KR101721501B1 - 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법 - Google Patents

공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101721501B1
KR101721501B1 KR1020160015426A KR20160015426A KR101721501B1 KR 101721501 B1 KR101721501 B1 KR 101721501B1 KR 1020160015426 A KR1020160015426 A KR 1020160015426A KR 20160015426 A KR20160015426 A KR 20160015426A KR 101721501 B1 KR101721501 B1 KR 101721501B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resonance induction
module
sound source
resonance
tubes
Prior art date
Application number
KR1020160015426A
Other languages
English (en)
Inventor
김건욱
김영웅
Original Assignee
동국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동국대학교 산학협력단 filed Critical 동국대학교 산학협력단
Priority to KR1020160015426A priority Critical patent/KR101721501B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101721501B1 publication Critical patent/KR101721501B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/40—Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/401—2D or 3D arrays of transducers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 시스템은, 지면에 수직인 방향으로 형성되고 복수의 공명 유도 관들로 이루어지는 파이프 구조물을 포함하고, 음원의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 공명 유도 모듈; 상기 공명 유도 모듈을 통과한 상기 음향 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환 모듈; 및 상기 디지털 신호의 주파수 패턴을 분석하여 상기 음원의 방향을 추정하는 추정 모듈을 포함한다.

Description

공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법{RESONANCE INDUCTION MODULE AND SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING DIRECTION OF SOUND SOURCE THEROF}
본 발명은 음원의 방향을 추정하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 사람은 소리를 통해 의사 소통을 할 수 있을 뿐 아니라 소리의 방향을 감지하여 눈에 보이지 않는 범위의 공간 정보를 인지할 수 있다. 이에 따라, 음원의 방향을 찾는 연구는 다양한 방식으로 진행되어 왔다.
일 예시로서, 여러 개의 마이크를 공간 상에 배치하여 각 마이크에서 추출된 음향 신호의 크기에 따라 음원의 방향을 찾을 수 있다. 그러나, 이 경우 최소 2개 이상의 마이크가 필요하며, 음원의 방향을 정확하게 찾기 위해서는 마이크의 개수가 많아야 한다. 즉, 종래 기술의 경우 다수의 마이크를 필요로 하므로 제작 비용이 많이 소요될 뿐 아니라, 각 마이크에서 추출된 데이터를 실시간으로 처리하기 위해 높은 성능의 처리 시스템이 필요하다. 이는 곧 전체 비용의 증가로 이어진다.
다른 예시로서, 사람의 귓바퀴와 같은 구조물을 이용하여 음원의 방향을 찾을 수 있다. 그러나, 귓바퀴 구조는 비선형 정보를 만들어 내며, 이는 음원의 방향을 추정하는 데 있어서 성능을 저하시키는 요인이 된다.
한국공개특허공보 제10-2012-0031328호(2012.04.03)
본 발명의 실시예들은 서로 다른 기본 주파수에서 공명을 일으키는 구조물을 이용하여 음원의 방향을 추정하는 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 시스템은, 지면에 수직인 방향으로 형성되고 복수의 공명 유도 관들로 이루어지는 파이프 구조물을 포함하고, 음원의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 공명 유도 모듈; 상기 공명 유도 모듈을 통과한 상기 음향 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환 모듈; 및 상기 디지털 신호의 주파수 패턴을 분석하여 상기 음원의 방향을 추정하는 추정 모듈을 포함한다.
상기 공명 유도 모듈은, 상기 음원과 가장 가까운 공명 유도 관의 중공 길이와 대응되는 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시킬 수 있다.
상기 추정 모듈은, 상기 디지털 신호의 기본 주파수를 획득하고, 획득한 상기 기본 주파수의 상기 주파수 패턴에 대응되는 공명 유도 관의 중공 길이를 획득하고, 획득한 상기 중공 길이를 갖는 공명 유도 관의 외측 방향을 상기 음원의 방향으로 추정할 수 있다.
상기 추정 모듈은, 캡스트럼(Cepstrum) 알고리즘을 이용하여 상기 디지털 신호의 기본 주파수를 획득할 수 있다.
상기 공명 유도 관 각각은, 상기 변환 모듈을 중심으로 상기 변환 모듈을 둘러싸도록 배치되고, 상기 파이프 구조물은, 상기 복수의 공명 유도 관이 원 형태로 배열되어 내부가 비어있는 형태로 마련될 수 있다.
