• Research Article

    Acoustic insertion loss by a bubble layer for the application to air bubble curtain and air masker

    기포층 음향 삽입손실 연구: 기포커튼과 에어마스커

    Cheolsoo Park, So Won Jeong, Gun Do Kim, Ilsung Moon, and Geuntae Yim

    박철수, 정소원, 김건도, 문일성, 임근태

    This paper derives the insertion loss for the bubble layer of an air bubble curtain and an air masker which are used ...

    해양구조물의 파일링 소음을 줄이기 위한 기포커튼과 선체 진동에 의한 수중방사소음 차단을 위한 에어마스커에 대하여 각각의 삽입손실 해석해를 유도하였다. 해석해를 구하기 위해 기포커튼과 ...

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    This paper derives the insertion loss for the bubble layer of an air bubble curtain and an air masker which are used to reduce ocean anthropogenic noise such as the piling noise and the ship noise. The air bubble curtain is considered as a ‘fluid-air bubble layer-fluid’ model and the environment for the air masker is simplified as an ‘vacuum-thin plate-fluid-air bubble layer-fluid’ model. The air bubble layer in each model is assumed as the effective medium which has the complex wavenumber and the complex impedance corresponding to the bubble population distribution. The numerical simulations are performed to examine the insertion loss depending on the bubble population, the void fraction, and the thickness of the layer.


    해양구조물의 파일링 소음을 줄이기 위한 기포커튼과 선체 진동에 의한 수중방사소음 차단을 위한 에어마스커에 대하여 각각의 삽입손실 해석해를 유도하였다. 해석해를 구하기 위해 기포커튼과 에어마스커를 각각 ‘유체-기포층-유체’ 그리고 ‘진공-평판-유체-기포층-유체’의 단순 모델로 가정하였고, 각 모델에서 해당 기포층을 복소수 형태의 파수와 임피던스로 규정된 유효매질로 치환하였다. 수치 모의를 통해 기포의 분포, 기포율, 그리고 기포층의 두께에 따른 삽입손실의 특성을 살펴보았다.

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    July 2020
  • Research Article

    Multiple vertical depression-based HMS active target detection using GSFM pulse

    GSFM 펄스를 이용한 다중 수직지향각 기반 선체고정소나 능동 표적 탐지

    Jungpyo Hong, Chomgun Cho, Geunhwan Kim, Kyunkyung Lee, and Kyungsik Yoon

    홍정표, 조점군, 김근환, 이균경, 윤경식

    In decades, active sonar, which transmits signals and detects incident signals reflected by underwater targets, has been significantly studied since passive sonar ...

    수중표적의 저소음화로 표적의 방사소음이 감소함에 따라 수동소나의 한계가 나타나면서 신호를 송신하고 표적 반사 신호를 탐지하는 능동탐지에 대한 연구가 활발해 지고 있다. 일반적으로 ...

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    In decades, active sonar, which transmits signals and detects incident signals reflected by underwater targets, has been significantly studied since passive sonar in Anti-Submarine Warfare (ASW) detection performance becomes lowered, as underwater threats become their radiated noise reduced. In general, active sonar using Hull-Mounted Sonar (HMS) adjusts vertical tilt (depression) and sequentially transmits multiple Linear Frequency Modulation (LFM) subpulses which have non-overlapped bands, i. e. 1 kHz ~ 2 kHz, 2 kHz ~ 3 kHz, in order to reduce shadow zones. Recently, however, Generalized SFM (GSFM), which is generalized form of SFM, is proposed, and it is confirmed that subpulses of GSFM have orthogonality among each other depending on setting of GSFM parameters. Hence, in this paper, we applied GSFM to active target detection using HMS to improve the performance by the signal processing gain obtained from enlarged bandwidths of GSFM subpulses compared to those of LFM subpulses. Through simulation, we verified that when the number of subpulses is three, the matched filter gain of GSFM is approximately 5 dB higher than that of LFM.


    수중표적의 저소음화로 표적의 방사소음이 감소함에 따라 수동소나의 한계가 나타나면서 신호를 송신하고 표적 반사 신호를 탐지하는 능동탐지에 대한 연구가 활발해 지고 있다. 일반적으로 선체고정소나(Hull-Mounted Sonar, HMS)를 이용한 능동탐지 시 음파가 도달하지 않는 음영구역을 줄이기 위해 수직지향각을 조정하면서 다수의 Linear Frequency Modulation(LFM) 부펄스를 대역분할하여 순차적으로 송신한다. 하지만 최근에 Sinusoidal Frequency Modulation(SFM)의 일반화된 형태인 Generalized SFM(GSFM) 펄스가 제안되었고, 파라미터 설정에 따라 GSFM 부펄스 간에 직교성이 확인되었다. 따라서, 본 논문에서는 GSFM을 선체고정소나의 다중 수직지향각 능동탐지에 활용함으로써 부펄스의 대역폭 사용을 극대화 하여 신호처리 이득에 따른 능동탐지 성능을 향상 시킬 수 있음을 보였다. 모의실험을 통해 부펄스가 3개일 때, GSFM이 LFM 대비 약 5 dB 정도의 정합필터 이득이 있음을 확인하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    Denoising ISTA-Net: learning based compressive sensing with reinforced non-linearity for side scan sonar image denoising

    Denoising ISTA-Net: 측면주사 소나 영상 잡음제거를 위한 강화된 비선형성 학습 기반 압축 센싱

    Bokyeung Lee, Bonwha Ku, Wan-Jin Kim, Seongil Kim, and Hanseok Ko

    이보경, 구본화, 김완진, 김성일, 고한석

    In this paper, we propose a learning based compressive sensing algorithm for the purpose of side scan sonar image denoising. The proposed ...

