An analysis of the Sound Radiation Characteristics of the King Song-Dok Bell Using Cylindrical Acoustic Holography

원통형 음향 홀로그라피를 이용한 성덕대왕 신종의 방사음장 특성 분석

In order to investigate the radiation of sound from the King Song-Duk bell, we measured the sound pressure around the bell at every 30$^{\circ}$ using a microphone line array which was composed of 30 microphones separated by 15cm;total number of measurement point was 360. The sound field was estimated by using cylindrical acoustic holography. The spectrum of measured sound pressure demonstrates that it is almost like white noise in the very beginning, but in 10 seconds two close frequency components(64.06Hz, 64.38Hz) remain and make a famous beating. This beating sound is often believed to make unique sound of the King Song-Duk bell. The mode shapes of that frequency components are the same except that one is rotated by 45$^{\circ}$ from the other. This phenomenon occurs at the other pairs of components are the same except ones in very high frequency range where the mode shapes are rather complex.

성덕대왕 신종의 방사 음장 특성을 분석하기 위하여 30개의 마이크로폰으로 구성된 어레이를 이용하여 360개의 위치에서 음압을 측정한 후 원통형 음향 홀로그라피 방법을 적용하여 시간, 주파수별로 음장 해석을 행하였다. 타종 직후, 신종에서 방사되는 음장은 넓은 주파수 영역(800Hz까지 해석)에 걸쳐 고른 분포를 가지나 시간이 지남에 따라 고주파 성분은 급격히 감쇠하여 약 10초 이후에는 저주파 성분만이 존재한다. 마찬가지로 시간에 따른 음압 신호를 살펴보면 초기에 여러 성분의 모우드들이 중첩되어 복잡한 모양을 하고 있으나 10초 이후에는 한쌍의 저주파 성분(64.06Hz, 64.38Hz)에 의한 맥놀이 현상이 나타남을 확인할 수 있다. 이 맥놀이에 의한 여음이 초기의 화려하면서 장엄한 소리와 어우러져 신종만의 독특한 소리를 나타낸다. 맥놀이 현상은 종의 축에 대한 비대칭 현상에 의해 근접한 고유진동수를 가지기 때문에 발생하며 다른 고주파 성분에서도 쌍으로 존재하는 고유진동수를 관찰할 수 있다. 저주파 모우드의 경우 쌍으로 존재하는 방사 음장 형태는 길이 방향 절선 간격의 반에 해당되는 각도만큼 회전되어 나타난 것을 제외하고는 동일함을 알 수 있으며 고주파 모우드의 경우는 이보다 복잡한 모양을 이루고 있다.