차량의 스포티한 엔진음 정량화를 위한 음질 지수 개발과 그 정확도 향상을 위한 방법 연구

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부, 2020. 8. 강연준.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.CHAPTER 1 INTRODUCTION 1 CHAPTER 2 SOUND QUALITY EVALUATION OF VEHICLE ENGINE SPORTINESS 6 2.1 Introduction 6 2.2 Sound recording and objective evaluation of engine sound 7 2.2.1 Recording of interior sound 7 2.2.2 Production of sound samples 12 2.2.3 Calculation of objective acoustic and psychoacoustic parameters 16 2.2.3.1 Sound pressure level 18 2.2.3.2 Loudness 19 2.2.3.3 Sharpness 20 2.2.3.4 Roughness 21 2.2.3.5 Tonality 22 2.3 Subjective evaluation of sound quality 23 2.3.1 Semantic differential method and pre-test 23 2.3.2 Jury testing 26 CHAPTER 3 DEVELOPMENT OF EVALUATION INDEX OF SPORTY ENGINE SOUND : USING FACTOR ANALYSIS 32 3.1 Introduction 32 3.2 Factor analysis 33 3.3 Regression analysis 42 3.3.1 Multiple linear regression 42 3.3.2 Development of a sound quality index for sportiness 44 3.4 Validation 50 3.5 Summary 55 CHAPTER 4 NEW APPROACH TO DEVELOPMENT OF EVALUATION INDEX OF SPORTY ENGINE SOUND : USING K-MEANS CLUSTER ANALYSIS 57 4.1 Introduction 57 4.2 Statistical analysis 59 4.2.1 K-means cluster analysis 59 4.2.2 Factor analysis after K-means clustering 66 4.2.3 Regression analysis after K-means clustering 71 4.3 Validation 78 4.4 Summary 83 CHAPTER 5 CONCLUSIONS 86 REFERENCES 89 APPENDIX 98 국 문 초 록 102Docto

Formation of Mg films on galvalume coated steel substrate by PVD process and their corrosion resistances

