ANSYS 블로그
August 10, 2022
들리시나요? 제품 설계의 조성(Tonality)
제품을 설계할 때는 제품이 작동되는 방식에 대해 여러 가지 요인을 고려해야 합니다. 하지만 소리는 어떻게 날까요? 헤어드라이어에서 삐걱 대는 소리, 노트북에서 휘파람 소리가 들리거나, 전기 자동차의 윙윙 거리는 소리는 소비자에게 거부감을 줄 수 있습니다. 제품의 음질을 개선하기 위해 엔지니어는 전체 음향 또는 조성의 주파수 성분 측정을 비롯하여 다양한 사운드 메트릭을 분석합니다.
조성이란 무엇입니까?
조성 또는 음조는 배경 소음에 대한 새로운 음색을 식별하여 소리 인식에 미치는 영향을 결정하는 심리 음향 지표입니다. 음향 소스의 조성은 음량, 선명도, 거칠기 및 변동 강도와 함께 제품 음질을 개선하기 위해 일반적으로 검토되는 주요 메트릭 중 하나입니다.
조성 정량화는 사람의 귀가 소리를 “음조”로 인식하는 방식을 객관적 지표로 변환하는 것을 의미합니다. 자동차, 항공, 철도 또는 소비재와 같은 산업 응용 분야에서 조성은 주변 주파수 함량에 대한 음조 성분의 상대적 가중치를 나타냅니다.
조성 예: 2대의 비행기
조성이 들리는 소리에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 이 두 비행기의 음계 차이를 들어보십시오.
비행기 1
비행기 2
두 파일에서 모두 터빈에 의해 발생하는 블레이드 통과 주파수(BPF)를 들을 수 있습니다. 이는 터빈 회전 속도에 블레이드 수를 곱한 값에 해당합니다. 비행기 2는 비행기 1보다 음조가 더 높다는 것을 알 수 있습니다. 그 이유는 나머지 소리에서 발생하는 주파수를 포함하기 때문입니다. 간단히 말해서 톤이 높으면 신경에 거슬립니다.
Ansys Sound로 계산된 심리음향 조성 대 시간.
Ansys Sound로 계산한 평균 Aures 및 심리음향 조성.
BPF 자체와 주변 소음은 음조 함량에 대한 인식에 영향을 미칩니다. 새로 발생하는 주파수 주변에 에너지가 많을수록 주파수 인지도가 떨어지므로 소리의 음조가 낮아집니다.
심리음향적 조성
국제 표준 계산 방법을 통해 음향 신호의 조성을 계산하는 데 일반적으로 사용되는 몇 가지 심리음향 지표가 있습니다.
조성 표시기 | 단위 | 표준 |
현저성 비율(PR) | dB(데시벨) | |
톤 대 잡음비(TNR) | dB | |
음조 가청성 | dB | |
음조 조정 KT ISO 1996-2 | dB | |
음조 조정 KT DIN45681 | dB | |
Aures Tonality | tu(조성 단위) | Aures 모델 |
심리음향 조성 | tuHMS(Sottek 청각 모델) |
참고: Ansys Sound 소프트웨어에서 이러한 각 심리음향 지표에 대한 계산 프로필에는 자동 톤 감지 절차가 포함됩니다.
예를 들어 톤 대 잡음비(TNR)는 톤과 톤을 중심으로 하는 잡음 임계 대역(CB) 간의 에너지 비율입니다.
현저성 비율(PR)은 톤 주변의 임계 대역과 가장 가까운 두 대역 사이의 에너지 비율입니다.
조성 시뮬레이션
조성 평가는 전기 모터, HVAC 시스템 및 건설 기계와 같은 다양한 응용 분야에서 매우 중요합니다. 그러나 이러한 복잡한 시스템에서는 소리의 단일 소스를 식별하는 것이 매우 어려울 수 있습니다. 엔지니어는 소음을 여러 소스로 구분하고 각 소음이 시스템의 전체 음향에 미치는 영향을 분석하기 위해 Ansys Sound를 사용하여 데이터를 시뮬레이션하고 테스트할 수 있습니다.
팬 소음 시뮬레이션
이 예에서 엔지니어는 Ansys Fluent와 Ansys Sound를 사용하여 팬의 음질을 개선했습니다. Fluent에서 수행한 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 팬이 제대로 설계되었는지 확인하고, Sound를 사용하여 팬의 소음이 정상적인 상태인지 확인하였습니다.
팬의 음질에 미치는 설계 영향성을 예측하기 위해 두 번째 팬에는 날개가 꼬인 수정된 설계를 적용했습니다. Aures 및 ECMA74 모델에 따라 설계를 수정하면 조성이 약 3tu로 나누어집니다. TNR의 경우 수정된 설계에는 260Hz 톤만 나타납니다. 이 시뮬레이션을 통해 엔지니어는 날개 형태를 변경하면 소음의 음조 함량이 감소하여 전반적인 음질이 개선된다는 것을 확인했습니다.
팬 날개의 모양을 변경하면 음질이 어떻게 개선되는지 들어보십시오.
전기 모터 소음 시뮬레이션
조성이 사용자 경험에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 또 다른 예는 전기 모터입니다.
회전 및 공기역학적 소음으로 유발되는 고음으로 인해 전기 모터 소음이 신경에 거슬릴 수 있습니다. 모터의 속도에 따라 상대적으로 진화하는 이러한 음조를 "차수"라고 합니다.
Sound를 사용하면 전기 모터에서 생성된 차수의 TNR 또는 PR을 보고 조성을 계산할 수 있습니다. 이는 차수 48과 차수 60의 두 가지 강한 음조 발현을 보여주며 운전자와 탑승자에게 신경이 쓰일 만한 수치입니다.
Ansys Sound를 사용하여 전기 모터 조성(왼쪽)과 내부 연소 엔진(위)을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이미지를 클릭하여 들어보십시오.
올바른 음조 설정
음질 표준을 충족하는 제품을 설계하고 고객이 만족스럽게 즐길 수 있는 청각 환경을 조성하려면 소음원을 분석하고 해결하는 것이 중요합니다. 음향 시뮬레이션 및 조성과 같은 음향 지표를 통해 엔지니어는 날카롭거나 윙윙거리는 소리, 휘파람 소리를 모두 식별하고 프로젝트에 이상적인 사운드를 만드는 옵션을 탐색할 수 있습니다. Ansys Learning Hub 계정으로 Ansys Acoustics 소프트웨어를 시작하는 방법에 대해 자세히 알아보십시오.