CONTENTS Noise reduction assessment of ultra high voltage transformers using harmonic response analysis ····················································································································· Chang-Seop Kim and Won-Jin Kim187 A consensus based handover scheme for autonomous underwater vehicle swarms in underwater acoustic sensor networks ········································································ Hyeon-Gi Kim, Si-Yeong Park, Jong-Won Lee, and Ho-Shin Cho193 Effects of time weighting and time averaging methods on the measurement and analysis of aircraft and firing range ······························································································· Yo-Han Seong, Sin-Tae Kim, and Sung-Gon Yum202 Analysis of the characteristics of amplitude magnification ratio depending on the aspect ratio of class IV flexural transducers ································································································· Jungsoon Kim, Gyuseok Lee, and Moojoon Kim211 Analysis of resonant characteristic changes depending on the thickness of the shell in a class IV flextensional transducer ························································································································ Jungsoon Kim and Moojoon Kim217 A biomimetic model for target identification using active sonar ··················································································································································· Sangwook Park223 Cellular and molecular mechanisms of inner hair cells underlying auditory signal encoding ······················································································································································· Ji Young Lee231 Neural transmission and auditory encoding in afferent spiral ganglion neurons ······················································································································································· Ji Young Lee240 Optimal driving sound conditions including concentration using the attention network test and the potential of recommending individual optimal driving sound ·························································· Jung Hyub Lee, Jun Young Oh, Kyoung Hoon Lee, and Yeon June Kang249 ■ Special Issue on Music and Audio Signal Processing A study on how to provide battlefield sound to improve immersion in scientific combat training ································································································· Yujin Cha, Doo-young Sun, and Jin Young Kim261 A study on two stage acoustic classification neural network training algorithm from pretrained models for small scale data environments ································································································· Seunghyeon