KR102335774B1 - 다중 공진기 어레이를 포함하는 소리 방향 탐지 센서 - Google Patents
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Abstract
다중 공진기 어레이를 이용하여 소리가 오는 방향을 정확하게 탐지할 수 있는 소리 방향 탐지 센서가 개시된다. 개시된 소리 방향 탐지 센서는, 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 2개 공진기 어레이를 포함하며, 상기 2개의 공진기 어레이는 서로 다른 방향성을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 공진기 어레이는 음향 센서의 역할을 하며, 소리 방향 탐지 센서는 음향 센서들 사이의 거리와 관계 없이 소리가 오는 방향을 탐지할 수 있다.
Description
개시된 실시예들은 소리 방향 탐지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 공진기 어레이를 이용하여 소리가 오는 방향을 탐지할 수 있는 소리 방향 탐지 센서에 관한 것이다.
생활 가전 제품, 영상 디스플레이 장치, 가상 현실 장치, 증강 현실 장치, 인공지능 스피커 등에 장착되어 소리가 오는 방향을 탐지하고 음성을 인식할 수 있는 센서의 활용성이 증가하고 있다. 소리 방향을 탐지하는 센서는 통상적으로 다수의 무지향성 음향 센서(omnidirectional acoustic sensor)에 도달하는 소리의 시간차를 이용하여 소리가 오는 방향을 계산한다. 다수의 무지향성 음향 센서를 사용하는 경우, 시간차를 감지하기 위해서는 다수의 무지향성 음향 센서 사이의 거리가 충분한 떨어져 있어야 한다. 소리 방향 탐지 센서의 각도 분해능은 무지향성 음향 센서들 사이의 거리와 샘플링 주파수에 따라 결정되는데, 거리가 길고 샘플링 주파수가 클수록 분해능이 작아질 수 있다.
다중 공진기 어레이를 이용하여 소리가 오는 방향을 정확하게 탐지할 수 있는 소리 방향 탐지 센서가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 1 공진기 어레이; 및 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 2 공진기 어레이;를 포함하는 소리 방향 탐지 센서가 제공된다. 여기서, 상기 제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이는 서로 다른 방향성을 갖도록 배치될 수 있다.
제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이는 동일한 주파수 응답 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 공진 주파수는 가청 주파수 대역 내에 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이는 방향성이 90도 차이가 나도록 배치될 수 있다.
상기 소리 방향 탐지 센서는 상기 제 1 공진기 어레이의 출력과 제 2 공진기 어레이의 출력을 기초로 소리 방향을 계산하는 계산기를 더 포함할 수 있다.
상기 계산기는 상기 제 1 공진기 어레이에 의해 획득된 제 1 출력과 상기 제 2 공진기 어레이에 의해 획득된 제 2 출력을 비교하여 소리 방향을 탐지하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 계산기는 시간 도메인에서 상기 제 1 및 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 실효치(root-mean-square)의 평균을 계산하여 상기 제 1 출력과 제 2 출력을 획득하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 계산기는 상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기 중에서 선택된 적어도 하나의 공진기에 의해 획득된 출력과 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기 중에서 선택된 적어도 하나의 공진기에 의해 획득된 출력을 비교하여 소리 방향을 탐지하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 계산기는 상기 적어도 하나의 공진기에 의해 획득된 출력으로부터 유도된 시간 도메인 데이터 또는 주파수 도메인 데이터를 비교하여 소리 방향을 탐지하도록 구성될 수 있다.
상기 소리 방향 탐지 센서는, 서로에 대해 기울어지게 배치된 제 1 기판과 제 2 기판; 상기 제 1 기판을 관통하여 형성된 제 1 소리 인입구; 및 상기 제 2 기판을 관통하여 형성된 제 2 소리 인입구;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 공진기 어레이는 상기 제 1 소리 인입구에 대향하여 상기 제 1 기판에 고정되며 상기 제 2 공진기 어레이는 상기 제 2 소리 인입구에 대향하여 상기 제 2 기판에 고정되고, 상기 제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이가 서로 다른 방향을 향해 배치될 수 있다.
상기 제 1 공진기 어레이의 각각의 공진기는, 상기 제 1 기판에 고정되는 고정부; 음향 신호에 응답하여 가동되는 가동부; 및 상기 가동부의 움직임을 감지하는 감지부;를 포함하고, 상기 제 2 공진기 어레이의 각각의 공진기는, 상기 제 2 기판에 고정되는 고정부; 음향 신호에 응답하여 가동되는 가동부; 및 상기 가동부의 움직임을 감지하는 감지부;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 1 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치되며, 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 2 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 1 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되며, 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 2 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열될 수 있다.
상기 제 1 기판의 한 변과 상기 제 2 기판의 한 변이 서로 접하여 연결되어 있으며, 예를 들어, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 각도가 90도일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 소리 방향 탐지 센서는, 제 3 소리 인입구를 갖는 제 3 기판; 제 4 소리 인입구를 갖는 제 4 기판; 상기 제 3 소리 인입구에 대향하여 상기 제 3 기판에 고정된 제 3 공진기 어레이; 및 상기 제 4 소리 인입구에 대향하여 상기 제 4 기판에 고정된 제 4 공진기 어레이;를 더 포함하며, 상기 제 1 내지 제 4 기판은 사각통의 형태로 배열되어 있고, 상기 제 1 내지 제 4 공진기 어레이가 서로 다른 방향을 향해 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 소리 방향 탐지 센서는, 제 3 소리 인입구를 갖는 제 3 기판; 제 4 소리 인입구를 갖는 제 4 기판; 제 5 소리 인입구를 갖는 제 5 기판; 제 6 소리 인입구를 갖는 제 6 기판; 상기 제 3 소리 인입구에 대향하여 상기 제 3 기판에 고정된 제 3 공진기 어레이; 상기 제 4 소리 인입구에 대향하여 상기 제 4 기판에 고정된 제 4 공진기 어레이; 상기 제 5 소리 인입구에 대향하여 상기 제 5 기판에 고정된 제 5 공진기 어레이; 및 상기 제 6 소리 인입구에 대향하여 상기 제 6 기판에 고정된 제 6 공진기 어레이;를 더 포함하며, 상기 제 1 내지 제 6 기판은 육면체의 형태로 배열되어 있고, 상기 제 1 내지 제 6 공진기 어레이가 서로 다른 방향을 향해 배치될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제 1 기판; 상기 제 1 기판을 관통하여 각각 형성된 제 1 및 제 2 소리 인입구; 상기 제 1 기판과 대향하며 상기 제 1 기판과 간격을 두고 배치된 제 2 기판; 상기 제 2 기판을 관통하여 형성된 소리 배출구; 상기 제 1 소리 인입구에 대향하여 상기 제 1 기판에 고정된 제 1 공진기; 및 상기 제 2 소리 인입구에 대향하여 상기 제 1 기판에 고정된 제 2 공진기;를 포함하는 소리 방향 탐지 센서가 제공된다.
