OpenTest 멀티 채널 IEC 61672-1 소음 레벨 미터

이 글에서는 OpenTest 플랫폼을 기반으로 개발되어 IEC 61672-1의 기술 요구 사항을 충족하도록 설계된 멀티 채널 소음 레벨 미터를 소개합니다.

SonoDAQ 데이터 수집 시스템을 측정용 마이크로폰과 통합함으로써, 이 시스템은 표준 A/C/Z 주파수 가중치와 F/S/I 시간 가중치를 구현하고 Lp, Leq, Ln과 같은 표준 음향 물리량을 정확하게 측정할 수 있습니다.

이 솔루션은 환경 소음 모니터링, 제품 소음 시험, 자동차 NVH 등 폭넓은 시나리오에 적용할 수 있습니다.

휴대형 소음계에서 멀티 채널 소음 레벨 측정 플랫폼으로

음향 및 진동 시험에서 거의 모든 프로젝트에 공통적으로 등장하는 근본적인 질문이 있습니다: "얼마나 시끄러운가?"

사무기기와 가전제품에서 자동차 NVH 및 산업용 기계에 이르기까지, 각종 규제, 표준, 내부 품질 기준은 모두 음압 레벨(SPL)의 정량적 평가에 의존합니다.

전통적으로는 IEC 61672를 준수하는 휴대형 소음계를 지정된 위치에 설치하여, 적합성 확인 및 품질 검증을 위해 A 가중 소음 레벨을 읽어 들이는 방식으로 수행됩니다.

IEC 61672는 소음계에 대해 주파수 가중치, 시간 가중치, 선형성, 자체 잡음, 다이내믹 레인지 등의 세부 요구 사항을 정의하고, 계측기를 1급(Class 1)과 2급(Class 2)으로 분류합니다. 이 중 1급은 요구 조건이 더 엄격하여 실험실 및 형식 승인 시험에 적합합니다.

제품 구조와 시험 요구 사항이 변화함에 따라, 엔지니어들은 점점 더 단일 휴대형 소음계 이상의 기능을 기대하고 있습니다:

• 여러 위치를 동시에 측정하여 위치 간 또는 운전점 간 비교 수행
• 소음 레벨 데이터를 스펙트럼 및 옥타브 대역 분석과 결합하여 문제가 되는 주파수 영역을 신속히 식별
• 소음 레벨 측정을 속도, 진동, 온도 등 다른 물리량과 동기화하여 NVH 진단 수행
• 수동식 불시 점검에 의존하는 대신, 소음 레벨 측정을 자동/배치 시험 워크플로에 통합

이러한 요구는 멀티 채널 소음 레벨 미터에 대한 수요로 이어집니다. 즉, IEC 61672-1 1급 정확도 요구 사항을 충족할 뿐 아니라, 멀티 채널, 확장성, 자동화 기능을 함께 제공하는 시스템입니다.

OpenTest는 CRYSOUND가 개발한 차세대 음향/진동 시험 플랫폼입니다. 전용 소음 레벨 측정 모듈을 CRY5820 SonoDAQ Pro 프런트엔드 하드웨어 및 측정용 마이크로폰과 결합하여, 1급 소음계와 동등한 멀티 채널 소음 레벨 측정을 수행할 수 있습니다.

그림 1. 휴대형 소음계에서 멀티 채널 소음 레벨 측정 플랫폼으로

IEC 61672: 우리는 실제로 무엇을 측정하는가?

음압 레벨(Lp)의 의미

음압 레벨(SPL)은 제곱평균제곱값 음압 prms​를 기준 음압 p0​에 대해 나타낸 로그 스케일의 양입니다. 여기서 기준 음압은 공기 중 20 μPa이며, 다음과 같이 정의됩니다:

prms​=1 Pa일 때 SPL은 약 94 dB가 되며, 이 때문에 94 dB / 1 kHz가 음향 교정기의 기준 레벨로 일반적으로 사용됩니다.

주파수 가중치: A / C / Z

인간의 청감도는 주파수에 따라 달라집니다. IEC 61672는 모든 소음계가 A 가중치를 지원하도록 요구하며, 1급 계측기는 추가로 C 가중치도 지원해야 합니다. Z 가중치(Zero 가중, 즉 평탄 응답)는 선택 사항입니다.

• A 가중치(dB(A))
  40폰 동일 크기 곡선을 기반으로 하며, 저주파 및 매우 높은 주파수에서 큰 감쇠가 있습니다. 지각된 크기와 상관성이 있는 지표로서 각종 규정과 표준에서 널리 사용됩니다.
• C 가중치(dB(C))
  A 가중치보다 훨씬 평탄하며, 저주파 감쇠가 적습니다. 피크 레벨, 기계 소음 및 고레벨 이벤트 평가에 적합합니다.
• Z 가중치(dB(Z))
  규정된 대역폭 내에서 실질적으로 평탄하여, 원래의 스펙트럼 에너지 분포를 보존하며 상세 분석에 유용합니다.