상기 공명 유도 관 각각은, 70mm 내지 160mm 의 중공 길이를 가질 수 있다.
상기 공명 유도 모듈은, 플레이트 형상으로 지면과 수직으로 형성되고, 이웃하는 공명 유도 관들 사이에 마련되는 복수의 회절 방지 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 공명 유도 관 각각은, 서로 다른 길이의 중공을 갖는 파이프(pipe) 형상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 방법은, 지면에 수직인 방향으로 형성되고 복수의 공명 유도 관들로 이루어지는 파이프 구조물을 포함하는 공명 유도 모듈에서, 음원의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 단계; 변환 모듈에서, 상기 공명 유도 모듈을 통과한 상기 음향 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 추정 모듈에서, 상기 디지털 신호의 주파수 패턴을 분석하여 상기 음원의 방향을 추정하는 단계를 포함한다.
상기 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 단계는, 상기 음원과 가장 가까운 공명 유도 관의 중공 길이와 대응되는 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시킬 수 있다.
상기 음원의 방향을 추정하는 단계는, 상기 디지털 신호의 기본 주파수를 획득하는 단계; 획득한 상기 기본 주파수의 상기 주파수 패턴에 대응되는 공명 유도 관의 중공 길이를 획득하는 단계; 및 획득한 상기 중공 길이를 갖는 공명 유도 관의 외측 방향을 상기 음원의 방향으로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 공명 유도 관 각각은, 서로 다른 길이의 중공을 갖는 파이프(pipe) 형상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공명 유도 모듈은, 지면에 수직인 방향으로 형성되고, 복수의 공명 유도 관들로 이루어지 복수의 공명 유도 관들로 이루어지는 파이프 구조물; 및 플레이트 형상으로 지면과 수직으로 형성되고, 이웃하는 공명 유도 관들 사이에 마련되는 복수의 회절 방지 부재를 포함한다.
상기 공명 유도 관 각각은, 상기 변환 모듈을 중심으로 상기 변환 모듈을 둘러싸도록 배치되고, 상기 파이프 구조물은, 상기 복수의 공명 유도 관이 원 형태로 배열되어 내부가 비어있는 형태로 마련될 수 있다.
상기 공명 유도 모듈은, 음원의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시킬 수 있다.
상기 공명 유도 모듈은, 상기 음원과 가장 가까운 공명 유도 관의 중공 길이와 대응되는 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시킬 수 있다.
상기 공명 유도 관 각각은, 70mm 내지 160mm 의 중공 길이를 가질 수 있다.
상기 공명 유도 관 각각은, 서로 다른 길이의 중공을 갖는 파이프(pipe) 형상일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공명 유도 모듈의 구조적인 특징을 이용하여 음원의 방향을 간편하고 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 변환 모듈 및 이를 둘러싼 공명 유도 모듈을 이용함으로써, 다수의 마이크가 필요한 종래 기술에 비해 음원 방향의 추정에 따른 비용 및 시간을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 시스템의 상세 구성을 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공명 유도 모듈을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추정 모듈에서 획득한 기본 주파수에 대응되는 공명 유도 관의 중공 길이를 획득하는 과정을 설명하기 위한 그래프
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공명 유도 관의 중공 길이에 따른 음향 신호의 주파수 패턴을 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추정 모듈에서 추정한 음원의 방향을 나타낸 도면
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 시스템의 상세 구성을 나타낸 개략도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공명 유도 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 시스템(100)은 공명 유도 모듈(102), 변환 모듈(104) 및 추정 모듈(106)을 포함한다.
공명 유도 모듈(102)은 음원(110)의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 구조물로서, 음원(110) 근처에 배치될 수 있다. 여기서, 음원(110)은 음향 신호를 발생시키는 근원으로서, 예를 들어 스피커, 오디오 등과 같은 음향 발생 장치뿐 아니라 발자국 소리를 발생시키는 사람, 엔진 소리를 발생시키는 차량 등 음향 신호를 발생시키는 모든 종류의 대상체가 될 수 있다. 공명 유도 모듈(102)은 음원(110)에서 발생한 음향 신호로부터 공명을 유도할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공명 유도 모듈(102)을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공명 유도 모듈(102)은 파이프 구조물(200) 및 복수 개의 회절 방지 부재(222 내지 240)를 포함할 수 있다.