상기 제 1 기판과 제 2 기판은 서로 평행하게 배치되어 있으며, 상기 소리 방향 탐지 센서는 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 간격을 유지하기 위하여 제 1 기판의 가장자리와 제 2 기판의 가장자리 사이에 배치된 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 소리 인입구와 제 2 소리 인입구는 상기 제 1 기판 상에서 서로 떨어져서 배치되어 있으며, 상기 제 1 소리 인입구와 상기 소리 배출구가 제 1 방향의 소리 경로를 형성하고 상기 제 2 소리 인입구와 상기 소리 배출구가 제 2 방향의 소리 경로를 형성할 수 있다.
상기 제 1 공진기와 제 2 공진기가 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상기 제 1 공진기는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 포함하며, 상기 제 2 공진기는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 공진기의 각각의 공진기는, 상기 제 1 기판에 고정되는 고정부; 음향 신호에 응답하여 가동되는 가동부; 및 상기 가동부의 움직임을 감지하는 감지부;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 공진기의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 1 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치되며, 상기 제 2 공진기의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 2 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 공진기의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 1 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되며, 상기 제 2 공진기의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 2 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열될 수 있다.
개시된 소리 방향 탐지 센서는 방향성을 갖고 있는 다수의 음향 센서를 사용하고 각각의 음향 센서는 공진 주파수가 다른 다수의 공진기를 갖고 있다. 이러한 소리 방향 탐지 센서는 음향 센서들 사이의 거리와 관계 없이 소리 방향의 각도 분해능을 줄일 수 있다. 따라서 개시된 소리 방향 탐지 센서는 소형화가 가능하여 소형 전자 제품에 탑재할 수 있다.
또한 개시된 소리 방향 탐지 센서는 공진 주파수가 다른 다수의 공진기를 사용하기 때문에 소음이 있는 환경에서도 소리의 방향을 정확하게 탐지할 수 있으며, 주파수 대역 정보를 가지고 있으므로 소리의 복원도 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 배면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 하나의 공진기의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 동작 원리를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 각각의 공진기 어레이의 방향성을 예시적으로 보인다.
도 8은 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 2개의 공진기 어레이의 방향성 특성을 측정한 결과를 보이는 그래프이다.
도 9는 2개의 공진기 어레이의 출력을 기초로 소리의 방향을 계산하는 계산기를 보이는 블록도이다.
도 10은 2개의 공진기 어레이에서 측정된 소리를 이용하여 소리가 오는 방향을 계산하는 과정을 개략적으로 보이는 흐름도이다.
도 11은 측정된 소리 방향과 실제 소리 방향을 비교하여 보이는 그래프이다.
도 12는 소음이 있는 환경에서 제 1 공진기 어레이의 출력을 주파수 도메인에서 평균화하는 것을 예시적으로 보이며, 도 13은 소음이 있는 환경에서 제 2 공진기 어레이의 출력을 주파수 도메인에서 평균화하는 것을 예시적으로 보인다.
도 14는 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 동작 원리를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 16은 도 14에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 각각의 공진기 어레이의 방향성 특성을 측정한 결과를 보이는 그래프이다.
도 17 내지 도 19는 다양한 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 배면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 하나의 공진기의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 동작 원리를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 각각의 공진기 어레이의 방향성을 예시적으로 보인다.
도 8은 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 2개의 공진기 어레이의 방향성 특성을 측정한 결과를 보이는 그래프이다.
도 9는 2개의 공진기 어레이의 출력을 기초로 소리의 방향을 계산하는 계산기를 보이는 블록도이다.
도 10은 2개의 공진기 어레이에서 측정된 소리를 이용하여 소리가 오는 방향을 계산하는 과정을 개략적으로 보이는 흐름도이다.
도 11은 측정된 소리 방향과 실제 소리 방향을 비교하여 보이는 그래프이다.
도 12는 소음이 있는 환경에서 제 1 공진기 어레이의 출력을 주파수 도메인에서 평균화하는 것을 예시적으로 보이며, 도 13은 소음이 있는 환경에서 제 2 공진기 어레이의 출력을 주파수 도메인에서 평균화하는 것을 예시적으로 보인다.
도 14는 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 동작 원리를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 16은 도 14에 도시된 소리 방향 탐지 센서의 각각의 공진기 어레이의 방향성 특성을 측정한 결과를 보이는 그래프이다.
도 17 내지 도 19는 다양한 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 다중 공진기 어레이를 포함하는 소리 방향 탐지 센서에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
본 명세서가 고려하는 소리 방향 탐지 센서는 둘 이상의 공진구조가 서로 다른 방향성을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 공진구조는 하나의 공진기 또는 다수의 공진기를 가질 수 있다. 비록 아래의 설명과 도면들이 다수의 공진기를 가지는 공진구조를 보여주고 있으나, 다수의 공진기가 필요한 경우가 아니면 하나의 공진기만 가지는 공진 구조로 대체될 수 있다. 예를 들어, 이하의 설명에서는 소리 방향 탐지 센서가 다수의 공진기를 각각 갖는 2개의 공진기 어레이를 사용하는 것으로 기술하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 2개의 공진기 어레이 대신에 단지 2개의 공진기만을 사용하는 것도 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 평면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(100)는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 1 공진기 어레이(110) 및 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 2 공진기 어레이(120)를 포함할 수 있다. 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들은 완전히 동일할 수도 있다. 바꾸어 말하자면, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들이 동일한 주파수 응답 특성을 가질 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 공진기 어레이(110)의 다수의 공진기와 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기가 서로 다른 주파수 응답 특성을 가질 수도 있다.
