KR20030089281A - 초음파 변조법, 복조법을 이용한 음성 및 음향신호 발생과청취방법 및 시스템 구성 - Google Patents

초음파 변조법, 복조법을 이용한 음성 및 음향신호 발생과청취방법 및 시스템 구성 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하철 등 불특정 다수가 모이는 장소에서, 임의의 음원으로부터 송출되는 음성 및 음향 신호를 청취하고자 하는 사람에게만 전달하며, 청취를 원하지 않는 사람은 음성 및 음향 신호를 듣지 않을 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에서 제안하는 내용은, 다양한 장소에 위치한 모든 초음파 송신기가 음성및 음향 신호를 동일한 주파수의 초음파로 변조시켜 발생시키고, 또한, 모든 초음파 수신기가 송신기와 동일한 주파수의 초음파를 수신한 후, 변조된 초음파를 복조 과정을 통하여 음성및 음향 신호를 복원, 청취하게 하는 방법 및 시스템 구성에 대한 것이다.

Description

초음파 변조법, 복조법을 이용한 음성 및 음향 신호 발생 과 청취 방법및 시스템 구성 { Acoustic signal transmission method and system using ultra-sound modulation and demodulation in air space }
본 발명은 초음파 변조법을 이용한 음성 및 음향 신호 발생 및 청취 방법에 관한 것이다. 불 특정 다수를 수용하는 장소에서의 화상표시(LCD 모니터 등 디스플레이) 매체, 즉 지하철이나 엘리베이터에 설치된 LCD 모니터들의 경우 음성 및 음향 효과는 제공되지 않고 화상 신호만 제공하여 멀티미디어 정보 전달에 큰 효과를 기대하기 어려운 실정이다. 대부분의 영상 매체들이 화상 정보와 더불어 음성 및 음향 효과가 결부되어 제작되는데 반하여, 화상 신호만 제공되는 이러한 장치들은 전달하고자 하는 정보가 시각적으로만 연출되므로, 정보 전달 대상자들의 관심을 이끌어 내거나 집중시키기가 매우 어렵다. 반면, 화상과 동시에 음성및 음향을 제공하면, 시청자들의 관심을 끌게하여, 영상 정보는 효과적으로 전달할 수 있으나,음성 및 음향을 듣기를 원치 않는 사람에게는 소음 공해로서 큰 피로감과 정신적 혼란함을 갖게 한다. 그러므로, 공공 장소에서의 영상 매체(기기)들은 음향출력을 차단하고 화상 만을 제공하는 것이 일반적 이다. 따라서, 공공 장소에서의음향이 차단된 화상 표시만의 영상 기기들은 시청 대상자들의 관심을 이끌어 내거나 집중시키기가 매우 어려우므로, 효과적인 정보 전달을 할 수 없다.
따라서, 본 발명에서 제안하는 음성 및 음향 전달 방법을 통하여 이루고자하는 목적은 원하는 사람만이 선택적으로 청취 가능케 하며, 거리 상으로 일상의 청취권 영역 내의 음원으로부터의 소리는 선명한 음질을 가지나, 청취권 밖의 음원으로부터의 소리는 현저히 감쇄되어, 다수의 음원간 간섭이 최소로 되도록 하는 것 이다..
본 발명은 지하철 등 불특정 다수가 모이는 장소에서, 임의의 음원에서 송출되는 음성 및 음향 신호를 청취하고자하는 사람에게만 전달하며, 청취를 원하지 않는 사람은 음성 및 음향 신호를 듣지 않을 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 동일한 방식으로 만들어진 수 많은 수신기 중의 어떠한 하나의 수신기로도 다양한 장소에 위치한 모든 송신기중의 어떠한 하나의 송신기에 근접하여 다가간다면, 근접하여 다가간 송신기에서 송출한 내용을 수신할 수 있는 특성을 제공하면서도, 가청 거리 내에 여러 음원이 존재할 경우 거리가 가까운 음원일수록 세기가 크게 들리게 되므로, 마치 일상 생활에서 대화하듯이 최근거리 음원이 명확히 들리고 먼곳의 음원은 감쇄되어 최 근거리에 놓인 음원을 청취하는데 방해가 되지 않게 하는 방법및 기술을 제공하는 것 이다.
