계측기/소프트웨어 소개

1. About HEAD acoustics

사람의 귀는 머리 가운데를 중심으로 양 측

면에 위치한 구조로 많은 특징을 갖는다. 그

중 하나로 좌/우귀의소리도달시간차, 주파수 대역 등을 기반으로 소리의 방향을 직관적

으로파악할수있으며, 감쇠, 회절등을거쳐

소리를 감지함으로써 소음원을 구분 할 수 있

다. 또한 학습된 소리, 익숙한 소리를 주변소

음이 많은 곳에서 선택적으로 들을 수 있다.

우리가제품을개발할때제품의소리는소비

자의선택에많은영향을끼치기때문에소음,

진동관련 분야의 연구원들은 소음과 진동의

레벨을 줄이기 위해 많은 노력을 기울이고 있

다. 독일에 위치한 HEAD acoustics GmbH사는 binaural recording과청음기술, 음향·진동 분석과 커뮤니케이션 측정 기술 분야의

제품과 서비스를 공급하는 세계를 선도하는

기업 중 하나로 고객의 요구에 맞는 솔루션을

제공해 왔다. HEAD acoustics는 소음, 음성그리고 오디오 품질을 최적화 하기 위한 측정

및 분석 하드웨어와 소프트웨어 개발에 있어

서의 전문성과 리더쉽을 세계적으로 인정 받

고 있다. 이 글에서는 HEAD acoustics사의하드웨어와 소프트웨어들을 전반적으로 소개

하고자한다.

1.1 ArtemiS SUITE

HEAD acoustics의 NVH 분석 프로그램으로 소음, 진동, transfer function, order,psychoacoustics 등의 분석기법들을 제공하며, 진동, 소음 등을 주파수 필터를 적용하여

청음 할 수 있다. 또한 사람이 들었던 소리를

주파수 필터를 적용하여 원하는 소리를 찾을

수있으며, 이러한기능은해당소리의원인을

찾는데매우유용하게활용되고있다.

ArtemiS SUITE의 주요 기능 중 하나인sound engineering(eraser, IIR filter, IIRorder filter, target order)은 target sound를만드는데사용될수있다.

Psychoacoustics analysis 방법으로는loudness, sharpness, tonality, tone to noise,prominence, wavelet, relative approach 등의방법으로소리의특성을분석할수있다.

독일HEAD acoustics GmbH사의

Binaural Sound 측정및NVH 분석

최 재 성

(헤드어쿠스틱스코리아)

* E-mail : sales-kr@head-acoustics.com

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1.2 Binaural Sensor

HEAD acoustics사에서는 binauralsensor로서HMS IV(digital), HSUIII(analog), BHS II(headset) 등이있으며front-end와연결하여 binaural sound를측정한다. Binaural sensor는얼굴, 어깨의형상및그에따른반사를반영하여측정할수있는장

점을가지고있다(그림 1 참고).

1.3 Front-end

(1) HEADlab system: multi-channel front-end로써 controller module에 input module을연결하여 최소 6에서 최대 600채널을 구성할수있다.

Input module로는아래와같은종류가있다. - labV6 - 6 channels (AC, DC, ICP)- labV12 - 12 channels (AC, DC, ICP) - labM6 - 6 microphone channels- labCF6 - 6 charge / ICP channels- labT6 - 6 thermocouple channels

(K/RTD type) - labSG6 - 6 stain gauge channels - labDX - digital (HMS IV/CAN/ CANFD/

GPS) - labHMS - 3 channels for HMS (torso) 2019년도 1분기에 기존의 mobile front-end

인 SQuadriga II가단종되고그의후속모델로

SQuadriga III가출시되었다. SQuadriga III는 OBD II, CAN, CANFD,

FlexRay, GPS, AES/EBU용 adapter 등을 내장하고있는새제품으로서, 7인치액정화면에서여러가지분석그래프들을(time, FFT, 1/3octave, loudness, sharpness, FFT vs time, 등)모니터할수있다. 7인치화면에 4개의디아그램을 표시할 수 있고 USB 카메라를 연결하여영상과 연계된 소음진동을 레코딩 할 수 있다.

또한 청음필터를적용한사운드를들을수있

으며시스템해석을통해전달함수를바로구할

수도있다(그림 2 참고). (2) B2U: BHS II(binaural headset)를 안드

로이드스마트폰에(C-type 커넥터) 연결할수있도록 해주는 장치로 스마트폰에서 바로

HDF포맷으로녹음, 청음할수있는컴팩트한장치이다(그림 3 참고).

그림2 Front-end그림1 Binaural sensor

(a) Front

(b) Rear

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2. Front-end + ArtemiS SUITE를이용한측정및분석

2.1 Why binaural?

사람이 인지하는 소리/소음을 분석하기 위해서는 사람이 소리를 듣는 메커니즘 그대로 측

정해야 한다. 하지만 사람에게는 들었던 소리

를녹음, 재현할수있는기능이없으며, 단어

로표현하기에는제약이있다. 또한 동일한소

리일지라도 듣는 사람에 따라(연령, 성별, 경험) 다르게 표현하는 문제를 갖게 되므로binaural 기술이필요하다.