이러한 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)는 소리를 감지할 수 있는 음향 센서의 역할을 한다. 이를 위해, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기의 공진 주파수들은, 예를 들어, 가청 주파수 대역 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)는 500 Hz에서 시작하여 공진 주파수 증가분이 75 Hz인 48개의 공진기를 가질 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기 중 일부는 가청 주파수보다 낮은 공진 주파수를 갖거나 가청 주파수보다 높은 공진 주파수를 가질 수도 있다.
또한, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)는 평평한 상부 기판(101) 상에서 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)는 서로 평행하게 일렬로 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)에 소리가 도달할 수 있도록 상부 기판(101)을 관통하여 제 1 및 제 2 소리 인입구(130, 140)가 마련될 수 있다. 제 1 소리 인입구(130)와 제 2 소리 인입구(140)는 간격을 두고 서로 인접하여 일렬로 배치될 수 있다. 제 1 공진기 어레이(110)는 제 1 소리 인입구(130)에 대향하여 배치되어 제 1 소리 인입구(130)를 통해 외부에 노출될 수 있다. 또한, 제 2 공진기 어레이(120)는 제 2 소리 인입구(140)에 대향하여 배치되어 제 2 소리 인입구(140)를 통해 외부에 노출될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서(100)의 개략적인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 소리 방향 탐지 센서(100)는 상부 기판(101)에 대향하며 상부 기판(101)과 간격을 두고 배치된 하부 기판(102), 및 상기 상부 기판(101)과 하부 기판(102) 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위하여 상부 기판(101)의 가장자리와 하부 기판(102)의 가장자리 사이에 배치된 수직한 스페이서(103)를 더 포함할 수 있다. 하부 기판(102)은 평평한 평판 형태를 가지며 상부 기판(101)과 평행하게 배치될 수도 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하부 기판(102)은 만곡된 곡면의 형태를 가질 수도 있다.
또한, 하부 기판(102)을 관통하여 하나의 소리 배출구(150)가 마련될 수 있다. 외부로부터 제 1 및 제 2 소리 인입구(130, 140)를 통과한 소리는 소리 배출구(150)를 통해 소리 방향 탐지 센서(100)의 하부로 빠져나갈 수 있다. 따라서, 제 1 소리 인입구(130)와 소리 배출구(150)에 의해 제 1 방향의 소리 경로(acoustic path)가 형성될 수 있고, 제 2 소리 인입구(140)와 소리 배출구(150)에 의해 제 2 방향의 소리 경로가 형성될 수 있다. 제 1 소리 인입구(130)와 제 2 소리 인입구(140)가 상부 기판(101) 상에서 서로 떨어져서 배치되어 있기 때문에, 제 1 방향과 제 2 방향은 서로 다른 방향이 된다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(100)의 개략적인 배면도로서, 소리 배출구(150)의 다양한 위치와 형태를 예시적으로 보이고 있다. 예를 들어, 도 3a를 참조하면, 직사각형의 형태를 갖는 소리 배출구(150)가 하부 기판(102)의 중심부에 배치될 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 직사각형 형태의 소리 배출구(150)가 하부 기판(102)의 좌측으로 치우쳐서 배치될 수도 있다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 원 형태를 갖는 소리 배출구(150)가 하부 기판(102)의 중심부에 배치될 수 있다. 그 밖에도 소리 배출구(150)는 다양한 다른 형태, 크기, 및 위치를 가질 수 있다.이러한 소리 배출구(150)의 위치는 제 1 방향과 제 2 방향을 결정할 수 있으며, 소리 배출구(150)의 형태와 크기는 소리 방향 탐지 센서(100)의 특성에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 소리 방향 탐지 센서(100)의 용도에 따라 소리 배출구(150)의 형태, 크기, 및 위치를 적절하게 선택할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제 1 공진기 어레이(110)는 제 1 소리 인입구(130)에 대향하여 상부 기판(101)의 하부면에 고정될 수 있으며, 제 2 공진기 어레이(120)는 제 2 소리 인입구(140)에 대향하여 상부 기판(101)의 하부면에 고정될 수 있다. 따라서 제 1 공진기 어레이(110)는 제 1 소리 인입구(130)로부터 소리 배출구(150)로 제 1 방향을 따라 진행하는 소리에 응답할 수 있으며, 제 2 공진기 어레이(120)는 제 2 소리 인입구(140)로부터 소리 배출구(150)로 제 2 방향을 따라 진행하는 소리에 응답할 수 있다. 다양한 스펙트럼을 갖는 소리에 대해 균일한 정확도를 유지하기 위하여 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)는 공진 주파수가 서로 다른 다수의 공진기를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 각각의 공진기가 그에 대응하는 주파수를 갖는 소리에 응답하여 진동할 수 있도록, 각각의 공진기의 일단은 상부 기판(101)에 고정되고 제 1 소리 인입구(130) 또는 제 2 소리 인입구(140)를 통해 외부로 노출된 타단은 자유단이 된다.
예를 들어, 도 4는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서(100)의 하나의 공진기의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 공진기(R)는 상부 기판(101)에 고정되는 고정부(10), 음향 신호에 반응하여 가동되는 가동부(30), 및 가동부(30)의 움직임을 센싱하는 감지부(20)를 포함한다. 또한, 공진기(R)는 가동부(30)에 소정의 질량(m)을 제공하기 위한 질량체(40)를 더 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 다수의 공진기(R)는 음향 신호의 입력 경로에 전체적으로 동시에 노출될 수 있도록 서로 겹침 없이 평면적으로 배열될 수 있다. 예컨대, 제 1 공진기 어레이(110)의 다수의 공진기(R)의 고정부(10)들은 제 1 소리 인입구(130)의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되며, 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기(R)의 고정부(10)들 또한 제 2 소리 인입구(140)의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열될 수 있다. 그리고, 제 1 공진기 어레이(110)의 다수의 공진기(R)의 가동부(30)들은 제 1 소리 인입구(130)를 통해 외부에 노출되도록 배치되며, 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기(R)의 가동부(30)들 또한 제 2 소리 인입구(140)를 통해 외부에 노출되도록 배치될 수 있다.