    본 논문에서는 학습 기반 압축 센싱 기법을 이용한 측면주사 소나 영상의 비균일 잡음 제거 알고리즘을 제안한다. 제안하는 기법은 Iterative Shrinkage and Thresholding ...

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    In this paper, we propose a learning based compressive sensing algorithm for the purpose of side scan sonar image denoising. The proposed method is based on Iterative Shrinkage and Thresholding Algorithm (ISTA) framework and incorporates a powerful strategy that reinforces the non-linearity of deep learning network for improved performance. The proposed method consists of three essential modules. The first module consists of a non-linear transform for input and initialization while the second module contains the ISTA block that maps the input features to sparse space and performs inverse transform. The third module is to transform from non-linear feature space to pixel space. Superiority in noise removal and memory efficiency of the proposed method is verified through various experiments.


    본 논문에서는 학습 기반 압축 센싱 기법을 이용한 측면주사 소나 영상의 비균일 잡음 제거 알고리즘을 제안한다. 제안하는 기법은 Iterative Shrinkage and Thresholding Algorithm(ISTA) 알고리즘을 기반으로 하고 있으며 성능 향상을 위해 학습네트워크의 비선형성을 강화시키는 전략을 선택하였다. 제안된 구조는 입력 신호를 비선형 변환과 초기화 하는 부분, Sparse 공간으로 변환 및 역변환하는 ISTA block, 특징 공간에서 픽셀 공간으로 변환하는 부분으로 구성된다. 제안된 기법은 다양한 모의 실험을 통해 잡음 제거 성능 및 메모리 효율성 측면에서 우수함이 입증되었다.

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    July 2020
  • Research Article

    Weighted polynomial fitting method for estimating shape of acoustic sensor array

    음향 센서 배열 형상 추정을 위한 가중 다항 근사화 기법

    Dong Gwan Kim, Yong Guk Kim, and Chang-ho Choi

    김동관, 김용국, 최창호

    In modern passive sonar systems, a towed array sensor is used to minimize the effects of own ship noise and to get ...

    현대의 수동소나 시스템에서는 자함 소음의 영향을 최소화하고 더 높은 신호대잡음비를 얻기 위한 목적으로 예인형 선배열 센서를 운용한다. 얇고 긴 예인형 선배열 센서는 ...

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    In modern passive sonar systems, a towed array sensor is used to minimize the effects of own ship noise and to get a higher SNR. The thin and long towed array sensor can be guided in a non-linear form according to the maneuvering of tow-ship. If this change of the array shape is not considered, the performance of beamformer may deteriorate. In order to properly beamform the elements in the array, an accurate estimate of the array shape is required. Various techniques exist for estimating the shape of the linear array. In the case of a method using a heading sensor, the estimation performance may be degraded due to the effect of heading sensor noise. As means of removing this potential error, weighted polynomial fitting technique for estimating array shape is developed here. In order to evaluate the performance of proposed method, we conducted computer simulation. From the experiments, it was confirmed that the proposed method is more robust to noise than the conventional method.


    현대의 수동소나 시스템에서는 자함 소음의 영향을 최소화하고 더 높은 신호대잡음비를 얻기 위한 목적으로 예인형 선배열 센서를 운용한다. 얇고 긴 예인형 선배열 센서는 예인선의 기동에 따라 비선형 형태로 유도될 수 있다. 이러한 배열 형상의 변화가 고려되지 않는다면 빔형성기의 성능이 저하될 수 있다. 따라서 예인형 선배열 센서를 이용한 빔형성 시 센서 배열에 대한 정확한 형상의 추정이 필요하다. 선배열 형상 추정에는 다양한 기법이 존재한다. 그 중 방위센서를 이용한 기법의 경우, 방위센서 잡음의 영향으로 추정성능이 감소할 수 있다. 이러한 잠재적 오류를 제거하기 위해 가중 다항 근사화 기반 배열 형상 추정 기법을 제안하였다. 제안 기법의 성능 검증을 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 제안 기법의 성능이 기존 기법에 비해 잡음에 강인함을 확인하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    A study on the fault diagnosis of rotating machine by machine learning

    기계학습을 적용한 회전체 고장진단에 관한 연구

    Hang-Kyu Jeon, Ji-Sun Kim, Bong-Ju Kim, and Won-Jin Kim

    전항규, 김지선, 김봉주, 김원진

    In this study, a rotating machine that can reproduce normal condition and 8 fault conditions were produced, and vibration data was acquired ...

    본 논문에서는 정상상태와 8가지의 고장이 재현가능한 회전체를 제작하고 진동 데이터를 취득하였다. 취득한 데이터로 특징을 계산하여 인공신경망과 유전알고리즘을 적용한 고장진단을 통해 정확성을 분석한다 ...