도 2에 (a)를 참조하면, 파이프 구조물(200)은 복수의 공명 유도 관(202 내지 220)으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 파이프 구조물(200)은 복수의 공명 유도 관(202 내지 220)이 원 형태 배열되어 마련될 수 있다. 서로 이웃하는 공명 유도 관은 측면이 연결되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 서로 이웃하는 공명 유도 관의 측면이 접하여 형성됨으로써 지면과 수평한 방향의 단면적이 원의 형상을 나타내도록 형성될 수 있다. 또한, 파이프 구조물(200)은 내부가 비어있는 형태로 마련될 수 있다. 공명 유도 관(202 내지 220) 각각은 파이프(pipe) 형상을 가질 수 있으며, 후술할 변환 모듈(104)을 둘러싸도록 원형으로 배치될 수 있다. 바람직하게는, 공명 유도 관(202 내지 220)은 변환 모듈(104)을 중심으로 하여, 지면에 수직으로 형성되어 변환 모듈(104)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 공명 유도 모듈(102)은 10개의 공명 유도 관(202 내지 220)을 포함할 수 있다. 여기서는, 공명 유도 모듈(102)이 10개의 공명 유도 관(202 내지 220)을 포함하는 것으로 설명하나 공명 유도 관(202 내지 220)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며, 음원(110)의 종류, 공명 유도 모듈(102)과 음원(110)과의 거리 등에 따라 공명 유도 관(202 내지 220)의 개수를 달리할 수 있다. 공명 유도 관(202 내지 220)은 지면에 수직으로 세워져 변환 모듈(104)을 둘러싸도록 배치됨으로써, 공명 유도 모듈(102)의 둘레를 줄일 수 있다.
여기서, 도 2의 (b)를 참조하면, 공명 유도 관(202 내지 220)의 내부에는 각각 중공(中空)(S)이 형성될 수 있다. 중공(S)은 공명 유도 관의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 음향 신호는 공명 유도 관(202 내지 220)의 중공(S)을 통과하여 변환 모듈(104)로 입력될 수 있다.
이때, 공명 유도 관(202 내지 220) 각각은 서로 다른 길이의 중공(S)을 갖고 형성될 수 있다. 구체적으로, 공명 유도 관(202 내지 220) 각각은 음원 유도 모듈(102)을 감싸는 위치에 따라 기 설정된 길이의 중공(S)을 갖도록 형성(예를 들어, 도 2(b)의 l1 및 l2 등)될 수 있다. 다른 길이의 중공을 가짐으로써, 공명 유도 관(202 내지 220) 각각은 중공(S)을 통과하는 음향 신호에 의해 서로 다른 기본 주파수(fundamental frequency)에서 공명(resonance)을 일으킬 수 있다.
일반적으로, 공명 현상이 일어나는 주파수를 공명 주파수(resonance frequency)라 하며, 공명 주파수는 중공(S)의 길이에 반비례한다. 음원(110)에서 발생된 음향 신호는 공명 유도 관(202 내지 220)을 통과하면서 공명을 일으키며, 공명 유도 관(202 내지 220)의 공명에 따라 음향 신호의 주파수 패턴이 변화하게 된다.
이를 구체적으로 살펴보면, 공명 유도 모듈(102)은 음원(110)과 가장 가까운 공명 유도 관(예를 들어, 204)의 중공 길이(예를 들어, l2)와 대응되는 기본 주파수(예를 들어, 550Hz)의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시킴으로써 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시킬 수 있다. 음향 신호는 공명 유도 관(202 내지 220) 각각의 중공(S)을 통과하기는 하나, 음원(110)과 상대적으로 먼 위치의 공명 유도 관에서는 해당 공명 유도 관의 공명 주파수의 주기성이 약하게 나타나며, 음원(110)과 가장 가까운 공명 유도 관(예를 들어, 204)의 공명 주파수의 주기성이 가장 강하게 나타난다. 즉, 동일한 음원(110)이라도 음원(110)이 어느 방향에서 일어나느냐에 따라 공명 유도 모듈(102)을 통과한 음향 신호의 주파수 패턴이 달라지게 된다.
