KR101467822B1 - 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치 - Google Patents

스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치 Download PDF

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김기훈
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Abstract

본 발명은 수중의 두 지점에서 수신되는 음파 신호를 헤드폰과 같은 스테레오 채널을 통해 수중 환경 그대로 재생할 수 있도록 하기 위한 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 수중의 음향을 물 밖에서도 동일하게 느낄 수 있도록 하기 위해 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하는 기술내용에 대하여는 제시된 바 없었던 종래의 수중 음향신호 처리방법들의 문제점을 해결하여, 수중에서 존재하는 음원의 입사각을 숫자나 그래프로 확인하지 않고 공기 중에서 청취하여 추정함으로써, 수중 작업시 선상에서 수중의 소리를 듣고 수중 소음원의 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 구성되어 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 동시에, 원격제어 무인잠수정(ROV) 등과 같은 원격 제어로봇을 이용한 수중 작업시 작업 효율을 증대시킬 수 있으며, 유인 잠수정이나 잠수함 등에 적용하여 잠수정이나 잠수함 내부에서 용이하게 수중 소음원의 위치를 파악할 수 있는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치가 제공된다.

Description

스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치{Signal processing method for transforming and reproducing stereo underwater acoustic signals in the air and signal processing appratus using thereof}
본 발명은 수중 음향신호를 공기 중에 그대로 재현하기 위한 수중 음향신호의 신호처리방법 및 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수중의 두 지점에서 수신되는 음파 신호를 측정하고, 물 밖에 위치하는 청자가 수중 소음의 입사각 및 크기를 수중 환경과 동일하게 인식할 수 있도록 하기 위한 신호처리방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 신호처리를 통하여, 수중의 두 지점에서 수신되는 음파 신호를 헤드폰과 같은 스테레오 채널을 통해 수중 환경 그대로 재생할 수 있도록 하기 위한 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 바다 속과 같은 수중 환경에서는, 공기 중과는 달리 음성이나 소리를 직접 들을 수 없음으로 인해 음파를 이용한 수중 음향 통신기술이 널리 사용되고 있다.
여기서, 상기한 바와 같은 음파를 이용한 수중 음향 통신기술에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-0916857호에 제시된 바와 같은 "수중음향통신 신호의 흡음 특성 보상 장치 및 방법"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-0916857호에 제시된 수중음향통신 신호의 흡음 특성 보상 장치 및 방법은, 흡음 계수의 등가 저역통과 주파수 응답에 대한 역응답을 산출하는 역응답 산출부와, 역응답 산출부에서 산출된 역응답을 이용하여 흡음 계수의 주파수 특성을 시간 영역 또는 주파수 영역의 기저대역에서 보상한 송신신호를 생성하는 흡음 보상부를 구비하여, 수중음향통신시 음향신호가 수중 속을 전파하는 과정에서 발생 되는 흡음 현상에 의한 신호왜곡을 보상할 수 있도록 구성되는 것이다.
따라서 상기한 등록특허 제10-0916857호에 따르면, 수중음향통신 신호가 물속을 전파하면서 겪는 흡음 현상을 송신기에서 미리 보상하여 송신하도록 처리함으로써 비트 오율 또는 수신 신호 대 잡음비 등과 같은 수중 음향 모뎀의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 음파를 이용한 수중 음향 통신기술에 대한 종래기술의 다른 예로서, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-0558902호에 제시된 바와 같은 "공기, 물 접촉면의 반사파를 고려한 수중음향홀로그래피산출방법" 및 한국 등록특허공보 제10-0621205호에 제시된 바와 같은 "두평면 음향 홀로그래피측정방법" 등과 같은 것들이 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허공보 제10-0558902호에 제시된 물 접촉면의 반사파를 고려한 수중음향홀로그래피산출방법은, 공기와 물 간의 접촉면에서의 음향특성을 고려하고, 다수의 수직배열 수중 음향센서를 이용하여 표면에서의 음압이 0이 된다는 조건을 응용하여 음장을 가시화할 수 있는 공기, 물 접촉면의 반사파를 고려한 수중음향 홀로그래피 산출방법에 관한 것이고, 아울러, 상기한 등록특허공보 제10-0621205호에 제시된 두평면 음향 홀로그래피측정방법은, 수중음원에서 발생된 음향을 감지하는 배열센서가 이중으로 정렬되는 각 평면에서의 음향특성을 고려하여 음압분포를 예측하는 두평면 수중음향 홀로그래피 측정방법에 관한 것이다.
따라서 상기한 바와 같은 등록특허 제10-0558902호 및 등록특허 제10-0621205호에 따르면, 반사파가 존재하는 임의의 공간에서 수중소음원 및 수중음장의 특성분석이 가능하여 종래와 같이 반사파의 영향을 줄이기 위해 무향수조 또는 반사파의 영향을 무시할 수 있는 큰 수조에서 측정을 해야 하는 노력과 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
상기한 바와 같이, 종래, 음파를 이용한 수중 음향통신에 대한 여러 가지 기술내용이 제시된 바 있으나, 상기한 종래기술들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
