CNC 가공 및 초음파 세척공정의 소음 주파수 특성과 노이즈 캔슬링 이어폰의 체감 차음효과에 관한 연구

Abstract

This study analyzed the noise levels and frequency characteristics of noise sources generated during CNC machining and ultrasonic cleaning processes. Additionally, the perceived noise attenuation effects of two commercially available noise-canceling earphones and one type of earplug were measured with 10 workers, yielding the following results. The idle noise of CNC machines measured during the CNC machining process ranged from 79 to 80 dB, while noise levels during ultrasonic cleaning and grinding operations ranged from 83.5 to 88 dB. The noise levels of CNC idle and grinding operations were similar, both around 79–80 dB. However, during grinding operations, momentary noise levels of up to 102 dB were observed when products were cleaned using high-pressure air jets. The noise from high-pressure air jets varied significantly depending on the jet speed and duration. Thus, the majority of the noise (83–88 dB) in CNC machining was attributed to the high-pressure air jets. The primary frequency band of CNC idle and grinding noise was between 500 and 1 kHz, with noise levels around 75 dB. Outside this range, the noise levels were below 63 dB and had little impact on overall noise. In contrast, high-pressure air jet noise increased linearly with frequency, reaching 92 dB at 8 kHz and 95 dB at 12.5 kHz. The noise levels of the ultrasonic cleaning process ranged from 80 to 93 dB, with significant variation. Among the noise sources, the ultrasonic cleaning machine noise was around 80 dB, while high-pressure air jet noise reached 95–100 dB. This indicates that the main noise source in ultrasonic cleaning was also the high-pressure air jets. Ultrasonic cleaning machine noise was very low, remaining under 65 dB up to 5000 Hz. While noise levels increased above 12.5 kHz, they remained low, between 70 and 75 dB. High-pressure air jet noise exceeded 80 dB from 2 kHz, reaching 85 dB at 8 kHz and 90 dB at 12.5 kHz, similar to the high-pressure air jet noise in the CNC process. In comparing the perceived noise attenuation effects of noise-canceling earphones and earplugs across CNC grinding, ultrasonic cleaning, and high-pressure air jet cleaning, earplugs were found to be the most effective. Relative scores for CNC grinding were 9.2 for earplugs, 8.0 for AirPods Pro 2, and 7.4 for Galaxy Buds 2 Pro. For ultrasonic cleaning and high-pressure air jet cleaning, the relative scores were 10 for earplugs, 6.4 for AirPods Pro 2, and 7.0 for Galaxy Buds 2 Pro. These results suggest that the high-frequency noise above 2 kHz generated in CNC and ultrasonic cleaning processes likely affected the performance of the noise-canceling devices.| 본 연구는 CNC 가공 및 초음파 세척 공정에서 발생하는 소음에 대하여 소음원별 소음수준과 주파수 특성을 분석하였으며, 10명의 작업자를 대상으로 시판되는 노이즈 캔슬링 이어폰 2종과 귀마개 1종의 체감 차음효과를 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. CNC 가공공정에서 측정한 CNC 기계의 공회전 소음은 79~80 dB, 연마작업이 이루어지는 동안 초음파 세척을 하는 작업은 83.5~88 dB 수준이었다. 소음원별로는 CNC 공회전 및 CNC 연마소음이 79~80 dB 수준으로 비슷했다. 한편 연마작업이 이루어지는 동안 직전에 연마된 제품을 고압공기 분사로 세척할 때 순간 소음이 최고 102 dB 정도 나타났다. 고압공기 분사세척 소음은 분사속도와 지속시간에 따라 변화가 컸다. 따라서 CNC 가공작업의 소음(83~88 dB)은 대부분 고압공기 분사기의 소음으로 파악되었다. CNC 기계의 공회전과 연마소음의 주요 주파수 대역은 500~1 kHz로 75 dB 수준이었으며, 그 외의 주파수 대역에서는 63 dB이하로 전체 소음에 영향은 미미한 것으로 나타났다. 반면, 고압공기 분사 소음은 500 Hz에서 70 dB이었으나 주파수가 높아질수록 소음수준이 거의 직선상으로 증가하여 8 kHz에서는 92 dB, 12.5 kHz에서는 95 dB 수준인 것으로 나타났다. 초음파 세척공정의 소음수준은 80~93 dB로 변이가 컸다. 소음원별로 초음파 세척기는 80 dB 수준이었고, 고압공기 분사 세척소음이 최고 95~100 dB수준인 것으로 나타났다. 즉 초음파 세척작업의 주요 소음원도 고압공기 분사기인 것으로 나타났다. 초음파 세척기 소음은 5 kHz까지 65 dB이하로 매우 낮았으며, 12.5 kHz 이상부터 소음수준이 증가하였지만 소음수준은 70~75 dB 수준으로 매우 낮은 수준이었다. 고압공기 분사 소음은 2 kHz부터 80 dB이상으로 나타났으며, 8 kHz에서는 85 dB, 12.5 kHz에서는 90 dB 수준으로 CNC 공정에서의 고압공기 분사소음과 비슷한 것으로 나타났다. CNC 연마, 초음파 세척과 고압공기 분사 세척에서 노이즈캔슬링 기능 이어폰의 체감 차음효과 비교 결과 귀마개가 가장 우수한 것으로 나타났다. CNC 연마에서 상대점수는 귀마개 9.2점, 에어팟2 프로 8.0점, 버즈2 프로 7.4점이었으며, 초음파 세척 고압공기분사에서 상대점수는 귀마개 10점, 에어팟2 프로 6.4점, 버즈2 프로 7.0점이었다. 이것은 CNC 및 초음파 세척공정이 2 kHz이상의 고주파수 소음이기 때문인 것으로 보인다.