금속 재료 중 철강재는 대량 생산이 가능하고 기계적 특성이 우수하여 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 철강재는 부식에 취약하여 용도에 따라 내식성을 향상시키기 위한 다양한 표면처리가 필수적으로 적용되고 있다. 일반적으로 이러한 철강재에 대한 내식성 표면처리로써 습식공정을 이용한 아연(Zn) 도금이 널리 적용되고 있다. 그러나 이것은 습식 공정으로 인한 자원 소모 및 환경 문제로 인하여 고내식성 표면처리 및 친환경적인 코팅 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 관점에서, 본 연구에서는 고내식성 코팅강판 제작을 위해 다양한 종류의 모재인 강판, 용융 아연 도금강판, 용융 알루미늄 도금강판, 갈바륨 도금강판 상에 PVD 프로세스인 스퍼터링법에 의해 활성적인 금속인 마그네슘(Mg)을 공정압력 2, 10 및 50mTorr 조건에서 2μm 두께로 제작하였다. 코팅막 제작 조건과 내식성의 상관관계를 분석하기 위해 제작한 마그네슘 코팅막의 모폴로지, 결정구조 및 배향성을 분석하고 분극, 임피던스 분광법(EIS)을 통해 그 내식성을 평가하였다. 그 결과 제작 코팅막은 공정압력이 높은 조건에서 제작할수록 결정의 크기가 작고 조밀한 구조를 나타내었으며 내식성이 더욱 우수하였다. 또한 여러 가지 모재 중에서 도금층의 알루미늄에 의해 우수한 차폐 특성을 가지고 또한 아연에 의해 부식생성물이 Simonkolleite상을 형성할 수 있는 장점을 가진 갈바륨 도금강판을 고내식성 코팅강판 제작을 위한 최적 모재로 선정하였다. 선정된 갈바륨 도금강판에 대해 실용 PVD 프로세스인 인라인 스퍼터(In-line) 공정에 의해 마그네슘 코팅막을 공정압력 2 및 20mTorr 조건에서 두께 1.5 및 3μm로 제작하였다. 제작 코팅막의 표면 및 단면 모폴로지 분석, 결정구조분석, 원소조성 분석을 실시하고 분극, EIS를 이용해 전기화학적 특성을 분석하였다. 또한 부식 가속시험법인 염수분무(SST), 복합부식(CCT) 시험을 통해 내식성 평가를 실시하였다. 모폴로지 분석결과 동일 공정압력에서는 코팅두께가 증가함에 따라 마그네슘 결정의 크기가 커졌으며 동일 두께에서는 공정압력이 높을수록 결정의 크기가 작아지고 단면 구조에서 결함이 증가하였다. 분극시험 결과에서 코팅두께가 증가할수록 부식속도가 높았으며, 동일두께에서는 높은 공정압력으로 제작할수록 내식성이 우수한 경향을 나타냄을 확인하였다. 또한 침지시간에 따라 분극 및 EIS 분석 결과 부식진행에 따라 표면의 마그네슘 코팅층이 부식되어 형성된 부식생성물들이 축적되며 차폐효과 및 전해질-코팅층 계면 간 전하이동저항을 증가시켜 내식성을 향상시키는 효과가 있음을 확인하였다. 내식성 평가 결과 마그네슘-갈바륨 도금강판의 경우 모재인 갈바륨 도금강판은 물론 유사 두께의 아연도금강판보다 우수한 내식성을 나타내었으며, 건-습 반복 부식시험인 복합부식 시험에서는 유사 두께의 고내식성 Zn-Al-Mg계 도금강판보다 우수한 내식성을 나타냄을 확인하였으며 이는 부식생성물을 분석한 결과, 염수분무 시험 환경에서는 Mg계 부식생성물들이 MgO, Mg(OH)2와 같은 형태로 존재하였으며 복합부식 시험에서는 Mg5(Co3)4(OH)2·4H2O(Hydro magnesite)상으로 형성되어 표면을 더욱 우수한 차폐효과를 나타내었으며 Zn계 부식생성물은 Simonkolleite상으로 형성되어 내식성이 더욱 향상되는 것으로 확인하였다. 이러한 결과를 통해 결과적으로 PVD 프로세스에 의해 갈바륨 도금강판 상에 제작한 Mg 코팅막의 우수한 내식성을 확인하였고 이를 통해 코팅막의 유효성을 확인할 수 있었다.제 1 장 서 론 1.1 연구 배경 및 목적 1 1.2 연구 내용 3 제 2 장 이론적 배경 2.1 습식 프로세스에 의한 철강재의 내식성 표면처리 5 2.1.1 용융아연 도금강판 6 2.1.2 용융알루미늄 도금강판 7 2.1.3 갈바륨 도금강판 8 2.2 건식 프로세스에 의한 철강재의 내식성 표면처리 12 2.2.1 PVD 프로세스에 의해 제작한 내식성 코팅막의 특성 12 2.2.2 PVD 프로세스에 의해 제작한 내식성 코팅막의 종류 13 2.3 플라즈마와 박막의 형성 14 2.3.1 플라즈마의 이용 14 2.3.2 박막의 성장과 형성 16 2.3.3 흡착 인히비터 이론 21 2.4 금속의 부식 25 2.4.1 부식의 정의 25 2.4.2 부식의 전기화학적 반응 27 2.4.2 전기화학적 방법에 의한 부식속도 측정 29 제 3 장 실험 방법 3.1 코팅막 제작 및 조건 34 3.1.1 최적 코팅 조건 도출을 위한 실험 34 3.1.2 실용 PVD 프로세스에 의한 Mg 코팅막 제작 39 3.2 코팅막 재료 특성 분석 42 3.2.1 표면 및 단면 모폴로지 분석 42 3.2.2 결정구조 분석 43 3.2.2 원소조성 분석 44 3.3 코팅막 내식성 평가 45 3.3.1 분극 시험(Polarization test) 45 3.3.2 임피던스 분광법(EIS) 47 3.3.3 염수분무시험(SST) 및 복합부식시험(CCT) 48 3.4 부식생성물 분석 52 제 4 장 실험 결과 및 고찰 4.1 최적 코팅조건 도출을 위한 실험 결과 53 4.1.1 코팅막의 재료 특성 분석 54 4.1.2 코팅막의 전기화학적 내식특성 분석 65 4.1.3 고내식 Mg 코팅강판 제작을 위한 최적 조건 도출 81 4.2 실용 PVD 프로세스에 의해 갈바륨 도금강판 상에 제작한 Mg 코팅막의 특성 평가 83 4.2.1 코팅막의 재료 특성 분석 83 4.2.2 코팅막의 전기화학적 내식특성 분석 92 4.2.3 부식 가속 시험을 통한 코팅막의 내식성 평가 99 4.2.4 부식생성물 분석 109 4.3 고 찰 129 4.3.1 Mg 코팅막의 결정성장 메커니즘 해석 129 4.3.2 갈바륨 도금강판 상에 제작한 Mg 코팅막의 부식 메커니즘 고찰 131 제 5 장 결 론 133 참고 문헌 135 감사의 글Maste