도 2의 (c)를 참조하면, 공명 유도 모듈(102)은 공명 유도 관(202 내지 220) 사이에 회절 방지 부재(222 내지 240)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 공명 유도 모듈(102)은 공명 유도 관(202 내지 220)들 사이 사이에 회절 방지 부재(222 내지 240)를 마련하여 형성될 수 있다. 즉, 이웃하는 공명 유도관들 사이에 회절 방지 부재가 개재되어 마련될 수 있다.
회절 방지 부재(222 내지 240)는 플레이트 형상으로 형성되어 공명 유도 관(202 내지 220)의 길이 방향으로 형성될 수 있다. 이때, 회절 방지 부재(222 내지 240)의 일측(구체적으로, 파이프 구조물(200)의 내측 에 형성된 공간의 방향)은 파이프 구조물(200)의 내측으로 일정 길이 돌출되어 형성될 수 있다. 또한, 회절 방지 부재(222 내지 240)의 타측은 파이프 구조물(200)의 외측으로 일정 길이 돌출되어 형성될 수 있다. 바람직하게는, 회절 방지 부재(222 내지 240)의 타측이 파이프 구조물(200)의 외측으로 돌출된 길이가 내측으로 돌출된 길이보다 길도록 형성될 수 있다. 회절 방지 부재(222 내지 240)는 공명 유도 관(202 내지 220)이 지면과 수직인 형태로 형성됨에 따라 저하될 수 있는 방향 추정 성능을 높이기 위한 것일 수 있다. 회절 방지 부재(222 내지 240)는 복수의 공명 유도 관(202 내지 220) 각각의 접하는 지점에 형성됨으로써, 소리의 회절 효과를 줄일 수 있게 된다. 만약, 회절 효과가 높을 경우, 공명 유도 모듈(102)을 음원(110)이 어느 방향에서 일어났는지 확인하기 어려워 지게 된다. 공명 유도 모듈(102)은 공명 유도 관(202 내지 220) 사이에 회절 방지 부재(222 내지 240)를 마련함으로써, 이러한 회절 효과를 최소화 할 수 있게 된다.
변환 모듈(104)은 공명 유도 모듈(102)을 통과한 음향 신호를 디지털 신호로 변환한다. 공명 유도 모듈(102)은 통과하는 음향 신호는 아날로그 신호이다. 변환 모듈(104)은 후술할 추정 모듈(106)에서의 음향 신호 분석을 위해 음향 신호를 디지털 신호로 변환한다. 변환 모듈(104)은 아날로그-디지털 변환기(ADC : Analog-Digital Converter)일 수 있으며, 예를 들어 마이크, 휴대폰 등이 될 수 있다.
변환 모듈(104)은 공명 유도 관(202 내지 220)의 중심에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 공명 유도 관(202 내지 220) 각각은 변환 모듈(104)을 둘러싸도록 지면과 수직한 방향으로 위치되어 변환 모듈(104)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 변환 모듈(104)은 디지털 신호를 추정 모듈(106)로 전송할 수 있다. 상술한 바와 같이, 변환 모듈(104)은 예를 들어, 마이크가 될 수 있으며, 이 경우 추정 모듈(106)과 유선 연결되어 디지털 신호를 추정 모듈(106)로 전송할 수 있다. 또한, 추정 모듈(106)은 예를 들어, 휴대폰이 될 수 있으며, 이 경우 와이파이, 블루투스 등을 통해 디지털 신호를 추정 모듈(106)로 전송할 수 있다. 변환 모듈(104)이 디지털 신호를 추정 모듈(106)로 전송하는 방식은 특별히 제한되지 않는다.
추정 모듈(106)은 변환 모듈(104)에서 변환된 디지털 신호의 주파수 패턴을 분석하여 음원(110)의 방향을 추정한다. 추정 모듈(106)은 예를 들어, 신호 분석 및 연산 기능이 포함된 컴퓨터, 노트북, 휴대폰, PDA 등의 전자 기기가 될 수 있다. 추정 모듈(106)은 변환 모듈(104)과 유선 또는 무선 연결되어 변환 모듈(104)로부터 디지털 신호를 수신할 수 있다.
