The finite difference method was developed for a long time ago, and it was used for investigating the steady acoustic problems. The finite difference time domain method (FDTD method) has been used to solve various transient acoustical problems. FDTD method has advantage to visualize the sound propagation and to auralize the acoustic event by using the impulse response between source and receiver; however, some features in the computation methods should be improved for a satisfactorily precise result. Because the meshes having uniform grid size and real constant impedance value have been employed, boundary angle to the wave front and boundary impedance characteristics were hardly considered in the simulation. This study suggested a boundary modeling technique conserving the tangential particle velocity and complex impedance in time domain, which enabled realistic calculation of the wall condition. In addition, the signal warping problem during the passage from the source to a receiver, which occurs inherently due to the omission of particle velocity expression, was tackled to improve the precision of the result. Attention was paid to the loss of low frequency components in the propagating impulse signal and to the mismatch of particle velocity with pressure in frequency domain. This problem was overcome by using the inverse filtering to compensate for the discrepancy. The forgoing two considerations resulted in the generation of desired signal in the simulation and the matched distribution of the particle velocity in the frequency domain with the pressure distribution. Several application examples were dealt with and the agreement of computation results with BEM or analytic solution revealed that the proposed calculation schemes in this study are useful for the simulation of actual acoustical phenomena.
유한 차분 시간 영역법은 음향학에서 과도 현상을 해석하기 위해 사용되어왔다. 이 방법은 음장에서의 소리의 전파를 가시화하고 충격 응답을 계산하여 특정 음장에서 울려 퍼지는 소리를 들을 수 있게 하였다. 그러나 기존 유한 차분 시간 영역법에서 사용하고 있는 균일한 크기를 가지는 격자로 모델링 된 음장과 경계에서의 반사를 계산하기 위해 사용한 임피던스 값에 대한 영향이 계산의 정확성이 미치는 영향은 반드시 재고 되어야할 필요가 있었다. 이를 위하여 유한 차분 시간 영역법과 경계 요소법의 결과를 같은 조건에서 비교하여 보고, 유한 차분 시간 영역법이 가져야하는 음원과 경계 조건에 대하여 고찰하여 보았다. 특히 기존 유한 차분 시간 영역법이 사용하는 음원의 저주파수 성분이 전파 도중 유실되는 현상과 경계에서 사용하는 임피던스 값이 실수로 쓰이면서 일어나는 오류를 발견하고 이를 위하여 본 논문에서는 음원 신호를 역필터하여 사용하는 방법과 경계 임피던스를 복소수를 이용하는 방법을 제시하였다. 또한 균일한 크기의 격자를 이용하여 경사를 가지는 경계를 모델링할 때 일어났던 오차를 줄이기 위하여, 접선 방향의 입자 속도 분포를 대입하는 알고리즘을 제시하였다. 이에, 유한 차분 시간영역법에서는 원하는 음원 신호를 주파수 성분의 유실없이 시뮬레이션 안에서 재생할 수 있게 되었으며, 접선 방향의 입자 속도를 포함함으로써 오차를 줄인 경계를 이용하여 자동차 실내에서의 충격 응답을 계산하여 보았다.