도1은 본 발명에 따른 음향 송신 방법의 실시예
도2은 본 발명에 따른 음향 수신 방법의 실시예
도3은 본 발명에 따른 음성 및 음향신호에 대한 초음파 발생과정
도4는 본 발명에 따른 전파와 초음파의 감쇄특성 곡선
도5는 본 발명에 따른 초음파 및 전파를 이용한 음성 및 음향 발생
실시예
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 영상 신호 저장기 12 : 영상 신호 입력기
13 : 신호 분리기14 : 모니터
15 : 초음파 송신기 16 : 음성/초음파 변조기
17 : 초음파 발생기
21 : 초음파 수신기22 : 초음파 마이크
23 : 초음파/음성 복조기24 : 증폭기
25 : 이어폰 및 스피커
31 : 음성 및 음향신호32 : 초음파 발생기 인가전압
33 : 바이어스 전압 34: 초음파 신호
41 : 초음파의 감쇄곡선42 : 전파의 감쇄곡선
43 : 저 출력 전파의 감쇄곡선
제1도는 본 발명에 따른 음성 및 음향 송신 방법의 실시예로, 화상및 음향 신호를 포함하는 멀티미디어 정보가 있는 영상신호 저장기(11)와 또는 영상신호 입력기기(12), 복합 영상 신호로부터 화상신호와 음성신호 분리기(13), 화상신호를 표출하기 위한 모니터(14), 음성신호를 초음파를 이용하여 발생시키는 초음파 송신기(15)로 구성되며, 초음파 송신기(15)는 음성 및 음향 신호를 초음파로 변조하는 음성/초음파 변조기(16), 초음파 신호를 대기 공간으로 방사시키는 초음파 발생기(17)로 구성된다.
제 1도에서의 각 신호 전달은 영상 신호 저장기(11) 또는 영상신호 입력기(12)를 통하여 입력된 영상신호중 화상신호를 신호 분리기(13)에서 분리하여 모니터(14)에 전달하여 화상을 시각적으로 보여주게 된다. 또한, 초음파 송신기(15)는 신호 분리기(13)을 통하여 입력된 음성 신호를 초음파 변조기(16)를 통하여 초음파로 변조하게 되고, 초음파 발생기(17)를 통하여 대기중으로 변조된 초음파 방사 시킨다.
제2도는 본 발명에 따른 음성 및 음향 수신 방법의 실시예로 초음파 수신기(21),이어폰 또는 스피커(22)로 구성되며, 초음파 수신기(21)는 초음파 마이크(23), 초음파/음성 복조기(24), 증폭기(25)등으로 구성된다.초음파 수신기(21)의 원리는 초음파 송신기(13)에서 보낸 음성 및 음향 정보가 포함된 초음파를 초음파마이크(23)로 수신하게 되고, 초음파/음성 복조기(24)를 통해 이를 복조하여 음성 및 음향 신호로 복원하며, 복원된 신호는 증폭기(25)와 이어폰 또는 스피커(22)를 통해 음성 및 음향을 청취하게 된다.
제3도는 본 발명에 따른 음성 및 음향신호에 대한 초음파 발생과정으로 음성 및 음향이 초음파로 변화되어 송출되어지는 과정을 보여준다. (가)는 음성 및 음향신호의 시간에 대한 변화를 나타내며 (나)는 시간에 대한 초음파 발생기에 인가할 전원의 전압 변화를 나타내고, (다)는 시간에 대한 초음파 신호의 세기를 표현한다. (31)곡선은 초음파 송신기를 통해 송출하고자 하는 음성 및 음향신호를 나타내며 (32)곡선은 (31)곡선의 음성 및 음향신호에 바이어스 전압(33)을 더하여 초음파 발생기에 인가할 전원의 전압으로 변환한 것으로서, 음수부분이 존재하지 않게 한다. (34)곡선은 초음파 발생기에 인가되는 전압의 크기에 크기에 비례하여 발생되는 초음파 신호로서, 이 신호에는 음성 및 음향에 대한 정보가 변조되어 포함되어져 있다.
제4도는 본 발명에 따른 전파와 초음파의 감쇄특성 곡선으로 거리에 대한 S/N비(신호 대 잡음비)이며, 최대가청거리에 대한 청취 가능한 최소S/N비로 설명된다. 초음파는 (41)곡선과 같이 대기 중에서 큰 감쇄특성을 갖는다. 반면, 전파의 경우는 (42)곡선과 같이 대기 중에서 거의 감쇄가 되지 않는 특성을 가지고 있다. 이러한 초음파의 감쇄 특성에 따라, 모든 변조된 초음파 음원으로부터 거리가 멀어짐에 따라 초음파의 세기가 크게 감쇄되므로, 각 초음파 변조된 음원 간의 간섭이 최소가 된다.이러한 특성을 이용하여, 본 발명에서 제안하는 동일 주파수의초음파 변조법을 이용한 음성 및 음향 신호의 발생과 청취 방법및 시스템 구성을 이룰수 있다.