가동부(30)는 음향 신호에 의해 탄성 진동을 할 수 있도록 탄성 필름으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 탄성 필름으로는 실리콘, 금속, 폴리머 등의 재질이 사용될 수 있다. 탄성 필름의 길이는, 질량체(40)의 질량(m)과 함께, 공진기(R)의 공진 특성을 정하는 요소가 된다. 다시 말해, 탄성 필름의 길이에 따라 공진기(R)의 공진 주파수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 길이가 짧을수록 가동부(30)는 상대적으로 고주파수의 음향에 의해 진동을 일으키고 길이가 길수록 가동부(30)는 상대적으로 저주파수의 음향에 의해 진동을 일으킬 수 있다. 따라서 가동부(30)의 길이가 짧은 공진기(R)의 공진 주파수는 상대적으로 높고 가동부(30)의 길이가 긴 공진기(R)의 공진 주파수는 상대적으로 낮을 수 있다.
감지부(20)는 가동부(30)의 움직임을 센싱하는 센서층을 포함할 수 있다. 감지부(20)는 예를 들어, 압전 소자를 포함할 수 있다. 이 경우, 감지부(20)는 전극층, 압전물질층 및 전극층이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다. 압전물질로는, 예컨대, ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, Polyvinylidene fluoride(PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)), AlN 또는 PMN-PT 등이 사용될 수 있다. 또한, 전극층으로는 금속뿐만 아니라 다양한 도전성 재료가 사용될 수 있다.
공진기(R)들은, 예를 들어, 대략 수㎛ 이하의 폭, 대략 수㎛ 이하의 두께, 및 대략 수 mm 이하의 길이를 가질 수 있다. 이렇게 미세한 크기를 갖는 공진기들(R)들은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정에 의해 제작될 수 있다. 이러한 공진기(R)들은 자신의 공진 주파수와 일치하는 외부의 음향 신호에 반응하여 상하로 진동할 수 있다. 또한, 공진기(R)들이 진동하는 진폭은 음향 신호의 압력 경도(pressure gradient)에 비례할 수 있다. 이렇게 공진기(R)들이 상하로 진동하기 때문에 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)는 양방향성(bi-directional)을 갖게 된다.
도 5는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서(100)의 동작 원리를 보이는 개략적인 단면도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 소리 인입구(130)와 소리 배출구(150)에 의해 제 1 방향의 소리 경로가 형성될 수 있고, 제 2 소리 인입구(140)와 소리 배출구(150)에 의해 제 2 방향의 소리 경로가 형성될 수 있다. 그러면 제 1 공진기 어레이(110)는 제 1 방향을 따라 양방향성을 갖게 되며 제 2 공진기 어레이(120)는 제 2 방향을 따라 양방향성을 갖게 되어 동일 평면 상에서 평행하게 배치되었음에도 서로 다른 방향성을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 소리 인입구(130)와 제 2 소리 인입구(140) 사이의 정중앙에 소리 배출구(150)가 배치되어, 제 1 방향과 제 2 방향이 소리 방향 탐지 센서(100)의 법선 방향에 대해 각도 θ만큼 대칭적으로 기울어질 수 있다. 도 6 및 도 7은 이 경우에 소리 방향 탐지 센서(100)의 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 방향성을 예시적으로 보인다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 공진기 어레이(110)는 정면에 대해 반시계 방향으로 θ만큼 기울어진 양방향성을 갖는다. 반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 공진기 어레이(120)는 정면에 대해 시계 방향으로 θ만큼 기울어진 양방향성을 가질 수 있다. 다시 말해, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)가 서로 다른 방향으로 기울어진 방향성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
따라서, 소리 방향 탐지 센서(100)에 입사하는 입사음(incident sound)의 방향에 따라 제 1 공진기 어레이(110)의 공진기들이 진동하는 진폭과 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들이 진동하는 진폭이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 소리 방향 탐지 센서(100)의 좌측으로부터 소리 방향 탐지 센서(100)의 법선 방향에 대해 각도 θs만큼 기울어진 각도로 소리가 입사하는 경우, 제 1 공진기 어레이(110)에는 그의 고유 방향에 대해 θ-θs의 각도로 소리가 입사하게 되고, 제 2 공진기 어레이(120)에는 그의 고유 방향에 대해 θ+θs의 각도로 소리가 입사하게 된다. 소리 방향 탐지 센서(100)의 법선 방향을 0°라고 정의하고 θ가 45°이면, θs가 0°일 때 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들의 진폭이 동일할 것이고, -45° < θs < 0°일 때 제 1 공진기 어레이(110)의 공진기들의 진폭이 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들의 진폭보다 크며, 0° < θs < 45°일 때 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들의 진폭이 제 1 공진기 어레이(110)의 공진기들의 진폭보다 크게 된다.
도 8은 소리 방향 탐지 센서(100)의 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 상술한 방향성 특성을 측정한 결과를 보이는 그래프이다. 도 8에서 가로축은 소리 방향 탐지 센서(100)에 소리가 입사하는 각도를 나타내며, 세로축은 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 공진기들의 진폭을 나타낸다. 도 8의 그래프는 소리 방향 탐지 센서(100)에 대해 0도 내지 360도의 각도에서 각각 1 kHz의 주파수를 갖는 소리를 발생시키고, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 평균적인 진폭을 규준화하여 얻은 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 소리가 입사하는 각도에 따라 제 1 공진기 어레이(110)의 평균적인 진폭과 제 2 공진기 어레이(120)의 평균적인 진폭이 달라질 수 있다.
