사단법인한국소음진동공학회 The Korean Society for Noise and Vibration Engineering

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실제 음을 방사하는 음원을 1차 음원으로 할 경우, 벽에서 반사되어 나오는 음은 2차 음원에서 방사되는 음으로 생각할 수 있다. 여기서 이 2차 음원을 가상 음원이라 하는데 무한한 강체 벽면이 있을 경우, 이 벽면을 중심으로 실제 음원과 대칭인 위치에 존재하는 가상 음원으로 대체할 수 있다.

Impact

고유 진동 특성을 파악하기 위하여 가진을 하게 되는데, 일반적으로 사용되어지는 가진 방법이 충격이다. 이상적으로 충격 가진을 하면 임의의 주파수 성분이 전 주파수에 걸쳐 일정한 크기를 가지므로 출력 값은 진동계의 고유 진동 특성이 된다. 그러므로 이와 같은 충격으로 가진을 함으로써 계의 진동 특성을 파악할 수 있다. 실제로 충격을 가하는 경우에는 이상적인 충격과는 달리 상당한 접촉시간을 가지는 충격이 되기 마련인데 이 접촉 시간이 길수록 가진 할 수 있는 주파수 범위는 저주파 영역으로 제한된다.

Impact Hammer

많은 경우에 계의 고유 진동 특성을 찾기 위하여 충격 가진 실험을 수행하게 된다. 충격 망치는 충격 가진(impact excitation)을 위한 장비로서 구조는 망치의 앞에 힘 변환기(force transducer)가 부착되어 있고 끝에 여러 종류의 팁(tip)을 부착할 수 있게 되어 있다. 이 팁(tip)에 의해서 진동계에 가해지는 충격 신호의 주파수 범위를 조절할 수 있으며 힘 변환기(force transducer)로써 충격 신호를 측정하게 된다.

Impact Hammer

Impact Noise

총소리, 풍선 터지는 소리 또는 망치 소리와 같은 충격적인 음압의 변화에 의한 소리를 뜻한다. 충격 소음의 특성은 여파되지 않은 피크 음압의 레벨, 상승 시간(rise time), 지속 시간 및 주파수 스팩트럼이다. 귀로 느끼는 소음도는 약 200 msec 동안의 음에너지를 적분한 값으로 느끼기 때문에 충격음의 크기는 200 msec 내에서는 지속 시간에 비례하여 높아진다. 높은 소음에 대해서 귀는 반사 작용으로 최고 20 dB 정도까지 저감시킬 수 있지만 반사 지연 시간이 있기 때문에 자극을 받은 후 30 msec 또는 40 msec 후에 반사를 일으켜 충분한 보호 작용을 하는 데는 150 ms 이상을 필요로 한다.
따라서, 상승 시간이 매우 짧은 폭음과 같은 충격음에 대하여 보호를 할 수 없으므로 청력 손상을 입을 수 있다. 충격음을 측정하기 위해서는 충격음에 정확히 적응할 수 있는 능력 즉, 10 내의 상승 시간과 고주파수까지의 위상 응답 및 주파수 응답이 좋아야 한다. 아래 그림은 반사면이 없는 공간에서의 폭음과 같은 충격음을 나타내고 있다.

충격 소음의 응답 곡선

참고) Impulsive Noise

Impedance Matching

전기계, 기계계, 음향계 등에서 서로 다른 두 개의 계가 연결될 때 두 개의 계가 동일한 임피던스를 갖도록 하는 것을 의미한다. 임피던스가 불연속인 면에서는 음파의 반사가 일어나므로 임피던스 정합에 의하여 음파가 반사하지 않으면서 전달되게 할 수 있다. 참고) 임피던스 부정합(impedance mismatching)

Impedance Mismatching

파동의 진행 방향으로 매질 또는 관로의 임피던스가 불연속적으로 변화하는 것을 뜻한다. 단순 확장관과 같은 소음기의 경우가 이러한 원리를 실질적으로 이용한 경우이다.

예)

1 : 원소음
2 : A면의 임피던스 부정합에 의하여 발생한 반대파
3 : 원소음 중 투과된 음
4 : 투과된음중 B면의 임피던스 부정합에 의하여 반사된 음
5 : 투과된 음 3 중 B면을 통과(투과)한 음

Impedance Tube

재료의 음향 임피던스 및 수직입사 흡음률을 측정하기 위한 관을 나타내는 용어. 관의 끝단에 시료를 부착하여 다른 단에 음을 가하면 관 내에 정재파 음장이 생긴다. 두 지점에서 음압을 측정하면 시료로 입사하는 음과 반사하는 음을 분해할 수 있으므로 시료의 음향 임피던스와 흡음률을 계산할 수 있다. 순음을 가하여 주파수별로 측정하는 것은 시간이 많이 걸리므로 광대역 음원을 사용하여 신호 처리를 함으로서 여러 주파수를 동시에 측정하는 것이 편리하다. 음장도 두 개의 마이크로폰을 사용하여 동시에 측정하는 방법과 기존 음원과의 전달 함수를 두 지점에서 각각 구하여 처리할 수 있는 방법이 있다. 관의 직경에 따라서 측정 가능한 주파수 범위가 결정되며 관의 두께 및 내면 조건에도 유의하여야 한다.

Impulse

아래와 같이 임의의 계에 가해진 힘의 시간에 대한 적분을 충격(impulse)이라 한다.

일반적으로 매우 짧은 시간동안 매우 큰 크기의 힘이 작용하므로 시간에 대한 적분값은 유한한 값을 가지게 된다. 만약 신호의 관점에서 본다면 임의의 시간에 무한대 크기의 신호가 있고 나머지는 신호가 없는 형태를 말한다. 즉 수학적인 델타(delta) 함수와 같은 신호를 의미한다. 이는 주파수 영역에서 모든 주파수의 값이 일정한 특성을 가지고 있으므로 계의 고유 특성을 파악하고자 할 때 입력으로 널리 사용되어진다.
즉 델타함수는 모든 주파수에서 동일한 크기를 갖는다.

Impulse Response

임의의 동력학계에 충격(impulse) 입력이 주어질 경우 나타나는 출력을 말한다. 수학적으로 충격 응답(impulse response)을 나타낸다면 다음과 같은 자유 진동의 응답(response)에서 초기 변위가 없고 초기 속도만 있는 경우의 계의 응답과 같다.

초기 속도만이 충격 응답에서 나타나는 물리적인 이유는 충격에 의하여 운동량의 변화가 발생하여야 한다는 뉴톤 법칙에서 이해할 수 있다. 운동량의 변화는 질량과 속도의 곱으로서 표현된다. 또한 충격은 모든 주파수 성분을 동일하게 포함하고 있기 때문에 충격 응답(impulse response)은 그 계의 고유 특성을 나타낸다고 할 수 있다.

Impulsive Noise

Impact Noise(충격 소음)와 동일