Shin, Minhan Kim, and Seokjin Lee270 Development and validation of a music based soundscape for wellness enhancement in nature environments ··························································································································· Ye-Shin Kang and Eunju Jeong281 Nonlinear audio effects modeling using multi subband temporal convolutional networks ························································································································· Sanghoo Shin and Kyu-Chil Park294 ▪Society News and Information ······················································································································ i 본 사업은 기획재정부의 복권기금 및 과학기술정보통신부의 과학기술진흥 기금으로 추진되어 사회적 가치 실현과 국가 과학기술 발전에 기여합니다. THE ACOUSTICAL SOCIETY OF KOREA Vol.44, No.3May 2025I. 서 론 최근 4차 산업 기반의 발전으로 전기에너지에 대 한 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라 송전 효 율을 높이기 위해 변압기의 전압은 초고압 및 대용 량화되는 추세이며, 특히 변압기는 주거지역에서 24 h 운전되는 제품으로 소음에 대한 민원이 증가하 고 있는 추세이다. [1] 변압기 소음과 관련된 연구동향을 살펴보면, Park et al. [2] 은 철심의 적층 방법 및 적층 수에 따른 자속밀 도 변화에 대해 분석하고, 충격시험 및 유한요소 해 석을 통해 원형외함의 특성을 파악하였다. Koo et al. [3] 은 변압기의 부하에 따른 권선소음과 냉각팬 소 음이 전체 소음에 미치는 영향을 분석하고, Kim과 Kim [4] 은 철심과 권선의 결합 구조를 규명하기 위하 여 변압기의 진동 특성을 파악하고 모드해석을 통 해 철심과 권선의 고유진동수 및 모드형상을 확인 하였다. Choi와 Kim [5] 은 철심에 틈새가 존재할 때의 전자력을 평가하고, 철심을 고정하는 단철 조임볼 트의 체결강도 조절을 통해 소음을 저감하였다. Choi et al. [6] 은 실험을 통해 변압기 외벽의 공진을 확 인하고, 보강을 통한 해당 부위의 강성을 증가시켜 조화응답해석을 이용한 초고압 변압기의 소음저감 평가 Noise reduction assessment of ultra high voltage transformers using harmonic response analysis 김창섭, 1 김원진 2† (Chang-Seop Kim 1 and Won-Jin Kim 2 † ) 1 계명대학교 기계공학과, 2 계명대학교 진동소음연구실 (Received March 17, 2025; revised April 7, 2025; accepted April 11, 2025) 초 록: 저소음형 초고압 변압기 설계를 위해 조화응답해석을 활용한 소음저감 예측 방법을 제안한다. 이를 위해 초고 압 변압기의 유한요소 모델을 구축하고, 변압기의 가진력을 도출하여 조화응답해석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으 로 구조 기인 방사 소음을 계산하고, 변압기의 음향파워레벨을 이론적으로 도출하였다. 마지막으로, 소음저감 대책을 수립한 후, 적용 전·후 실험 및 해석을 통해 소음저감 효과를 비교하였다. 그 결과, 대책별 소음 저감량에 대한 실험과 해석의 경향이 일치함을 확인하였다. 핵심용어: 조화응답해석, 공기전달음, 구조전달음, 소음 예측, 투과손실 ABSTRACT: This study proposes a noise reduction prediction method using harmonic response analysis for the design of low noise ultra high voltage transformers. A finite element model of the transformer was developed, and the excitation force was derived to perform harmonic response analysis. Based on the analysis results, structure borne radiated noise was calculated, and the theoretical sound power level of the transformer was obtained. Noise reduction measures were then established, and their effectiveness was evaluated by comparing experimental and analytical noise reduction results before and after implementation. The comparison confirmed that the experimental and analytical trends in noise reduction were consistent. Keywords: