사단법인한국소음진동공학회 The Korean Society for Noise and Vibration Engineering

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Autocorrelation Function

자기 상관 함수는 어떤 각의 신호와 다른 시각의 신호 사이의 상관성을 나타내는 것으로 자기 상관 함수 는 각 에서의 신호값 만큼의 시간 지연이 있을 때 시각 에서의 신호값 의 곱에 대한 평균으로 다음과 같이 정의된다.

여기서 평균은 엄밀한 의미에서는 각 신호의 샘플(sample)에 대한 평균이어야 하나 다루고 있는 신호가 에르고딕(ergodic) 즉, 샘플에 대한 평균과 시간에 대한 평균에 구분이 없는 경우(일상적인 진동소음)에는 다음과 같이 시간평균으로 구할 수 있다.


자기 상관 함수는 항상 실수값을 갖는 우함수(even function)이며 에서 최대값을 갖는다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.


중요한 특성들은 시간 지연이 0일 경우의 자기 상관 함수가 나타내는 물리량은 제곱평균(mean square)이며, 자기 상관 함수의 푸리에(fourier)변환이 스펙트럼(spectrum)이다

Autospectral Density Function

어떤 신호 의 자기 스펙트럼 밀도 함수 는 주파수 에서 만큼의 협대역 주파수 범위의 신호 성분에 대한 제곱 평균을 주파수 간격 로 나눈 값에 대하여, 주파수간격 를 0로 극한을 취했을 때의 값으로 정의된다.이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.


자기 스펙트럼 밀도 함수는 양의 실수 함수이다. 정상 랜덤 신호(stationary random signal)의 경우 자기 스펙트럼 밀도 함수 와 자기 상관 함수(autocorrelation function) 와는 다음과 같은 푸리에 변환관계가 있다.


는 양의 주파수에 대해서만 정의되며, 이론적 해석에서는 음의 주파수 범위까지 포함하여, 다음과 같이 자기 상관 함수의 푸리에 변환으로 정의되는, 자기 스펙트럼 밀도 함수 가 사용된다.


를 한방향 자기 스펙트럼 밀도 함수(one-sided autospectral density function)라하며 를 양방향 자기 스펙트럼 밀도 함수(two-sided autospectral density function)라 부른다. 이들 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.


참고) Autospectrum, 자기 스펙트럼
Power spectral, 파워 스펙트럼 밀도 함수
Density function

Self-Excited Vibration

일반적으로 진동계는 외부로부터 가진이 있어 진동을 하게 되나 경우에 따라서는 외부의 가진이 전혀 없어도 진동이 유발되는 경우가 있다. 이러한 진동을 자려 진동이라 하며 브레이크 소음인 스퀼 소음(squeal noise)을 일으키는 마찰기인 진동, 기어 구동계에서 맞물림 강성 변화에 의한 화인 진동(whine vibration), 무게 중심 변화에 의한 그네 운동, 바람에 의하여 발생하는 긴 전선의 바람과 직각 방향으로의 진동(galloping)등이 이에 해당된다.

(Green)

Free-Space Green Function

경계면이 무한히 먼, 반사면이 존재하지 않는 자유 공간에 관한 그린(green) 함수로서 점음원에 관한 다음의 파동 방정식을 만족한다.

여기서 은 측정점, 는 음원의 위치, 는 파수, 는 주파수이다.
3차원 공간에 대하여 그린 함수 은 다음과 같다.

Free Field

음원에서 방사되는 음장만 존재하고 공간상에 벽이나 다른 물체가 존재하지 않아서 반사 음장이 존재하지 않는 음장이나 영역을 일컫는다. 자유 음장은 무향실에서 구현할 수 있으며 음원으로부터 먼 곳에서는 음향 에너지의 밀도가 음원으로부터의 거리의 제곱에 반비례하여 감쇠된다. 매질에 의한 감쇠가 무시할 수 있을 정도로 작은 경우 음원을 둘러싼 임의의 구의 면을 통과하여 나가는 음의 파워는 같아야 하므로, 그곳에서 음압이 거리에 반비례하게 된다. 자유 음장을 만족하는 반경은 실내 음향에서 중요한 물리량으로 사용되는데 측정방법 중 간편한 방법은 거리제곱에 반비례하는 원리를 만족하는 반경을 측정하는 것이다.

Free Vibration

임의의 동역학계에 작용하는 외력(external force)이 제거되어 아무런 외력이 작용하지 않을 경우 발생하는 진동 특성을 말한다. 가해지는 외력이 없으므로 그 동력학계의 고유 진동 특성만 출력된다. 즉 임의의 계의 고유 진동수(natural frequency)와 모드 형상(mode shape)으로 진동하는 것을 의미한다. 일반적으로 외력이 제거된 직후의 조건을 초기 조건이라 하며, 초기 조건으로는 초기 변위나 초기 속도가 주어지게 된다. 참고) 고유진동수, 모드형상

Reverberation Time

잔향 음장(reverberant field)에 이르기까지 실내에 음(sound)을 가한 후 순간적으로 음원을 제거하였을 때부터 음압이 60 dB로 감소될 때까지 걸리는 시간을 잔향 시간() 이라 하며, 실내에서의 잔향 정도, 또는 실내의 흡음 정도를 나타내는 계수이다.
Sabine에 의하여 제안된 잔향시간을 보편적으로 사용하며

로 표현된다. 여기서 는 실내공간의 체적( )이며 는 음파속도 번째 흡음면의 흡음률을 나타낸다.
일반적으로 장엄한 분위기가 나는 성당 등의 잔향 시간은 1.5~2초로 알려져 있으며 콘서트 홀 등은 약 1.5초, 극장은 1초, 강의실 회의실 등은 약 0.4~0.5초로 알려져 있다.

Reverberant Field

실내 음향에서 사용되는 용어로서 자유 음장과 대치되는 개념이다. 즉 반사에 의하여 실내에 형성되는 음장을 이야기하며 정재파(standing wave)의 형성으로 인하여 실내의 위치에 따라 음의 크기가 변하는 특성을 보여주게 된다. 잔향 음장을 나타내는 척도로서 잔향 시간을 보편적으로 사용하며 이것은 실내 공간의 체적에 비례하며 흡음 면적에 반비례한다. 잔향 시간이 너무 길면 대화나 음악 청취 등이 불가능해지며 너무 짧으면 실내의 생동감이 떨어지는 등 실내 음향의 물리적 특성을 대표하는 값이다. 극한적인 잔향 음장이 확산 음장이며 확산 음장의 의미는 실내의 모든 지점에서 음압 레벨이 같은 경우를 말한다. 참고) 확산음장(diffuse field)

Reverberation Chamber

측정 등의 목적을 위해 긴 잔향 시간을 갖고 확산 음장이 존재할 수 있도록 방의 구조를 불규칙적으로 하거나 회전하는 판을 방의 가운데 설치한 방을 잔향실이라 한다.

참고) Live room

Resistance

기계적인 저항은 댐퍼(damper)라고 불리며, 가해지는 힘이 그 결과로 나타나는 속도에 비례하게 나타나는 요소를 말한다. 대표적인 예로 대쉬팟(dashpot)을 들 수 있다.

는 실수