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주파수 분석과 주파수 분석기에 대해서

주파수 분석과 주파수 분석기

일반적으로 소리나 진동 현상은 주파수 특성을 가지고 있습니다.

많은 주파수 성분이 복잡하게 혼재하고 있어 그 주파수별 성분의 크기(레벨)를 조사하는 것을 주파수 분석이라고 합니다.

소음·진동 대책도 모든 주파수 대역에서 효과를 갖는 것은 아니므로 대책 목표값이나 평가는 주파수별로 실시해야 합니다.

주파수 분석기 분류

1.주파수 분석기

소리·진동의 주파수 분석은 실시간 분석기와 TFT 분석기를 목적에 따라 구분하여 사용할 수 있습니다.

(그림 1은 같은 신호파형을 옥타브 밴드 분석한 결과와 FFT 분석한 결과입니다.)

실시간 분석기는 정비폭의 밴드패스 필터(1/1, 1/3, 1/N옥타브 밴드)를 사용하고 주로 감각량 평가를 중심으로 한 주파수 분석에 사용됩니다.

FFT 분석기는 연산(고속 푸리에 변환)으로 정폭 분석됩니다.주로 물리적 평가를 중심으로 한 주파수 분석에 사용됩니다.

2.정비형 필터 와 정폭형 필터

주파수 분석기를 구성하는 필터에는 정비형과 정폭형의 2종류가 있습니다.

이는 필터 통과대역폭에 따른 나누는 방법으로 정비형에서는 중심주파수에 비례해 필터폭이 변동되며 정폭형에서는 항상 일정한 폭을 갖고 있습니다.

이를 그림으로 나타내면 그림 2와 같이 주파수축을 로그로 하면 정비형 필터에서는 어느 밴드도 같은 폭이 되고 정폭형 필터들은 주파수가 높아짐에 따라 좁게 표시됩니다.

따라서 분석결과를 그림으로 표시하는 경우, 정비형 필터에서는 주파수축을 대수로, 또 정폭형 필터에서는 등간격으로 합니다.

3.필터 규격

음향·진동용 옥타브 밴드 및 1/3 옥타브 밴드 분석기는 JIS C 1513으로, 옥타브 밴드 및 1/N 옥타브 밴드 필터의 특성은 JIS C 1514에서 규정됩니다.

국제적으로는 IEC 61260 또한 ANS(I 미국규격)로 규정됩니다.

국제 규격으로 필터 규격이 정해져 있기 때문에 데이터 비교가 용이합니다.

FFT 분석기에는 JIS 및 국제적인 규격은 없습니다.따라서 성능, 설정에 따라 분석 결과가 다를 수 있습니다.

주파수 분석기 사용 구분

1.실시간 분석기

소음수준·진동수준 등 감각량의 평가나 대책평가에 옥타브밴드, 1/3옥타브밴드분석이 주로 사용됩니다.

소음계, 진동 레벨계와 같은 감각 보정 특성(주파수 중량 특성, 시간 중량 특성, 주파수의 대수 표시)을 사용하여 평균화를 실시할 수 있으므로 감각량을 평가하는 측정에 적합합니다.

건축 음향 관계의 차음 성능, 실내 소음 평가, 음향 파워 레벨, 건축 재료 평가, 음질 평가, 전반계의 특성등의 측정에 사용됩니다.

2.FFT 분석기

소리·진동 현상을 물리적으로 파악해, 대책을 주목적으로 하는 주파수 분석기입니다.

시간 영역, 주파수 영역에서 분석할 수 있으므로 범용성이 뛰어납니다.

주파수 분해능이 우수하기 때문에 소음원, 진동원을 알아내는 데에 빠뜨릴 수 없습니다.

또한 다채널간 신호(음과 진동 등)의 상관성 등을 분석할 수 있으며, 자동차, 기계, 컴퓨터, 가전제품 등의 소음 및 진동 분석, 방진재 및 제진재 개발 및 평가, 기계 임피던스, 모드 해석, 인텐시티 측정, 트래킹 분석, 전파계의 특성, 음질평가 등의 측정에 사용됩니다.

일반 소음, 진동 대책 및 평가에 필수적입니다.

FFT와 신호 처리

1.FFT 분석기

FFT(고속 푸리에 변환, Fast Fourier Transform)를 이용한 분석 결과의 대역폭은 정폭형입니다.

FFT 분석기의 구성은 입력된 신호에서 분석 대역 외의 신호를 제거하기 위해 로퍼스 필터(안티 에어리어징 필터)를 지나 A/D 회로로 디지털 신호로 변환됩니다.

또한 시간창(창) 처리를 하고 FFT 연산하는 이산적 주파수 분석 방법입니다.

2.신호 처리

FFT 분석기는 진폭정보와 위상정보를 얻을 수 있습니다.

시간 영역에서는 시간파형, 자기상관, 상호상관, 진폭확률밀도함수, 또한 주파수 영역에서는 스펙트럼, 2채널 간에는 크로스 스펙트럼, 전달함수, 커힐런스 함수의 연산, 인텐시티 계측, 옥타브 밴드, 1/3 옥타브 밴드 분석(옥타브 합성), 나아가 시스템으로서 모드 해석, 트래킹 분석을 실시할 수 있습니다.

 

 

 

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