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    In this study, a rotating machine that can reproduce normal condition and 8 fault conditions were produced, and vibration data was acquired. Feature is calculated from the acquired data, and accuracy is analyzed through fault diagnosis using artificial neural networks and genetic algorithms. In order to achieve optimal timing and higher accuracy, features by three domains were applied to the fault diagnosis. The learning number was selected as a setting variable. As a result of the rotating machine fault diagnosis, high precision was found in the frequency domain than in others, and precise fault diagnoses were accomplished through all of 10 operations, at the learning number of 5000 and 8000. Given the efficiency of time, it was estimated to be the most efficient when the number of learning was 5000.


    본 논문에서는 정상상태와 8가지의 고장이 재현가능한 회전체를 제작하고 진동 데이터를 취득하였다. 취득한 데이터로 특징을 계산하여 인공신경망과 유전알고리즘을 적용한 고장진단을 통해 정확성을 분석한다. 최적의 시간과 높은 정확성의 구현을 위해 특징을 3가지 영역으로 구분하여 고장진단에 적용하였다. 설정변수는 학습수로 설정하였다. 회전체 고장진단의 결과는 다른 영역보다 주파수영역에서 높은 정확성을 보였으며 학습수 5000, 8000회에서 10회의 구동 모두 정확한 고장진단을 하였다. 시간의 효율성을 고려하였을 경우, 학습수가 5000회일 때 가장 우수하다고 판단하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    Sound transmission of multi-layered micro-perforated plates in a cylindrical impedance tube

    원통형 임피던스 튜브 내 다중 미세천공 판의 음향투과

    Hyun-Sil Kim, Pyung-Sik Ma, Bong-Ki Kim, Seong-Hyun Lee, and Yun-Ho Seo

    김현실, 마평식, 김봉기, 이성현, 서윤호

    In this paper, sound transmission of Micro-Perforated Plates (MPPs) installed in an impedance tube with a circular cross-section is described using an ...

    본 논문은 원통형 임피던스 튜브내에 설치된 다중 미세천공판(Micro-Perforated Plate, MPP)의 음향투과를 해석적으로 구하는 방법을 다루었다. 판의 진동을 무한 급수의 합으로 ...

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    In this paper, sound transmission of Micro-Perforated Plates (MPPs) installed in an impedance tube with a circular cross-section is described using an analytic method. Vibration of the plates is expressed in terms of an infinite series of modal functions, where modal function in the radial direction is given by the Bessel function. Under the plane wave assumption, a low frequency approximation is derived, and a formula for the sound transmission coefficient of multi-layered MPPs is presented using the transfer matrix method. The Sound Transmission Losses (STLs) of single and double MPPs are computed using the proposed method and compared with those done by the Finite Element Method (FEM), which shows an excellent agreement. As the perforation increases, the STL is degraded, since the STL becomes dominated by the perforation ratio rather than by vibration of the plate. The STL shows dips at natural frequencies as well as at the mass-spring-mass resonance frequency. The proposed model for the STL prediction in this study can be applied to an arbitrary number of MPPs, where each MPP may or may not have a perforation.


    본 논문은 원통형 임피던스 튜브내에 설치된 다중 미세천공판(Micro-Perforated Plate, MPP)의 음향투과를 해석적으로 구하는 방법을 다루었다. 판의 진동을 무한 급수의 합으로 전개하였는데 반경방향으로는 Bessel 함수를 포함한다. 평면파 가정하에서 저주파수 대역의 근사식을 유도하였으며 전달함수법을 이용하여 다중 MPP에 대한 음향투과율 공식을 제시하였다. 단일과 이중 MPP의 음향투과손실(Sound Transmission Loss, STL)을 본 논문에서 제안한 공식을 이용하여 계산하였으며 유한요소법(Finite Element Method, FEM)을 사용한 결과와 잘 일치 하였다. 천공율이 증가할수록 STL은 감소하는데 이는 판의 진동보다는 천공율이 더 큰 영향을 주기 때문이다. STL은 판의 공진주파수에서 골(dip)을 보이며 이중 MPP의 STL은 질량-스프링-질량 진동에 해당하는 공진주파수에서 골을 보인다. 본 연구에서 제안한 STL 예측 모델은 임의의 개수의 다중 MPP에 적용이 가능하며 각각의 판은 미세천공을 포함하거나 포함하지 않는 두 가지 경우가 모두 가능하다.

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    July 2020
  • Research Article

    Application of the artificial intelligence for automatic detection of shipping noise in shallow-water

    천해역 선박 소음 자동 탐지를 위한 인공지능 기법 적용

    Sunhyo Kim, Seom-Kyu Jung, Donhyug Kang, Mira Kim, and Sungho Cho

    김선효, 정섬규, 강돈혁, 김미라, 조성호

    The study on the temporal and spatial monitoring of passing vessels is important in terms of protection and management the marine ecosystem ...

    항행 선박의 시·공간적 모니터링 기술 연구는 연안 해양공간에서 해양 생태계 보호 및 효율적인 관리를 위해서 중요하다. 본 연구에서는 실험해역에서 측정된 선박 ...

