. To perceive the direction and the distance of a sound, we always use a couple of information. Head Related Transfer Function (HRTF) contains the information that sound arrives from a sound source to the ears of the listener, like differences of level, phase and frequency spectrum. For a reproduction system using 2 channels, we apply HRTF to many algorithms which make 3d sound. But it causes a problem to localize a sound source around a certain places which is called the cone-of-confusion. In this paper, we proposed the new algorithm to reduce the confusion of sound image localization. The difference of frequency spectrum and psychoacoustics theory are used to boost the spectral cue among each directions. To confirm the performance of the algorithm, informal listening tests are carried out. As a result, we can make the improved 3d sound in 2 channel system based on a headphone. Also sound quality of improved 3d sound is much better than conventional methods.