Steep Slope Field-Effect Transistors With B-Te-Based Ovonic Threshold Switch Device

In this letter, a new ovonic threshold switch (OTS) device based on simple binary Boron-Tellurium (B-Te) film is developed and implemented in series with the source region of a transistor. The newly developed B-Te-based device shows excellent characteristics such as low operating voltage, low leakage current, abrupt turn-on/off slope, fast switching speed, high endurance, and high thermal stability. Due to the great properties of the B-Te OTS device, the implemented transistor exhibits subthreshold swing less than 10 mV/dec and high on/off current ratio greater than 10(5). Moreover, we present a direction of implementing an ideal transistor based on simulation results explaining the effect of off-state resistances and threshold voltages of the OTS devices on the I-DS-V-GS characteristics of the implementer transistor.11Ysciescopu

딥 코팅 방법으로 만든 전기변색 박막의 광전기변색 시스템으로의 적용

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 화학생물공학부, 2014. 8. 성영은.Electrochromic and photochromic materials with reversible transmittance in response to an applied voltage and illumination, respectively, are the most common materials for smart windows. An alternative, the photoelectrochromic cell (PECC) was first demonstrated in 1996. For PECC, coloration is attained by the photon-electron conversion with no need for external power sources. In this study, tungsten oxide (WO3) thin film was fabricated by the sol-gel method with film thickness control by repeated dip coating process. Electrochemical analysis was conducted in a three electrode half-cell using a lithium-based electrolyte and an optical transmittance change in colored/bleached state could be shown by using He-Ne laser (λ =633 nm). From a materials analysis perspective, WO3 thin films fabricated by the sol-gel method showed better adhesion with FTO glass after the annealing process when compared with samples without annealing. In addition, WO3 films with amorphous phases exhibited better electrochromic performance than crystalline WO3 films and film thickness control was possible by repeated dip coating. These results suggest that these modifications would be advantageous when assessing the electrochromic performance. Consequently, the optimum thickness for the best electrochromic performance was decided for employing to photoelectrochromic systems. After that, we fabricated two types of WO3 employed PECC. One is a layered structure composed of dye-sensitized TiO2 nanoparticle (NP) on the crystalline WO3 electrochromic film as the photoanode and employed the Pt counter electrode as a photocathode. The other is a separated structure composed of amorphous or crystalline WO3 electrochromic film electrode as a photocathode and dye-sensitized TiO2 NP as a photoanode. In addition, we apply WO3 thin film with different thickness at two types of PECCs for understanding the transmittance change tendency when illuminated with time on cell compared to that of solely electrochromic sytems. UV-vis spectra measurement results showed the sample with a thinner film of WO3 and with amorphous phases in separated structure exhibited the best coloration switching kinetics compared with others over illumination time and absolute transmittance change value was also quite remarkable. Furthermore, WO3 thin film in separated structure exhibited faster optical transmittance switching kinetics with illumination time than that of in layered structure. Consequently, this results show that WO3 employed two type of the photoelectochromic system exhibited same tendency compared to crystalline phase and film thickness dependent electrochromic properties. Lastly, for enhancing the optical properties of photoelectrochromic systems, which were dip-coated WO3 electrochromic thin film was employed, more transparent dyes on TiO2 NP have to be used for higher initial transmittance value (as-prepared state) in two types of photoelectrochromic systems.1. Introduction 1.1 Electrochromism 1.2 Types of electrochromic materials 1.3 Photoelectrochromic devices 1.4 Overview of this study 2. Theory 2.1 The theory of sol-gel method 2.2 The theory of dip-coating 2.3 The values for electrochromic materials 2.3.1 Coloration efficiency (CE) 2.3.2 Response time 2.3.3 Cycle life 3. Experimental 3.1 Preparation of WO3 thin film 3.2 Preparation of photoelectrochromic cell 3.3 Characterization 3.3.1 Material analysis 3.3.2 Electrochemical and optical properties 3.3.3 Photoelectrochromic properties 4. Results and discussion 4.1 Electrochromic characterization 4.1.1 Material analysis 4.1.2 Electrochemical and optical properties 4.2 Photoelectrochromic characterization 4.2.1 Material analysis 4.2.2 Optical properties 5. ConclusionsMaste