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    The study on the temporal and spatial monitoring of passing vessels is important in terms of protection and management the marine ecosystem in the coastal area. In this paper, we propose the automatic detection technique of passing vessel by utilizing an artificial intelligence technology and broadband striation patterns which are characteristic of broadband noise radiated by passing vessel. Acoustic measurements to collect underwater noise spectrum images and ship navigation information were conducted in the southern region of Jeju Island in South Korea for 12 days (2016.07.15-07.26). And the convolution neural network model is optimized through learning and validation processes based on the collected images. The automatic detection performance of passing vessel is evaluated by precision (0.936), recall (0.830), average precision (0.824), and accuracy (0.949). In conclusion, the possibility of the automatic detection technique of passing vessel is confirmed by using an artificial intelligence technology, and a future study is proposed from the results of this study.


    항행 선박의 시·공간적 모니터링 기술 연구는 연안 해양공간에서 해양 생태계 보호 및 효율적인 관리를 위해서 중요하다. 본 연구에서는 실험해역에서 측정된 선박 소음 특징인 광대역 줄무늬 패턴 자료에 인공지능 기술을 적용하여 항행하는 선박을 자동 탐지하는 연구를 수행하였다. 소음 스펙트럼 이미지와 선박의 항행정보를 수집하기 위한 해상시험은 2016년 7월 15일부터 26일까지 제주 남부 해역에서 실시되었고, 컨볼루션 신경망 모델은 수집된 이미지를 기반으로 학습, 교차검증 과정을 거쳐 최적화되었다. 선박 소음 자동 탐지 기법의 성능은 정밀도(0.936), 재현율(0.830), 평균 정밀도(0.824) 그리고 정확도(0.949)로 평가되었다. 결론적으로 인공지능 기법을 활용하여 선박 소음의 자동 탐지 가능성을 확인하였다. 본 연구의 결과로부터 성능을 향상시킬 수 있는 방안 및 향후 연구에 대하여 제안하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    Tempo-oriented music recommendation system based on human activity recognition using accelerometer and gyroscope data

    가속도계와 자이로스코프 데이터를 사용한 인간 행동 인식 기반의 템포 지향 음악 추천 시스템

    Seung-Su Shin, Gi Yong Lee, and Hyoung-Gook Kim

    신승수, 이기용, 김형국

    In this paper, we propose a system that recommends music through tempo-oriented music classification and sensor-based human activity recognition. The proposed method ...

    본 논문에서는 템포 기반의 음악 분류와 센서 기반의 인간 행동 인식을 통한 음악을 추천하는 시스템을 제안한다. 제안하는 방식은 템포 기반의 음악 분류를 ...

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    In this paper, we propose a system that recommends music through tempo-oriented music classification and sensor-based human activity recognition. The proposed method indexes music files using tempo-oriented music classification and recommends suitable music according to the recognized user’s activity. For accurate music classification, a dynamic classification based on a modulation spectrum and a sequence classification based on a Mel-spectrogram are used in combination. In addition, simple accelerometer and gyroscope sensor data of the smartphone are applied to deep spiking neural networks to improve activity recognition performance. Finally, music recommendation is performed through a mapping table considering the relationship between the recognized activity and the indexed music file. The experimental results show that the proposed system is suitable for use in any practical mobile device with a music player.


    본 논문에서는 템포 기반의 음악 분류와 센서 기반의 인간 행동 인식을 통한 음악을 추천하는 시스템을 제안한다. 제안하는 방식은 템포 기반의 음악 분류를 통해 음악 파일을 색인하고, 인식된 행동에 따라 적합한 음악을 추천한다. 정확한 음악 분류를 위해 변조 스펙트럼 기반의 동적 분류기와 멜 스펙트로그램 기반의 시퀀스 분류기가 함께 사용된다. 또한, 간단한 스마트폰 가속도계, 자이로스코프 센서 데이터가 심층 스파이킹 신경망에 적용되어 행동 인식 성능을 향상시킨다. 마지막으로 인식된 행동과 색인된 음악 파일의 관계를 고려한 매핑 테이블을 통해 음악 추천이 수행된다. 실험 결과는 제안된 시스템이 음악 플레이어가 있는 실제 모바일 장치에 사용하기에 적합하다는 것을 보여준다.

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    July 2020
  • Research Article

    Improved CycleGAN for underwater ship engine audio translation

    수중 선박엔진 음향 변환을 위한 향상된 CycleGAN 알고리즘

    Hina Ashraf, Yoon-Sang Jeong, and Chong Hyun Lee

    아쉬라프 히나, 정윤상, 이종현

    Machine learning algorithms have made immense contributions in various fields including sonar and radar applications. Recently developed Cycle-Consistency Generative Adversarial Network (CycleGAN ...

    기계학습 알고리즘은 소나 및 레이더를 포함한 다양한 분야에서 사용되고 있다. 최근 개발된 GAN(Generative Adversarial Networks)의 변형인 Cycle-Consistency Generative Adversarial Network ...

