일반적인 기계나 설비의 소음을 측정할 때는 주변 환경소음보다 측정 대상의 소음이 충분히 크기 때문에 비교적 쉽게 소음 레벨과 주파수 특성을 확인할 수 있습니다. 

하지만 초소형 팬, 정밀 모터, 전자부품, 냉각장치, 소형 구동기 등에서 발생하는 매우 작은 소음(Self-noise)을 측정하려면 상황이 달라집니다.

측정 대상에서 발생하는 소음보다 실내의 공조기, PC 팬, 외부 차량, 사람의 움직임과 같은 Background Noise(배경소음)가 더 크게 측정될 수 있기 때문입니다.

따라서 초미세 소음을 정확하게 측정하기 위해서는 단순히 고성능 마이크로폰을 사용하는 것만으로는 부족합니다.

차음박스 + Low Noise Microphone + 저노이즈 DAQ + 주파수 분석 소프트웨어가 하나의 측정 시스템으로 구성되어야 합니다.

측정 시스템은 다음과 같이 구성할 수 있습니다.

DUT → CRY3261-S02 Low Noise Microphone → Spider-20 소음/진동 주파수 분석기 → PC + EDM Software

여기서 DUT(Device Under Test)는 실제 소음을 측정하고자 하는 제품 또는 장치를 의미합니다.

DUT와 마이크로폰은 외부 소음의 영향을 최소화할 수 있도록 차음박스 내부에 설치하고, 마이크로폰의 측정 방향을 DUT 방향으로 향하게 하여 DUT에서 방사되는 미세한 소음을 측정합니다.

왜 차음박스가 필요한가?



예를 들어 측정하려는 DUT의 소음이 10 dB(A) 수준이라고 가정해 보겠습니다.

그런데 측정 장소의 배경소음이 30 dB(A)라면 아무리 성능이 좋은 마이크로폰을 사용하더라도 DUT에서 발생하는 10 dB(A) 수준의 소음을 일반적인 환경에서 분리하여 측정하기가 매우 어렵습니다. 따라서 초미세 소음 측정에서는 먼저 외부에서 유입되는 소음을 최대한 차단해야 합니다.

차음박스 내부에 DUT와 마이크로폰을 설치하면 외부 공조소음, 사람의 대화, PC 팬, 차량 및 주변 기계설비 등의 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

또한 내부에 흡음재를 적용하면 박스 내부의 음향 반사를 줄여 DUT 자체에서 발생하는 소음을 보다 명확하게 분석하는 데 도움이 됩니다.

즉, 차음박스는 단순한 케이스가 아니라 초미세 소음 측정을 위한 저소음 측정환경을 만드는 역할을 합니다.

1. CRY3261-S02 Low Noise Microphone

초미세 소음 측정에서는 마이크로폰 자체에서 발생하는 노이즈가 매우 중요합니다.

일반적인 마이크로폰은 측정하려는 소음이 충분히 크다면 자체 노이즈가 크게 문제가 되지 않습니다. 하지만 10 dB(A) 전후와 같이 매우 작은 소음을 측정하려고 하면 마이크로폰의 Self-noise가 실제 DUT 소음과 비슷한 수준이 될 수 있습니다.

이러한 측정에는 Low Noise Microphone이 필요합니다.

CRY3261-S02는 저소음 마이크로폰은 다음과 같은 사양을 보유하고 있습니다.

• 6.5 dB(A) 수준의 저소음 측정

• Sensitivity : 450 mV/Pa

• Frequency Range : 10 Hz ~ 20 kHz (±2 dB)

• IEPE(ICP) 타입 소음센서(마이크로폰) 연결 가능

• 극미세 소음 측정에 적합

 



특히 6.5 dB(A) 수준의 낮은 Noise 특성은 일반적인 마이크로폰으로 측정하기 어려운 작은 음향신호를 분석할 때 중요한 장점이 됩니다.

2. Spider-20 소음·진동 주파수 분석기

마이크로폰에서 출력되는 신호는 Spider-20 Dynamic Signal Analyzer로 입력됩니다.