즉, (41)곡선의 경우, 초음파의 큰 감쇄특성으로 가청거리 내에서는 신호대잡음비(S/N)비가 높아 선명한 음질을 제공하게 되지만, 가청거리를 벗어날 경우 청취 가능한 최소 신호대잡음비에 크게 미치지 못하여 청취할 수 없는 상태가 된다.환언 한다면, 청취하고자 하는 사람으로부터의 먼거리 음원들은 크게 감쇄되어 최근거리 음원을 선명하게 청취하는데 방해를 일으키지 않는다.
결과적으로, 불특정 다수를 수용하는 한 공간 내에 다수의 음원이 배치되어 있는 경우, 청취를 원하는 사람으로 부터 먼거리에 있는 음원 일수록 크게 감쇄되어 최 근거리에 놓인 음원과의 간섭이 발생치 않게되므로, 최근 거리에 놓인 음원을 청취하는데 방해되지 않기 때문에, 청취를 원하는 사람은 최근 거리의 음원을 선명하게 청취할 수 있다.마치, 한 공간 내에 많은 사람들이 동시에 대화를 하는 속에서도, 옆에 있는 사람과의 대화는 선명하게 이루어질 수 있는 것과 같은 원리 이다.
한편, (42)곡선은 전파의 감쇄가 먼거리에서 조차 거의 일어나지 않는다. 따라서, 모든 음원이 청취하고자 하는 사람의 거리와 관계없이 동일한 세기로 동시에 수신되므로 수많은 음원의 상호간 간섭으로 인하여, 최근거리 음원으로부터의 음향 조차 청취할 수 없게 된다. 역으로, 전파의 출력을 낮추어 송출한 경우로써, (43)곡선에서와 같이 모든 영역에서 신호가 미약하게되어 청취가 매우 어렵게 된다.
제5도는 본 발명에 따른 초음파 및 전파를 이용한 음성 및 음향 발생 실시예로
각각의 지하철 차량 내에서의 초음파 변조방식과 전파 변조방식을 비교 설명하고 있다.
제5도의 (가)는 초음파 변조법을 이용하여 음성 및 음향 신호를 발생시키는 경우로, 각 모니터의 가시 권(또는 근 거리)에 해당하는 영역에 대해서만 음성 및 음향을 청취할 수 있도록 가청거리를 제한할 수 있는 특징을 가지며, 각 모니터를 포함한 영상 기기 들이 다른 영상물을 방영하더라도, 초음파의 감쇄 특성에 의해, 초음파 변조된 각 음원 간의 간섭은 발생치 않으며, 한 지하철 차량(51)과 다른 지하철 차량(42)의 교차시 조차도 각 차량 음원 간의 간섭이 발생치 않게 된다.
반면, 제5도의 (나)는 전파를 이용하는 경우로서, 전파의 작은 감쇄 특성 상, 같은 지하철 차량 내에서 여러 모니터를 포함하는 영상기기로부터 발생되는 각 음원의 가청권 제한이 어려우며, 이로 인하여 여러 음원 간에 간섭을 유발하게 되기 때문에 어떠한 음원 조차도 청취하기 어렵다. 또한, 한 지하철 차량(53)과 다른 지하철 차량(54)에서 각각 다른 영상 물을 방영한다면, 두 차량이 교차하여 지나칠 경우 음성 및 음향신호는 상호간섭을 일으키게 되며 이러한 현상은 지하철역에 설치된 여러 모니터를 포함하는 영상기기 들과의 관계에서도 동일하게 나타날 것이다.