따라서, 제 1 공진기 어레이(110)의 출력과 제 2 공진기 어레이(120)의 출력을 비교함으로써 소리가 입사하는 방향을 탐지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 9는 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 출력을 기초로 소리의 방향을 계산하는 계산기를 보이는 블록도이다. 도 9를 참조하면, 소리 방향 탐지 센서(100)는 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)와 연결되어 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)로부터 수신한 출력을 기초로 소리가 입사하는 방향을 계산하는 계산기(160)를 더 포함할 수 있다. 계산기(160)는 제 1 공진기 어레이(110)의 출력과 제 2 공진기 어레이(120)의 출력을 비교하고 그 결과를 이용하여 소리의 방향을 계산할 수 있다. 제 1 공진기 어레이(110)의 출력과 제 2 공진기 어레이(120)의 출력을 비교하여 소리 방향을 결정하는 알고리즘은 다양하게 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 10은 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)에서 측정된 소리를 이용하여 소리가 오는 방향을 계산하는 과정을 개략적으로 보이는 흐름도이다. 먼저, 계산기(160)는 일정한 시간 동안 제 1 공진기 어레이(110)로부터 출력을 받는다(S10). 계산기(160)는 이와 동시에 동일한 시간 동안 제 2 공진기 어레이(120)로부터 출력을 받는다(S11). 그런 후, 계산기(160)는 제 1 공진기 어레이(110)로부터 출력을 평균화한다(S12). 예를 들어, 계산기(160)는 시간 도메인(time domain)에서 제 1 공진기 어레이(110)의 다수의 공진기의 실효치(RMS; root-mean-square)의 평균을 계산할 수 있다. 같은 방식으로, 계산기(160)는 시간 도메인에서 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기의 실효치의 평균을 계산할 수 있다(S13). 그런 후, 계산기(160)는 제 1 공진기 어레이(110)의 출력과 제 2 공진기 어레이(120)의 출력을 비교하기 위해 제 1 공진기 어레이(110)의 평균 출력을 제 2 공진기 어레이(120)의 평균 출력으로 나눌 수 있다(S14).
이렇게 얻은 비교값은 소리가 입사하는 방향이 동일하더라도 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 특성에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 특성을 고려하여 계산기(160)는 단계(S14)에서 얻은 비교값을 보정하는 보상 과정을 수행한다(S15). 예를 들어, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 방향성, 배치 방향, 주파수 응답 특성 등을 기초로 한 보상 파라미터들이 계산기(160)에 미리 저장될 수 있다. 계산기(160)는 미리 저장된 보상 파라미터들을 이용하여 단계(S14)에서 얻은 비교값을 수정할 수 있다. 마지막으로, 계산기(160)는 단계(S15)에서 얻은 보정된 비교값을 이용하여 소리의 방향을 계산할 수 있다. 예를 들어, 계산기(160)에는 보정된 비교값과 각도로 나타낸 소리의 방향 사이의 관계에 관한 데이터가 룩업테이블의 형태로 미리 저장될 수 있다. 그러면 계산기(160)는 별도의 연산을 수행하지 않고 룩업테이블을 참조하여 보정된 비교값에 대응하는 소리의 방향을 구할 수 있다.
상술한 단계(S10~S13)은 다양한 다른 방식으로도 수행될 수 있다. 예컨대, 계산기(160)는 제 1 공진기 어레이(110)의 다수의 공진기 중에서 선택된 하나 또는 다수의 공진기의 출력을 기초로 평균 출력을 획득하고, 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기 중에서 선택된 하나 또는 다수의 공진기의 출력을 기초로 평균 출력을 획득할 수 있다. 여기서, 제 1 공진기 어레이(110)에서 선택된 공진기와 제 2 공진기 어레이(120)에서 선택된 공진기는 서로 동일한 공진 주파수를 가질 수 있다. 평균 출력을 계산하는 단계(S12, S13)에서, 계산기(160)는 제 1 공진기 어레이(110)에서 선택된 공진기에 의해 획득된 출력으로부터 유도된 시간 도메인 데이터와 제 2 공진기 어레이(120)에서 선택된 공진기에 의해 획득된 출력으로부터 유도된 시간 도메인 데이터를 비교할 수 있다. 다시 말해, 계산기(160)는 선택된 공진기의 실효치 평균을 시간 도메인에 대해 계산하여 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 비교값을 구할 수 있다.
대신에, 계산기(160)는 제 1 공진기 어레이(110)에서 선택된 공진기에 의해 획득된 출력으로부터 유도된 주파수 도메인 데이터와 제 2 공진기 어레이(120)에서 선택된 공진기에 의해 획득된 출력으로부터 유도된 주파수 도메인 데이터를 비교할 수 있다. 다시 말해, 계산기(160)는 선택된 공진기의 실효치 평균을 주파수 도메인에 대해 계산하여 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 비교값을 구할 수 있다. 주파수 도메인을 기초로 비교값을 계산하는 경우에, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)로부터 일정한 시간 동안 출력을 받을 필요가 없으며, 제 1 공진기 어레이(110)에서 수신한 소리의 스펙트럼과 제 2 공진기 어레이(120)에서 수신한 소리의 스펙트럼만을 이용할 수 있다.
도 11은 이렇게 측정된 소리 방향과 실제 소리 방향을 비교하여 보이는 그래프이다. 도 11에서 가로축은 실제 소리 방향을 각도로 표시한 것이고 세로축은 측정된 소리 방향을 각도로 표시한 것이다. 도 11을 참조하면, 실제 소리 방향과 측정된 소리 방향이 선형적인 관계를 갖기 때문에, 본 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(100)가 비교적 높은 정확도로 소리의 방향을 탐지할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 소리 방향 탐지 센서(100)는 서로 다른 방향성을 갖고 있는 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)를 이용하여 소리의 방향을 탐지하기 때문에, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120) 사이의 거리에 대한 제약이 없다. 그 결과, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120) 사이의 거리가 가깝더라도 우수한 각도 분해능으로 소리의 방향을 탐지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(100)는 소형화가 가능하여 소형 전자 제품에 탑재할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(100)는 시간의 흐름을 따라 연속적으로 소리의 방향을 측정하는 것도 가능하다.
소리 방향 탐지 센서(100)는 공진 주파수가 다른 다수의 공진기를 사용하기 때문에 광대역 측정이 가능하고, 소음이 있는 환경에서도 소리의 방향을 정확하게 탐지할 수 있으며, 주파수 대역 정보를 가지고 있으므로 소리의 복원도 가능하다. 예를 들어, 도 12는 소음이 있는 환경에서 제 1 공진기 어레이(110)의 출력을 주파수 도메인에서 평균화하는 것을 예시적으로 보이며, 도 13은 소음이 있는 환경에서 제 2 공진기 어레이(120)의 출력을 주파수 도메인에서 평균화하는 것을 예시적으로 보인다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 출력을 주파수 도메인에서 평균화하고, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 평균화된 출력을 서로 비교하기 때문에, 예를 들어 자동차 소음과 같이 특정 주파수 대역의 소음에 의한 영향을 줄일 수 있다. 따라서, 특정 주파수 대역의 소음이 있는 환경에서도 소리 방향 탐지 센서(100)가 강건한 특성을 유지할 수 있다.
