KR100874470B1 - 아날로그 시그널 프로세서를 이용한 가변 지향성마이크로폰 - Google Patents

아날로그 시그널 프로세서를 이용한 가변 지향성마이크로폰 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개의 무지향성 마이크로폰과 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰을 개시한다. 본 발명의 마이크로폰은 제1 무지향성 마이크로폰과, 제2 무지향성 마이크로폰, 및 제1 무지향성 마이크로폰의 아날로그 출력과 제2 무지향성 마이크로폰의 아날로그 출력을 입력받아 아날로그 신호처리하여 실시간 가변 지향 특성을 제공하는 아날로그 시그널 프로세서로 구성된다. 또한, 본 발명의 가변 지향성 마이크로폰은, 2개의 마이크로폰이 소정 간격을 두고 PCB에 실장되어 있고, 2개의 마이크로폰이 탑재된 PCB의 중앙 위치에는 ASP가 실장되어 있으며, PCB의 저면에는 인터페이스를 위한 접속단자가 형성되어 있고, 2개의 마이크로폰에 대응하는 위치에 외부 음을 유입하기 위한 음향홀이 각각 형성된 케이스에 PCB가 내장되어 있다. 따라서 본 발명의 가변 지향성 마이크로폰은 ASP를 이용하여 아날로그신호를 직접 처리하므로 신호처리 속도가 빨라 빔 패턴을 실시간으로 변화시킬 수 있고, 소비전력이 절감되어 배터리를 사용하는 응용 제품에 유용하며, 완제품에 대한 별도의 재조정이 필요없으므로 양산성이 향상되는 효과가 있다.
가변지향성, 마이크로폰, ASP, 소비전력, 양산성

Description

아날로그 시그널 프로세서를 이용한 가변 지향성 마이크로폰 { VARIABLE DIRECTIONAL MICROPHONE USING ANALOG SIGNAL PROCESSOR }
도 1은 종래의 DSP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 실장 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 제1 외관도,
도 4는 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 제2 외관도,
도 5는 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 구성 블럭도,
도 6은 도 5에 도시된 ASP의 세부 구성 블럭도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100-1,100-2: 마이크로폰 110: PCB
110a: 접속단자 120: ASP
130: 케이스
본 발명은 가변 지향성 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 무지향성 마이크로폰과 아날로그 시그널 프로세서(ASP)를 적용하여 신호와 잡음을 분리하고 실시간으로 지향패턴을 가변할 수 있는 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로폰은 지향특성에 따라 무지향성(전방향) 마이크로폰과 지향성 마이크로폰으로 구분되는데, 지향성 마이크로폰은 양방향성(Bi-directional) 마이크로폰, 및 단방향성(Uni-directional) 마이크로폰으로 구분된다. 양방향성 마이크로폰은 전방 및 후방 입사음에 대해 충실히 재생하고 측방각에서 입사되는 음에 대해서는 감쇄특성을 나타내어 음원에 대한 폴라 패턴(polar pattern)이 8자형으로 나타내며, 근접효과(Near field)특성이 양호하여 잡음이 심한 경기장 아나운서용 등에 널리 사용된다. 단일지향성 마이크로폰은 넓은 전방 입사음에 반응하여 출력값을 유지하며 후방 입사음원은 출력값을 상쇄시켜 전방음원에 대한 S/N비를 개선시킨 마이크로폰으로서, 명료도가 좋아 음성인식용 장비에 널리 사용된다.
통상 지향성 마이크로폰은 하나의 마이크로폰을 이용하여 케이스와 PCB면에 각각 음공을 형성하여 전방음과 후방음의 위상차를 이용하여 지향성을 갖게 하는데, 2개의 무지향성 마이크로폰을 이용하여 가변 지향성을 갖게 하는 마이크로폰이 개발되었다.
도 1은 종래의 DSP(Digital Signal Processor)를 이용한 가변 지향성 마이크 로폰의 개략도로서, 종래의 가변 지향성 마이크로폰은 적어도 2개의 무지향성 마이크로폰(10-1,10-2)과, 사용자의 제어에 따라 무지향성 마이크로폰(10-1,10-2)으로부터 신호를 입력받아 사용자가 설정한 지향성 패턴을 갖게 하는 DSP(20)로 구성된다.