Spider-20 소음주파수분석기는 다음과 같은 핵심 기능이 있습니다.

• 4채널 24-bit 고해상도 입력

• IEPE(ICP) 센서 직접 연결

• 최대 256 kHz Sampling

• FFT 분석

• 1/3 Octave 분석

• Time Waveform 분석

• 실시간 모니터링 및 데이터 저장

 



초미세 소음 측정에서는 마이크로폰만큼 DAQ의 성능도 중요합니다.

아무리 작은 신호를 측정할 수 있는 마이크로폰을 사용하더라도 데이터 수집장치 자체의 전기적 Noise Floor가 높다면 실제 미세 음향신호가 DAQ의 노이즈에 묻힐 수 있기 때문입니다.

따라서 Low Noise Microphone과 고분해능의 Dynamic Signal Analyzer를 함께 사용하는 것이 중요합니다.

초미세 소음은 어떻게 측정할까?

실제 측정은 크게 다음과 같은 과정으로 진행할 수 있습니다.



STEP 1. Background Noise 측정

가장 먼저 DUT를 동작시키지 않은 상태에서 차음박스 내부의 Background Noise를 측정하며 이 과정은 매우 중요합니다.

측정된 소음이 실제 DUT에서 발생한 것인지 아니면 차음박스 내부에 원래 존재하던 배경소음인지 판단하기 위한 기준값이 되기 때문입니다.

즉, DUT OFF → Background Noise 측정을 먼저 수행합니다.

FFT Spectrum을 이용하면 전체 소음 레벨뿐만 아니라 특정 주파수에 존재하는 배경소음 성분도 확인할 수 있습니다.

STEP 2. DUT의 Noise 측정

다음으로 DUT를 실제 운전상태로 동작시킵니다.

마이크로폰을 DUT 방향으로 지향하여 제품에서 발생하는 미세한 음향신호를 측정합니다.

예를 들어 소형 냉각팬이라면 다음과 같은 소음이 포함될 수 있습니다.

모터 회전음 + Fan Blade Passing 성분 + Bearing Noise + 전자회로 Noise + 공력소음

전체 dB 값만 측정하면 이러한 원인을 구분하기 어렵지만 FFT 분석을 사용하면 주파수별로 소음의 특성을 확인할 수 있습니다.

STEP 3. Background Noise와 DUT Spectrum 비교

초미세 소음 측정에서 가장 중요한 과정 중 하나입니다.

두 가지 측정 결과를 비교합니다.

① DUT OFF → Background Noise Spectrum

② DUT ON → DUT + Background Noise Spectrum

두 Spectrum을 Overlay하여 비교하면 DUT가 동작했을 때 새롭게 증가하는 주파수 성분을 확인할 수 있습니다.

예를 들어,

120 Hz 부근 증가 → 회전 관련 성분

특정 Tonal Frequency 증가 → 모터 또는 전자부품 관련 가능성

고주파 Broadband Noise 증가 → 공력 또는 마찰 관련 가능성 등과 같이 DUT의 소음 특성을 분석할 수 있습니다.

따라서 단순히 “이 제품은 몇 dB이다”라고 평가하는 것보다 훨씬 많은 정보를 얻을 수 있습니다.

STEP 4. 1/3 Octave 분석(필요시)

필요한 경우 FFT와 함께 1/3 Octave 분석을 수행할 수 있습니다.

FFT가 세밀한 주파수 성분을 분석하는 데 유리하다면 1/3 Octave 분석은 주파수 대역별로 소음 에너지를 묶어서 확인하기 때문에 제품의 전반적인 소음 특성을 파악하는 데 유용합니다.

특히 제품 간 소음 비교나 특정 주파수 대역의 소음 개선 전·후 비교에 활용하기 좋습니다.

단순 dB 측정보다 FFT 분석이 중요한 이유

예를 들어 두 제품 모두 측정 결과가 15 dB(A)라고 하더라도 사람이 느끼는 소음 특성은 완전히 다를 수 있습니다.