먼저, 추정 모듈(106)은 변환 모듈(104)에서 변환된 디지털 신호의 기본 주파수를 획득한다. 추정 모듈(106)은 예를 들어, 캡스트럼(Cepstrum) 알고리즘을 이용하여 변환 모듈(104)에서 변환된 디지털 신호의 기본 주파수를 획득할 수 있다. 캡스트럼 알고리즘은 주파수 도메인의 주기성으로부터 기본 주파수를 획득하는 데 사용되는 알고리즘으로서, 다음의 수학식 1 내지 4를 이용하여 기본 주파수를 획득할 수 있다.
Figure 112016013149807-pat00001
Figure 112016013149807-pat00002
Figure 112016013149807-pat00003
Figure 112016013149807-pat00004
수학식 1은 시간 영역의 음향 신호 x[n]을 데이터 길이 N에 대해 제 1 푸리에 변환(DFT ; Discrete Fourier Transform)하는 과정을 나타내며, 수학식 2는 수학식 1에 의해 푸리에 변환된 X[k] 크기의 로그값을 제 2 푸리에 변환(DFT)하는 과정을 나타낸다. 수학식 2의 결과값
Figure 112016013149807-pat00005
은 음향 신호의 기본 주파수를 포함하며, 이는 수학식 3에 의해 검출될 수 있다. r에 대한 주파수 도메인에서
Figure 112016013149807-pat00006
의 높은 크기(higher magnitude)는 주기성이 강함을 의미한다. 수학식 3은 수학식 2의 결과값
Figure 112016013149807-pat00007
에 argmax 함수를 적용한 식이며, 수학식 4로부터 음향 신호의 기본 주파수가 계산될 수 있다. 여기서, fs는 x[n] sequence 의 샘플링 주파수를 의미한다.
한편, 여기서는 추정 모듈(106)이 캡스트럼 알고리즘을 이용하여 음향 신호의 기본 주파수를 획득하는 것으로 설명하였으나, 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐 음향 신호의 기본 주파수를 획득하는 수단이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 추정 모듈(106)은 컨볼루션(convolution) 연산을 이용하여 음향 신호의 기본 주파수를 획득할 수도 있다.
다음으로, 추정 모듈(106)은 캡스트럼 알고리즘 등을 통해 획득한 기본 주파수에 대응되는 공명 유도 관의 중공(S) 길이를 획득한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추정 모듈에서 획득한 기본 주파수에 대응되는 공명 유도 관의 중공 길이를 획득하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
상술한 바와 같이, 수학식 2의 결과값
Figure 112016013149807-pat00008
은 음향 신호의 기본 주파수를 포함하며, r에 대한 주파수 도메인에서
Figure 112016013149807-pat00009
의 높은 크기(higher magnitude)는 주기성이 강함을 의미한다.
도 3을 참조하면, 공명 유도 셀의 중공 길이(radial length)에 대한
Figure 112016013149807-pat00010
의 크기(magnitude) 분포를 알 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 공명 유도 관의 중공(S) 길이가 약 78mm일 때,
Figure 112016013149807-pat00011
이 약 2205 의 최대값을 가짐을 확인할 수 있다. 추정 모듈(106)은 내부 데이터베이스를 참조하여 약 78mm의 중공(S) 길이를 갖는 공명 유도 관을 추출할 수 있으며, 해당 공명 유도 관의 외측 방향을 음원(110)의 방향으로 추정할 수 있다. 만약, 추정 모듈(106)에서 획득한 중공(S) 길이를 갖는 공명 유도 관이 없는 경우, 추정 모듈(106)은 획득한 중공(S) 길이와 가장 가까운 값을 갖는 공명 유도 관의 외측 방향을 음원(110)의 방향으로 추정할 수 있으며, 또한 획득한 중공(S) 길이와 가장 가까운 값을 갖는 공명 유도 관과 인전합 공명 유도 관의 중공(S) 길이를 이용하여 음원(110)의 방향을 계산할 수도 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 공명 유도 관의 중공(S) 길이가 약 102mm일 때,
Figure 112016013149807-pat00012
이 약 1696 의 최대값을 가짐을 확인할 수 있다. 추정 모듈(106)은 내부 데이터베이스를 참조하여 약 102mm의 중공(S) 길이를 갖는 공명 유도 관을 추출할 수 있으며, 해당 공명 유도 관의 외측 방향을 음원(110)의 방향으로 추정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공명 유도 관의 중공 길이에 따른 음향 신호의 주파수 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 기본 주파수를 918.8Hz로 하는 음향 신호에 대하여 공명 유도 관(202 내지 220)의 길이에 따라 확인되는 주파수 패턴을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이, 공명 유도 관(202 내지 220) 각각은 서로 다른 중공(S) 길이를 가질 수 있으며, 공명 유도 관(202 내지 220)의 중공(S) 길이가 길수록 음향 신호의 주파수 패턴은 작아질 수 있다.