더 상세하게는, 일반적으로, 사람의 귀는, 오른쪽과 왼쪽의 양쪽 귀에 도달하는 음파의 시간 차이를 통하여 음원의 방향을 인식하도록 되어 있다.
여기서, 예를 들면, 수중에서 발생한 소리를 물 밖에서 듣는 경우를 가정하면, 수중에서의 음파의 속도와 공기 중의 음파의 속도가 서로 상이함으로 인해, 수중 스테레오 신호를 그대로 사람의 두 귀에 들려주게 되면 음원의 방향을 정확히 인지하는데 어려움이 따른다.
또한, 수중 환경에서는, 두 개의 수중청음기(hydrophone) 사이의 간격 변화에 따라 음파 도달 지연 등의 변화가 발생하므로, 이를 보정하기 위한 신호처리 기법도 필요하다.
그러나 상기한 바와 같이, 종래, 여러 가지 수중 음향신호의 신호처리방법이 제시된 바 있으나, 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현할 수 있도록 하기 위한 기술내용에 대하여는 제시된 바 없었다.
즉, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여는, 기존의 방법들과 같이 숫자나 그래프로 표시된 내용을 통해서 수중의 소음원 위치를 파악하는 것이 아니라, 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하는 것에 의해 수중의 음향 환경을 물 밖의 청자가 동일하게 느낄 수 있도록 함으로써, 수중 작업시 선상에서 수중의 소리를 듣고 수중 소음원의 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 구성되어 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 새로운 신호처리방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허공보 제10-0916857호(2009.09.03.)
2. 한국 등록특허공보 제10-0558902호(2006.03.02.)
3. 한국 등록특허공보 제10-0621205호(2006.08.30.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 수중의 음향을 물 밖에서도 동일하게 느낄 수 있도록 하기 위해 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하는 기술내용에 대하여는 제시된 바 없었던 종래의 수중 음향신호 처리방법들의 문제점을 해결하여, 수중에서 존재하는 음원의 입사각을 숫자나 그래프로 확인하지 않고 공기 중에서 청취하여 추정함으로써, 수중 작업시 선상에서 수중의 소리를 듣고 수중 소음원의 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 구성되어 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 원격제어 무인잠수정(remotely operated vehicle ; ROV) 등과 같은 원격 제어로봇을 이용한 수중 작업시 선상 제어실에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악이 용이해지는 동시에, 작업 효율을 증대시킬 수 있도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치를 제공하고자 하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 공기 중에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있도록 구성됨으로써, 잠수정이나 잠수함 내부에서 수중의 소음원 위치파악이 용이하도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 수중의 음향을 물 밖에서도 동일하게 느낄 수 있도록 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하기 위한 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법에 있어서, 수중청음기를 포함하는 음향수신수단에 의해 수중 음향신호를 수신하는 음향신호 수신단계; 수신된 상기 수중 음향신호를 A/D 변환기를 통하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환단계; 신호처리기에 의해 상기 A/D 변환단계에서 변환된 상기 디지털 신호에 상기 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리를 행하는 신호처리단계; 상기 신호처리단계에서 신호처리된 신호를 D/A 변환기에 의해 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환단계; 및 상기 D/A 변환단계에서 변환된 신호를 음향출력수단에 의해 출력하는 음향출력단계를 포함하여 구성됨으로써, 공기 중에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 동시에, 작업 효율을 증대시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 제공된다.
여기서, 상기 신호처리방법은, 저잡음증폭기(low noise amplifier)에 의해 상기 음향신호 수신단계에서 수신된 상기 수중 음향신호의 잡음을 최소화하고 증폭시키기 위한 음향신호 증폭단계; 여파기(filter)를 이용하여 상기 음향신호 증폭단계에서 증폭된 신호로부터 필요한 주파수 영역의 신호만을 통과시키기 위한 제 1 필터링단계; 신호증폭기(signal amplifier)를 이용하여 상기 제 1 필터링단계에서 필터링된 신호를 증폭시키기 위한 전기신호 증폭단계; 및 상기 전기신호 증폭단계에서 증폭된 신호를 필터링하여 상기 A/D 변환단계로 보내기 위한 제 2 필터링단계; 및 전력증폭기(power amplifier)를 이용하여 상기 D/A 변환단계에서 변환된 신호를 증폭하여 상기 음향출력단계로 보내기 위한 전력증폭단계 중 적어도 하나를 필요에 따라 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호처리단계는, 수중에서 dw의 간격을 가지는 2개의 수중청음기에 θw의 각도로 입사되는 평면파 신호를 각각 pw1(t), pw2(t)라 할 때, 상기 pw1(t)와 상기 pw2(t)는 이하의 수학식에 나타낸 관계식을 만족하고,
Figure 112013115725874-pat00001
Figure 112013115725874-pat00002