NbO2-based Insulator-Metal-Transition Devices for High Density Memory and Steep-Slope Transistor Applications

DoctorThere is an unceasing attempt to down scale charge based devices in memory and logic technologies such as dynamic random access memory (DRAM), NAND, and metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) for higher density and higher performance. As a result, the semiconductor industry such as personal computers (PCs) and smartphone has experienced rapid growth in the last few years. However, physical scaling limits and high leakage current (junction, gate dielectric and subthreshold) restrains conventional electron-based memory and logic devices from satisfying the requirements for ultra-low-power and high-density capacities. Therefore, the threshold switching (TS) devices have been focused to overcome the limitations of conventional memory and logic devices. Among various TS devices, the NbO2 insulator-metal transition (IMT) TS device, which has superior characteristics such as the ultra-fast operating speed with superior thermal stability, was mainly studied in this dissertation. First, the mechanism of the NbO2 IMT device was analyzed and unveiled by numerical analysis with the experimental result. Based on nucleation theory derived from basic thermodynamics, the mechanism of the NbO2 IMT device was clearly understood. Moreover, origin of leakage current in the NbO2 film was revealed by current-induced atomic force microscopy (C-AFM) analysis. To prevent leakage current of the NbO2 film, the structural engineering on the NbO2 IMT device was conducted by inserting a barrier layer between electrode and electrolyte. As a result, the leakage current of the NbO2 IMT device was successfully reduced over 1-2 orders without losing any other unique characteristics such as fast operating speed and drift-free characteristics. Moreover, the performance of the TS device was maximized by introducing a hybrid device that combines Ag-based TS device with an ovonic threshold switching (OTS) device or NbO2 IMT device. At last, the feasibility of cross-point memory applications was demonstrated by combining suggested various NbO2 TS devices with resistive random access memory (RRAM). Moreover, the suggested TS devices were implemented with MOSFET to show feasibility as a logic device. The suggested MOSFET with TS has superior SS (<5mV/dec), which can overcome the limitations of conventional MOSFET based logic device technology.최근 메모리 및 로직 반도체 기술은 미세화 공정의 물리적 한계와 미세화로 인해 발생하는 누설전류로 인해 전계 및 전자기반의 메모리 및 로직 소자는 더 이상 제 4차 산업에서 요구되는 저전력 및 높은 집적도를 구현하기 어려운 상황에 다다르게 되었다. 따라서, 본 박사학위 논문에서는 메모리 및 로직 분야에서 기존에 가지는 한계를 모두 극복할 수 있게 할 수 있는 TS 소자에 대한 연구를 진행하였으며, 특히 그 중에서 NbO2 기반의 IMT (Insulator-Metal-Transition) 소자에 대한 연구를 주로 진행하였다. 연구의 서두에는, 열역학적 이론을 이용한 전계 하 핵 생성 이론의 수식을 기반으로 하여 NbO2 IMT의 동작 메커니즘을 밝혀냈다. 또한, NbO2 IMT 소자의 메커니즘 연구에서 밝혀 낸 결과를 통해서 C-AFM (Current Atomic force microscope) 분석을 통해 NbO2 IMT 소자의 높은 누설 전류가 NbO2 박막의 결함 부분에서 발생하는 것을 보였다. NbO2 IMT 소자의 누설 전류가 발생하는 부분을 억제하고 성능을 향상시키기 위해서, 박막의 계면에 Barrier 층을 공정을 도입을 함으로써 기존의 빠른 동작 속도와 Drift-free 성질을 잃지 않음과 동시에 소자의 누설전류를 약 10-100배 낮추는 결과를 얻을 수 있었다. 이후에, NbO2 IMT 소자의 성능을 극대화하기 위해서, 상반되는 장단점을 가지고 있는 실버 기반 TS 소자와의 연결을 한 복합구조의 TS 소자를 제안함으로써 해당 소자가 고집적 및 빠른 속도의 크로스 포인트 구조를 가능하게 할 수 있다는 점을 보고 하였다. 마지막으로, 앞서 진행된 연구에서 제안한 Barrier 층이 삽입된 NbO2 소자가 MOSFET의 source, drain 및 gate부와 연결이 되었을 때, 기존의 SS 한계 값보다 훨씬 가파른 SS (<5mV/dec)를 가지는 트랜지스터가 구현이 가능함을 보고하였다

Comprehensive Methodology for ReRAM and Selector Design Guideline of Cross-Point Array

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