KR101798424B1 - 교정 및 보정에 의한 스마트기기 소음 측정 방법 및 스마트기기와 결합되어 그 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 매체에 저장된 애플리케이션 - Google Patents

교정 및 보정에 의한 스마트기기 소음 측정 방법 및 스마트기기와 결합되어 그 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 매체에 저장된 애플리케이션 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트기기의 제어 가능한 Audio Effect 기능을 기능 정지시켜 가능하면 소음계에 가깝게 셋팅한 상태로 교정하는 한편, 1/3 옥타브밴드 및 핑크 노이즈로 이루어진 표준음원으로 정밀 교정하여서, 소음 측정 결과의 신빙성을 보장하는 교정 및 보정에 의한 스마트기기 소음 측정 방법 및 스마트기기와 결합되어 그 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 매체에 저장된 애플리케이션에 관한 것이다.

Description

교정 및 보정에 의한 스마트기기 소음 측정 방법 및 스마트기기와 결합되어 그 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 매체에 저장된 애플리케이션{SMART DEVICE SOUND LEVEL MEASURING METHOD BY CALIBRATING AND WEIGHTING, AND APPLICATION STORED IN MEDIUM FOR EXECUTING THE SOUND LEVEL MEASURING METHOD BEING COMBINED WITH SMART DEVICE}
본 발명은 스마트기기의 제어 가능한 Audio Effect 기능을 기능 정지시켜 가능하면 소음계에 가깝게 셋팅한 상태로 교정하는 한편, 1/3 옥타브밴드 및 핑크 노이즈로 이루어진 표준음원으로 정밀 교정하여서, 소음 측정 결과의 신빙성을 보장하는 교정 및 보정에 의한 스마트기기 소음 측정 방법 및 스마트기기와 결합되어 그 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 매체에 저장된 애플리케이션에 관한 것이다.
공동주택에서의 층간소음 문제는 사회적으로 이슈화된 지도 오래되었으나 근본적인 해결방안 없어 계속 문제가 되고 있다.
이는 층간소음이 부지불식간에 일어나는 것이라서 발생 순간의 상황을 나중에 증명하기 어렵기 때문이다.
더욱이, 법적 규칙에 따르면, 직접충격 소음은 1분간 등가 소음도(Leq1)와 최고소음도(Lmax)로 평가하고, 공기전달 소음은 5분간 등가소음도(Leq5)로 평가하며, 소음도 기준을 주간과 야간을 구별하여 구체적으로 규정하고 있다. 또한, 층간소음의 측정방법에 대해서도 소음·진동 관련 공정시험기준으로 규정하였으며, 이에 따르면, 1개 지점 이상에서 1시간 이상 측정하며, 1분간 등가소음도 및 5분간 등가소음도는 가장 높은 값으로 하고 최고소음도는 1시간에 3회 이상 초과한 경우로 하고 있다.
이에, 법적 기준에 맞게 층간소음을 측정하는 공인된 전문기관에 측정 의뢰하여 사후에 발생하는 층간소음 증거를 확보하여야 하는 어려움이 있다.
이러한 어려움을 해소하기 위해서 등록특허 제10-1289061호에 개시한 바와 같이 각 세대에 층간소음 측정장치를 설치할 수도 있으나, 비용적 어려움 및 시공적 어려움으로 있다.
또한, 등록특허 제10-1582815호에 개시한 바와 같이 개인별로 휴대 사용하는 스마트폰 또는 태블릿 등의 스마트기기(모바일 기기)를 소음도 측정을 위한 교정을 수행한 후 소음도 측정하게 하여서, 소음도를 언제든 실시간 측정할 수 있으나, 신뢰할 만한 측정 결과를 보장하기엔 미흡하다.