(여기서, τw는 두 음압신호 간의 시간차이를 의미하며, cw는 수중에서의 음속을 나타냄)
공기 중에서 da의 간격을 가지는 2개의 수중청음기에 θa의 각도로 입사되는 평면파 신호를 각각 pa1(t), pa2(t)라 할 때, 상기 pa1(t)와 상기 pa2(t)는 이하의 수학식에 나타낸 관계식을 만족하는 것에 근거하여,
Figure 112013115725874-pat00003
Figure 112013115725874-pat00004

수중 입사각(θw)과 공기 중에서의 입사각(θa)이 동일하도록(θw = θa) 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 신호처리단계는, 이하의 수학식에 의해, 상기 수중 입사각(θw)과 상기 공기 중에서의 입사각(θa)이 동일하도록(θw = θa) 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013115725874-pat00005

더욱이, 상기 신호처리단계는, 이하의 수학식에 나타낸 조건을 만족하는 경우,
Figure 112013115725874-pat00006

τw = τa인 것에 근거하여, 이하의 수학식을 이용하여 동일한 신호를 사용하는 것에 의해 공기 중에서도 수중에서와 동일한 입사각으로 인지할 수 있도록 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013115725874-pat00007
Figure 112013115725874-pat00008

또한, 상기 신호처리단계는, 수중에서 N개의 입사파가 존재하는 경우, n번째 평면파의 입사각을
Figure 112013115725874-pat00009
라 하고, n번째 평면파에 의한 음압 신호를
Figure 112013115725874-pat00010
라 하면, N개의 평면파에 의한 음압신호 Pw1(t), Pw2(t)를 이하의 수학식으로 나타내고,
Figure 112013115725874-pat00011
Figure 112013115725874-pat00012

이하의 수학식에 의해,
Figure 112013115725874-pat00013
를 이용하여 상기 Pw2(t)를 시간지연 신호의 합으로 나타내며,
Figure 112013115725874-pat00014

공기 중에서의 음압신호 Pa1(t), Pa2(t)를 이하의 수학식으로 나타내고,
Figure 112013115725874-pat00015

이하의 수학식을 이용하여, 공기 중에서 수중과 동일한 입사각을 유지하기 위해 모든 n에 대해서
Figure 112013115725874-pat00016
의 관계식을 만족하도록 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013115725874-pat00017
Figure 112013115725874-pat00018

여기서, 상기 신호처리단계는, 이하의 수학식에 나타낸 조건을 만족하는 경우,
Figure 112013115725874-pat00019

이하의 수학식을 이용하여 상기 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013115725874-pat00020