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    Machine learning algorithms have made immense contributions in various fields including sonar and radar applications. Recently developed Cycle-Consistency Generative Adversarial Network (CycleGAN), a variant of GAN has been successfully used for unpaired image-to-image translation. We present a modified CycleGAN for translation of underwater ship engine sounds with high perceptual quality. The proposed network is composed of an improved generator model trained to translate underwater audio from one vessel type to other, an improved discriminator to identify the data as real or fake and a modified cycle-consistency loss function. The quantitative and qualitative analysis of the proposed CycleGAN are performed on publicly available underwater dataset ShipsEar by evaluating and comparing Mel-cepstral distortion, pitch contour matching, nearest neighbor comparison and mean opinion score with existing algorithms. The analysis results of the proposed network demonstrate the effectiveness of the proposed network.


    기계학습 알고리즘은 소나 및 레이더를 포함한 다양한 분야에서 사용되고 있다. 최근 개발된 GAN(Generative Adversarial Networks)의 변형인 Cycle-Consistency Generative Adversarial Network(CycleGAN)은 쌍을 이루지 않은 이미지-이미지 변환에 대해 검증된 네트워크이다. 본 논문에서는 높은 품질로 수중 선박 엔진음을 변환시킬 수 있는 변형된 CycleGAN을 제안한다. 제안된 네트워크는 수중 음향을 기존영역에서 목표영역으로 변환시키는 생성자 모델과 데이터를 참과 거짓으로 구분하는 개선된 식별자 그리고 변환된 수환 일관성(Cycle Consistency) 손실함수로 구성된다. 제안된 CycleGAN의 정량 및 정성분석은 공개적으로 사용 가능한 수중 데이터 ShipsEar을 사용하여 기존 알고리즘들과 Mel-cepstral분포, 구조적 유사 지수, 최소 거리 비교, 평균 의견 점수를 평가 및 비교함으로써 수행되었고, 분석결과는 제안된 네트워크의 유효성을 입증하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    Inspection on the acoustic output of the focused extracorporeal focused shock wave therapeutic devices approved by MFDS

    식약처에서 허가된 집속형 ESWT 치료기의 음향 출력 분석

    Min Joo Choi, Sung Joung Jeon,Oh Bin Kwon, Min Young Lee, Jin Sik Cho, Han Soo Kim, and Eun Ho Maeng

    최민주, 전성중, 권오빈,이민영, 조진식, 김한수, 맹은호

    Extracorporeal Shock Wave Therapy (ESWT) is an innovative treatment in chronic musculoskeletal pain management and cardiovascular diseases. In this study, we surveyed ...

    체외충격파치료술(Extracorporeal Shock Wave Therapy, ESWT)은 보존적인 치료가 어려운 근골격계 난치성 통증 치료 뿐 아니라 심혈관계 질환까지 적용 분야가 확대되고 있는 ...

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    Extracorporeal Shock Wave Therapy (ESWT) is an innovative treatment in chronic musculoskeletal pain management and cardiovascular diseases. In this study, we surveyed the acoustic shock wave outputs from the domestically used focal type ESWT devices. The survey data were collected through 30 technical documents registered to the Ministry of Food and Drug Safety (MFDS), Rep. Korea. The results show that the focusing geometry varies largely, 5 mm to 65 mm in the focal length, 3 mm to 30 mm in focal width, and 4 mm to 108 mm in focal depth. The maximum positive pressure (P+) ranges from 7 MPa to 280 MPa, the focal Energy Flux Density (EFD) from 0.0035 mJ/mm2 to 35 mJ/mm2, and the energy per pulse (E) from 0.737 mJ to 80.86 mJ. All domestic PE-type (five) and one EM-type domestic devices included in the analysis of the correlation between P+ and EFD are shown to be far beyond the usual ranges and do not comply with expected correlation so that the reliability of their data was suspected. For the suspected, post-performance tests are required by a recognized testing agency. MFDS guidelines need to be revised so that the pass criteria for the shock wave acoustic outputs can be based on the clinical tests for indications.


    체외충격파치료술(Extracorporeal Shock Wave Therapy, ESWT)은 보존적인 치료가 어려운 근골격계 난치성 통증 치료 뿐 아니라 심혈관계 질환까지 적용 분야가 확대되고 있는 혁신적인 치료술이다. 본 연구에서는 국내에서 사용되는 집속형 ESWT 치료기의 성능을 결정하는 충격파 음향 출력의 분포를 조사했다. 분석에 사용된 데이터는 식약처에 등록된 30개 기술 문서를 통해 수집했다. 조사 결과, ESWT 치료기 충격파의 집속 특성은, 초점 거리가 5 mm ~ 65 mm, 초점 폭이 3 mm ~ 30 mm, 초점 깊이가 4 mm ~ 108 mm 범위에서 변화하고 있다. 충격파의 최대 양압(P+)는 7 MPa ~ 280 MPa, 초점에서 에너지 밀도 Energy Flux Density(EFD)는 0.0035 mJ/mm2 ~ 35 mJ/mm2, 펄스당 에너지(E)는 0.737 mJ ~ 80.86 mJ로 매우 넓은 범위에서 분포하고 있다. P+ 및 EFD 상관성 분석에 포함된 모든 국내산 PE 방식 제품(5개) 및 1개의 EM 방식 국산 치료기는 P+ 및 EFD가 통상적인 범위를 크게 벗어나고 있으며, 예상되는 상관성을 따르지 않고 있어, 데이터의 신뢰성을 인정하기 어려운 상태이다. 음향 출력의 값에 신뢰성을 부여하기 어려운 경우, 식약처에서 인정하는 시험 검사 기관을 통해 사후 시험 검사 및 관리가 요구된다. 충격파 음향 출력에 대한 통과 기준이 치료기의 적응증에 대한 임상 시험 결과를 근거로 설정될 수 있도록 식약처의 규정 및 가이드라인 개선이 필요하다.

