회전 소음원 분석(Rotational Beamforming, motor, shaft, noise, sound source)

 

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회전 소음원 분석

 

 

Rotational Beamforming은 회전하는 소음원을 분석하기 위한 고급 음향 기술로, 회전하는 소음원이 정지해 있는 것처럼 보이게 만들어 분석하는 방법입니다. 이를 위해 마이크 배열을 소음원의 회전 방향과 속도에 맞춰 가상으로 회전시키며, 이렇게 가상으로 회전한 상태에서 소음원을 분석하게 됩니다. 이 방식은 소음원이 회전하는 동안에도 매우 정확하게 소음원의 위치를 추적할 수 있도록 돕습니다.

 

이 기법의 주요 장점 중 하나는 회전하는 소음원의 정확한 위치를 찾을 수 있다는 점입니다. 일반적인 음향 분석 방법에서는 소음원이 움직이는 경우 분석이 어렵지만, Rotational Beamforming을 사용하면 소음원이 마치 정지한 것처럼 분석할 수 있습니다. 이를 통해 더 긴 시간 동안 데이터를 통합하여 분석할 수 있으며, 이는 더 정확한 결과를 도출하는 데 기여합니다. 또한, 이 기법을 사용하면 기존의 다양한 알고리즘을 추가적으로 적용할 수 있어, 소음 분석의 유연성을 더욱 높일 수 있습니다.

 

Rotational Beamforming은 특정 배열 구조에서 가장 효과적으로 작동합니다. 특히 링 배열이나 나선형 배열(Fibonacci 또는 Mikado 배열)이 이러한 기법에 적합합니다. 이러한 배열에서는 가상 회전선이 한 마이크에서 다른 마이크로 빠르게 연결되므로, 회전하는 소음원을 정밀하게 추적할 수 있습니다.

 

이 기법을 적용하려면 정확한 설정이 중요합니다. 마이크 배열은 회전하는 소음원보다 크거나 최소한 같은 크기로 배치해야 하며, 회전 중심에 정확하게 맞춰야 합니다. 또한, 소음원이 회전하는 속도(RPM)를 정확하게 기록하여 이를 분석에 반영하는 것이 필요합니다. 이를 통해 팬, 터빈과 같은 회전 속도가 빠른 장치에서 발생하는 소음의 위치를 효과적으로 추적하고 분석할 수 있습니다.

 

 

ref: InterNoise_2017_Kerscher_Heilmann_Puhle_Krause_Friebe_SoundSourceLocalizationOnFastRotatingFan

 

 

위 이미지에서는 빠르게 회전하는 팬을 분석하기 위해 Rotational Beamforming을 사용하는 테스트 설정을 보여주고 있습니다. 이 실험에서 마이크 배열은 레이저를 이용해 팬과의 중심 위치를 정확히 맞추고, 팬과 평행하게 배치되었습니다. 이를 통해 소음원인 팬의 정확한 위치를 파악할 수 있습니다.

 

또한 마이크 배열에 부착된 카메라는 카메라 모서리로 인한 풍절음을 줄이기 위해 추가적인 재료로 처리되었습니다. 풍절음은 빠르게 움직이는 공기나 바람에 의해 발생하는 잡음으로, 분석의 정확도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이를 최소화하는 것이 중요합니다. 이처럼 마이크 배열과 카메라의 위치 및 환경 조건을 최적화함으로써 Rotational Beamforming의 효과적인 소음원 분석이 가능해집니다.

 

 

From left to right: no additional filter, with roational BF, with rotational BF, Orthogonal and Functional BF

 

Rotational Beamforming 필터를 적용하기 위해서는 먼저 채널 파일에서 해당 옵션을 선택하여 필터를 설정해야 합니다. 이 과정에서 몇 가지 중요한 단계가 포함됩니다.

 

먼저, 회전 방향을 설정해야 합니다. 이는 소음원이 회전하는 방향에 맞춰 마이크 배열을 가상으로 회전시키기 위한 설정입니다. 그런 다음, 회전 속도(RPM)를 입력할 수 있습니다. 이 값은 소음원이 회전하는 속도를 나타내며, 직접 수동으로 입력하거나 소음원의 RPM을 기록한 센서 데이터를 사용하는 것이 가능합니다. 센서를 사용하는 방법이 권장되는데, 이는 실제 데이터를 기반으로 보다 정확한 분석을 할 수 있기 때문입니다.

 

필터 적용이 완료되면, 그 이후의 측정 데이터는 다른 데이터 세트와 마찬가지로 처리할 수 있습니다. 이를 통해 소음원이 회전하는 상황에서도 정밀한 분석이 가능해지며, 회전 소음원의 위치나 특성을 더욱 정확하게 파악할 수 있습니다.

 

이미지에 나오는 분석 결과는 필터가 적용되지 않은 경우와 Rotational Beamforming이 적용된 경우를 비교하고 있습니다. 필터를 적용했을 때, 소음원의 패턴이 보다 명확하게 나타나는 것을 볼 수 있으며, 다양한 추가 빔포밍 기법(Orthogonal 및 Functional Beamforming)과 함께 활용할 수 있음을 보여줍니다.

 

 

 

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