Development of Sound Quality Index for Quantification of Sporty Vehicle Engine Sound and Methods for Index Accuracy Improvement

Abstract

Developments in vehicle technology and accompanying improvements in NVH performance have led to increased consumer demand for high sound quality, such as a sporty engine sound. As sporty sound is subjective, this thesis sought to express its meaning quantitatively and to develop a model that accommodates the differences in individuals tastes. This thesis tackles two main issues. The first is to identify the efficiency of factor analysis for utilizing it in developing a sound quality index of sportiness. The second is to further improve the accuracy of the sound quality index and to refine the definition of sportiness by adding K-means cluster analysis. In Chapter 2 and 3, the initial procedure for developing the sportiness index is presented. Accordingly, the process of recording the vehicles interior operating sound under wide open throttle acceleration conditions for 4 different vehicles and producing 13 evaluation samples by using parametric band-pass filtering is described. Acoustic and psychoacoustic parameters of the samples produced were calculated, and the preferences for sportiness were identified through jury testing. Jury test was jointly carried out by 23 evaluators and a semantic differential method was used to find adjectives that could explain the concept and preference for sportiness. The Sportiness index was developed using factor analysis and multiple linear regression analysis between the calculated values and the previously collected jury test results. The index was then validated by examining the correlation coefficient through a new sample group. Furthermore, the necessity of factor analysis for the sportiness index development was concluded. In Chapter 4, after K-means clustering, factor and multiple linear regression analysis were repeated to develop a model reflecting differences for each group in evaluators tastes. The improved index was also retested using new evaluators and new samples, demonstrating its reliability through the high correlation observed in the validation studies. This sound quality evaluation index is useful for producing highly accurate results and reflecting the opinions of groups expressing a variety of commonalities.

현재 차량 개발 기술이 발전함에 따라 차량의 NVH 성능이 많이 개선되었고, 이로 인해 소음 저감의 측면보다 듣기 좋은 소리와 같은 음질 측면에서의 소비자의 수요가 계속해서 증가하고 있다. 스포티한 엔진음이 그 범주에 속하고, 이는 사람마다 떠올리는 이미지가 다르고 소리에 대한 취향의 차이가 발생하는 주관적인 개념이다. 따라서 본 연구는 음질 연구를 통해서 그러한 개념의 객관적인 의미를 찾아 정량적으로 표현하고, 취향의 차이가 발생하는 것을 수용할 수 있는 방법을 찾기 위해 진행되었다. 본 논문에서 중점적으로 다루는 내용은 크게 두 가지이다. 첫 번째는, 스포티함의 음질 지수를 개발함에 있어 요인 분석을 활용함으로써 요인 분석의 효율성을 확인하고자 한 것이고, 두 번째는, K-평균 군집 분석을 추가하여 음질 지수의 정확도를 더 향상시키고 스포티함의 의미를 더욱 구체화하고자 한 것이다. 따라서, 본 논문의 2장과 3장에서는, 양산되고 있는 차량 4대를 wide open throttle 조건에서 엔진음을 녹음하였고, 녹음된 소리로부터 parametric band-pass filter를 사용해 신호를 변조하여 13개의 샘플을 제작하였다. 제작된 샘플의 음향심리학적 매개변수들을 계산하였고, 청음 평가를 통해서 스포티함에 대한 선호도를 파악하였다. 청음 평가는 23명의 평가자가 참여하였고, 의미미분법을 사용해 스포티함의 선호도와 스포티함을 잘 설명할 수 있는 형용사들을 찾아냈다. 그 결과를 요인 분석에 적용해 사람들이 공통적으로 느끼는 스포티함의 특성을 두 요인으로 표현하였고, 평가 결과 간 다중 선형 회귀 분석을 이용해 관련된 음질 인자로 표현할 수 있는 스포티함 정량화 지수를 개발하였다. 개발된 지수는 새로운 샘플군을 통해 상관계수를 확인하여 그 유효성이 확인되었다. 또한, 요인 분석 사용 유무에 따른 회귀식의 결과를 비교함으로써 요인 분석의 필요성에 대해서도 언급하였다. 4장에서는, 스포티함에 대한 평가자들의 성향 차이가 발생하는 것을 토대로 K-평균 군집 분석을 활용해 각 집단에 맞는 회귀식을 개발하기 위해 요인 분석과 다중선형회귀 분석을 재수행하였다. 개발된 지수의 신뢰성을 역시 확보하기 위해 새로운 평가자들로 재검사하였고 높은 상관계수를 토대로 그 신뢰성을 입증하였다. 결과적으로, 본 연구를 통해 개발된 음질 평가 지수는 스포티함을 객관적으로 정의함에 있어 또 다른 공통성을 나타내는 집단의 의견까지도 반영할 수 있고 정확도 높은 결과를 산출해주는 유용한 지수이다.