아울러, 본 발명에 따르면, 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리장치에 있어서, 수중의 음파를 수신하여 전기신호를 발생하는 한 쌍의 수중청음기(hydrophones)를 포함하여 이루어지는 음향수신부; 각각의 상기 수중청음기로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기; 상기 A/D 변환기에 의해 변환된 상기 수중 음향신호를 공기 중에 재현하기 위한 신호처리를 수행하는 신호처리기; 상기 신호처리기에 의해 처리된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 상기 D/A 변환기에 의해 변환된 신호를 출력하기 위한 음향출력수단을 포함하여 이루어지는 음향출력부를 포함하여 구성되고, 상기 신호처리기는, 상기에 기재된 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법에 따른 처리를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리장치가 제공된다.
여기서, 상기 음향출력수단은, 상기 D/A 변환기에 의해 변환된 신호를 스테레오 음향으로 변환하여 출력하기 위한 스테레오 헤드폰이나 스피커를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 신호처리장치는, 상기 음향수신부에 의해 수신된 상기 수중 음향신호의 잡음을 최소화하고 증폭시키기 위한 저잡음증폭기(low noise amplifier); 필요한 주파수 영역의 신호만을 통과시키키기 위한 여파기(filter); 전기신호를 증폭시키기 위한 신호증폭기(signal amplifier); 및 상기 음향출력부의 상기 음향출력수단을 구동하기 위하여 상기 D/A 변환기에 의해 변환된 신호를 증폭하기 위한 전력증폭기(power amplifier) 중 적어도 하나를 필요에 따라 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호처리장치는, 상기 음향수신부가 복수의 N개의 수중청음기를 포함하여 구성되고, 상기 신호처리기는 N 채널의 음향신호에 대한 신호처리를 수행하도록 구성되며, 상기 음향출력부는 상기 N 채널의 음향신호를 출력하는 음향출력수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수중에서 존재하는 음원의 입사각을 숫자나 그래프로 확인하지 않고 공기 중에서 청취하여 추정함으로써, 수중 작업시 선상에서 수중의 소리를 듣고 수중 소음원의 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 구성되어 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치가 제공됨으로써, 수중의 음향을 물 밖에서도 동일하게 느낄 수 있도록 하기 위해 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하는 기술내용에 대하여는 제시된 바 없었던 종래의 수중 음향신호 처리방법들의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 물 밖에서 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치가 제공됨으로써, 원격제어 무인잠수정(ROV) 등과 같은 원격 제어로봇을 이용한 수중 작업시 선상 제어실에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악이 용이해지는 동시에, 작업 효율을 증대시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 물 밖에서 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치를 유인 잠수정이나 잠수함 등에 적용함으로써, 잠수정이나 잠수함 내부에서 용이하게 수중 소음원의 위치를 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 적용된 신호처리장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 수중 및 공기 중에서의 음파의 전파현상을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 3은 N개의 입사파가 존재하는 경우에 대하여 수중에서의 음파의 전파현상을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 적용된 신호처리장치의 작동실험을 위한 시뮬레이션에 사용된 각각의 파라미터값을 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 바와 같은 조건하에서 시뮬레이션을 수행했을 때 각 수중청음기에 수신된 신호를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 적용된 신호처리장치에 의해 재현된 스테레오 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 수중의 음향을 물 밖에서도 동일하게 느낄 수 있도록 하기 위해 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하는 기술내용에 대하여는 제시된 바 없었던 종래의 수중 음향신호 처리방법들의 문제점을 해결하여, 수중에서 존재하는 음원의 입사각을 숫자나 그래프로 확인하지 않고 공기 중에서 청취하여 추정함으로써, 수중 작업시 선상에서 수중의 소리를 듣고 수중 소음원의 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 구성되어 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 원격제어 무인잠수정(ROV) 등과 같은 원격 제어로봇을 이용한 수중 작업시 선상 제어실에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악이 용이해지는 동시에, 작업 효율을 증대시킬 수 있도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 공기 중에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있도록 구성됨으로써, 잠수정이나 잠수함 내부에서 수중의 소음원 위치파악이 용이하도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치에 관한 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 적용된 신호처리장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 적용된 신호처리장치(10)는, 크게 나누어, 한 쌍의 수중청음기(hydrophones)(11)를 포함하는 음향수신부와, 상기 음향수신부의 각각의 수중청음기(11)에 연결되는 저잡음증폭기(low noise amplifier)(12), 제 1 여파기(filter)(13), 신호증폭기(signal amplifier)(14) 및 제 2 여파기(15)와, 각각의 수중청음기(11)로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(16)와, 변환된 디지털 신호에 후술하는 바와 같은 신호처리를 행하는 신호처리기(17)와, 신호처리기(17)에 의해 처리된 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기(18)와, 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 전력증폭기(power amplifier)(19) 및 2채널의 전기신호를 스테레오 음향으로 변환하는 스테레오 헤드폰(20) 등과 같은 음향출력장치를 포함하여 이루어지는 음향출력부를 포함하여 구성되어 있다.
더 상세하게는, 상기한 수중청음기(11)는 음파를 수신하여 전기 신호를 발생하는 장치이며, 저잡음증폭기(12)는 잡음을 최소화하여 수신된 미약한 신호를 증폭시키는 장치이다.
또한, 제 1 및 제 2 여파기(13, 15)는 관심있는 주파수 영역의 신호만을 통과시키기 위한 장치이며, 신호증폭기(14)는 작은 전기 신호를 증폭시키는 장치이고, A/D 변환기(16)는 전기신호를 샘플링하여 신호처리가 가능한 디지털 데이터로 변환하는 장치이다.
아울러, 신호처리기(17)는 후술하는 바와 같은 신호처리에 의해 수중청음기(11)에 의해 수집된 데이터 신호를 변환하는 장치이며, D/A 변환기(18)는 디지털 데이터로부터 아날로그 전기신호를 생성하는 장치이다.
더욱이, 전력증폭기(19)는 음향출력부의 스테레오 헤드폰(20)을 구동하기 위하여 신호의 전력을 증폭시키는 장치이며, 스테레오 헤드폰(20)은 상기한 한 쌍의 수중청음기(11)로부터 얻어진 2채널의 전기신호를 스테레오 음향으로 변환하기 위한 장치이다.
여기서, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 있어서, 상기한 저잡음 증폭기(12)와 각각의 여파기(13, 15) 및 신호증폭기(14)는, 신호의 세기와 잡음 특성에 따라서 적절한 특성을 가지는 필터를 선택하여 사용 가능하며, 경우에 따라서는 생략하는 것도 가능하다.
또한, 스테레오 헤드폰(20)에 입력되는 전류가 작은 경우는 상기한 전력증폭기(19)도 생략 가능하다.
아울러, 상기한 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 적용된 신호처리장치(10)는, 상기한 음향수신부와 음향출력부가 각각 한 쌍의 수중청음기(11) 및 2채널의 스테레오 음향신호를 출력하는 헤드폰인 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 상기한 도 1에 나타낸 바와 같은 구성으로만 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은, 상기한 음향수신부가 한 쌍의 수중청음기(11)가 아닌 복수의 N개의 수중청음기를 포함하여 구성될 수도 있으며, 더욱이, 음향출력부 또한, 상기한 스테레오 헤드폰 이외에, 스피커나, 또는, N 채널의 음향신호를 출력하는 사운드 시스템으로 구성될 수도 있는 등, 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다.
계속해서, 도 2를 참조하여, 상기한 바와 같은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법이 적용된 신호처리장치(10)의 신호처리기(17)에 의해 수행되는 신호처리과정의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 수중 및 공기 중에서의 음파의 전파현상을 비교하여 나타내는 도면이다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 수중에서 dw의 간격을 가지는 2개의 수중청음기에 θw의 각도로 입사되는 평면파 신호를 각각 pw1(t), pw2(t)라 할 때, pw1(t)와 pw2(t)는 이하의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같은 관계식을 가진다.
[수학식 1]
Figure 112013115725874-pat00021