도 4의 (a)는 공명 유도 관의 중공(S) 길이가 78.4mm일 때의 그래프로, 2205 에서 높은 크기(magnitude)가 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 도 4의 (b)를 참조하면, 공명 유도 관의 중공(S) 길이가 125.6mm일 때는 1378 에서 높은 크기(magnitude)가 나타남을 확인할 수 있다.
이와 같은 방법으로 공명 유도 관(202 내지 220)의 중공(S) 길이에 따른 음향 신호의 주파수 패턴을 측정하여 도 4의 (c)와 같이 모델링할 수 있으며, 이를 내부 데이터베이스(미도시)에 저장할 수 있다. 도 4의 (c)를 참조하면, 공명 유도 관(202 내지 220)의 중공(S) 길이에 따라 확인되는 기본 주파수의 주파수 패턴이 도시되어 있다. 여기서, 노란색으로 표시된 영역이
Figure 112016013149807-pat00013
의 크기(magnitude)가 높은 주파수임을 알 수 있다. 공명 유도 관(202 내지 220) 각각의 중공(S) 길이에 따른 음향 신호 기본 주파수의 주파수 패턴은 표 1과 같이 예를 들어, 70mm 내지 160mm 의 값을 가질 수 있다.
주파수 패턴
(Hz)		 2205 2005 1838 1696 1575 1470 1378 1297 1225 1161
중공(S)길이
(mm)		 78.4 86.3 74.1 102.0 109.8 117.7 125.6 133.4 141.3 149.1
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추정 모듈에서 추정한 음원의 방향을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 추정 모듈(106)에서 추정된 음원(110)의 방향은 디스플레이 모듈(미도시)에서 디스플레이될 수 있다. 여기서는 음원(110)의 방향을 부채꼴 모양의 라인으로 도시하였으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며 음원(110)의 방향을 나타내는 방식이 이에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 공명 유도 모듈의 구조적인 특징을 이용하여 음원의 방향을 간편하고 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 변환 모듈 및 이를 둘러싼 공명 유도 모듈을 이용함으로써, 다수의 마이크가 필요한 종래 기술에 비해 음원 방향의 추정에 따른 비용 및 시간을 크게 줄일 수 있다. 이러한 음원 방향 추정 시스템(100)은 예를 들어, 군인의 헬멧에 적용되어 주변에서 발생한 소리의 방향을 추정하는 데 사용되거나, 차량에 적용되어 사각 지대에서 접근하는 차량의 방향을 추정하는 데 사용되는 등 다양한 분야에서 적용될 수 있다.
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 음원 방향 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 공명 유도 모듈(102)은 음원(110)의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시킨다(S602). 상술한 바와 같이, 공명 유도 모듈(102)은 중공(S)을 갖는 복수의 공명 유도 관(202 내지 220)을 포함한다. 공명 유도 관(202 내지 220) 각각은 변환 모듈(104)을 둘러싸도록 원형으로 배치되고, 중공(S)을 통과하는 음향 신호에 의해 서로 다른 기본 주파수에서 공명을 일으킬 수 있다. 즉, 공명 유도 모듈(102)은 음원(110)과 가장 가까운 공명 유도 관(202 내지 220)의 중공(S) 길이와 대응되는 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시킴으로써 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시킬 수 있다.
다음으로, 변환 모듈(104)은 공명 유도 모듈(102)을 통과한 음향 신호를 디지털 신호로 변환한다(S604). 변환 모듈(104)은 아날로그-디지털 변환기(ADC : Analog-Digital Converter)일 수 있으며, 예를 들어 마이크, 휴대폰 등이 될 수 있다.