A 가중치는 규정에서 지배적인 위치를 차지하지만, 완전한 심리음향 모델은 아닙니다. 강한 저주파 성분, 변조, 톤 성분이 포함된 경우, A 가중 레벨은 실제로 느껴지는 불쾌감을 과소평가할 수 있습니다.
따라서 설계 및 진단 작업에서는 C/Z 가중치, 옥타브 대역 스펙트럼, 음질 지표를 함께 사용하는 것이 권장됩니다.

시간 가중치: Fast / Slow / Impulse

IEC 61672는 다음과 같은 시간 가중치를 정의합니다.

• F (Fast): 시정수 ≈ 125 ms, 빠르게 변동하는 소음 레벨에 적합
• S (Slow): 시정수 ≈ 1 s, 전체적인 추세 관찰에 적합
• I (Impulse): 충격성 신호를 위해 설계되었으며, 짧은 시간의 피크에 더 민감합니다.

일반적인 소음 레벨 기술자는 다음과 같습니다.

• LAF / LAS / LAI: A 가중 소음 레벨에 Fast / Slow / Impulse 시간 가중치를 적용한 값
• LCpeak: C 가중 피크 소음 레벨

에너지 기반 및 통계량: Leq, SEL, Ln

IEC 61672는 다음과 같은 자주 사용되는 음향 물리량도 정의합니다.

• Leq,T / LAeq,T
  기간 T 동안의 등가 연속 소음 레벨로, 환경 소음 및 제품 소음 평가에 널리 사용됩니다.
• 음향 노출량 및 음향 노출 레벨: E, LE / LAE(SEL)
  이벤트 전체의 총 음향 에너지를 나타내며, 항공기, 교통, 단일 이벤트 소음 평가에 일반적으로 사용됩니다.
• Lmax / Lmin: 지정된 시간 가중치 하에서의 최대 및 최소 소음 레벨
• Lpeak(일반적으로 LCpeak): 피크 음압을 기준으로 한 피크 소음 레벨
• 통계 레벨 Ln(L10, L50, L90 등)
  측정 시간의 n% 동안 초과되는 레벨로, 환경 소음 분석에 일반적으로 사용됩니다.

대역 레벨: 옥타브 및 1/3 옥타브 대역

옥타브 대역 필터는 IEC 61260에 규정되어 있지만, IEC 61672는 주파수 응답과 표준 중심 주파수 측면에서 이에 맞춰져 있습니다. 일반적인 분석에는 다음이 포함됩니다.

• 1옥타브 대역 레벨(예: 31.5 Hz-16 kHz)
• 1/3 옥타브 대역 레벨은 더 세밀한 주파수 해상도를 제공하여 협대역 소음 및 구조 공진을 식별하는 데 유용합니다.

이러한 물리량을 함께 사용하면 순간 레벨부터 시간 평균값, 그리고 광대역 레벨부터 주파수 분해 분석에 이르기까지 소음 레벨 측정의 전체 범위를 정의할 수 있습니다.

OpenTest를 이용한 소음 레벨 측정

셋업: 음원에서 소프트웨어까지 시그널 체인 구축

하드웨어 준비

• 데이터 수집 프런트엔드
  예를 들어, CRY5820 SonoDAQ Pro는 모듈식 멀티 채널 데이터 수집 시스템으로, 장치당 4-24채널을 지원하며 수천 채널까지 확장할 수 있습니다. 이 장치는 32비트 ADC, 최대 170 dB 다이내믹 레인지, 1000 V 채널 절연, ≤100 ns PTP/GPS 동기화 정확도를 제공하여, 실험실 및 현장 음향·진동 시험 모두에 적합합니다.
• 센서
  프리앰프가 포함된 측정용 마이크로폰 세트 1개 이상을 대표 측정 위치 또는 청취 위치에 배치합니다.
• 컴퓨터 및 소프트웨어
  OpenTest가 설치되어 있고 소음 레벨 측정 모듈 라이선스가 활성화된 PC.

OpenTest에서 장치 및 채널 연결

1. OpenTest를 실행하고 새 프로젝트를 생성합니다.
2. Hardware Settings에서 "+"를 클릭하면, openDAQ 또는 ASIO를 통해 연결된 장치를 포함하여 사용 가능한 장치가 자동으로 검색됩니다.
3. 필요한 데이터 수집 장치(예: SonoDAQ)를 선택하여 프로젝트에 추가합니다.
4. Channel Settings에서 마이크로폰 채널을 추가하고 샘플링 속도와 입력 범위를 설정합니다.

이 시점에서 음원 → 마이크로폰 → DAQ → OpenTest로 이어지는 시그널 체인이 완전히 구성됩니다.

교정: 음향 기준 설정

절대적인 정확도를 보장하기 위해 각 채널은 1급 음향 교정기를 사용해 교정해야 합니다.