2.2 Binaural 기술소개

HEAD acoustics의 artificial head/binauralheadset을 이용하여 사람이 듣는 소리를 매우

유사하게 측정할 수 있으며 측정 환경에 따라

equalizer를적용하여측정할수있다. 측정후programmable equalizer를 이용하여 청음을하면, 사람이측정당시에들었던현장감을재

현한다. 즉 현실과유사한측정을위해서는소

리를 듣는 환경에 따라 free field, defusefield, independent of direction equalizer를선택하여측정/청음해야한다(그림 5 참고).

2.3 Psychoacoustic Analysis

기존에는 사람이 주파수에 따른 청음능력의

크기를 나타낸 보정 곡선인 A/B/C weighting곡선을 적용하여 분석 하였지만, sound field를적용하여측정해야정확히사람이인지하는

소리와비슷한측정, 재생을할수있다. 소리의

특징에따라 loudness, sharpness, roughness,fluctuation strength, tonality, prominence,tone to noise 등의방법으로분석한다.

(1) Loudness: 사람의청각은물리적인세기가 같은 소리라 할지라도 음의 주파수에 따라

느끼는 세기가 다른데 이를 실험적으로 구한

값이다(그림 6 참고). (2) Sharpness: 동일한라우드니스값을제공

하는 소음일지라도 고주파수 대역의 소음성분

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그림4 Binaural hearing

그림3 B2U : BHS II to USB

그림5 FF, ID, DF equalizer filter

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을주로가지고있는소음은그렇지않은소음

에 비해 더욱 날카롭고(sharp) 또는 성가신(shrill) 느낌을준다. 이와같은청감의척도를샤프니스라고정의한다(그림 7 참고).

(3) Roughness: 주관적으로 느끼는 음에 대한거칠기정도를말한다(그림 8 참고).

(4) Fluctuation strength: 20 Hz 미만으로진동 또는 주파수 변조되는 소음의 경우에는

정상 상태의 소음에 노출되어 있는 경우보다

짜증스러운느낌을갖게된다.

(5) Relative approach/wavelet: 주기가 짧고임펄스적인신호를분석하는데적합하다(그림 9, 10 참고).

2.4 Multi-channel Analysis

진동/소음센서를추가로연결하여소스및경로를분석할수있으며, 회전체에서는RPM을측

그림6 Loudness

그림7 Sharpness

그림8 Roughness

그림9 Relative approach

그림10 Relative wavelet

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정하여order 분석을통해원인을찾을수있다. Automotive part는 ECU(engine control

unit)의 신호를 받아 (CAN/CANFD/FlexRay통신방식이용) 분석에활용한다.

2.5 Sound Engineering

측정된 데이터에서 eraser, IIR filter, IIRorder filter, target order, order generator 기능들을 이용하여 사운드를 tuning하거나 만들수있는 tool이다(그림 14 참고).

(1) Simulation and synthesis: BTPA /BTPS를 통해 각 경로의 기여도를 확인 할 수있으며, Transfer function editing을 통해 수신자의 위치에서의 개선된 소리를 예상할 수

있다.

2.6 SQala(Jury Test)

소리는 결국 사람이 듣고 주관적으로 평가하

기 때문에 개인간 차이가 있지만, 이를 객관화

하기 위해 artificial head를 이용하여 binaural

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그림14 Eraser와 3, 6, 9 order 레벨수정

그림11 Playback spot 기능으로원하는부분만재생

그림12 Order spectrum vs time

그림13 Order spectrum vs time (cut 2, 4, 6) 그림 15 SQala(jury test)

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sound를녹음하고, 나이, 성별과같은기준으로target group을설정 jury test를통해나온청음평가 결과를 통계 처리하여 개발제품의 soundquality를수치화할수있다(그림 15 참고).

2.7 Playback(labP2 / labO2)

Programmable equalizer(FF, DF, ID)가내장된 재생장치로서, binaural sensor로 측정한데이터는 이 같은 전용 재생장치를 이용하여

청음 해야만 같은 현장감을 느끼며 청음할 수

있다.

3. 맺음말

기존에는소음과진동의레벨수준을줄이려

고많은노력을해왔으며, 노력에비례하여훌

륭한성과가있었다. 그러나이제는레벨자체

만 줄이기에는 한계에 도달했으며, 소비자는

점점 소음레벨보다 제품의 소리에 대한 개성

및감성을중요시하고있다. 제품의음질을통

해 소비자들에게 만족감을 줄 수 있는 기술이

많이발전하고있으며, 각분야에서적극활용

되고있다. HEAD acoustics GmbH사는사람이 소리를 인지하는 메커니즘을 반영한

binaural sound의측정, 청음, psychoacoustics& NVH 분석, sound engineering, targetsound 등의프로그램뿐만아니라, 소음원을시각적으로 찾을 수 있는 HEAD VISOR(acoustic camera), simulation 장비인 soundseat, H3S 등 NVH 전반에대한모든 solution들을제공하고있다.

그림16 HPL, high precision loudspeaker

「기획 : 류종관편집이사 jkryu@chonnam.ac.kr」

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