[수학식 2]
Figure 112013115725874-pat00022

여기서, 상기한 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 있어서, τw는 두 음압신호 간의 시간차이를 의미하며 cw는 수중에서의 음속을 나타낸다.
또한, 상기한 pw1(t)와 pw2(t)와 마찬가지로, 공기 중에서 da의 간격을 가지는 2개의 수중청음기에 θa의 각도로 입사되는 평면파 신호를 각각 pa1(t), pa2(t)라 할 때, pa1(t)와 pa2(t)는 이하의 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같은 관계식을 만족한다.
[수학식 3]
Figure 112013115725874-pat00023

[수학식 4]
Figure 112013115725874-pat00024

따라서 수중 입사각과 공기 중에서 느끼는 입사각이 동일하기 위해서는, 즉, θw = θa를 만족하기 위해서는, 이하의 [수학식 5]의 식이 성립되어야 한다.
[수학식 5]
Figure 112013115725874-pat00025

만약, 상기한 [수학식 5]가 이하의 [수학식 6]과 같은 조건을 만족한다면, 상기한 [수학식 5]로부터 τw = τa 임을 알 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112013115725874-pat00026

따라서 이러한 조건에서는, 이하의 [수학식 7] 및 [수학식 8]과 같이, 동일한 신호를 사용함으로써 수중에서와 동일한 입사각으로 인지할 수 있게 된다.
[수학식 7]
Figure 112013115725874-pat00027

[수학식 8]
Figure 112013115725874-pat00028

계속해서, 도 3을 참조하면, 도 3은 N개의 입사파가 존재하는 경우에 대하여 수중에서의 음파의 전파현상을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, N개의 입사파가 존재하는 경우, n번째 평면파의 입사각을
Figure 112013115725874-pat00029
라 하고, n번째 평면파에 의한 음압 신호를
Figure 112013115725874-pat00030
라 하면, N개의 평면파에 의한 음압신호 Pw1(t), Pw2(t)는 이하의 [수학식 7] 및 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112013115725874-pat00031

[수학식 10]
Figure 112013115725874-pat00032

이때, Pw2(t)는
Figure 112013115725874-pat00033
를 이용하여 이하의 [수학식 11]과 같이 시간지연 신호의 합으로 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112013115725874-pat00034

마찬가지로, 공기 중에서의 음압 신호는 이하의 [수학식 12]와 같은 관계식으로 표현된다.
[수학식 12]
Figure 112013115725874-pat00035

따라서 동일한 입사각을 유지하기 위해서는 모든 n에 대해서
Figure 112013115725874-pat00036
의 관계식을 만족해야 하므로, 이하의 [수학식 13] 및 [수학식 14]와 같은 식을 이용하여 공기 중에서의 음파를 생성할 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112013115725874-pat00037

[수학식 14]
Figure 112013115725874-pat00038

여기서, 상기한 설명에서 가정한 [수학식 6]을 만족한다면, [수학식 14]의 우변항은 이하의 [수학식 15]와 같다.
[수학식 15]
Figure 112013115725874-pat00039