다시 말해서, 등록특허 제10-1582815호에 따르면 스마트기기는 자신의 스피커로 기준 소음을 출력하고 자신의 마이크로폰으로 수음하여 교정하긴 하지만, 스마트기기는 기본적으로 음성통화에 적합하도록 각종 음향 신호 처리기 기능을 갖고 있고, 스피커도 교정에 정합한 표준음원을 제공하기 어려워서, 단순한 방식의 교정으로는 국가 형식승인을 받은 소음계처럼 정확한 소음도를 측정하는 소음 측정 수단으로 인정받기는 어렵다.
이에, 등록특허 제10-1582815호의 기술을 이용하더라도, 정밀 소음계로 소음도를 재측정하여야만 한다.
KR 10-1289061 B1 2013.07.10. KR 10-1582815 B1 2015.12.30.
따라서, 본 발명은 스마트기기로 소음 측정하기에 앞서, 스마트기기를 소음도 측정에 적합하게 내부적으로 셋팅한 후 소음계 교정에 사용되는 표준음원으로 정밀 교정하여서, 신뢰할 만한 소음 측정 결과를 제공하는 교정 및 보정에 의한 스마트기기 소음 측정 방법 및 스마트기기와 결합되어 그 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 매체에 저장된 애플리케이션을 제공하는 데 목적을 둔다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스마트기기(100)에서 실행되어 마이크로폰(121), ADC(Analog-Digital converter, 122) 및 사운드 카드(120)를 이용한 소음계 기능을 하는 애플리케이션(200)에 의해 이루어지는 스마트기기 소음 측정 방법에 있어서, 스마트기기(100)의 Audio Effect 기능 중에 애플리케이션(200)으로 제어 가능한 기능을 기능 정지시키는 스마트기기 소음계화 단계(S21); 및 사전에 준비한 표준 음원에 의해 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터를 청감 보정 필터(251)로 보정하여 소음레벨을 얻은 후 상기 표준 음원의 기준 소음레벨과 비교 분석하여서, 표준 음원의 왜곡을 보상하는 교정 필터를 획득하는 교정 필터 획득 단계(S22); 를 포함하는 교정 단계(S20); 스마트기기(100)의 Audio Effect 기능 중에 애플리케이션(200)으로 제어 가능한 기능을 기능 정지시키는 스마트기기 소음계화 단계(S31); 및 마이크로폰(121)에서 수음되어 사운드 카드(120)에서 출력되는 음향 데이터를 청감 보정 필터(251) 및 상기 교정 필터에 의해 보정 및 교정한 음향 데이터로부터 소음도를 측정하는 소음도 측정 단계(S32); 를 포함하는 측정 단계(S30); 를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 필터 획득 단계(S22)는 사전 저장하여 둔 표준 음원을 상기 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하여 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 상기 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 획득하는 자가 교정단계(S200)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 필터 획득 단계(S22)는 표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 하여 사운드 카드(120)로 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Product Filter(252)를 획득하는 비교 교정단계(S100)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 필터 획득 단계(S22)는 표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 하여 사운드 카드(120)로 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Product Filter(252)를 획득하는 비교 교정단계(S100); 및 사전 저장하여 둔 표준 음원을 상기 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하여 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득한 후 상기 Product Filter(252)로 교정하는 소음레벨과 표준 음원의 기준 소음레벨 사이의 편차에 따라 상기 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 획득하는 자가 교정단계(S200); 를 포함하여서, 상기 교정 필터는 상기 Product Filter(252) 및 Device Filter(253)로 순차 필터링하는 필터로 된다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 필터 획득 단계(S22)는 표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 하여 사운드 카드(120)로 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Product Filter(252)를 획득하는 비교 교정단계(S100)를 사전에 수행하여, Product Filter(252)를 사전에 