마지막으로, 추정 모듈(106)은 변환 모듈(104)에서 변환된 디지털 신호의 주파수 패턴을 분석하여 음원(110)의 방향을 추정한다(S606). 추정 모듈(106)은 캡스트럼 알고리즘 등을 이용하여 디지털 신호의 기본 주파수를 획득하고, 획득한 기본 주파수에 대응되는 공명 유도 관(202 내지 220)의 중공(S) 길이를 획득할 수 있다. 이에 따라, 추정 모듈(106)은 획득한 중공(S) 길이를 갖는 공명 유도 관(202 내지 220)의 외측 방향을 음원(110)의 방향으로 추정할 수 있다. 추정 모듈(106)이 음원(110)의 방향을 추정하는 구체적인 방법은 앞에서 자세히 설명하였는바, 여기서는 그 자세한 설명을 생략하기로 한다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 음원 방향 추정 시스템
102 : 공명 유도 모듈
104 : 변환 모듈
106 : 추정 모듈
110 : 음원
202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220 : 공명 유도 관
222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238, 240 : 회절 방지 부재

Claims (18)

  1. 지면에 수직인 방향으로 형성되고 복수의 공명 유도 관들로 이루어지는 파이프 구조물을 포함하고, 음원의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 공명 유도 모듈;
    상기 공명 유도 모듈을 통과한 상기 음향 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환 모듈; 및
    상기 디지털 신호의 주파수 패턴을 분석하여 상기 음원의 방향을 추정하는 추정 모듈을 포함하고,
    상기 공명 유도 모듈은, 플레이트 형상으로 지면과 수직으로 형성되고, 이웃하는 공명 유도 관들 사이에 마련되는 복수의 회절 방지 부재를 더 포함하는, 음원 방향 추정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공명 유도 모듈은,
    상기 음원과 가장 가까운 공명 유도 관의 중공 길이와 대응되는 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시키는, 음원 방향 추정 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 추정 모듈은,
    상기 디지털 신호의 기본 주파수를 획득하고, 획득한 상기 기본 주파수의 상기 주파수 패턴에 대응되는 공명 유도 관의 중공 길이를 획득하고, 획득한 상기 중공 길이를 갖는 공명 유도 관의 외측 방향을 상기 음원의 방향으로 추정하는, 음원 방향 추정 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 추정 모듈은,
    캡스트럼(Cepstrum) 알고리즘을 이용하여 상기 디지털 신호의 기본 주파수를 획득하는, 음원 방향 추정 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공명 유도 관 각각은,
    상기 변환 모듈을 중심으로 상기 변환 모듈을 둘러싸도록 배치되고,
    상기 파이프 구조물은,
    상기 복수의 공명 유도 관이 원 형태로 배열되어 내부가 비어있는 형태로 마련되는, 음원 방향 추정 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공명 유도 관 각각은,
    70mm 내지 160mm 의 중공 길이를 갖는, 음원 방향 추정 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공명 유도 관 각각은,
    서로 다른 길이의 중공을 갖는 파이프(pipe) 형상인, 음원 방향 추정 시스템.
  9. 지면에 수직인 방향으로 형성되고 복수의 공명 유도 관들로 이루어지는 파이프 구조물 및 플레이트 형상으로 지면과 수직으로 형성되고 이웃하는 공명 유도 관들 사이에 마련되는 복수의 회절 방지 부재를 포함하는 공명 유도 모듈에서, 음원의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 단계;
    변환 모듈에서, 상기 공명 유도 모듈을 통과한 상기 음향 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    추정 모듈에서, 상기 디지털 신호의 주파수 패턴을 분석하여 상기 음원의 방향을 추정하는 단계를 포함하는, 음원 방향 추정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는 단계는,
    상기 음원과 가장 가까운 공명 유도 관의 중공 길이와 대응되는 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시키는, 음원 방향 추정 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 음원의 방향을 추정하는 단계는,
    상기 디지털 신호의 기본 주파수를 획득하는 단계;
    획득한 상기 기본 주파수의 상기 주파수 패턴에 대응되는 공명 유도 관의 중공 길이를 획득하는 단계; 및
    획득한 상기 중공 길이를 갖는 공명 유도 관의 외측 방향을 상기 음원의 방향으로 추정하는 단계를 포함하는, 음원 방향 추정 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 공명 유도 관 각각은,
    서로 다른 길이의 중공을 갖는 파이프(pipe) 형상인, 음원 방향 추정 방법.