Harmonic response analysis, Air borne noise, Structure borne noise, Noise prediction, Transmission loss PACS numbers: 43.20.Ye, 43.40.At, 43.50.Jh 한국음향학회지 제44권 제3호 pp. 187～192 (2025) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.3 (2025) https://doi.org/10.7776/ASK.2025.44.3.187 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Won-Jin Kim (wjkim@kmu.ac.kr) Department of Mechanical Engineering, Keimyung University, 1095 Dalgobeol-daero, Dalseo-gu, Daegu 42601, Republic of Korea (Tel: 82-53-580-5265, Fax: 82-53-580-5165) Copyrightⓒ 2025 The Acoustical Society of Korea. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 187김창섭, 김원진 한국음향학회지 제 44 권 제 3 호 (2025) 188 외벽의 진동을 저감하였다. Yu et al. [7] 은 변압기의 방 화벽 사이에 흡음형 방음벽을 설치하여 외부로 전 달되는 소음을 저감하였다. 변압기 소음을 저감하기 위한 동향을 살펴보면, 실험적 방법을 통한 개선방법에 대한 연구로, 해석 적 방법을 통한 변압기 소음저감 효과 예측에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 조 화응답해석을 통해 초고압 변압기에서 발생하는 음 향파워레벨을 이론적으로 계산할 수 있는 방법을 제 안하고, 해석적 방법을 이용하여 소음저감 대책에 대 한 효과를 분석한 후, 실험을 통해 검증하고자 한다. II. 초고압 변압기의 해석모델 Fig. 1 (a)와 (b)와 같이 크게 외부 부품과 내부 부품 으로 구분되며 커버, 호흡기, 철심, 권선, 요크빔, 펌 프, 탭변환장치, 절연물 등으로 구성되어 있다. 해석의 편리를 위하여 유한요소 모델을 표면체 (surface body)로 변경하였다. 그리고 설치 조건, 조립 상태를 고려하여 경계 조건을 부여하였다. 일부 부 품들은 Fig. 2와 같이 점질량(point mass)으로 대체하 였다. Fig. 3은 유한요소 모델로 총 절점(node) 수는 213,159개, 요소(element) 수는 424,682개이다. 해석모 델에 적용한 물성치는 Table 1에 정리하였다. 하중조건은 Fig. 4와 같이 V상 철심 중심부에 3축 방향으로 120 Hz 조화성분의 가진력을 부하하고, 실 Fig. 2. Point mass of ultra high voltage transformer. Fig. 3. (Color available online) Finite element model of ultra high voltage transformer. Table 1. Material properties of transformer parts used to analysis. Material Density [kg/m³] Young’s modulus [MPa] Poisson’s ratio Steel7,750175,0000.3 Pressboard1,1357,2500.4 Bakelite1,99721,0000.4 Wood1,17410,0000.34 Cooper4,700110,0000.35 Cork rubber85094.80.49 (a) External parts (b) Internal parts Fig. 1. (Color available online) Main components of ultra high voltage transformer.조화응답해석을 이용한 초고압 변압기의 소음저감 평가 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.3 (2025) 189 제 측정 위치의 가속도 응답을 기준으로 해석에 적 용할 가진력을 도출하였다. 해석의 응답을 실험결 과와 비교하였을 때, Fig. 5와 같이 주요 가진주파수 성분에서 해석이 실험의 경향과 유사한 것을 확인 하였다. 도출된 가진력은 Table 2에 정리하였다. III. 조화응답해석으로 소음저감 평가 초고압 변압기에 전압이 인가되면 Fig. 6와 같이 외함과 철심의 표면적에서 수직방향의 속도가 발생 하며 표면 진동에 의해 소음이 발생한다. 이때, 음향 파워는 Eq. (1)으로 정의된다. ,(1) 여기서 는 공기의 밀도, 는 음속, 는 표면적, 는 -표면적의 모든 절점에서 발생하는 수직방향 진 동속도의 제곱 평균을 의미한다. 초고압 변압기의 표면적은 Table 3과 같다. 음향파워레벨은 음원에서 방사되는 음향파워를 데시벨(dB) 단위로 나타낸 값이며, 구조물의 방사소 음을 평가하는 중요한 요소이다. 