저장하여 둔 상태에서, 사전 저장하여 둔 표준 음원을 상기 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하여 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득한 후 상기 Product Filter(252)로 교정하는 소음레벨과 표준 음원의 기준 소음레벨 사이의 편차에 따라 상기 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 획득하는 자가 교정단계(S200); 를 포함하여서, 상기 교정 필터는 상기 Product Filter(252) 및 Device Filter(253)로 순차 필터링하는 필터로 된다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 비교 교정단계(S100)는 스마트기기(100)와 동일 환경 하에 표준 음원으로 만든 소리를 입력받는 표준 소음계(300)에서 측정한 소음레벨을 기준 소음레벨로 하여 Product Filter(252)를 획득한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 자가 교정단계(S200)에서 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하게 할 표준 음원은 표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 한 후 ADC(122)를 경유하여 얻게 된 음원 데이터로 한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 필터 획득 단계(S22)는 1/3 옥타브밴드의 각 중심 주파수 순음을 음압레벨을 단계적으로 가변시킨 1/3 옥타브밴드 표준 음원에 의해 각 중심 주파수 순음별로 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터의 소음레벨을 획득한 후 순음 음압레벨별 기준 소음레벨과의 편차가 균일한 구간 내에서 각 중심 주파수 순음별 교정 필터를 획득하는 주파수별 교정 필터 획득단계(S110); 및 핑크 노이즈 표준 음원에 의해 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터의 소음레벨과 핑크 노이즈 표준 음원의 기준 소음레벨 사이의 편차에 따라 각 중심 주파수 순음별 교정 필터의 전체 레벨을 교정하는 오프셋 교정단계(S120);를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 필터 획득 단계(S22)는 상기 오프셋 교정단계(S120) 이후, 1/3 옥타브밴드의 각 중심 주파수 순음에 의해 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터를 청감 보정 필터(251)로 필터링한 후 교정 필터로 필터링하여 얻는 음향 데이터의 소음레벨을 기준 소음레벨과 비교하여 편차가 주파수별로 규정된 허용 한도값을 만족하지 아니하는 경우, 상기 주파수별 교정 필터 획득단계(S110) 및 오프셋 교정단계(S120)로 이루어지는 과정을 적응 알고리즘으로 반복 수행하다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 사운드 카드(120)의 Audio Effect 기능 중에 제어 가능한 기능은 Acoustic Echo Canceler, Automatic Gain Control, bass boost effect, environmental reverberation effect, equalizer effect, Loudness Enhancer, Noise Suppressor, preset reverberation effect 및 virtualizer effect 중에 적어도 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 단계(S20)는 상기 표준 음원은 25~10,000Hz 범위 내의 27단계 1/3옥타브밴드 중심 주파수 및 30~130dB 범위 내의 11단계 음압레벨을 갖는 순음과, 25~10,000Hz 범위를 갖고 30~130dB 범위 내의 11단계 음압레벨을 갖는 핑크 노이즈를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 교정 단계(S20)는 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터의 음압레벨을 표준 음원의 기준 음압레벨과 비교 분석하여 편차에 따라 교정 필터를 획득한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 마이크로폰으로 통해 수음한 음향을 음성통화에 적합하게 신호처리하지만 소음 측정 시 음향을 왜곡시키는 스마트기기의 Audio Effect 기능을 정지시켜서 가능하면 소음계의 수음 수단에 가깝게 한 상태로 교정하여 정밀 교정할 수 있고, 교정 시 소음계 교정에 사용되는 표준음원을 사용하여 잔류 기능에 의한 왜곡을 교정하는 교정 필터를 얻으므로, 측정시에도 교정시와 동일하게 Audio Effect 기능을 정지시켜 소음도 측정하여 정밀 교정에 의한 정확한 소음 측정 결과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 자가교정을 수행할 수 있게 하여 개별 스마트기기에 맞게 더욱 정밀하게 교정할 수 있다.