또한, 소리 방향 탐지 센서(100)는 다수의 공진기를 이용하여 입사음의 스펙트럼을 분석할 수 있으므로, 지속적으로 소음이 발생하는 특정 주파수 영역을 제거하고 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 출력을 평균화하는 것도 가능하다. 따라서, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 출력을 평균화할 때 소음 성분을 제거할 수 있어서 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 입사음 중에서 특정 주파수 성분만을 선택하여 해당 주파수 성분을 갖는 소리의 방향을 선택적으로 탐지할 수도 있다. 또한, 여러 주파수 성분들의 소리들에 대해 각각의 소리 방향을 동시에 탐지하는 것도 가능하다. 이렇게 다수의 주파수 성분들의 소리 방향을 동시에 탐지함으로써 입체적인 음향 정보를 얻을 수 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다. 도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(200)는, 서로에 대해 기울어지게 배치된 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202), 제 1 기판(201)을 관통하여 형성된 제 1 소리 인입구(210), 제 2 기판(202)을 관통하여 형성된 제 2 소리 인입구(220), 제 1 소리 인입구(210)에 대향하여 제 1 기판(201)에 고정되는 제 1 공진기 어레이(110), 및 제 2 소리 인입구(220)에 대향하여 제 2 기판(202)에 고정되는 제 2 공진기 어레이(120)를 포함할 수 있다.
도 14에는 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)이 서로 연결된 것으로 도시되었다. 예를 들어, 제 1 기판(201)의 한 변과 제 2 기판(202)의 한 변이 서로 접하여 연결될 수 있다. 이 경우, 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)을 일체로 형성할 수 있다. 그러나, 필요에 따라서는 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)이 서로 분리되어 떨어질 수도 있으며, 이 경우 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)이 개별적으로 제작될 수도 있다. 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)에 서로 다른 방향성을 주기 위하여 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)는 서로에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 그러면 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)가 서로 다른 방향을 향해 배치되어 서로 다른 방향성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202) 사이의 내각이 90도일 수 있다. 그러면, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)는 방향성이 90도 차이가 나도록 배치될 수 있다.
제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)는 앞서 설명한 구조와 동일한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)는 각각 공진 주파수가 서로 다른 다수의 공진기를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 각각의 공진기는 도 4에 도시된 고정부(10), 가동부(30), 감지부(20), 및 질량체(40)를 포함할 수 있다. 제 1 공진기 어레이(110)의 고정부(10)는 제 1 기판(201)에 고정될 수 있으며, 제 2 공진기 어레이(120)의 고정부(10)는 제 2 기판(202)에 고정될 수 있다. 또한, 제 1 공진기 어레이(110)의 다수의 공진기의 고정부(10)들은 제 1 소리 인입구(210)의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되며, 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기의 고정부(10)들 또한 제 2 소리 인입구(220)의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열된다. 또한, 제 1 공진기 어레이(110)의 다수의 공진기의 가동부(30)들 또한 제 1 소리 인입구(210)를 통해 외부에 노출되도록 배치되며, 제 2 공진기 어레이(120)의 다수의 공진기의 가동부(30)들은 제 2 소리 인입구(220)를 통해 외부에 노출되도록 배치된다. 그러면, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 가동부(30)들이 외부로터 제 1 및 제 2 소리 인입구(210, 220)를 통과하는 소리에 반응하여 진동할 수 있다.
도 15는 도 14에 도시된 소리 방향 탐지 센서(200)의 동작 원리를 보이는 개략적인 단면도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)는 서로 다른 방향을 향해 배치되어 있어서 서로 다른 방향성을 갖는다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(201)과 제 2 기판(202)이 서로 접하는 뾰족한 부분을 정면을 향해 배치하고 제 1 기판(201)과 수평면 사이의 각도 및 제 2 기판(202)과 수평면 사이의 각도가 θ라고 가정하면, 제 1 공진기 어레이(110)의 법선은 정면에 대해 반시계 방향으로 θ만큼 기울어진 양방향성을 가지며, 제 2 공진기 어레이(120)의 법선은 정면에 대해 시계 방향으로 θ만큼 기울어진 양방향성을 가질 수 있다.
따라서, 소리 방향 탐지 센서(200)에 입사하는 입사음(incident sound)의 방향에 따라 제 1 공진기 어레이(110)의 공진기들이 진동하는 진폭과 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들이 진동하는 진폭이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 15에서 소리 방향 탐지 센서(200)의 좌측으로부터 소리 방향 탐지 센서(200)의 정면 방향에 대해 각도 θs만큼 기울어진 각도로 소리가 입사하는 경우, 제 1 공진기 어레이(110)에는 그의 고유 방향에 대해 θ-θs의 각도로 소리가 입사하게 되고, 제 2 공진기 어레이(120)에는 그의 고유 방향에 대해 θ+θs의 각도로 소리가 입사하게 된다. 소리 방향 탐지 센서(200)의 정면 방향을 0°라고 정의하고 θ가 45°이면, 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)는 90°의 방향성 차이를 갖는다. 그러면, θs가 0°일 때 제 1 공진기 어레이(110)와 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들의 진폭이 동일할 것이고, -45° < θs < 0°일 때 제 1 공진기 어레이(110)의 공진기들의 진폭이 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들의 진폭보다 크며, 0° < θs < 45°일 때 제 2 공진기 어레이(120)의 공진기들의 진폭이 제 1 공진기 어레이(110)의 공진기들의 진폭보다 크게 된다.
도 16은 소리 방향 탐지 센서(200)의 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 상술한 방향성 특성을 측정한 결과를 보이는 그래프이다. 도 16에서 가로축은 소리 방향 탐지 센서(200)에 소리가 입사하는 각도를 나타내며, 세로축은 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 공진기들의 진폭을 나타낸다. 도 16의 그래프는 소리 방향 탐지 센서(200)에 대해 0도 내지 360도의 각도에서 각각 1 kHz의 주파수를 갖는 소리를 발생시키고, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 평균적인 진폭을 규준화하여 얻은 것이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 소리가 입사하는 각도에 따라 제 1 공진기 어레이(110)의 평균적인 진폭과 제 2 공진기 어레이(120)의 평균적인 진폭이 달라질 수 있다. 또한, 입사음의 방향이 0°, 90°, 180°, 270°에 근접할 때 제 1 및 제 2 공진기 어레이(110, 120)의 평균적인의 진폭이 동일하게 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 제 1 공진기 어레이(110)의 출력과 제 2 공진기 어레이(120)의 출력을 비교함으로써 소리가 입사하는 방향을 탐지하는 것이 가능하다.