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    July 2020
  • Research Article

  • Research Article

    Comparative analysis of noise from three Falcon 9 launches

    Falcon 9 로켓 3회 발사 소음의 비교 분석

    Logan T. Mathews, Kent L. Gee, Grant W. Hart, Reese D. Rasband, Daniel J. Novakovich, Francisco I. Irarrazabal, Aaron B. Vaughn, and Pauline Nelson
    This study investigates the far-field noise from three Falcon 9 vehicle launches from Vandenberg Air Force Base, CA, USA, as measured from ...

    본 연구에서는 미국 캘리포니아주 소재 반덴버그 공군기지(Vandenberg Air Force Base)에서 3차례 발사된 Falcon 9의 원거리장 소음에 대해 논하였다. 발사 소음은 ...

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    This study investigates the far-field noise from three Falcon 9 vehicle launches from Vandenberg Air Force Base, CA, USA, as measured from the same location within the nearby community of Lompoc. The overall sound pressure levels for the three launches are shown to be similar, but some differences in the early launch period are thought to be weather-related. The peak directivity angle in overall level is approximately 65 deg, which is consistent with horizontally-fired, static rocket data. For the third launch, waveforms and spectra are analyzed for different events during the launch sequence. The measured spectral bandwidth decreases with time, but spectral levels remain above the ambient noise throughout the main-engine firing. Additionally, late-launch phenomena observed in the data appear to be correlated with main-engine cutoff and second-stage engine start.


    본 연구에서는 미국 캘리포니아주 소재 반덴버그 공군기지(Vandenberg Air Force Base)에서 3차례 발사된 Falcon 9의 원거리장 소음에 대해 논하였다. 발사 소음은 3회 모두 롬폭(Lompoc) 도시 인근의 동일 위치에서 측정되었다. 전체 음압레벨(overall sound pressure level)은 3회 모두 유사하지만 기상조건과 관련된 차이점이 발사 초반부에 관찰되었다. 음압레벨 기준 최대 지향성은 약 65°로서 수평 정적 연소시험으로부터 얻어진 결과와 일치하였다. 세번째 발사 소음에 대하여 각 발사 단계에 따른 파형 및 스펙트럼을 분석하였다. 1단 엔진 추진 구간에서 소음의 대역폭은 시간에 따라 감소하였으나 그 크기는 모든 주파수에 걸쳐 주변 소음레벨을 상회하였다. 또한, 발사 후반부 데이터에서 관찰되는 특이 경향은 1단 엔진 정지 및 2단 로켓 점화와 연관이 있는 것으로 추정되었다.

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    July 2020
  • Research Article

    Design of launch pad for mitigating acoustic loads on launch vehicle at liftoff

    우주발사체 발사 시 음향하중 저감을 위한 발사대 설계

    Seiji Tsutsumi
    At liftoff, launch vehicles are subject to harmful acoustic loads due to the intense acoustic waves generated by propulsion systems. Because these ...

    우주발사체는 발사 시 추진장치에서 발생하는 고강도 소음에 의한 음향하중의 영향을 받는다. 로켓소음은 발사체와 페이로드 내 전자 및 기계 부품의 손상 및 오작동을 ...

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    At liftoff, launch vehicles are subject to harmful acoustic loads due to the intense acoustic waves generated by propulsion systems. Because these waves can cause electronic and mechanical components of launch vehicles and payloads to fail, predicting and mitigating acoustic loads is an important design issue. This article presents the latest information about the generation of acoustic waves and the acoustic design methods applicable to the launch pad. The development of the Japanese Epsilon solid launcher is given as an example of the new methodology for launch pad design. Computational fluid dynamics together with 1/42 scale model testing were performed for this development. Effectiveness of the launch pad design to reduce acoustic loads was confirmed by the post-flight analysis.


    우주발사체는 발사 시 추진장치에서 발생하는 고강도 소음에 의한 음향하중의 영향을 받는다. 로켓소음은 발사체와 페이로드 내 전자 및 기계 부품의 손상 및 오작동을 유발할 수 있기 때문에 음향하중의 예측 및 저감은 설계에 있어 중요한 고려사항이다. 본 논문에서는 로켓 소음의 생성 및 발사대의 음향설계 기법에 대한 최신 연구동향을 논하였다. 특히, 새로운 발사대 설계 방법론의 예로서 일본 Epsilon 로켓 발사대의 개발과정을 기술하였다. 전산유체역학 모사 및 1/42 축소모형 실험을 통하여 설계된 발사대의 음향하중 저감 효과를 Epsilon 로켓의 실제 비행 데이터 분석을 통하여 검증하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    An overview of acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launchers

    위성 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구

    Soon-Hong Park

    박순홍

    Acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launch vehicles are introduced in this paper. Various dynamic loads ...