따라서 상기한 바와 같이 하여, 임의의 N개의 음파가 존재하는 경우에도 쉽게 신호를 생성할 수 있다.
또한, [수학식 6]의 조건을 만족하지 않는 경우에는, [수학식 14]에서 보는 바와 같이 모든 입사파에 대한 입사각
Figure 112013115725874-pat00040
을 먼저 구하고 [수학식 14]를 이용하여 pa2(t)를 얻을 수 있다.
계속해서, 상기한 바와 같이 구성되는 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치의 작동실험을 위한 시뮬레이션에 사용된 각각의 파라미터값을 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
또한, 도 5를 참조하면, 도 5는 도 4에 나타낸 바와 같은 조건하에서 시뮬레이션을 수행했을 때 각 수중청음기에 수신된 신호를 나타내는 도면이다.
즉, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치의 작동실험을 위한 시뮬레이션에 사용된 각각의 파라미터값을 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
또한, 도 5를 참조하면, 도 5는 도 4에 나타낸 바와 같은 조건하에서 시뮬레이션을 수행했을 때 각 수중청음기에 수신된 신호를 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 3개의 입사파가 존재하는 경우를 가정하고, 이때, 각 입사파의 크기가 서로 다른 경우를 가정하여, 도 4에 나타낸 바와 같은 파라미터 값에 근거하여 시뮬레이션을 수행하였다.
아울러, 상기한 바와 같이 하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 수중청음기에 수신된 신호는 도 5에 나타낸 바와 같이 나타났다.
더욱이, 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치에 의해 재현된 스테레오 출력 신호를 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 주어진 신호를 이용하여 빔 형성기를 이용한 입사각 및 크기를 추정하면 도 4에 나타낸 표와 동일한 값이 얻어지게 되며, 이를 이용하여 공기 중에서의 신호를 구현하면, 도 6에 나타낸 바와 같다.
즉, 도 6을 참조하면, 2개의 신호가 서로 다른 것을 알 수 있으며, 따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법을 구현할 수 있다.
즉, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
더 상세하게는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법은, 크게 나누어, 수중청음기와 같은 음향수신수단에 의해 수중 음향신호를 수신하는 단계(S71)와, 수신된 신호를 A/D 변환기를 통하여 디지털 신호로 변환하는 단계(S72)와, 변환된 디지털 신호를 신호처리기에 의해 상기한 바와 같은 과정을 거쳐 신호처리하는 단계(S73)와, 상기 단계에서 신호처리된 신호를 D/A 변환기에 의해 다시 아날로그 신호로 변환하는 단계(S74) 및 변환된 신호를 스테레오 헤드폰 등과 같은 음향출력수단에 의해 출력하는 단계(S75)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법은, 필요에 따라 상기한 단계들에 더하여 추가적인 처리단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기한 방법은, 필요에 따라, 수중 음향신호를 수신하는 단계(S71)에서 수신된 수중 음향신호를 저잡음증폭기를 통하여 증폭하는 단계와, 증폭된 신호를 여파기 및 신호증폭기를 통하여 필터링 및 증폭하는 단계를 각각 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기한 방법은, 필요에 따라, 신호처리 후 아날로그로 변환된 신호를 전력증폭기에 의해 증폭하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치를 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치를 구현함으로써, 본 발명에 따르면, 수중에서 존재하는 음원의 입사각을 숫자나 그래프로 확인하지 않고 공기 중에서 청취하여 추정함으로써, 수중 작업시 선상에서 수중의 소리를 듣고 수중 소음원의 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 구성되어 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치가 제공됨으로써, 수중의 음향을 물 밖에서도 동일하게 느낄 수 있도록 하기 위해 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하는 기술내용에 대하여는 제시된 바 없었던 종래의 수중 음향신호 처리방법들의 문제점을 해결할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 물 밖에서 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치가 제공됨으로써, 원격제어 무인잠수정(ROV) 등과 같은 원격 제어로봇을 이용한 수중 작업시 선상 제어실에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악이 용이해지는 동시에, 작업 효율을 증대시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 물 밖에서 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있도록 구성되는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치를 유인 잠수정이나 잠수함 등에 적용함으로써, 잠수정이나 잠수함 내부에서 용이하게 수중 소음원의 위치를 파악할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법 및 이를 이용한 신호처리장치의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 신호처리장치 11. 수중청음기
12. 저잡음증폭기 13. 제 1 여파기
14. 신호증폭기 15. 제 2 여파기
16. A/D 변환기 17. 신호처리기
18. D/A 변환기 19. 전력증폭기
20. 스테레오 헤드폰