1. OpenTest에서 Calibration 대화상자를 엽니다.
2. 교정할 마이크로폰 채널을 선택합니다.
3. 교정기를 마이크로폰에 장착하고 교정을 시작합니다.
4. 지시값이 안정되면 교정을 완료합니다.

OpenTest는 채널 감도를 자동으로 업데이트하여 94 dB SPL 기준점이 정확히 맞도록 합니다.

비교 시험을 위해, 휴대형 소음계(예: CRY2851)도 동일한 교정기(예: CRY3018)를 사용해 교정하면, 두 시스템이 동일한 음향 기준을 공유하게 됩니다.

측정: 소음 레벨 시간 이력 취득

OpenTest에서 Sound Level Meter 모듈로 전환하고 다음 항목을 선택합니다.

• 측정 채널
• 계산할 물리량(Lp, Leq, Ln 등)
• 주파수 가중치(A / C / Z, 동시에 계산)

대표적인 운전 조건에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 아이들(idle)
• 일반 부하(typical load)
• 정격/최대 부하(full load)

각 조건에 대해:

1. DUT를 목표 운전 상태로 안정화합니다.
2. OpenTest에서 측정을 시작합니다.
3. 소음 레벨 시간 이력, 옥타브 대역 플롯, FFT 스펙트럼을 실시간으로 모니터링합니다.
4. 충분한 기간이 경과하면 측정을 중지하고 데이터셋에 적절한 이름을 부여합니다.

각 측정은 나중에 비교 및 분석할 수 있도록 자동으로 하나의 데이터셋으로 저장됩니다.

그림 2. OpenTest를 이용한 멀티 채널 소음 레벨 측정

리포팅: 데이터에서 추적 가능한 문서로

측정 후에는 OpenTest의 리포트 기능을 사용하여 구조화된 리포트를 생성할 수 있습니다.

• 프로젝트 정보, DUT 세부 정보, 운전 조건
• 선택한 음향 물리량(Leq, Lmax, LCpeak, Ln 등)
• 회사 로고 및 시험자 정보

원시 파형과 분석 결과는 보관 또는 추가 후처리를 위해 내보낼 수도 있습니다.

그림 3. OpenTest 소음 레벨 측정 리포트

CRY2851 휴대형 소음계와의 비교

CRY2851은 A/C/Z 가중치와 F/S/I 시간 가중치, 전체 음향 파라미터 세트를 지원하는 IEC 61672-1:2013 1급 소음계입니다.

비교 절차:

1. 환경 및 운전 조건
   저배경 소음 실험실 또는 반무향실에서 여러 운전 상태를 사용합니다.
2. 교정 일관성
   두 시스템 모두 동일한 1급 교정기(1 kHz에서 94 dB 또는 114 dB)를 사용해 교정합니다.
3. 센서 배치 및 계측
   마이크로폰을 가능한 한 서로 가깝게, 동일한 측정 지점에 배치합니다.
4. 결과 비교
   동일한 가중치 및 시간 윈도 조건에서 LAeq, LAF, LCpeak 등 주요 파라미터를 비교합니다.

그림 4. CRY2851 vs. OpenTest 멀티 채널 소음 레벨 측정

소음 레벨 측정 모듈의 대표적인 적용 분야

소비자 전자기기 / IT 장비

• 냉각 전략이 LAeq 및 LAFmax에 미치는 영향을 평가
• 소음 레벨 한계값을 음향 출력 측정과 결합
• FFT, 1/3 옥타브, 음질 지표를 통합

자동차 NVH / 실내 음향

• 실내에서 다수 위치의 소음 레벨을 측정
• 주행 조건 간 비교
• 오더 분석 및 음질 모듈과 연동

가전제품 및 산업용 기계

• 음향 출력 시험을 멀티 포인트 소음 레벨 모니터링으로 보완
• 시퀀스 모드를 사용해 생산 라인에 통합
• 1/3 옥타브 분석을 통해 문제 주파수 대역을 식별

환경 및 장기 모니터링

• 다수 지점에서의 통계적 소음 레벨 평가(L10, L50, L90)
• 장기 데이터 로깅 및 원격 액세스

이미 휴대형 소음계에 익숙하시다면, OpenTest 소음 레벨 측정 모듈은 이를 다음과 같은 특성을 가진 시스템으로 효과적으로 업그레이드해 줍니다.

• 멀티채널
• 추적 가능(원시 데이터 + 분석 + 리포트)
• 확장 가능하여, 음향 출력, 음질, FFT, 옥타브 대역 분석 모듈과 매끄럽게 연동되며 자동화 시험 워크플로를 지원합니다.

아래 ↓ 양식을 작성하여 저희에게 문의하시고, OpenTest 소음 레벨 미터 모듈의 데모 및 체험을 예약해 보십시오. 또한 www.opentest.com의 OpenTest 웹사이트를 방문하여 기능 및 적용 사례에 대해 더 알아보실 수 있습니다.