마이크로폰의 주파수 응답 특성은 마이크로폰이 레벨 허용 범위로 재생할 수 있는 주파수 범위를 나타내는 것으로, 마이크로폰이 가지고 있는 특성을 평가하는 기준으로 사용되는 가장 중요한 음향 특성 파라메타 중의 하나이다. 이와 같은 마이크로폰의 주파수 응답 특성을 측정하기 위한 기존의 방법들은 그 측정 조건이 매우 까다로울 뿐만 아니라, 고가의 장비를 사용하여 측정하여야 한다는 문제점을 갖고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 논문에서는 마이크로폰의 주파수 응답 특성을 간단하게 측정할 수 있는 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 컴퓨터로 생성한 Optimized Aoshima's Time Stretched Pulse(OATSP) 신호를 표준 스피커를 통하여 발생시킨 다음, 측정하고자 하는 마이크로폰으로 수음된 신호와 역 OATSP 신호를 컨볼루션시켜 마이크로폰의 임펄스 응답을 측정하고, 이 신호를 이용하여 측정할 마이크로폰의 주파수 응답 특성을 구하는 방범이다. 제안한 알고리즘의 성능 평가는 제안한 알고리즘을 이용하여 구한 마이크로폰의 주파수 응답 특성 측정값과 그들이 갖고 있던 주파수 응답 특성 데이터를 비교 분석하였다. 비교 결과, 측정한 각각의 마이크로폰 주파수 응답 특성들 사이에 오차가 발생하였으나, 오차가 그 측정값들이 허용 오차(${\pm}3{\sim}{\pm}5dB$) 범위에 내에 있었으므로 제안한 알고리즘이 마이크로폰의 주파수 응답 특성을 측정하기에 적합한 방법임을 입증하였다.
가진 정현파 강제력에 의한 강제 진동의 특성이 연구되었고 또한, 주파수 영역에서 FRF의 수치 분석을 자세히 수행하였다. 이와 관련하여 강제 진동 모델에서 변위, 속도 및 가속도의 응답을 구하였다. 고유 주파수 주변의 실수부와 허수부의 FRF 특성도 각 경우에 따라 구하였다. 시간 영역에서의 강제 진동의 응답분석은 정현파 강제 진동의 특성을 식별할 수 있다. 변위, 속도 및 가속도 등의 응답을 얻기 위해 Runge-Kutta-Gill 방법의 수치해석 기법을 수행하여 강제력 주파수에 따른 응답을 얻었고 이 주파수는 응답에 큰 영향을 미치지 않았다. 또한, FRF는 강제 진동의 고유 특성을 나타내고 있으며 이러한 강제 진동 모델의 각 감쇠 조건에서 이러한 응답분석을 성공적으로 자세하게 얻을 수 있었다. 상이한 질량, 감쇠 및 강성에 대한 수치 분석 후, 정현파 강제력에 의한 강제 진동 응답 특성을 강제력의 진폭 및 주파수를 동시에 고려하여 분석되었다.
주파수응답함수는 주파수영역에서 구조물의 동특성을 추정하는데 있어 가장 중요하고 기본이 되는 것이다. 본 논문에서는 주파수응답함수의 추정을 위한 개선된 방법을 제안하였다. 제안된 주파수응답 함수는 종래의 주파수응답함수 산정 방법인 $H_1$(f)와 $H_2$(f)의 가중평균으로 구성되었다. 이것은 $H_2$(f)가 공진주파수영역에서 더 정확한 결과를 주는 반면, $H_1$(f)는 비공진주파수영역에서 더 좋은 결과를 주는 특성을 이용한 것이다. 본 논문에서 제안한 방법의 타당성을 검증하기 위하여, 수치모의실험과 함께 실제 실험을 수행하여 얻어진 데이타를 분석하였다. 해석 결과로 부터, 새로이 제안된 주파수응답함수가 다른 주파수응답함수에 비해 좀 더 정확한 결과를 줌을 확인할 수 있었다.
라우드스피커의 비선형 음향특성을 해석하기 위하여 라우드스피커 다이아프램의 비 선형특성을 실험적으로 분석하였다. 라우드스피커를 집중질량계로 모델링하고, 출력소음이 없을 때 적용이 가능한 하모닉 발란스법과 출력소음이 있을 때도 적용할 수 있는 통계적 방 법인 라그란지 배수법을 사용하여 비선형 매개변수를 규명하였다. 70Hz 이하의 주파수 영역 에서는 라그란지 배수법이 2차 하모닉 왜곡특성에서 상대적으로 좋은 결과를 보였으며, 3차 하모닉 왜곡특성에서는 하모닉 발란스법이 실험결과와 잘 일치하였다. 전압가진 및 전류 가 진실험을 통하여, 일반화된 주파수 응답함수를 유도하였고 하모닉 왜곡 및 상호변조 특성을 고찰하였다. 고차 주파수 응답특성은 라우드스피커 비선형 매개변수의 변동에 따른 다이아 프램의 비선형특성을 해석하는데 유용한 수단이 될 수 있음도 확인하였다.