Claims (11)

  1. 수중의 음향을 물 밖에서도 동일하게 느낄 수 있도록 수중 음향신호를 공기 중에서 그대로 재현하기 위한 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법에 있어서,
    수중청음기를 포함하는 음향수신수단에 의해 수중 음향신호를 수신하는 음향신호 수신단계;
    수신된 상기 수중 음향신호를 A/D 변환기를 통하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환단계;
    신호처리기에 의해 상기 A/D 변환단계에서 변환된 상기 디지털 신호에 상기 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리를 행하는 신호처리단계;
    상기 신호처리단계에서 신호처리된 신호를 D/A 변환기에 의해 다시 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환단계; 및
    상기 D/A 변환단계에서 변환된 신호를 음향출력수단에 의해 출력하는 음향출력단계를 포함하여 구성됨으로써,
    공기 중에서 수중의 음향 환경을 동일하게 인식 가능하여 수중 소음원의 위치파악 및 인식능력을 높일 수 있는 동시에, 작업 효율을 증대시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리방법은,
    저잡음증폭기(low noise amplifier)에 의해 상기 음향신호 수신단계에서 수신된 상기 수중 음향신호의 잡음을 최소화하고 증폭시키기 위한 음향신호 증폭단계;
    여파기(filter)를 이용하여 상기 음향신호 증폭단계에서 증폭된 신호로부터 필요한 주파수 영역의 신호만을 통과시키기 위한 제 1 필터링단계;
    신호증폭기(signal amplifier)를 이용하여 상기 제 1 필터링단계에서 필터링된 신호를 증폭시키기 위한 전기신호 증폭단계; 및
    상기 전기신호 증폭단계에서 증폭된 신호를 필터링하여 상기 A/D 변환단계로 보내기 위한 제 2 필터링단계; 및
    전력증폭기(power amplifier)를 이용하여 상기 D/A 변환단계에서 변환된 신호를 증폭하여 상기 음향출력단계로 보내기 위한 전력증폭단계 중 적어도 하나를 필요에 따라 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리단계는,
    수중에서 dw의 간격을 가지는 2개의 수중청음기에 θw의 각도로 입사되는 평면파 신호를 각각 pw1(t), pw2(t)라 할 때, 상기 pw1(t)와 상기 pw2(t)는 이하의 수학식에 나타낸 관계식을 만족하고,

    Figure 112013115725874-pat00041

    Figure 112013115725874-pat00042


    (여기서, τw는 두 음압신호 간의 시간차이를 의미하며, cw는 수중에서의 음속을 나타냄)

    공기 중에서 da의 간격을 가지는 2개의 수중청음기에 θa의 각도로 입사되는 평면파 신호를 각각 pa1(t), pa2(t)라 할 때, 상기 pa1(t)와 상기 pa2(t)는 이하의 수학식에 나타낸 관계식을 만족하는 것에 근거하여,

    Figure 112013115725874-pat00043

    Figure 112013115725874-pat00044


    수중 입사각(θw)과 공기 중에서의 입사각(θa)이 동일하도록(θw = θa) 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 신호처리단계는,
    이하의 수학식에 의해, 상기 수중 입사각(θw)과 상기 공기 중에서의 입사각(θa)이 동일하도록(θw = θa) 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법.

    Figure 112013115725874-pat00045

  5. 제 4항에 있어서,
    상기 신호처리단계는,
    이하의 수학식에 나타낸 조건을 만족하는 경우,

    Figure 112013115725874-pat00046


    τw = τa인 것에 근거하여, 이하의 수학식을 이용하여 동일한 신호를 사용하는 것에 의해 공기 중에서도 수중에서와 동일한 입사각으로 인지할 수 있도록 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법.

    Figure 112013115725874-pat00047

    Figure 112013115725874-pat00048

  6. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리단계는,
    수중에서 N개의 입사파가 존재하는 경우, n번째 평면파의 입사각을
    Figure 112013115725874-pat00049
    라 하고, n번째 평면파에 의한 음압 신호를
    Figure 112013115725874-pat00050
    라 하면, N개의 평면파에 의한 음압신호 Pw1(t), Pw2(t)를 이하의 수학식으로 나타내고,

    Figure 112013115725874-pat00051

    Figure 112013115725874-pat00052


    이하의 수학식에 의해,
    Figure 112013115725874-pat00053
    를 이용하여 상기 Pw2(t)를 시간지연 신호의 합으로 나타내며,

    Figure 112013115725874-pat00054


    공기 중에서의 음압신호 Pa1(t), Pa2(t)를 이하의 수학식으로 나타내고,

    Figure 112013115725874-pat00055


    이하의 수학식을 이용하여, 공기 중에서 수중과 동일한 입사각을 유지하기 위해 모든 n에 대해서
    Figure 112013115725874-pat00056
    의 관계식을 만족하도록 하는 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법.