그런데 이와 같이 DSP를 이용하여 구현된 가변 지향성 마이크로폰은 아날로그신호를 디지털로 변환한 후 DSP에 의해 처리하므로 신호처리 속도 면에서 느려 실시간으로 빔 패턴을 변화시킬 수 없는 문제점이 있다. 또한 종래의 DSP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰은 신호처리를 디지털로 변환한 후에 처리하므로 신호처리에 필요한 소비전력이 증가하게 되고, DSP를 구동하기 위한 전용 소프트웨어를 응용 제품(예컨대, 휴대폰)에 넣어주어야 하므로 작업이 복잡하고, 완제품 이후에 2개의 마이크로폰을 재조정(calibration)해 주어야 하므로 양산성이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 2개의 마이크로폰과 ASP를 적용하여 신호와 잡음을 분리하여 음질을 개선하고 사용자가 원하는 지향특성을 실시간으로 가변시켜 제공할 수 있는 아날로그 시그널 프로세서(ASP)를 이용한 가변 지향성 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 무지향성 마이크로폰; 제2 무지향성 마이크로폰; 및 상기 제1 무지향성 마이크로폰의 아날로그 출력과 상기 제2 무지향성 마이크로폰의 아날로그 출력을 입력받아 아날로그 신호처리하여 실시간 가변 지향 특성을 제공하는 아날로그 시그널 프로세서로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가변 지향성 마이크로폰은, 상기 2개의 마이크로폰이 소정 간격을 두고 PCB에 실장되어 있고, 상기 2개의 마이크로폰이 탑재된 PCB의 중앙 위치에는 상기 ASP가 실장되어 있으며, 상기 PCB의 저면에는 인터페이스를 위한 접속단자가 형성되어 있고, 상기 2개의 마이크로폰에 대응하는 위치에 외부 음을 유입하기 위한 음향홀이 각각 형성된 케이스에 상기 PCB가 내장되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 실장 상태도이고, 도 3은 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 제1 외관도이며, 도 4는 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 제2 외관도이다.
본 발명에 가변 지향성 마이크로폰은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 동일 PCB 기판(110)상에 소정 간격을 두고 위치하는 2개의 마이크로폰(100-1,100-2)과, 상기 2개의 마이크로폰(100-1,100-2)으로부터 각각 수신된 아날로그 신호를 처리하여 사용자가 원하는 지향특성의 신호를 제공하는 아날로그 시그널 프로세 서(120)와, 상기 2개의 마이크로폰(100-1,100-2)과 ASP(120)가 탑재된 PCB(110)를 보호하는 케이스(130)로 구성된다.
도 3을 참조하면, PCB(110)에는 2개의 마이크로폰(100-1,100-2)이 소정 간격을 두고 위치하고, 두 마이크로폰(100-1,100-2) 사이의 PCB 중앙에는 ASP(120)가 실장되어 있다. 또한 PCB(110)의 저면에는 도 4에 도시된 바와 같이 인터페이스를 위한 접속단자(110a)가 형성되어 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 케이스(130) 안에 실장되어 보호된다. 케이스(130)에는 마이크로폰(100-1,100-2)에 대응하는 위치에 외부 음을 유입하기 위한 음향홀(132-1,13-2)이 형성되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 구성 블럭도이다.
본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 마이크로폰(100-1)과, 제2 마이크로폰(100-2), 제1 마이크로폰(100-1)으로부터 입력된 아날로그 입력신호(Ain1)와 제2 마이크로폰(100-2)으로부터 입력된 아날로그 입력신호(Ain2)를 실시간으로 처리하여 가변 지향 패턴의 아날로그 신호(Aout)를 출력하는 아날로그 시그널 프로세서(ASP:120)로 구성된다.
도 5를 참조하면, 제1 마이크로폰(100-1)과 제2 마이크로폰(100-2)은 무지향성 마이크로폰이므로 지향성 마이크로폰과 달리 후방음을 고려하지 않아도 되므로 휴대폰이나 캠코더 등 마이크로폰을 채택하는 제품에 내장하기 용이하다.
ASP(120)는 프로그래밍과 실시간 처리가 가능한 플로팅 게이트로 구현되어 각 무지향성 마이크로폰(100-1,100-2)의 아날로그 신호를 입력받아 실시간으로 빔 패턴으로 형성하여 가변 지향성을 제공한다.
도 6은 본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰의 세부 구성 블록도이다.
본 발명에 따른 ASP를 이용한 가변 지향성 마이크로폰은 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 무지향성 마이크로폰(100-1)과, 제2 무지향성 마이크로폰(100-2), ASP(120)로 구성된다.