한편, 전파의 변조를 이용한 음성 및 음향신호 발생 및 청취는 변/복조에 사용되어지는 전파의 주파수가 낮을 경우 송/수신부의 부피가 커지게 되어 휴대하기에 현실성이 없어지고, 반대로 주파수가 높을 경우 파장이 짧아져서 상호 간의 간섭은 더욱 심각하게 발생 한다.예를 들어, 낮은 주파수를 사용하는 AM Radio 주파수 대역인 약 1000kHz를 변조 주파수로 사용하는 경우, 이 전파의 파장의 크기는 약 300M로서, 이를 송신 또는 수신하기 위한 장치의 부피가 매우 커지게 되므로 실용적인 측면에서 현실성이 없다.대략, 100MHz 대역의 높은 주파수를사용하는 경우 송/수신 장치의 부피는 줄일 수 있지만, 3미터 정도의 짧은 파장길이로 인하여, 전파 파장의 반 파장 길이를 넘어서 배치된 음원과의 간섭이 심각하게 발생되어, 수신기에서의 선명한 음성및 음향을 복원할 수 없다. 특히, 지하철에서, 각 출입문 상단에 설치된 LCD 모니터와 함께, 전파로 변조된 많은 음원(전파 송신기)이 설치되어 있는 경우, 같은 차 량내에서 조차 심각한 전파 간섭을 일으키므로므로, 선명한 음성및 음향을 복원 할 수 없다.
결론적으로, 상기의 설명을 통하여, 다수의 음원이 인접하여 있는 경우, 전파 변조법은 상호간의 심각한 간섭으로 인하여, 실현이 매우 어려우나, 이에 반하여, 초음파 변조법은 음성의 변조 전달및 복원 청취하는데 있어서 우수한 특성을 갖는다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명은 이 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 원리와 개념이 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점에 유의해야 한다.
예를 들면, 본 발명의 도1, 2를 통하여, 다음과 같은 실시 예를 들 수 있다.
초음파 송신기 실시 예로는 공공 장소 설치되는 영상 매체의 초음파 송신기와, 전시장, 박물관, 박람회 등에 상응하는 장소에서 전시물 안내방송에 대한 초음파 송신기등을 한 예로 들수 있다.
또한, 초음파 수신기 실시 예로는 변조된 초음파를 수신하여 원음을 복원하여 청취할 수 있는 전용이어폰과 개인 휴대용 단말기, PDA, 휴대용 음향 기기 및 휴대용 전자기기에, 음성및 음향으로 변조된 초음파를 수신하고, 원음을 복조(복원)하여청취 가능케하는 기능을 부가하는 방법및 그 구성을 들수 있다.
본 발명을 이용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 불 특정 다수를 수용하는 장소에서, 청취를 원하는 사람만이 음성및 음향을 선택적으로 청취할수 있다.
둘째, 다수의 음원이 인접하여 설치되어 있는 경우라도, 음원 간의 간섭이 최소로 할수 있으므로, 선명한 음질을 복원 청취할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따라 초음파 변조되어 송신되는 초음파의 수신을 하기 위한 초음파 센서 또는 마이크는 2mm X 2mm 정도의 매우 작은 크기로도 구현이 가능하며, 그 비용이 매우 작으므로, 이 초음파 센서(또는 마이크)를 기존의 이동기기에 부착하는 것은, 부착 공간으로 보나 부가적인 비용으로 보나 그 부담이 매우 미미 하다.
넷째, 본 발명에 따라 초음파 변조되어 송신되는 초음파를 수신하여, 원래의 음으로 복원하기 위해서는, 기존의 이동 기기(Mobile Device)에 매우 간단한 복조회로의 추가만에 의하여 구현이 가능하다. 즉, 음의 복조를 위한 부가 회로는 5mm X 5mm 정도의 1 Chip IC만으로도 가능하며, 그 비용 또한 매우 저렴하다.
다섯째, 변조된 초음파를 수신하여 음을 복원하는 전용 이어폰을 이용하는 경우, 전용 이어폰의 구성이 매우 간단하고 소형화가 가능하다. 전용 이어폰은 수신 주파수와 복조방식이 동일하게 할수 있으므로, 수천만개 이상 동일한 형태로 제작 가능하며, 매우 저렴한 가격으로 제작 가능므로, 마치 소모품처럼 취급될정도로 폭 넓게 보급될 수 있다.
결과적으로, 동일하게 대량 제작되어 마치 소모품처럼 취급되는 초음파 복조용 전용 이어폰이나, 초음파 복조 회로가 부가된 이동 기기만 가지고 있으면, 불특정 다수를 수용하는 모든 장소에서의 종래의 무성(無聲)) 영상기기들로부터 음성 및 음향 신호를 청취를 원하는 사람 만이 선택적으로 청취할 수 있게된다.그러므로, 종래의 화상만 전달하는 경우에 비하여 음성 및 음향을 함께 전달함으로써, 시청 대상자들에 대한 관심과 흥미를 크게 유발시키고, 정보전달 효과를 극대화 시킬 수 있게 된다.이것은 대중에 대한 광고 매체로서의 활용도에 있어서 정보제공자에게 큰 호응을 얻을 수 있으며, 시청 대상자들 또한 무료한 시간을 흥미롭게 보낼 수 있게 되어, 광고시장 발전에도 기여할 것이라 예상된다.