    본 논문은 우주 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구의 개요와 음향 해석 및 시험 기술의 국내 현황을 소개하고 있다. 먼저 발사체 ...

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    Acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launch vehicles are introduced in this paper. Various dynamic loads exerted on a launch vehicle during its operation are summarized. The acoustical design method of payload fairings which protect satellites from harsh launch environment was reviewed. Several acoustic research activities were performed to enhance the analytical prediction ability during the development period of the Naro and the Nuri launcher. Specifically, the following research activities are reviewed: a test and vibro-acoustic analysis of composite cylinders whose layup properties are varied, a research on low-frequency acoustic load reduction by an acoustic resonator array and an acoustic test on the cylinder part of the Naro payload fairing. A vibro-acoustic analysis result for the Nuri launcher was introduced and predicted acoustic and vibration levels and measured ones are shown to be in a good agreement.


    본 논문은 우주 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구의 개요와 음향 해석 및 시험 기술의 국내 현황을 소개하고 있다. 먼저 발사체 운용중에 받는 동하중에 대하여 요약, 정리하고 위성체를 보호하기 위한 페이로드 페어링의 음향 하중 저감 설계 및 해석 방법을 소개하였다. 나로호부터 현재 한국형발사체 페이로드 페어링까지 음향 보호 시스템의 최적 설계를 위해 구조 진동-음향 연성 해석 성능의 향상을 도모하였으며, 이를 위한 연구 활동을 살펴보았다. 구체적으로 적층 구조가 다른 복합재료 실린더에 대한 음향 하중 저감 성능 해석 및 검증 시험, 음향 공명기 배열을 적용하기 위한 인클로저 음향 시험, 나로호 페어링 실린더부에 대한 음향 가진 시험 및 해석 등의 결과를 소개하였다. 현재 개발중인 한국형 발사체(누리호)의 페이로드 페어링 음향 하중 저감 해석 및 시험 결과를 소개하였으며 해석 결과가 실험 결과를 잘 예측함을 보였다.

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    July 2020
  • Research Article

    A study on in-flight acoustic load reduction in launch vehicle fairing by FE-SEA hybrid method

    FE-SEA 하이브리드 기법을 이용한 비행 중 발사체 페어링 내부 음향하중 저감에 관한 연구

    Injeong Choi, Seoryong Park, and Soogab Lee

    최인정, 박서룡, 이수갑

    Launch vehicles are subject to airborne acoustic loads during atmospheric flight and these effects become pronounced especially in transonic region. As the ...

    발사체는 비행 중 공기역학적 현상에 기인하는 음향하중의 영향을 받는데, 특별히 천음속 영역에서 그 영향이 증가된다. 음향하중으로 인한 페어링 내부 소음진동은 탑재물의 오작동을 ...

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    Launch vehicles are subject to airborne acoustic loads during atmospheric flight and these effects become pronounced especially in transonic region. As the vibration due to the acoustic loads can cause malfunction of payloads, it is essential to predict and reduce the acoustic loads. In this study, a complete process has been developed for predicting airborne vibro-acoustic environment inside the payload pairing and subsequent noise reduction procedure employing acoustic blankets and Helmholtz resonators. Acoustic loads were predicted by Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) analysis and a semi-empirical model for pressure fluctuation inside turbulent boundary layer. Coupled vibro-acoustic analysis was performed using VA One SEA’s Finite Element Statistical Energy Analysis (FE-SEA) hybrid module and ANSYS APDL. The process has been applied to a hammerhead launch vehicle to evaluate the effect of acoustic load reduction and accordingly to verify the effectiveness of the process. The presently developed process enables to obtain quick analysis result with reasonable accuracy and thus is expected to be useful in the initial design phase of a launch vehicle.


    발사체는 비행 중 공기역학적 현상에 기인하는 음향하중의 영향을 받는데, 특별히 천음속 영역에서 그 영향이 증가된다. 음향하중으로 인한 페어링 내부 소음진동은 탑재물의 오작동을 유발할 수 있어 이를 예측하고 저감하는 과정이 필수적이다. 본 연구에서는 발사체 외부에 작용하는 공기역학적 음향하중에 의한 페어링 내부 음향 진동환경을 예측하고, 음향 블랭킷과 헬름홀츠 공명기를 이용하여 소음저감 설계를 구현하는 프로세스를 개발하였다. 음향하중 예측은 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 유동해석 결과와 난류 경계층 내부 압력섭동에 관한 준 경험식을 이용하였고, 음향진동 연성해석은 ANSYS APDL과 VA One SEA의 Finite Element Statistical Energy Analysis (FE-SEA) 하이브리드 해법을 이용하였다. 개발된 절차를 천음속 해머 헤드형 발사체에 적용하여 음향하중 저감효과를 확인하고 개발된 절차의 유효성을 검증하였다. 본 연구에서 개발된 절차는 타당한 수준의 정확도로 신속한 결과를 얻을 수 있어 발사체 초기설계 단계에 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 예상된다.