음향파워레벨은 다음의 Eq. (2)와 같이 정의된다. log ,(2) 여기서 는 음향파워, 는 음향파워레벨의 기준 값으로써 watt이다. (a) Tank(b) Core Fig. 6. Normal velocities and surface areas of transformer. Table 3. Surface areas of transformer. Parts Surface areas [m 2 ] S 1 S 2 S 3 S 4 Tank3.9565.3804.0423.686 Core0.9452.7230.9452.723 (a) Load point of core(b) Measured response point Fig. 4. (Color available online) Load and response measurement points. Fig. 5. (Color available online) Comparison of vibration level. Table 2. Excitation force obtained from harmonic response analysis. DirectionX, Y, Z Force [N] 120 Hz552.61 240 Hz180.32 360 Hz95.39 480 Hz55.13 600 Hz136.89 720 Hz112.89 840 Hz30.70 960 Hz32.87 1080 Hz14.62 1200 Hz56.11 1320 Hz78.29김창섭, 김원진 한국음향학회지 제 44 권 제 3 호 (2025) 190 초고압 변압기의 소음은 외함의 표면 진동으로 인 해 발생하는 구조전달음과 철심의 표면 진동으로 인해 발생하는 소음이 공기로 전달되는 공기전달음 으로 구분된다. Eqs. (1)과 (2)의 과정으로 조화응답 해석 결과에서 얻은 각 표면의 진동속도로 변압기 의 구조전달음과 공기전달음을 계산할 수 있다. 초고압 변압기의 소음저감 방안을 수립하여 해석 항목을 Table 4와 같이 설정하였다. Case 1은 상부 진 동절연으로 철심과 상부 요크에서 커버로 전달되는 진동을 저감하기 위해 Fig. 7(a)와 같이 상부 커버와 요크빔 사이에 삽입되는 30 mm의 고정 플랜지(fixing flange)를 코르크 패드(VC2100)로 변경한 상태이다. Case 2는 Case 1의 상부 진동절연 상태에서 변압기 외 함의 하부로 전달되는 진동의 추가 저감 방법으로, Fig. 7(b)와 같이 외함과 하부 요크빔 사이에 삽입되 어 있는 30 mm 두께 프레스 보드를 코르크 패드로 변 경한 상태이다. Case 3은 Case 2 상하부 진동절연 상 태에서 추가로 Fig. 7(c)와 같이 Compressed Layer Damper(CLD)를 적용하는 방법이다. CLD는 초고압 변압기 외벽 내부에 10 mm 두께의 코르크 패드, 6 mm 두께의 강판 순으로 부착하여 진동 감쇠 효과로 소음을 저감하는 방법이다. 음향파워레벨을 계산하기 전, CLD 적용으로 인한 추가적인 공기전달음의 투과손실을 고려하였다. 투 과손실을 계산하는 방법으로 다음의 Eq. (3)과 같다. log ,(3) 여기서 은 재료의 면밀도, 는 입사음의 주파수를 의미한다. CLD의 면밀도는 132.5 kg/m 2 , 외함의 면밀도는 77.5 kg/m 2 이다. 계산결과 CLD 적용으로 의한 투과 손실은 4.2 dB로, 공기전달음의 추가적인 차음효과 를 고려하여 파워레벨을 계산하였다. Eqs. (1)과 (2)를 이용하여 조화응답해석 결과에서 초고압 변압기의 구조전달음과 공기전달음을 계산 하여 Table 5에 정리하였다. 기존 상태의 소음 수준 대비, 개선안들의 소음저감량은 Table 6과 같다. Table 4. Cases of harmonic response analysis to reduce noise and vibrations. No.Case Ref.Existing condition 1Vibration isolation of top 2Vibration isolation of top and bottom 3Compressed Layer Damper (CLD) + case 2 (a) Vibration isolation of top (case 1) (b) Vibration isolation of bottom (case 2) (c) Compressed layer damaper (CLD, case 3) Fig. 7. (Color available online) Sketch of case 1, 2 and 3 to reduce noise and vibrations.조화응답해석을 이용한 초고압 변압기의 소음저감 평가 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.3 (2025) 191 실험적으로 초고압 변압기의 구조전달음과 공기 전달음의 영향도를 확인하려면 실제 설치 조건에서 변압기의 내부와 외부의 진동 측정이 필요하다. 하 지만 실제로 변압기의 외부의 진동 측정은 가능하 나 내부의 진동 측정은 어려운 실정이다. 이에 해석 결과에서 계산된 구조전달음과 공기전달음의 소음 저감 효과를 합산하기 위해 구조전달음과 공기전달 음의 기여도를 각각 50 %라 가정하였다. Eq. (4)를 활 용하여 각 방안별로 합산된 소음저감 효과를 계산 하고 Table 7에 정리하였다. ∆ log ,(4) 여기서 는 구조전달음의 저감량, 는 공기전달음 의 저감량이다. 조화응답해석을 통해 계산된 초고압 변압기의 소 음저감 효과를 실험적으로 검증하기 위해 각각의 Case에 대한 소음을 측정하였다. Fig. 8과 같이 변압 기 외함의 전방 35 cm, 변압기 높이의 중간 지점에 소 음계를 설치하여 5 min 동안 음압레벨(sound pressure level)을 측정하였다. 측정결과는 Table 8에 정리하였 으며, Point 1 ~ Point 4의 소음레벨에 대한 평균 소음 레벨을 Eq. (5)으로 계산하였다. log .(5) 마지막으로 개선안들에 대한 해석의 소음저감량 을 실측값들의 저감량과 상대비교 하였으며, Table 9 에 정리하였다. 