도 6을 참조하면, 제1 마이크로폰(100-1)과 제2 마이크로폰(100-2)은 무지향성 마이크로폰이므로 지향성 마이크로폰과 달리 후방음을 고려하지 않아도 되므로 휴대폰이나 캠코더 등 마이크로폰을 채택하는 제품에 내장하기 용이하다.
ASP(120)는 제1 무지향성 마이크로폰(100-1)의 출력을 위상반전시키기 위한 위상 반전기(121)와, 위상제어부(122), 신호조합부(123), 레벨비교 및 제어부(124), 스위칭제어부(125)로 구성된다. 지향 특성을 각도별로 인식하여 선택할 수 있는 스위칭제어부(125)를 가지고 있으며, 자신의 무지향성 마이크로폰으로부터 입력되어 지연된 신호와 상대방의 무지향성 마이크로폰으로부터 입력된 지연되지 않은 신호를 결합하여 사용자가 원하는 지향특성을 제공한다.
제1 무지향성 마이크로폰(100-1)과 제2 무지향성 마이크로폰(100-2)은 전방으로부터 소리(음성)를 입력받아 전기적인 신호로 변환하여 출력한다. 제1 무지향성 마이크로폰(100-1)의 출력신호는 위상반전기(121)에서 180°위상이 반전되고, 신호 조합부(123)에서 위상 제어부(122)에 따라 설정된 시간만큼 지연되어 조합된다. 즉, 위상 제어부(122)는 반전된 위상신호를 가진 제1 무지향성 마이크로폰(100-1)의 위상을 원하는 지향 패턴에 따라 다르게 적용되는 위상 지연 시간을 설정제어한다.
제2 무지향성 마이크로폰(100-2)의 출력신호는 위상 반전된 제1 무지향성 마이크로폰(100-1)의 신호와 함께 ASP 제어에 의해 일정 빔 패턴을 만들어 주게 된다.
ASP의 신호 조합부(123)에서는 실시간으로 제1 무지향성 마이크로폰(100-1)으로부터 입력되어진 신호와 제2 무지향성 마이크로폰(100-2)의 신호를 조합하여 단일 지향성 및 양지향성 패턴을 만들어 준다. 즉, 신호 조합부(123)는 위상 제어부(122)에 따라 설정된 시간만큼 지연되어 위상 반전기(121)에서 위상 반전된 제1 무지향성 마이크로폰(100-1)의 신호와 제2 무지향성 마이크로폰(100-2)의 신호를 조합하여 일정 지연시간에 따라 단일 지향성 패턴 및 양지향성 패턴을 만들어 낸다.
스위칭 제어부(125)는 지향 특성을 음원의 입사 각도별로 인식하여 음원의 입사각도에 따라 양지향성 패턴을 선택하여 취음할 수 있는 빔폭을 줄여 주변 노이즈를 줄여주거나 단일 지향성 패턴을 선택하여 후방의 노이즈를 줄여줄 수 있도록 신호 조합부(125)의 지향패턴을 선택한다. 즉, 스위칭 제어부(125)는 양지향성 특성을 만들어 전방부 노이즈를 제거할 수 있도록 빔의 각도를 최소화해주거나 후방부 노이즈를 최소화시켜 줄 수 있는 단일지향성 패턴으로 바꾸어 주어 노이즈를 최소화시켜 주게 된다. 이러한 스위칭 제어부(125)를 넣어 줌으로서 현재까지 기존 마이크로폰에서 나타내는 단일 지향성 및 양지향성 마이크로폰의 장점을 모두 살린 새로운 지향 패턴을 만들어 주게 된다.
또한 전방 입력음 즉, 음원에 비하여 측방이나 후방의 입력 즉, 노이즈의 입력 값이 커지게 되면 이를 레벨 비교 및 제어부(124)가 감지하여 노이즈 입력이 큰 방향의 입력값을 줄 일수 있도록 스위칭 제어부(125)를 조절하여 빔 패턴을 실시간으로 변경하여 준다. 즉, 레벨비교 및 제어부(124)는 전방 입력 원음에 비하여 측방이나 후방 노이즈 입력이 커지게 되면, 이를 감지하여 노이즈 입력이 큰 방향의 입력값을 줄일 수 있도록 빔 패턴을 자동으로 조절하여 패턴을 실시간으로 변경하여준다.