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    July 2020
  • Research Article

    A method for removal of reflection artifact in computational fluid dynamic simulation of supersonic jet noise

    초음속 제트소음의 전산유체 모사 시 반사파 아티팩트 제거 기법

    Taeyoung Park, Hyun-Shik Joo, Inman Jang, Seung-Hoon Kang, Won-Suk Ohm, Sang-Joon Shin, and Jeongwon Park

    박태영, 주현식, 장인만, 강승훈, 엄원석, 신상준, 박정원

    Rocket noise generated from the exhaust plume produces the enormous acoustic loading, which adversely affects the integrity of the electronic components and ...

    우주 발사체의 초음속 플룸으로부터 발생하는 고강도 소음은 발사체에 음향하중으로 작용하여 전장품이나 탑재 위성의 오작동 및 고장을 유발한다. 음향하중을 발생시키는 로켓/제트소음의 예측은 ...

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    Rocket noise generated from the exhaust plume produces the enormous acoustic loading, which adversely affects the integrity of the electronic components and payload (satellite) at liftoff. The prediction of rocket noise consists of two steps: the supersonic jet exhaust is simulated by a method of the Computational Fluid Dynamics (CFD), and an acoustic transport method, such as the Helmholtz-Kirchhoff integral, is applied to predict the noise field. One of the difficulties in the CFD step is to remove the boundary reflection artifacts from the finite computation boundary. In general, artificial damping, known as a sponge layer, is added nearby the boundary to attenuate these reflected waves but this layer demands a large computational area and an optimization procedure of related parameters. In this paper, a cost-efficient way to separate the reflected waves based on the two microphone method is firstly introduced and applied to the computation result of a laboratory-scale supersonic jet noise without sponge layers.


    우주 발사체의 초음속 플룸으로부터 발생하는 고강도 소음은 발사체에 음향하중으로 작용하여 전장품이나 탑재 위성의 오작동 및 고장을 유발한다. 음향하중을 발생시키는 로켓/제트소음의 예측은 초음속 난류 유동(소음원) 예측을 위한 전산유체해석과 음향(소음 전파) 해석이 결합된 모델이 주로 사용된다. 이때, 유동해석 시 계산영역 경계면에서 발생하는 반사파 아티팩트를 제거하기 위해 경계조건 외에 추가적으로 흡수층(sponge layer)과 같은 모델링이 적용된다. 하지만, 해석 대상에 따라 흡수층의 파라미터 최적화 연구가 선행되어야 하고 더 큰 계산 영역을 필요로 하기 때문에, 이는 해석시간 증가의 주요 요인이 된다. 이에 본 논문에서는 계산효율을 증대시키기 위해 흡수층 대신 유동해석 결과에 존재하는 반사파 아티팩트를 두 개의 마이크로폰 기법을 기반으로 하여 제거하는 방법을 처음으로 제안하고, 이를 실제 소형 초음속 제트소음 해석 결과에 적용하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    A study on combustion instability of solid rocket motor with cylinder-slot grain

    실린더-슬롯형 그레인을 가진 고체로켓모터의 연소불안정 연구

    Dohyung Lee and Hongjip Kim

    이도형, 김홍집

    Combustion instability occurred in the combustion test of solid rocket motor with large aspect ration Length/Diameter (L/D) and cylinder-slot grain ...

    종횡비(Length/Diameter, L/D)가 크고, 실린더-슬롯형 그레인을 적용한 고체로켓모터의 연소시험에서 연소불안정 현상이 발생하였다. 압력섭동을 스펙트럼 분석한 결과 중심축 길이방향 주파수가 ...

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    Combustion instability occurred in the combustion test of solid rocket motor with large aspect ration Length/Diameter (L/D) and cylinder-slot grain. As a result of spectral analysis of the pressure perturbation, it was confirmed that the central axis longitudinal frequency was dominant, so that the length of the cylinder part was increased to eliminate the coincidence with acoustic node. In addition, acoustic modal analysis and flow analysis were performed to analyze the cause of instability by unsteady flow structure in solid rocket motors. It was confirmed that the combustion instability is reduced by quantitative comparison of the amplitude and frequencies of the pressure inside the combustion chamber using the grain shape before and after the design change. Finally, a combustion test was performed to verify that the combustion instability was resolved as in the flow analysis.


    종횡비(Length/Diameter, L/D)가 크고, 실린더-슬롯형 그레인을 적용한 고체로켓모터의 연소시험에서 연소불안정 현상이 발생하였다. 압력섭동을 스펙트럼 분석한 결과 중심축 길이방향 주파수가 지배적임이 확인되어, 음향 노드와의 일치를 해소하기 위해 실린더 파트의 길이를 증가시켰다. 또한 고체로켓모터에서 발생하는 유동 구조에 의한 불안정성 발생 원인을 분석하기 위하여 음향모드해석과 유동해석을 수행하였다. 설계 변경 전후 그레인 형상을 이용하여 연소실 내 압력 진동 크기 및 주파수에 대해 정량적 비교를 통해 연소불안정이 저감됨을 확인하였다. 최종적으로 연소시험을 수행하여 해석결과와 같이 연소불안정 현상이 사라짐을 확인하였다.

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    July 2020