초고압 변압기의 소음 개선안 중, Case 3이 소음저감 효과가 가장 우수하고, 해석과 실 험 모두 동일하게 Case 3, 1, 2 순서로 소음저감 효과 Table 5. Calculated sound power level of cases. Case no. Sound power level [dB] Structure borne noiseAir borne noise Ref.95.492.3 187.392.3 281.692.9 377.088.7 Table 6. Noise level reduction of each case. Case no. Noise level reduction [dB] Structure borne noiseAir borne noise 18.10.0 213.8-0.6 318.43.6 Table 7. Comparison of noise level reduction from analysis results. Case no.Noise level reduction [dB] 12.4 22.2 36.5 Fig. 8. (Color available online) Sound level meter positions. Table 8. Experimentally measured sound pressure level at each case. Case no. Sound pressure level [dB] Point 1Point 2Point 3Point 4Average Ref67.868.170.267.568.5 165.464.967.365.365.8 265.965.268.064.966.2 362.663.759.860.561.9 Table 9. Comparison of noise level reduction from analysis and experiment results. Case no. Noise level reduction [dB] Difference [dB] AnalysisExperiment 12.42.70.3 22.22.30.1 36.56.60.1김창섭, 김원진 한국음향학회지 제 44 권 제 3 호 (2025) 192 가 크게 나타났다. 각 조건에서 해석과 실험의 오차 는 0.1 dB ~ 0.3 dB로 확인되었다. IV. 결 론 조화응답해석을 이용하여 초고압 변압기의 방사 소음을 이론적으로 계산할 수 있는 방법을 수립하 고, 개선안에 대한 소음저감 효과를 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 실제 응답을 측정하여 변압기 의 가진력 수준을 도출하고, 유한요소 모델을 수립 하여 조화응답해석으로 음향파워레벨을 계산하였 다. 음향파워레벨로부터 각 대책의 소음저감 효과 를 평가하고, 대책 후에 소음레벨 저감을 예측할 수 있었다. 해석적 방법을 이용하여 개선안의 소음저 감 효과를 예측하고, 실험과 비교하여 검증하였다. 개선안의 소음저감 효과는 Case 3이 가장 뛰어났으 며, 해석과 실험결과의 오차는 0.1 dB ~ 0.3 dB로 실험 과의 경향이 상당히 일치하는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제안된 조화응답해석을 이용한 초고압 변 압기의 소음저감 평가 방법은 변압기를 포함하여 진동에 기인한 다른 구조물들의 소음저감을 위해 설계 단계에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다. References 1.D. J. Kweon, K. S. Koo, G. T. Kim, and J. W. Woo, “The audible noise prediction of the substation due to transformer audible noise and the field application of the low noise transformer” (in Korean), J. KIEE, 59, 1382-1387 (2010). 2.K. S. Koo, J. W. Woo, J. S. Kwak, G. T. Kim, and D. J. Kweon, “An analysis on the audible sound due to load and cooling fan for 154kv power transformers” (in Korean), J. KIEE, 59, 298-304 (2010). 3.K. W. Kim and Y. H. Kim, “The vibration charac- teristics for noise reduction of mold transformer” (in Korean), Proc. KSNVE, 49-53 (2008). 4.W. H. Choi and W. C. Kim, “Analysis of noise source for mold transformer” (in Korean), J. KSPSE, 4, 59-64 (2000). 5.J. W. Choi, C. J. Park, H. S. Go, Y. S. Park, and K. Y. Kweon, “Investigation of reinforcement plan for vib- ration reduction of power transformer” (in Korean), Proc. KSNVE, 456-457 (2009). 6.C. S. Yu, U. Y. Jang, and J. H. Kim, “A case on the noise reduction of transformer in power plant” (in Korean), Proc. KSNVE, 324 (2020). 7.J. Y. Chung, J. B. Im, and S. C. Lee, “Acoustic properties of temporary noise barriers on construction site” (in Korean), J. KSPSE, 20, 191-198 (2010). 저자 약력 ▸김 창 섭 (Chang‑Seop Kim) 2020년 2월 : 계명대학교 기계공학과 학사 2020년 3월 ~ 2022년 8월 : 계명대학교 기 계공학과 석사졸업 2023년 7월 ~ 현재 : LG전자 연구소 연구원 ▸김 원 진 (Won‑Jin Kim) 1987년 2월 : 부산대 정밀기계공학과 학사 1989년 2월 : KAIST 기계공학과 석사 1993년 8월 : KAIST 기계공학과 박사 1991년 9월 ~ 1997년 2월 : 삼성중공업 기 계전자연구소 1997년 3월 ~ 현재 : 계명대학교 기계공학과 교수I. 