한편, 도 14에 도시된 소리 방향 탐지 센서(200)는 단지 2개의 공진기 어레이(110, 120)만을 갖는 것으로 도시되었지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 17 내지 도 19는 다양한 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
먼저, 도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(200a)는 제 1 소리 인입구(210)를 갖는 제 1 기판(201), 제 2 소리 인입구(220)를 갖는 제 2 기판(202), 제 3 소리 인입구(230)를 갖는 제 3 기판(203), 제 4 소리 인입구(240)를 갖는 제 4 기판(204), 제 1 소리 인입구(210)에 대향하여 제 1 기판(201)에 고정된 제 1 공진기 어레이(110), 제 2 소리 인입구(220)에 대향하여 제 2 기판(202)에 고정된 제 2 공진기 어레이(120), 제 3 소리 인입구(230)에 대향하여 제 3 기판(203)에 고정된 제 3 공진기 어레이(130), 및 제 4 소리 인입구(240)에 대향하여 제 4 기판(204)에 고정된 제 4 공진기 어레이(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 기판(201, 202, 203, 204)은 정사각형 또는 직사각형 형태의 통을 형성하도록 배치될 수 있다. 그러면, 제 1 내지 제 4 공진기 어레이(110, 120, 130, 140)들은 수평면에 대해 4개의 서로 다른 방향성을 가질 수 있다.
또한, 도 18을 참조하면, 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(200b)는 도 17에 도시된 소리 방향 탐지 센서(200a)에 비하여, 제 5 소리 인입구(250)를 갖는 제 5 기판(205), 제 6 소리 인입구(260)를 갖는 제 6 기판(206), 제 5 소리 인입구(250)에 대향하여 제 5 기판(205)에 고정된 제 5 공진기 어레이(150), 및 제 6 소리 인입구(260)에 대향하여 제 6 기판(206)에 고정된 제 6 공진기 어레이(160)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 5 기판(205)과 제 6 기판(206)은 서로 대향하여 배치되며 제 1 내지 제 4 기판(201, 202, 203, 204)들에 대해 수직하게 배치된다. 따라서, 제 1 내지 제 6 기판(201, 202, 203, 204, 205, 206)은 정육면체 또는 직육면체를 형성할 수 있다. 그러면, 제 1 내지 제 6 공진기 어레이(110, 120, 130, 140, 150, 160)들은 6개의 서로 다른 방향성을 가질 수 있다.
도 19를 참조하면, 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(200c)는 원형의 제 1 소리 인입구(270)를 갖는 제 1 기판(201), 원형의 제 2 소리 인입구(280)를 갖는 제 2 기판(202), 제 1 소리 인입구(270)에 대향하여 제 1 기판(201)에 고정된 제 1 공진기 어레이(210), 및 제 2 소리 인입구(280)에 대향하여 제 2 기판(202)에 고정된 제 2 공진기 어레이(220)를 포함할 수 있다. 전술한 실시예들에서 소리 인입구(130, 140, 210, 220, 230, 240, 250, 260)들은 모두 직사각형의 형태를 갖고 있지만, 도 19에 도시된 바와 같이 원 형태의 소리 인입구(270, 280)를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 전술한 실시예들에서 공진기 어레이(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 공진기들은 소리 인입구(130, 140, 210, 220, 230, 240, 250, 260)들의 한변을 따라 일렬로 배치되었지만, 도 19에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 공진기 어레이(210, 220)의 다수의 공진기들이 각각 제 1 및 제 2 소리 인입구(270, 280)의 원호를 따라 둥글레 배열될 수도 있다.
상술한 다중 공진기 어레이를 포함하는 소리 방향 탐지 센서는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 앞서 언급하였듯이 하나의 공진기만을 가지는 공진구조로 대체될 수 있다. 또한 상술한 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 명세서의 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10.....고정부 20.....감지부
30.....가동부 40.....질량체
100, 200, 200a, 200b, 200c.....소리 방향 탐지 센서
101, 102, 201, 202, 203, 204, 205, 206.....기판
103.....스페이서
110, 120, 130, 140, 150, 160, 210, 220.....공진기 어레이
130, 140, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280.....소리 인입구
150.....소리 배출구
160.....계산기
30.....가동부 40.....질량체
100, 200, 200a, 200b, 200c.....소리 방향 탐지 센서
101, 102, 201, 202, 203, 204, 205, 206.....기판
103.....스페이서
110, 120, 130, 140, 150, 160, 210, 220.....공진기 어레이
130, 140, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280.....소리 인입구
150.....소리 배출구
160.....계산기
Claims (25)
- 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 1 공진기 어레이;
서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 2 공진기 어레이; 및
상기 제 1 공진기 어레이의 제 1 출력과 제 2 공진기 어레이의 제 2 출력을 기초로 소리 방향을 계산하는 계산기;를 포함하며,
상기 제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이는 서로 다른 방향성을 갖도록 배치되어, 상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기의 평균적인 진폭과 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 평균적인 진폭은 소리가 입사하는 각도에 따라 상이하고,
상기 계산기는, 시간 도메인에서 상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기의 실효치(root-mean-square)의 평균을 계산하여 상기 제 1 출력을 획득하며 시간 도메인에서 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 실효치의 평균을 계산하여 상기 제 2 출력을 획득하고, 상기 제 1 출력과 제 2 출력을 비교하여 소리 방향을 탐지하도록 구성된, 소리 방향 탐지 센서. - 제 1 항에 있어서,
제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이는 동일한 주파수 응답 특성을 갖는 소리 방향 탐지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 공진 주파수는 가청 주파수 대역 내에 있는 소리 방향 탐지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이는 방향성이 90도 차이가 나도록 배치되어 있는 소리 방향 탐지 센서. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 1 공진기 어레이;
서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 갖는 제 2 공진기 어레이; 및
상기 제 1 공진기 어레이의 제 1 출력과 제 2 공진기 어레이의 제 2 출력을 기초로 소리 방향을 계산하는 계산기;를 포함하며,