  13. 지면에 수직인 방향으로 형성되고, 복수의 공명 유도 관들로 이루어지 복수의 공명 유도 관들로 이루어지는 파이프 구조물; 및
    플레이트 형상으로 지면과 수직으로 형성되고, 이웃하는 공명 유도 관들 사이에 마련되는 복수의 회절 방지 부재를 포함하는, 공명 유도 모듈.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 공명 유도 관 각각은,
    변환 모듈을 중심으로 상기 변환 모듈을 둘러싸도록 배치되고,
    상기 파이프 구조물은,
    상기 복수의 공명 유도 관이 원 형태로 배열되어 내부가 비어있는 형태로 마련되는, 공명 유도 모듈.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 공명 유도 모듈은,
    음원의 방향에 따라 음향 신호의 주파수 패턴을 변화시키는, 공명 유도 모듈.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 공명 유도 모듈은,
    음원과 가장 가까운 공명 유도 관의 중공 길이와 대응되는 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들을 증폭시키는, 공명 유도 모듈.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 공명 유도 관 각각은,
    70mm 내지 160mm 의 중공 길이를 갖는, 공명 유도 모듈.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 공명 유도 관 각각은,
    서로 다른 길이의 중공을 갖는 파이프(pipe) 형상인, 공명 유도 모듈.
KR1020160015426A 2016-02-11 2016-02-11 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법 KR101721501B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160015426A KR101721501B1 (ko) 2016-02-11 2016-02-11 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160015426A KR101721501B1 (ko) 2016-02-11 2016-02-11 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101721501B1 true KR101721501B1 (ko) 2017-03-30

Family

ID=58503314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160015426A KR101721501B1 (ko) 2016-02-11 2016-02-11 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101721501B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112381A (ja) * 2000-10-03 2002-04-12 Melco Inc 音源位置推定装置および音源位置推定方法
KR20120031328A (ko) 2010-09-24 2012-04-03 옥은호 소리 인식 센서

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002112381A (ja) * 2000-10-03 2002-04-12 Melco Inc 音源位置推定装置および音源位置推定方法
KR20120031328A (ko) 2010-09-24 2012-04-03 옥은호 소리 인식 센서

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mirshekari et al. Characterizing wave propagation to improve indoor step-level person localization using floor vibration
KR101238362B1 (ko) 음원 거리에 따라 음원 신호를 여과하는 방법 및 장치
CN104318919B (zh) 环境消噪方法、系统及移动终端
Fan et al. HeadFi: bringing intelligence to all headphones
JPWO2018034178A1 (ja) 個人認証システム、個人認証装置、個人認証方法および個人認証プログラム
US20150319524A1 (en) Apparatus and method for detecting location of moving body, lighting apparatus, air conditioning apparatus, security apparatus, and parking lot management apparatus
TW201042634A (en) Audio source proximity estimation using sensor array for noise reduction
JP2014128013A (ja) 雑音除去装置及びその制御方法
JP2013535915A (ja) 多重マイク位置選択性処理用のシステム、方法、装置、およびコンピュータ可読媒体
US20180277140A1 (en) Signal processing system, signal processing method and storage medium
WO2022227619A1 (zh) 干扰消除方法、介质及设备
JP2009290343A (ja) 音声入力装置
Ma et al. A wave-confining metasphere beamforming acoustic sensor for superior human-machine voice interaction
CN204652616U (zh) 一种降噪模块耳机
US20110128821A1 (en) Signal processing apparatus and method for removing reflected wave generated by robot platform
KR101721501B1 (ko) 공명 유도 모듈과 이를 이용한 음원 방향 추정 시스템 및 방법
US20070064959A1 (en) Microphone system
US11837228B2 (en) System and method for data augmentation for multi-microphone signal processing
KR100873000B1 (ko) 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템 및 그방법
KR101621827B1 (ko) 음원 방향 추정 시스템 및 방법
Gabriel et al. A new kind of sensor array for measuring spatial coherence of surface pressure on a car's side window
US11418866B2 (en) Voice-activated sound encoding for headsets using frequency domain representations of microphone signals
Jiang et al. Indoor silent object localization using ambient acoustic noise fingerprinting
CN109417666B (zh) 噪声去除装置、回声消除装置和异常音检测装置
US20160240211A1 (en) Voice enhancement method for distributed system

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200227

Year of fee payment: 4