ANC 기술의 문제점
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능동 소음 제어 기술의 문제점 - Latency
- 01 Error 마이크에 도착하는 소음 신호보다 제어 신호가 error 마이크에 늦게 도착하는 경우를 non-causal 하다고 함. non-causal 할 경우 ANC 성능 저하가 발생
- 02 Causal or non-causal은 latency가 결정
- 03 Causal or non-causal 문제는 reference 마이크를 사용하는 Feedforward 또는 Hybrid에만 해당
Latency를 유발하는 요소들
- 01 Anti-aliasing LPF & Anti-imaging LPF의 group delay (Analog Mic 경우)
- 02 A/D, D/A converter의 conversion time
- Successive Approximation A/D converter : 빠른 conversion time
- Sigma-Delta type A/D converter : 느린 conversion time
- 03 Digital MEMS Mic의 경우 Latency를 낮추기 위해서는 낮은 차수의 Decimation 필터 요구
- 04 Algorithm Delay
- 알고리즘 연산에 소요되는 시간에서 기인 하는 delay
- Sample processing : 1 sample delay
- Block processing : 1 block + 𝛼 (통상 𝛼 = 1 block)
- Hybrid processing : 1 sample delay
- 05 Speaker Group delay
- 상당히 낮은 주파수까지 재생하기 위한 대구경 woofer의 경우, 상당히 큰 group delay 유발
- 06 Secondary path propagation delay : control 스피커에서 error 마이크까지의 propagation delay
- 07 Geometry-dependent
- 08 Delayed error-based update 문제
- Delay-compensated Algorithm 적용
능동 소음 제어 기술의 문제점 – Small Quiet Zone
- 01 ANC에 의해서 형성되는 Quiet Zone의 직경
- 잡음 신호 wavelength의 1/10
- 100Hz의 경우 : 34cm
- 1000Hz의 경우 : 3.4cm
- 02 ANC 헤드폰이나 이어폰
- 귀 내부가 좁기 때문에 Small Quiet Zone이 문제가 되지 않는 응용
- 그러나 높은 주파수의 잡음을 대상으로 할 경우 문제가 됨
- 예를 들어 4kHz 잡음의 경우 Quiet Zone의 반경은 4.25mm이고 이는 고막까지의 거리보다 작음
- 대부분의 경우 500Hz 미만의 잡음은 능동소음제어, 500Hz 이상 잡음은 수동소음제어 (헤드폰 이어캡으로 차폐)
- 03 Quiet Zone을 넓히는 기술 - Multi-channel ANC
- 04 Quiet Zone을 옮기는 기술 - Virtual sensing 기술
능동 소음 제어 기술 – Perfect Cancellation
- 01 소음원에서 사방으로 방사된 소음은 원천적으로 모든 공간에서 제거하는 것은 불가능
- 02 전체 공간으로 방사되는 소음을 제거하기 위해서는 소음원과 동일한 위치에 존재하고 소음원과 진폭은 같으면서 위상이 반대인 신호를 생성해야 함
- 현실적으로 불가능함
- 03 이론 상 Perfect cancellation이 가능한 응용 : 덕트 환경
- 덕트의 단면적이 좁을 경우, 덕트를 지나는 sound는 상대적으로 평면파로 인식됨
- 이론 상 한 평면에 해당 하는 sound를 제거하면 그 이후 지점의 sound도 제거됨
- Control at source 방식의 기본 원리
- 수동 소음 제어와 능동 소음 제어를 동시에 적용하는 방식
- 열의 방출이나 흡배기를 필요로 하는 소음 제거 응용에 활용됨
- 소음원을 전체적으로 흡음재등으로 감싸서 소음 유출을 차단한 후, 흡배기를 위해 일정 영역에 덕트를 구현
- 덕트로 새어 나오는 잡음은 능동 소음 제어로 제거함
능동 소음 제어 기술 – Virtual Sensing
- 01 ANC 응용 시에 error 마이크를 소음이 제거되고자 하는 곳에 위치 시키기 어려운 경우가 있음
- 02 이럴 경우, 원하는 위치로부터 떨어진 곳에 error 마이크를 위치시킨다면 ANC의 작은 Quiet Zone 특성 상 원하는 곳의 소음 제거가 제대로 이루어지지 않음
- 03 Virtual Sensing 기술은 소음이 제거되고자 하는 곳에 가상의 마이크를 설치하여 마치 그곳에 실제 error 마이크가 있는 것처럼 동작하게 하는 기술임
- 04 이 기술은 궁극적으로 물리 마이크로 수신된 신호를 이용하여 가상 마이크 위치의 신호를 추정하는 문제임
- 05 주로 다음 두 가지 기술이 활용됨
- Remote Microphone (RM)
- Tuning signal에 덜 의존적임
- 음향 경로 변화에 민감
- Auxiliary Filter (AF)
- Tuning signal에 의존적임
- 음향 경로 변화에 민감하지 않음
- Remote Microphone (RM)
