[논문 리뷰] Measuring Bullet Velocity with a PC Soundcard

Michael Courtney, Brian J. Edwards|ArXiv.org|2006. 01. 14.

Sports Dynamics and Biomechanics인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 PC 사운드카드와 기본 오디오 녹음을 사용하여 저비용으로 정확한 탄도 속도 측정 방법을 제시한다. 총구 근처의 마이크로 총구 폭발 음향과 탄두가 타깃에 충격을 주는 소리를 기록함으로써, 타깃으로부터의 음파 전파 시간을 빼어 비행 시간을 계산하고, 거리 나누기 비행 시간으로 정밀한 속도 측정을 가능하게 한다. 이 방법은 최소한의 장비로도 높은 정확도를 달성한다.

ABSTRACT

This article describes a simple method for using a PC soundcard to accurately measure bullet velocity. The method involves placing the microphone within a foot of the muzzle and firing at a steel target between 50 and 100 yards away. The time of flight for the bullet is simply the recorded time between muzzle blast and sound of the bullet hitting the target minus the time it takes the sound to return from the target to the microphone. The average bullet velocity is simply the distance from the muzzle to the target divided by the time of flight of the bullet. This method can also be applied to measurement of paintball velocities.

연구 동기 및 목표

• 교육 및 실험적 환경에 적합한 저비용으로 접근 가능한 탄도 속도 측정 방법을 개발하는 것.
• 특히 PC 사운드카드와 마이크를 포함한 일반 소비자용 하드웨어를 활용하여 고정밀 탄도 측정을 수행하는 것.
• 특수 고속 장비 없이도 정확한 속도 측정을 가능하게 하는 것.
• 이 방법을 페인트볼과 같은 다른 탄도체로도 확장 가능한지 검토하는 것.
• 시간 비행 및 음파 전파 개념을 가르치는 데 유용한 재현 가능한 물리 교육용 실험을 제공하는 것.

제안 방법

• 마이크를 총구에서 1피트 이내에 두어 총구 폭발 소리와 탄두가 스틸 타깃에 충격을 주는 소리를 녹음한다.
• 사운드카드 샘플링을 통해 오디오 녹음에서 총구 폭발과 탄도 충격 사이의 시간 간격을 추출한다.
• 음파가 타깃에서 마이크로 돌아오는 데 걸리는 시간을 빼어 탄도의 비행 시간을 계산한다.
• 탄도 속도는 타깃까지의 거리를 계산된 비행 시간으로 나누어 계산한다.
• 공기 중 음파의 알려진 속도를 사용하여 음파 전파 지연을 보정한다.
• 측정된 거리와 표준 오디오 녹음 소프트웨어를 사용하여 설정을 검증하고, 오디오 웨이브폼의 타임스탬프 차이를 분석하여 데이터를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PC 사운드카드가 탄도 속도 측정에 충분한 시간 해상도를 확보할 수 있는가?
• RQ2 타깃에서 마이크로의 음파 전파 시간 보정이 속도 측정 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 소비자용 오디오 하드웨어를 사용할 때 탄도 속도 측정의 가능 정확도는 어느 정도인가?
• RQ4 이 방법을 페인트볼 속도 측정으로 신뢰성 있게 확장할 수 있는가?
• RQ5 비용과 정확도 측면에서 기존의 고속 사진 촬영 또는 크로노미터와 비교할 때 이 방법은 어떻게 다른가?

주요 결과

• 표준 PC 사운드카드와 마이크만으로도 높은 정확도로 탄도 속도 측정이 가능하다.
• 사운드카드의 시간 해상도는 총구 폭발과 탄도 충격 사이의 시간 간격을 밀리초 이내 정밀도로 구분할 수 있다.
• 타깃에서 마이크로의 음파 전파 시간을 보정하는 것이 측정 정확도를 크게 향상시킨다.
• 50~100야드 거리에서 검증되었으며, 여러 시행에 걸쳐 일관된 결과를 보였다.
• 이 방법은 페인트볼과 같은 다른 탄도체로도 확장 가능하여 물리 교육 분야에서 광범위한 적용 가능성을 보였다.
• 상업용 크로노미터와 비교해도 교육 및 실험적 용도로 동등한 정확도를 확보하면서도 저비용 대안을 제공한다.