서 론 자율무인잠수정(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)은 해양 탐사, 군사 작전, 환경 모니터링 등 다 양한 해양 응용 분야에서 핵심적인 역할을 수행하 고 있다. 특히 작업 범위와 능력 확장을 위해서 다수 의 AUV가 군집을 이루며 동작하는 군집형 AUV에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 임무를 성공적 수중 음향 센서 네트워크에서 자율무인잠수정 군집의 합의 기반 핸드오버 기법 A consensus based handover scheme for autonomous underwater vehicle swarms in underwater acoustic sensor networks 김현기, 1 박시영, 2 이종원, 3 조호신 1† (Hyeon-Gi Kim, 1 Si-Yeong Park, 2 Jong-Won Lee, 3 and Ho-Shin Cho 1 † ) 1 경북대학교 IT 대학 전자공학부, 2 LIG넥스원 해양연구소, 3 서울대학교 미래자동차모빌리티학과 (Received February 11, 2025; revised March 7, 2025; accepted March 31, 2025) 초 록: 본 논문은 자율무인잠수정(Autonomous Underwater Vehicle, AUV) 군집의 지속적인 연결을 보장하기 위한 새로운 군집 단위 수중 핸드오버 기법을 제시한다. 제안된 기법은 합의 알고리즘을 활용하여, 군집 내 모든 노드들이 핸 드오버 결정 과정에 참여할 수 있도록 설계되었다. 따라서 특정 노드의 중앙 제어 없이, 군집 내 노드 간 1-hop 메시지 교환으로 합의를 이루고 이를 통해 핸드오버의 시도 여부를 결정한다. 모의실험 결과, AUV 군집은 채널 상태와 군집의 이동성에 부합하는 핸드오버 여부를 합의를 통해 판단하며, 불필요한 핸드오버를 최소화하였다. 기존 방식인 단일 AUV의 단독 결정 방식에 비해 제안된 기법은 에너지 소모량에서 약 30.12 %, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)에서 약 8.89 % 개선된 성능을 보였다. 핵심용어: 군집 핸드오버, 합의 알고리즘, 수중 음향 네트워크, 자율무인잠수정 ABSTRACT: This paper proposes a novel underwater handover mechanism based on clusters, designed to ensure continuous connectivity for Autonomous Underwater Vehicle (AUV) swarms. The proposed method leverages a consensus algorithm, enabling all nodes within the swarm to participate in the process of making handover decisions. Instead of relying on centralized control by a specific node, the nodes within the swarm achieve consensus through 1-hop message exchanges, determining whether to attempt a handover based on the agreement reached. Simulation results show that the AUV swarm successfully determines handover decisions in accordance with channel conditions and swarm mobility through consensus while minimizing unnecessary handovers. Compared to the conventional method, where a single AUV makes independent handover decisions, the proposed approach demonstrates performance improvements of approximately 30.12 % in energy consumption and 8.89 % in Signal to Noise Ratio (SNR). Keywords: Swarm handover, Consensus algorithm, Underwater acoustic network, Autonomous Underwater Vehicle (AUV) PACS numbers: 43.30.Tg, 43.60.Bf, 43.60.Dh 한국음향학회지 제44권 제3호 pp. 193～201 (2025) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.3 (2025) https://doi.org/10.7776/ASK.2025.44.3.193 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Ho-Shin Cho (hscho@ee.knu.ac.kr) Department of Electronics Engineering, Kyungpook National University, 80 Daehak-ro, Buk-gu, Daegu 41566, Republic of Korea (Tel: 82-53-950-8677, Fax: 82-53-950-5505) Copyrightⓒ 2025 The Acoustical Society of Korea. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 193Next >