Claims (10)

  1. 초음파 변조법을 이용한 음성 및 음향 신호로 변조된 초음파 발생 및 변조된 초음파를 수신하여 음성 및 음향 신호를 복원하여 음성 및 음향 신호를 청취 가능하게하는 방법 및 시스템 구성.
  2. 제1도에서와 같이 화상 및 음향 정보가 있는 영상신호 저장기(11)와 또는 영상신호 입력기기(12), 복합 영상 신호로부터 화상신호와 음성신호 분리기(13), 화상신호를 표출하기 위한 모니터(14), 음성신호를 초음파를 이용하여 발생시키는 초음파 송신기(15)로 이루는 구성및 방법, 또는, 초음파 송신기(15)는 음성 및 음향 신호를 초음파로 변조하는 음성/초음파 변조기(16), 초음파 신호를 대기 공간으로 방사시키는 초음파 발생기(17)등으로 하는 구성 및 방법
  3. 제2도에서와 같이 초음파 수신기(21) 및 이어폰 또는 스피커(22)로 이루는 구성및 방법, 또는, 초음파 수신기(21)는 초음파 마이크(23), 초음파를 음성및 음향 신호로 복원하는 복조기(24), 신호 증폭기(25)등으로 이루는 구성 및 방법
  4. 전시장, 박물관, 박람회 등에 상응하는 장소에서 전시물 안내 방송을 위하여 음성 및 음향의 초음파 변조 및 변조된 초음파로부터 음성및 음향을 복조(복원)하여 청취 가능케하는 방법 및 시스템 구성.
  5. 음성및 음향으로 변조된 초음파를 수신하고, 원음을 복조(복원)하여 청취 가능케하는 전용이어폰.
  6. 개인 휴대용 단말기, PDA, 휴대용 음향 기기 및 휴대용 전자기기에, 음성및 음향으로 변조된 초음파를 수신하고, 원음을 복조(복원)하여 청취 가능케하는 기능을 부가하는 방법및 그 구성
  7. 다양한 형태의 모니터를 통하여 방영되는 화상과 결부되어 제공되는 음성및음향 신호를 초음파 변조법을 이용하여 변조된 초음파로 발생시키는 방법및 그 구성, 또한, 변조된 초음파를 수신하여 음성 및 음향 신호를 복원하여 음성 및 음향 신호를 청취 가능하게하는 방법 및 그 구성.
  8. 지하철 등 불특정 다수가 모이는 장소에서, 임의의 음원으로부터 송출되는 음성 및 음향 신호를 청취하고자 하는 사람에게만 전달하며, 청취를 원하지 않는 사람은 음성 및 음향 신호를 듣지 않을 수 있도록 하기위하여, 1항으로부터 7항까지의 다양한 조합을 통하여 이룰수 있는 방법및 그 구성.
  9. 다양한 장소에 위치한 모든 초음파 송신기가 음성및 음향 신호를 동일한 주파수의 초음파로 변조시켜 발생시키고, 또한, 모든 초음파 수신기가 송신기와 동일한 주파수의 초음파를 수신한 후, 변조된 초음파를 복조 과정을 통하여 음성및 음향 신호를 복원, 청취하게 하는 방법 및 시스템 구성
  10. 동일한 방식으로 만들어진 수많은 수신기중의 어떠한 하나의 초음파 수신기로도 가청 거리내의 모든 초음파 송신기에서 송출한 내용을 수신할 수 있는 특성을 제공하면서도, 가청 거리 내에 여러 음원이 존재할 경우 거리가 가까운 음원일수록 세기가 크게 들리게 되므로, 마치 일상 생활에서 대화하듯이 최근거리 음원이 명확히 들리고 먼곳의 음원은 감쇄되어 최 근거리에 놓인 음원을 청취하는데 방해가 되지 않게할 목적을 이루기 위하여, 1항으로부터 7항까지의 다양한 조합을 통하여 이룰수 있는 방법및 그 구성.
KR1020020027433A 2002-05-17 2002-05-17 초음파 변조법, 복조법을 이용한 음성 및 음향신호 발생과청취방법 및 시스템 구성 KR20030089281A (ko)

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