한국음향학회지 (The Journal of the Acoustical Society of Korea)

  • 제43권1호
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  • Pages.39-48
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  • 2024
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  • 1225-4428(pISSN)
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  • 2287-3775(eISSN)
한국음향학회 (The Acoustical Society of Korea)
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혼 입구에서의 음향 리액턴스에 근거한 자동차용 트럼펫 혼의 설계 연구

A study on the design of a trumpet horn for automobiles based on acoustic reactance at the horn throat

  • 이준수 (포항공과대학교 기계공학과) ;
  • 김웅지 (포항공과대학교 기계공학과) ;
  • 김대현 (인팩 혼 설계실) ;
  • 유동욱 (인팩 혼 설계실) ;
  • 문원규 (포항공과대학교 기계공학과)
  • 투고 : 2023.09.20
  • 심사 : 2023.11.13
  • 발행 : 2024.01.31
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초록

자동차용 경음기는 운전자 간의 의사소통 수단이자 보행자에게 사전에 경각심을 불러일으키는 부품으로서 안전상 중요한 역할을 한다. 유한 요소 방법과 전기 회로 모델을 활용한 자동차용 경음기의 모델링 연구와 혼의 음향학적 특성을 분석한 연구들이 수행되었으나, 트럼펫 혼의 작동 주파수 설계 방법에 대한 연구는 미비하다. 본 논문에서는 트럼펫 혼의 진동부가 결정되었을 때, 쉘의 음향 리액턴스에 따른 작동 주파수를 예측하는 설계 방법을 제시하고자 한다. 음향부에서는 지수 혼과 도파관이 결합된 혼에 대해 다루었고, 임피던스 튜브 실험을 통해 도파관의 입구 음향 리액턴스는 해석 결과와 유사함을 확인했다. COMSOL Multiphysics 유한 요소 수치 해석 모델을 이용하여 자동차용 경음기의 공진 주파수를 예측했고, 음압 실험을 통해 설계된 혼의 작동 주파수를 측정하여 설계 방법을 검증했다. 음압 실험은 홀더를 제외하고 DC 전압을 12 [V] 인가하여 반무향실 환경에서 측정한 결과, 설계 작동 주파수와 비교하여 수 [Hz] 내에서 정확하게 공진이 발생했다. 본 논문에서는 혼의 음향 리액턴스 관점에서 자동차용 트럼펫 혼의 설계 방법을 살펴보았고, 혼을 포함한 시스템을 설계할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

A car horn serves a crucial safety role as a means of communication between drivers and a part that alerts pedestrians in advance. While previous studies have utilized finite element method and electric circuit model to simulate and analyze characteristics of the car horns, there remains a lack of research on design methods of a trumpet horn. This paper presents a design approach that predicts the operating frequency based on the acoustic reactance at the throat of the horn, once the vibrating part is determined. We deal with a horn combining both an exponential horn and a waveguide in the acoustic section, and confirm that the acoustic reactance at the horn throat measured by impedance tube experiment agrees well compared with the numerical result obtained using the finite element method. The resonance frequency of the car horn is predicted using the COMSOL Multiphysics finite element numerical analysis model, and the proposed design method is validated by measuring the operating frequency of the designed horn in a sound pressure experiment. As a result, the resonance measured in a semi-anechoic chamber environment by applying a DC voltage of 12 [V] excluding the holder occurs accurately within a few [Hz] of the design operating frequency. This paper discuss the design method of a trumpet horn from the perspective of the horn's acoustic reactance, and is expected to be useful for designing horn systems.

키워드

과제정보

본 논문은 2021년 인팩의 "쉘혼의 설계를 위한 등가회로 모델 및 그의 검증 기술 개발" 연구비 지원에 의한 연구임.

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