또한, 본 발명은 비교교정으로 얻는 교정 필터와는 별도로 스마트기기별로 자가교정하여 얻는 교정 필터를 추가 사용함으로써, 스마트기기 모델별로 교정한 후 개인 소지하는 스마트기기별로 추가 교정하여, 실제 활용할 시에 교정 과정의 효율성을 높였다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트기기 소음 측정 방법의 개략적 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소음 측정 애플리케이션(200)이 설치된 스마트기기(100)의 구성도.
도 3은 표준 소음계(300), 방음부스(400) 및 컴퓨터(500)의 도움을 받아 비교교정하는 과정을 보여주는 도면.
도 4는 스마트기기(100)에서 수음한 음향 신호의 신호처리 과정을 보여주는 도면.
도 5 내지 도 7은 상기 도 3에 도시한 상태로 수행하는 비교교정 단계(S100)의 상세 순서도.
도 8은 25~10,000Hz 범위 내에서 1/3 옥타브밴드 주파수 순음별 필터값을 갖는 Product Filter(252)에 대해 필터값을 데시벨(dB)로 표시한 그래프.
도 9는 KS C IEC 61672-1에서 정한 클래스2의 허용 한도값(2-1, 2-2) 및 클래스1의 허용 한도값(1-1, 1-2)이 표시된 그래프 상에, 스마트기기(100)의 모델별 소음레벨 편차를 얻어 표시한 도면.
도 10은 자가교정용 표준음원을 이용한 자가교정하는 중의 스마트기기(100)를 블록구성도로 도시한 도면.
도 11 및 도 12는 자가교정 단계(S200)의 상세 순서도.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명은 KS C IEC 61672-1의 규격을 맞춘 소음계(sound level meter)를 스마트기기(예 : 스마트폰, 스마트패드)로 구현하거나 그 소음계에 준하는 정도로 구현하는 것을 목표로 함을 미리 밝혀두며, 소음계 관련 용어에 대한 상세한 설명은 생략하고, 본 발명의 이해를 돕는 수준에서 필요한 용어를 먼저 정리한다.
음압(sound pressure, 단위 pa)은 소리에 의한 공기 진동의 물리적 압력으로서, 특별히 규정하지 않는 한 순시 음압의 실효값으로 표시한다.
음압레벨(SPL : sound pressure level, 단위 dB)은 기준 음압(공기 전파음인 경우 20μPa)에 대한 음압의 비에 상용로그를 취한 후 20배를 한 값으로서, 데시벨 단위로 표시한다.
소음레벨(SL : sound level, 단위 dB)은 측정한 음압레벨에 대해 청감 보정한 음압으로서 소음계(sound level meter)로 측정하며, 사운드레벨, 가중음압레벨(Weighted Sound Pressure Level) 등으로도 불린다. 소음레벨(SL)은 표준 주파수 가중 및 표준 지수 시간 가중을 하여 얻은 음압의 기준 음압(공기 전파음인 경우 20μPa)에 대한 비에 상용로그를 취한 후 20배를 한 값으로서, 데시벨 단위로 표시한다. KS C IEC 61672-1에 규정한 바에 따르면, 표준 주파수 가중은 A, B, C 주파수 가중이 있다. 여기서, Z 가중은 가중치를 적용하지 않는 것이고, 실제 소음계에서는 일반적으로 A 가중을 사용하게 되어 있다. 표준 지수 시간 가중은 fast(F), slow(S), impulse(I) 지수 시간 가중이 있다. 국내에서 사용되는 소음레벨은 A 주파수 가중과 F 또는 S 지수 시간 가중을 사용하는 데, 본 발명의 실시 예에서 그래프로 표시한 결과는 A 주파수 가중과 F 지수 시간 가중한 결과이다.
주파수 순음 또는 순음은 1옥타브밴드 또는 1/3옥타브밴드의 각 밴드 중심 주파수(또는 공칭 주파수) 성분을 갖는 정현파 음이다. 본 발명의 실시 예 설명에서는 1/3옥타브밴드를 사용하는 것으로 한다.
