풍동 환경에서 CLEAN-SC 적용 시 발생하는 문제와 그 개선 방법(Wind Tunnel Acoustics, Porsche Automotive, Halo and Satellite Sources)

 

목차

 

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참조 논문>>

On Improving CLEAN-SC Maps in the Wind Tunnel, Christof Puhle, Andy Meyer, and Dirk Döbler GFaI e.V

풍동 환경에서 CLEAN-SC로 소스 맵을 만들 때 발생하는 문제

 

풍동(wind tunnel) 환경에서는 일반적인 정지 공간과 달리, 강한 기류와 그로 인해 형성되는 전단층(shear layer) 및 난류(turbulence)가 존재합니다. 이로 인해 소리가 마이크 어레이까지 전달되는 과정이 매우 복잡해지며, 음파가 직선으로 전파되지 않고 굴절되거나 시간적으로 흔들리게 됩니다. 기존의 빔포밍이나 CLEAN-SC 알고리즘은 이러한 전파 환경을 이상적으로 가정하거나, 전단층이 매우 얇고 균일하다는 단순한 모델을 전제로 설계되어 있기 때문에, 실제 풍동 데이터에 적용할 경우 여러 문제가 발생합니다.

 

2500hz(위), 5000hz(아래) 풍동 시험 분석, CLEAN-SC 적용, Halo 발생, 팜테크

 

논문에 제시된 그림들을 보면, 단일한 실제 소음원이 존재함에도 불구하고 CLEAN-SC 결과 맵에서 소음원 주위에 원형의 고리 형태(halo) 가 나타나거나, 실제로는 존재하지 않는 작은 위성 소스(satellite sources) 가 주변에 여러 개 생기는 현상이 관찰됩니다. 예를 들어, 빔포밍 결과에서는 하나의 넓게 퍼진 소스만 보이는데, CLEAN-SC를 적용한 후에는 중심 소스는 날카로워지는 대신, 그 주변을 둘러싼 링 모양의 저레벨 에너지가 남게 됩니다. 이는 CLEAN-SC가 “가장 강한 소스는 정확히 제거한다”고 가정하고 반복적으로 소스를 빼 나가는 과정에서, 풍동 특유의 시간 변동성과 난류로 인해 실제 소스의 퍼짐을 제대로 모델링하지 못하고, 그 잔여 성분을 링이나 위성 소스로 남기기 때문입니다. 즉, 문제의 핵심은 실제 물리 현상이 아니라 알고리즘이 풍동 환경을 과도하게 이상화하면서 생기는 인공적인 아티팩트라고 할 수 있습니다.

 

 

풍동 특성을 고려해 CLEAN-SC를 어떻게 개선했는가

 

이 문제를 해결하기 위해 논문에서는 CLEAN-SC의 기본 개념 자체를 바꾸기보다는, 풍동 환경에 맞게 “소스를 제거하는 방식”을 조정하는 접근을 제안하고 있습니다. 저자들은 여러 실험을 통해, 풍동 데이터에서는 소스가 시간적으로 완전히 고정되어 있지 않고 미세하게 흔들리기 때문에, CLEAN-SC가 가정하는 “이상적인 점 소스(point source)”보다 실제 소스의 영향 범위가 더 넓게 나타난다는 점에 주목했습니다. 논문 속 예제 그림에서는, 신호를 짧은 시간 블록 단위로 나누어 각각 CLEAN-SC를 적용한 뒤 평균을 내면, 소스는 조금 두꺼워지지만 문제의 halo와 위성 소스가 사라지는 모습을 확인할 수 있습니다. 이는 아티팩트가 실제 소음원이 아니라, 한 번에 평균된 데이터에서 CLEAN-SC를 과도하게 적용하면서 생긴다는 점을 시각적으로 보여주는 예입니다.

 

포르쉐 풍동 시험, 일반 CLEAN-SC 적용(왼쪽) vs 보정 CLEAN-SC 적용(오른쪽), 팜테크

 

이 관찰을 바탕으로, 저자들은 CLEAN-SC 반복 과정에서 한 번에 제거하는 소스 패턴을 기존보다 조금 더 넓게(broader) 설정하는 방법을 제안합니다. 이를 위해 제거 강도를 조절하는 새로운 파라미터를 도입하여, 소스를 너무 날카롭게 제거하지 않고 풍동에서 발생하는 자연스러운 퍼짐을 함께 고려하도록 하였습니다. 논문에 제시된 비교 그림을 보면, 기존 CLEAN-SC에서는 중심 소스 주변에 뚜렷한 링이 남아 있는 반면, 개선된 방법을 적용한 경우에는 링과 위성 소스가 사라지면서도 중심 소스의 위치와 크기는 잘 유지되는 것을 확인할 수 있습니다. 결과적으로 이 방법은 해상도나 다이나믹을 크게 희생하지 않으면서, 풍동 환경에서 해석을 혼란스럽게 만드는 아티팩트를 효과적으로 제거하는 해결책으로 제시되고 있습니다.

 

 

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https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

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