청소기 소음에 대한 Bark Wavelet Transform의 Tonal 성분 오차 완화

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확장요약문

청소기 소음에는 광대역 성분과 함께 날개 통과 주파수(Blade Passing Frequency, BPF) 및 고조파에 해당하는 tonal 성분이 포함된다. 이러한 소음을 청각 대역에 따라 해석하기 위해서는 대역별 특성과 주요 tonal 성분의 대응을 함께 고려할 필요가 있다.

Bark scale은 인간의 청각적 주파수 분해 특성을 반영한 비선형 심리음향적 주파수 척도이다. 이와 결합한 Bark wavelet Transform은 다중 해상도 분석과 인간의 청각 특성을 반영한 시간-주파수 분석 기법이다. Bark wavelet Transform에서 tonal 성분의 주파수와 필터의 중심주파수가 일치하지 않을 경우, 필터 중심주파수를 기준으로 표현된 Tonal 성분의 위치에 오차가 발생할 수 있으며 해당 주파수에서 필터 응답이 감소할 수 있다.

본 연구에서는 청소기 소음의 Bark wavelet Transform에서 나타나는 Tonal 성분의 표현 오차를 완화하고자 하였다. 이를 위해 기존 Bark 대역을 유지하면서 Short Time Fourier Transform으로 검출한 주요 Tonal 성분 주변에 sub Filter를 추가하였다. 기존 방법과 개선 방법의 성능을 비교하기 위해 Short Time Fourier Transform에서 추정한 BPF 및 주요 Tonal성분의 주파수와 진폭을 기준으로 평균 Tonal 주파수 오차와 평균 Tonal 필터 진폭 응답 손실을 평가하였다. 또한 전체 신호의 복원 정확도를 확인하기 위해 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 산출하였다.

분석 결과 기존 방법 대비 평균 Tonal 주파수 오차는 137Hz, 평균 Tonal 필터 진폭 응답 손실은 1.599dB 감소하였다. 전체 복원 신호의 오차는 기존 Bark wavelet Transform과 개선한 Bark Wavelet Transform 모두 0으로 나타났다. 이는 Bark 기반 대역별 분석 결과와 실제 BPF 간의 대응 정확도가 향상되었음을 나타낸다.