제품 A는 넓은 주파수에 걸쳐 부드러운 Broadband Noise를 발생시키는 반면 제품 B는 특정 주파수에서 날카로운 Tonal Noise를 발생시킬 수 있습니다.

전체 소음 레벨은 비슷해도 실제 사용자가 느끼는 불쾌감은 제품 B가 더 클 수 있습니다.

따라서 제품의 초미세 소음을 평가할 때는 단순 Overall dB(A)뿐 아니라

Time Waveform + FFT Spectrum + 1/3 Octave + Background Noise 비교를 함께 수행하는 것이 효과적입니다.

어떤 제품의 소음 측정에 활용할 수 있을까?

이러한 Low Noise Measurement 시스템은 특히 일반적인 소음계로 평가하기 어려운 저소음 제품의 연구개발 및 품질평가에 활용할 수 있습니다.

대표적으로 다음과 같은 분야를 생각할 수 있습니다.

• 초소형 냉각팬 및 Blower

• 소형 BLDC Motor

• HDD 및 정밀 회전체

• 노트북·PC·서버 냉각 시스템

• 전자제품 내부 Cooling Fan

• 의료기기

• 정밀 모터 및 Actuator

• 소형 Pump

• 자동차 전장부품

• EV 전장 및 냉각부품

• 반도체·디스플레이 장비 내부 구동부품

• 연구개발용 저소음 제품

• 가전제품의 미세 이음 분석

특히 최근에는 제품 자체의 소음이 지속적으로 낮아지고 있기 때문에 기존의 일반 소음 측정환경에서는 제품 간 차이를 구별하기 어려운 경우가 많습니다. 이럴 때 차음환경에서 Background Noise를 먼저 측정하고 DUT의 Spectrum과 비교하는 방식이 효과적입니다.

핵심은 ‘6.5 dB(A)를 표시하는 것’이 아니라 ‘미세한 차이를 분석하는 것
Low Noise Measurement에서 중요한 것은 단순히 측정 화면에 매우 낮은 dB(A) 숫자를 표시하는 것이 아닙니다.

실제 제품개발에서는

“제품을 개선한 후 소음이 정말 감소했는가?”

“어느 주파수 성분이 감소했는가?”

“특정 회전수에서 발생하는 Tonal Noise의 원인은 무엇인가?”

“현재 측정된 신호가 DUT의 소음인가, Background Noise인가?”

와 같은 질문에 답할 수 있어야 합니다.

이를 위해서는 저노이즈 마이크로폰뿐 아니라 차음환경, 고성능 DAQ 그리고 FFT/1⁄3 Octave 분석이 함께 필요합니다.

Spider-20 + CRY3261-S02를 이용한 Low Noise Measurement

이번 구성의 핵심은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

• 차음박스

→ 외부 Background Noise 최소화

• CRY3261-S02 Low Noise Microphone

→ 극미세 음향신호 검출

• Spider-20 Dynamic Signal Analyzer

→ 고해상도 데이터 취득 및 주파수 분석

• 주파수 분석 Software

→ FFT, 1/3 Octave, Time Waveform 및 데이터 저장·비교 분석

따라서 이 시스템을 이용하면 단순한 소음 레벨 측정을 넘어 Background Noise와 DUT Self-noise를 비교하고, DUT에서 발생하는 미세한 주파수 성분까지 정밀하게 분석하는 Low Noise Measurement 시스템을 구성할 수 있습니다.

차음박스 + CRY3261-S02 + Spider-20 조합을 이용하면 일반적인 소음 측정으로 확인하기 어려운 6.5 dB(A) 수준의 극미세 소음 영역까지 측정·분석할 수 있는 환경을 구성할 수 있습니다.

특히 초저소음 제품의 R&D, 제품 간 소음 비교, 설계 변경 전·후 평가, 미세 이음 분석 및 품질검사에 효과적으로 활용할 수 있습니다.