상기 제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이는 서로 다른 방향성을 갖도록 배치되어, 상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기의 평균적인 진폭과 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 평균적인 진폭은 소리가 입사하는 각도에 따라 상이하고,
상기 계산기는, 상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기 중에서 선택된 적어도 하나의 공진기에 의해 획득된 제 1 출력으로부터 유도된 시간 도메인 데이터 또는 주파수 도메인 데이터와 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기 중에서 선택된 적어도 하나의 공진기에 의해 획득된 제 2 출력으로부터 유도된 시간 도메인 데이터 또는 주파수 도메인 데이터를 비교하여 소리 방향을 탐지하도록 구성된 소리 방향 탐지 센서. - 제 1 항에 있어서,
서로에 대해 기울어지게 배치된 제 1 기판과 제 2 기판;
상기 제 1 기판을 관통하여 형성된 제 1 소리 인입구; 및
상기 제 2 기판을 관통하여 형성된 제 2 소리 인입구;를 더 포함하는 소리 방향 탐지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 공진기 어레이는 상기 제 1 소리 인입구에 대향하여 상기 제 1 기판에 고정되며 상기 제 2 공진기 어레이는 상기 제 2 소리 인입구에 대향하여 상기 제 2 기판에 고정되고,
상기 제 1 공진기 어레이와 제 2 공진기 어레이가 서로 다른 방향을 향해 배치되어 있는 소리 방향 탐지 센서. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 공진기 어레이의 각각의 공진기는, 상기 제 1 기판에 고정되는 고정부; 음향 신호에 응답하여 가동되는 가동부; 및 상기 가동부의 움직임을 감지하는 감지부;를 포함하고,
상기 제 2 공진기 어레이의 각각의 공진기는, 상기 제 2 기판에 고정되는 고정부; 음향 신호에 응답하여 가동되는 가동부; 및 상기 가동부의 움직임을 감지하는 감지부;를 포함하는 소리 방향 탐지 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 1 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치되며, 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 2 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치되는 소리 방향 탐지 센서. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 공진기 어레이의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 1 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되며, 상기 제 2 공진기 어레이의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 2 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되어 있는 소리 방향 탐지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 한 변과 상기 제 2 기판의 한 변이 서로 접하여 연결되어 있으며, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 각도가 90도인 소리 방향 탐지 센서. - 제 10 항에 있어서,
제 3 소리 인입구를 갖는 제 3 기판;
제 4 소리 인입구를 갖는 제 4 기판;
상기 제 3 소리 인입구에 대향하여 상기 제 3 기판에 고정된 제 3 공진기 어레이; 및
상기 제 4 소리 인입구에 대향하여 상기 제 4 기판에 고정된 제 4 공진기 어레이;를 더 포함하며,
상기 제 1 내지 제 4 기판은 사각통의 형태로 배열되어 있고,
상기 제 1 내지 제 4 공진기 어레이가 서로 다른 방향을 향해 배치된 소리 방향 탐지 센서. - 제 10 항에 있어서,
제 3 소리 인입구를 갖는 제 3 기판;
제 4 소리 인입구를 갖는 제 4 기판;
제 5 소리 인입구를 갖는 제 5 기판;
제 6 소리 인입구를 갖는 제 6 기판;
상기 제 3 소리 인입구에 대향하여 상기 제 3 기판에 고정된 제 3 공진기 어레이;
상기 제 4 소리 인입구에 대향하여 상기 제 4 기판에 고정된 제 4 공진기 어레이;
상기 제 5 소리 인입구에 대향하여 상기 제 5 기판에 고정된 제 5 공진기 어레이; 및
상기 제 6 소리 인입구에 대향하여 상기 제 6 기판에 고정된 제 6 공진기 어레이;를 더 포함하며,
상기 제 1 내지 제 6 기판은 육면체의 형태로 배열되어 있고,
상기 제 1 내지 제 6 공진기 어레이가 서로 다른 방향을 향해 배치된 소리 방향 탐지 센서. - 제 1 기판;
상기 제 1 기판을 관통하여 각각 형성된 제 1 및 제 2 소리 인입구;
상기 제 1 기판과 대향하며 상기 제 1 기판과 간격을 두고 배치된 제 2 기판;
상기 제 2 기판을 관통하여 형성된 소리 배출구;
상기 제 1 소리 인입구에 대향하여 상기 제 1 기판에 고정된 제 1 공진기; 및
상기 제 2 소리 인입구에 대향하여 상기 제 1 기판에 고정된 제 2 공진기;를 포함하는 소리 방향 탐지 센서. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 제 2 기판이 서로 평행하게 배치되어 있으며,
상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 간격을 유지하기 위하여 제 1 기판의 가장자리와 제 2 기판의 가장자리 사이에 배치된 스페이서를 더 포함하는 소리 방향 탐지 센서. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 소리 인입구와 제 2 소리 인입구는 상기 제 1 기판 상에서 서로 떨어져서 배치되어 있으며, 상기 제 1 소리 인입구와 상기 소리 배출구가 제 1 방향의 소리 경로를 형성하고 상기 제 2 소리 인입구와 상기 소리 배출구가 제 2 방향의 소리 경로를 형성하는 소리 방향 탐지 센서. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 공진기와 제 2 공진기가 서로 평행하게 배치되어 있는 소리 방향 탐지 센서. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 공진기는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 포함하며, 상기 제 2 공진기는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 다수의 공진기를 포함하는 소리 방향 탐지 센서. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 공진기의 각각의 공진기는:
상기 제 1 기판에 고정되는 고정부;
음향 신호에 응답하여 가동되는 가동부; 및
상기 가동부의 움직임을 감지하는 감지부;를 포함하는 소리 방향 탐지 센서. - 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 공진기의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 1 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치되며, 상기 제 2 공진기의 다수의 공진기의 가동부들은 상기 제 2 소리 인입구를 통해 외부에 노출되도록 배치되는 소리 방향 탐지 센서. - 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 공진기의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 1 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되며, 상기 제 2 공진기의 다수의 공진기의 고정부들은 상기 제 2 소리 인입구의 한 변을 따라 서로 겹침 없이 배열되어 있는 소리 방향 탐지 센서.
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