Reduction of impact noise generated from electronic devices utilizing psychoacoustical characteristics

Abstract

Typically, silence is required in most cases involving the operation of electronic products, wherein the generated sound serves as an efficient means of delivering a good user experience. Sound-related technology have been used to verify the superiority of products in the ever-evolving consumer-oriented market. Therefore, it is very important to evaluate and reduce the noise generated by electronic products. However, it is difficult to quantify the impact noise generated during the opening and closing of home appliances owing to its unique characteristic, where sound attenuates and disappears after a short time. In this study, the impact sound produced when inserting a printer cassette is analyzed. The rail vibrations produced during the closing movements generate a continuous sound, and this movement ends with an impact sound owing to the contact between the cassette and printer body surfaces. This sound is produced as a click with double impacts separated by a short interval, where the click serves as an important indicator that insertion is complete. Furthermore, the user's perception of this complex sound is also investigated, and a physical indicator for quantifying the produced sound is proposed to aid in the comparison of the performance of different printers. Subsequently, Prony's method is used to characterize various sound features including the duration, double impact interval, loudness, and decay rate. An artificial clicking sound is then simulated to evaluate the sound quality of the extracted feature points, and an auditory experiment is conducted to investigate the users' preference for separated rails and impact noise. Finally, the just noticeable difference is defined to classify the important factors affecting cognitive characteristics, and a new impact sound attenuation method is proposed for reducing the annoyance and increasing the preference. Owing to the poor thermal characteristics of the sound-absorbing and damping materials used in existing home appliances, a metastructure using a metal material is considered for the case where the internal heat must be discharged. The metastructure exhibits an excellent effect by attenuating a specific frequency band without increasing the weight. However, its application in electronic products requires the consideration of the weight, ease of manufacture and use, and cost aspects. It should be noted that the impact sound has the characteristic of exciting all frequencies. Thus, the characteristics of the friction damper are considered during low-frequency damping and those of the impact damper are considered during high-frequency damping; and because the acoustic blackhole structure can produce the effect of condensing and dissipating vibrations, the proposed metastructure, which is a combination of a friction damper, impact damper, and acoustic blackhole, has characteristics that satisfy both low- and high-frequency damping. A damper combination with a metastructure that can be realistically employed is also proposed. The damping ability of the proposed damper is then predicted and verified using a simulation and beam and plate experiments, respectively. After impact sound reduction, a sound quality analysis is performed to confirm that the related sound quality factors are improved.|전자제품의 조작과 작동시에 주로 조용함을 요구하는 경우가 대부분이다. 이 때 발생하는 소리는 사용자에게 좋은 경험을 전달하는 효율적인 수단이다. 소리와 관련된 기술은 점점 발전해 가는 소비자 중심의 시장에서 제품의 우위를 증명하는 수단이 된다. 따라서 전자제품에서 발생하는 소음을 평가하고 개선하는 일은 매우 중요하다. 가전제품을 열고 닫을 때 발생하는 충격성 소음은 짧은 시간에 감쇠되어 없어지는 특성이 있기 때문에 정량화가 어렵다. 본 연구에서는 프린터 카세트 삽입시 발생하는 충격음을 분석하였다. 닫는 이동 중 레일의 마찰에 의한 진동은 지속적인 소리를 생성한다. 이 움직임은 카세트와 프린터 본체가 닿는 충격음으로 끝난다. 소리는 짧은 간격으로 분리된 이중 충격으로 딸깍하는 소리로 발생한다. 이 딸깍하는 소리는 삽입이 완료되었음을 알리는 중요한 역할을 한다. 이 복잡한 소리에 대한 사용자의 인식을 조사하였다. 프린터 간의 비교를 돕기 위해 생성된 소리를 정량화하는 물리적 지표가 제안되었다. Prony's method는 지속 시간, 이중 충격의 간격, 크기 및 감쇠율을 포함한 소리의 기능을 특성화 하는 데 사용되었다. 추출된 특징점에서 음질 평가를 위해 인위적인 딸깍 소리를 시뮬레이션 하였다. 분리된 레일과 충격 소음에 대한 사용자의 선호도를 조사하기 위해 청각 실험을 수행했다. 인지 특성에 영향을 미치는 중요한 요인을 분류하기 위해 just noticeable difference(JND)를 정의하였다. 성가심을 감소시키고 선호도를 상승시키기 위한 새로운 충격음 감쇠 방안이 제안되었다. 기존 가전기기에 사용된 흡음재와 제진재는 진동 감쇠 능력이 뛰어난 반면, 방열적인 특성이 좋지 않다. 내부의 열을 배출해야 하는 경우에 대응하기 위하여 금속 재질을 이용한 메타구조를 고려하였다. 메타구조는 무게의 증가 없이도 특정 주파수 대역을 감쇠시키는 효과가 뛰어나다. 전자제품에 실제로 사용할 수 있게 하기 위해서는 무게, 제작과 사용의 용이함, 비용적 측면이 모두 고려되어야 한다. 제안된 메타구조는 일체형 형상을 통해 가전제품 응용을 용이하게 한다. 충격음은 전 주파수를 가진하는 특성이 있다. 저주파수 감쇠를 위해 마찰댐퍼의 특성을, 고주파수 감쇠를 위해 충격댐퍼의 특성을 고려하였다. 음향블랙홀 구조는 진동을 응집하여 소산하는 효과를 가져올 수 있다. 마찰과 충격 댐퍼, 음향블랙홀 조합으로 제안된 메타구조는 저주파수와 고주파수 감쇠를 모두 만족하는 특성을 가져야 한다. 현실적인 사용이 가능한 메타 구조를 가진 댐퍼 조합을 제안하였다. 제안된 댐퍼의 감쇠 능력은 시뮬레이션을 통한 예측 후 빔과 평판 실험을 통해 검증하였다. 충격음 감소 후 음질분석을 수행하여 관련된 음질 인자가 개선되었음을 최종적으로 검증하였다.