차량의 진행을 근사화한 외부 가진력을 고려한 강제 진동에서의 주파수 특성을 알아보고자 하였고, 다양한 가진 진폭과 주파수를 갖는 외력이 작용하면서 차량이 둔턱을 넘어갈 때에 차량에서 일어나는 주파수 영역의 진동특성을 분석하였다. 응답은 수치해석을 통하여 변위, 속도 및 가속도 등의 응답을 구하였고 이들을 FFT 처리하여 각 시간 응답의 FRF(Frequency response function) 주파수 특성을 분석하였다. 특히, 차량 고유모드와 외부 가진 모드의 발생 위치를 확실하게 비교하여 밝혔고 외부 가진력에 의한 강제진동 모델에서 변위, 속도 및 가속도의 거동과 주파수 응답함수에서의 고유모드의 위치와 주변의 가진 모드 분포 및 파워 스펙트럼, 실수부와 허수부의 FRF도 나타났으며 각 FRF에서 근접 모드 특성도 분석하였다. 외부 가진력으로 정현파의 가진력과 임펄스 가진력에 의한 둔턱 주파수를 고려하여 가정한 근사 모델에서 발생 모드를 구별할 수 있었다. 상당하는 질량, 감쇠 및 강성을 변화하는 여러 시스템에서 강제진동의 응답특성을 체계적으로 다루었다.
주파수를 갖는 외부 가진력에 의하여 강제 진동의 특성을 가진력의 진폭과 주파수에 따라 그 특성을 분석하였다. 변위, 속도 및 가속도를 얻기 위해 수치해석을 수행하여 주파수 응답을 얻었고 특히 주파수 영역에서 시스템 고유진동수와 가진 주파수의 발생 위치를 밝히고자 각각의 FRF의 분석을 하였다. 외부 가진에 의한 진동모델에서 변위, 속도 및 가속도의 거동과 주파수 응답함수에서 고유진동 주파수와 주변의 가진 모드 분포도 파워 스펙트럼과 실수부와 허수부의 FRF 에서 나타났으며 각 모드 특성도 구하였다. 진동의 응답은 가진 신호의 크기와 주파수를 주어 정현파의 가진력으로 외부 가진력을 근사화 하였고 이런 가진력에 의하여 발생하는 모드를 구별할 수 있었다. 상당 질량, 감쇠 및 강성을 변화시켜 수치 분석 후 외부 가진력에 의한 강제 진동 응답 특성을 체계적으로 분석하였다.
스피커의 음질을 평가하기 위해서 가장 많이 측정하는 것은 주파수 응답이다. 그러나 주파수 응답으로부터 바로 스피커의 성능을 평가하기는 어려운데, 이는 인간의 청각특성이 주파수나 음압에 대해 선형적인 관계를 가지지 않기 때문이다. 본 논문에서는 인간의 청각특성 중 24개의 임계대역과 라우드니스 등을 이용하여 스피커의 성능을 평가하는 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방법은 지향서을 고려하여 스피커의 주파수 응답을 구한 후 이를 이상적인 스피커의 주파수 응답과 임계대역-라우드니스 영역에서 비교하여 음질평가지수를 산출한다. 제안된 방법에 의한 스피커의 성능 평가법은 신뢰도가 가장 큰 문제가 되므로 청취평가를 수행하여 그 결과와 비교하고 상관관계를 보였다. 제안된 방법에 의한 결과와 청취평가의 결과는 0.9765의 높은 상관관계를 가졌는데, 이는 본 논문에서 제안하는 방법이 청취평가 대용으로 훌륭히 사용될 수 있음을 의미한다.
본 연구에서는 마이크로폰에 입사되는 음성 신호를 거리의 변동에 의해 크기와 주파수 응답특성 변화를 최소화시키는 방법에 대한 연구를 하였다. 우선 마이크로폰과 음성음원 사이의 거리를 변화시키며 거리변화에 따른 응답특성을 측정하였다. 본 연구에 사용된 마이크로폰은 일반적으로 사용되는 마이크로폰 중에 무지향성 마이크로폰과 초단일지향성 마이크로폰, 단일지향성 마이크로폰 등, 3가지 종류의 마이크로폰을 선정하였다. 측정한 이들 마이크의 주파수 응답특성 변화 결과를 기준치와 비교하여 보정치를 구하고 이를 주파수 대역별로 변화된 음성신호를 원음과 근사하게 보상하도록 하였다. 저주파대역은 근접효과에 의한 증폭현상, 그리고 거리에 의한 감쇠효과를 보정하도록 하였다. 중음대역에서는 저음대역보다 거리의 변화에 의한 주파수특성 편차가 비교적 적었지만 음성정보신호에 중요한 영향을 주는 부분이기 때문에 기준신호와 비교하여 복원하도록 하였다. 고주파대역의 음성정보의 변화는 극히 미소하여 고주파대역 조정은 큰 문제가 없이 원음에 가깝게 복원되었다.
본 논문은 소방용 무선주파수로 도입 예정인 447 MHz와 2.4 GHz의 응답특성을 확인하고자, 한국소방산업기술원에서 개발된 447 MHz 무선모듈과 2.4 GHz 무선모듈을 이용하여 건축물 내에서 무선통신 환경에 영향을 줄 수 있는 대표적 장애물인 벽체를 시료로 하여 두 주파수 간의 응답특성을 비교 분석하였다. 도출된 결과를 바탕으로 향후 도입될 소방용 무선주파수 선정을 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.
고분자 압전 필름인 PVDF를 이용하여 단일막과 이층막의 초음파 변환기를 제작하 여 임펄스 응답특성을 이론식에서 계산하여 실험적으로 확인하여 보았다. 또한 RF 펄스를 이용하여 초음파 변환기의 다층막에 따른 주파수 특성을 조사하였다. 그 결과 임펄스 응답 특성은 이론식과 잘 일치하였으며, 단일막의 변환기가 이층막에 비하여 지속시간이 짧은 펄 스를 나타내었다. RF펄스에 대한 주파수특성은 이층막의 변환기가 단일막에 비하여 광대역 의 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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