    Figure 112013115725874-pat00057

    Figure 112013115725874-pat00058

  7. 제 6항에 있어서,
    상기 신호처리단계는,
    이하의 수학식에 나타낸 조건을 만족하는 경우,

    Figure 112013115725874-pat00059


    이하의 수학식을 이용하여 상기 신호처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법.

    Figure 112013115725874-pat00060

  8. 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리장치에 있어서,
    수중의 음파를 수신하여 전기신호를 발생하는 한 쌍의 수중청음기(hydrophones)를 포함하여 이루어지는 음향수신부;
    각각의 상기 수중청음기로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;
    상기 A/D 변환기에 의해 변환된 상기 수중 음향신호를 공기 중에 재현하기 위한 신호처리를 수행하는 신호처리기;
    상기 신호처리기에 의해 처리된 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기;
    상기 D/A 변환기에 의해 변환된 신호를 출력하기 위한 음향출력수단을 포함하여 이루어지는 음향출력부를 포함하여 구성되고,
    상기 신호처리기는,
    청구항 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 기재된 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리방법에 따른 처리를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 음향출력수단은,
    상기 D/A 변환기에 의해 변환된 신호를 스테레오 음향으로 변환하여 출력하기 위한 스테레오 헤드폰이나 스피커를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 신호처리장치는,
    상기 음향수신부에 의해 수신된 상기 수중 음향신호의 잡음을 최소화하고 증폭시키기 위한 저잡음증폭기(low noise amplifier);
    필요한 주파수 영역의 신호만을 통과시키키기 위한 여파기(filter);
    전기신호를 증폭시키기 위한 신호증폭기(signal amplifier); 및
    상기 음향출력부의 상기 음향출력수단을 구동하기 위하여 상기 D/A 변환기에 의해 변환된 신호를 증폭하기 위한 전력증폭기(power amplifier) 중 적어도 하나를 필요에 따라 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 신호처리장치는,
    상기 음향수신부가 복수의 N개의 수중청음기를 포함하여 구성되고,
    상기 신호처리기는 N 채널의 음향신호에 대한 신호처리를 수행하도록 구성되며,
    상기 음향출력부는 상기 N 채널의 음향신호를 출력하는 음향출력수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 수중 음향신호의 공기 중 재현을 위한 신호처리장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102001946B1 (ko) * 2018-08-27 2019-07-23 소나테크 주식회사 수중 무인 잠수로봇을 이용한 수중 작업용 청음 시스템

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107315418A (zh) * 2017-04-20 2017-11-03 杭州电子科技大学 一种基于手机控制的水下直升机及控制方法
CN109803212A (zh) * 2018-12-19 2019-05-24 武汉西山艺创文化有限公司 一种基于像素化声音实现环绕音响的方法及其装置
CN111281743B (zh) * 2020-02-29 2021-04-02 西北工业大学 一种上肢康复外骨骼机器人自适应柔顺控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0175770B1 (ko) * 1996-11-21 1999-04-01 배순훈 차동증폭방식의 대역필터 및 차동증폭방식의 신호증폭기를 사용하는 선배열 예인형 음향탐지기
KR100192737B1 (ko) * 1995-12-31 1999-06-15 유기범 수중음향 검출장치
JP2007511140A (ja) * 2003-11-12 2007-04-26 ドルビー・ラボラトリーズ・ライセンシング・コーポレーション オーディオ信号処理システム及び方法
JP2009530916A (ja) * 2006-03-15 2009-08-27 ドルビー・ラボラトリーズ・ライセンシング・コーポレーション サブフィルタを用いたバイノーラル表現

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007022563A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-27 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren zum Peilen eines schallabgebenden Ziels

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100192737B1 (ko) * 1995-12-31 1999-06-15 유기범 수중음향 검출장치
KR0175770B1 (ko) * 1996-11-21 1999-04-01 배순훈 차동증폭방식의 대역필터 및 차동증폭방식의 신호증폭기를 사용하는 선배열 예인형 음향탐지기
JP2007511140A (ja) * 2003-11-12 2007-04-26 ドルビー・ラボラトリーズ・ライセンシング・コーポレーション オーディオ信号処理システム及び方法
JP2009530916A (ja) * 2006-03-15 2009-08-27 ドルビー・ラボラトリーズ・ライセンシング・コーポレーション サブフィルタを用いたバイノーラル表現

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102001946B1 (ko) * 2018-08-27 2019-07-23 소나테크 주식회사 수중 무인 잠수로봇을 이용한 수중 작업용 청음 시스템

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