이와 같은 작업을 통하게 되면 기존의 DSP를 사용하였을 때 주위 환경의 노이즈를 줄여주기 위하여 일일이 응용 프로그램을 이용하여 사용자가 조정하였던 번거로운 작업을 모두 없앨 수 있게 되어 사용자 편의성이 훨씬 높아지게 되며, 아날로그 회로를 이용하여 소비 전력을 줄여 줄 수 있으며, 또한 불필요한 응용 프로그램등을 사용하지 않아도 되기 때문에 응용제품의 가격 경쟁력을 높일 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 지향성 마이크로폰은 2개의 무지향성 마이크로폰과 ASP를 이용하여 구현함으로써 신호와 잡음을 분리하여 음질을 개선하고 사용자가 원하는 지향특성을 자유롭게 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 가변 지향성 마이크로폰은 ASP를 이용하여 아날로그신호를 직접 처리하므로 신호처리 속도가 빨라 빔 패턴을 실시간으로 변화시킬 수 있고, 소비전력이 절감되어 배터리를 사용하는 응용 제품에 유용하며, 완제품에 대한 별도의 재조정이나 응용프로그램이 필요 없으므로 양산성 및 가격절감등의 효과가 있다.
그리고 본 발명의 가변 지향성 마이크로폰은 무지향성 마이크로폰을 사용하므로 지향성 마이크로폰의 적용에 있어 가장 문제가 되었던 구조 설계의 어려움을 해소할 수 있어 휴대폰이나 캠코더 등과 같은 각종 전자제품에 내장하여 사용할 수 있으며, 응용 프로그램의 사용없이 자동으로 빔패턴이 최적 환경을 구현할 수 있도록 자동 조절되므로 사용자가 쉽게 사용할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 제1 무지향성 마이크로폰;
    제2 무지향성 마이크로폰; 및
    상기 제1 무지향성 마이크로폰의 아날로그 출력과 상기 제2 무지향성 마이크로폰의 아날로그 출력을 입력받아 아날로그 신호처리하여 실시간 가변 지향특성을 제공하는 아날로그 시그널 프로세서로 구성되고,
    상기 아날로그 시그널 프로세서는
    상기 제1 무지향성 마이크로폰의 출력을 신호조합에 필요한 반전 위상신호로 만들어주는 위상 반전기와, 요구되는 지향패턴에 따라 다르게 적용되는 위상 지연 시간을 설정하는 위상 제어부와,
    상기 위상 제어부에 의해 설정된 위상 지연 시간만큼 지연되어, 상기 위상 반전기에서 위상 반전된 상기 제1 무지향성 마이크로폰의 신호와 상기 제2 무지향성 마이크로폰의 신호를 조합하여 지연시간에 따라 단일 지향성 패턴 및 양지향성 패턴을 만들어 내는 신호 조합부와,
    지향특성을 각도별로 인식하여 음원의 입사각도에 따라 상기 양지향성 패턴을 선택하여 취음할 수 있는 빔폭을 줄여 주변 노이즈를 줄여주거나 상기 단일 지향성 패턴을 선택하여 후방의 노이즈를 줄여줄 수 있도록 상기 신호 조합부의 지향패턴을 선택하는 스위칭 제어부와,
    전방 입력 원음에 비하여 측방이나 후방 노이즈 입력이 커지게 되면, 이를 감지하여 노이즈 입력이 큰 방향의 입력값을 줄이기 위해 상기 신호 조합부의 지향패턴을 실시간으로 변경하도록 상기 스위칭 제어부를 조절하는 레벨비교 및 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 시그널 프로세서를 이용한 가변 지향성 마이크로폰.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아날로그 시그널 프로세서는,
    플로팅 게이트로 구성된 것을 특징으로 하는 아날로그 시그널 프로세서를 이용한 가변 지향성 마이크로폰.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가변 지향성 마이크로폰은,
    상기 2개의 마이크로폰이 소정 간격을 두고 PCB에 실장되어 있고, 상기 2개의 마이크로폰이 탑재된 PCB에는 상기 아날로그 시그널 프로세서(ASP)가 실장되어 있으며, 상기 PCB의 저면에는 인터페이스를 위한 접속단자가 형성되어 있고, 상기 2개의 마이크로폰에 대응하는 위치에 외부 음을 유입하기 위한 음향홀이 각각 형성된 케이스에 상기 PCB가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 아날로그 시그널 프로세서를 이용한 가변 지향성 마이크로폰.
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