핑크 노이즈(pink noise)는 주파수에 반비례하는 파워 스펙트럼 밀도를 갖는 잡음으로서, 1/3옥타브밴드의 각 밴드가 균일한 음압레벨을 갖게 되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트기기 소음 측정 방법의 개략적 순서도로서, 스마트기기(100)를 소음계 기능하게 하여 소음 측정하는 방법을 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소음 측정 애플리케이션(200)이 설치된 스마트기기(100)의 구성도로서, 상기 도 1에 도시한 스마트기기 소음 측정 방법을 스마트기기로 구현하기 위한 소음 측정 애플리케이션(200)이 스마트기기와 결합되어 프로세서(110)에 의해 실행됨을 보여준다. 도 2에 도시하지는 아니하였지만, 소음 측정 애플리케이션(200)은 스마트기기(100)의 매체, 즉 메모리(140)에 저장하여 프로세서(110)에서 읽어들여 실행된다.
먼저, 도 2를 참조하면, 스마트기기(100)는 소음 측정 애플리케이션(200)을 실행시키는 프로세서(110), 소리를 수음하여 전기적 아날로그 음향신호로 변환하는 마이크로폰(121), 마이크로폰(121)의 전기적 아날로그 음향신호를 받아 디지털 음향신호로 변환하여 출력하는 ADC(Analog-Digital converter, 122), ADC(122)에서 출력되는 디지털 음향신호를 각종 Audio Effect 기능으로 신호처리하여 최종 음향신호를 얻는 사운드카드(120), 사용자의 입력 또는 화면 출력을 담당하는 사용자 인터페이스(130), 데이터 저장 공간을 제공하는 메모리(140), 영상 촬영하기 위한 카메라 모듈(150), 및 무선통신을 위한 통신모듈(160)을 갖춘다. 물론, 사운드 카드(120)에서 신호처리하여 얻은 음향신호는 프로세서(110)에서 실행 중인 여타 애플리케이션에 의해 사용 용도에 맞게 이용되고, 프로세서(110)에서 음향신호를 사운드카드(120)에 보내어 DAC(Digital-Analog converter, 124)에 의해 아날로그 음향신호를 변환되게 한 후 스피커(123)로 출력하게 할 수도 있다.
여기서, 상기 스마트기기(100)는 상기한 구성요소를 갖춘 스마트폰 및 스마트패드를 예로 들 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 소음 측정 애플리케이션(200)은 메모리(140)에 저장되고, 사용자 인터페이스(130)를 통해 실행 명령을 받으면, 프로세서(110)에 읽혀 실행되어서, 마이크로폰(121), ADC(Analog-Digital converter, 122) 및 사운드 카드(120)의 왜곡을 교정하여 스마트기기(100)를 소음계로 사용할 수 있게 한다.
도 1은 상기 소음 측정 애플리케이션(200)에 의해 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트기기 소음 측정 방법의 순서도로서, 표준 음원 준비 단계(S10), 교정 단계(S20) 및 측정 단계(S30)의 순서로 이루어진다.
상기 표준 음원 준비 단계(S10)는 교정 단계(S20)에서 사용할 표준 음원을 준비하는 단계이다.
여기서 준비할 표준 음원은 25Hz ~ 10,000Hz 범위 내의 27단계 1/3옥타브밴드 중심 주파수 음을 30~130dB 범위 내의 11단계 음압레벨로 조절하여 27*11=297 종류의 음원으로 되는 주파수 순음과, 25Hz ~ 10,000Hz 범위의 주파수 성분을 갖고 11단계 음압레벨로 조절하는 11 종류의 음원으로 되는 핑크 노이즈(pink noise)를 포함한다.
KS C IEC 61672-1에 따르면, 10~20,000Hz 범위 내 1/3옥타브밴드 중심 주파수(또는 공칭 주파수)가 규정되어 있는 데, 소음계 관련 국내 형식승인 2등급의 경우 31.5~8,000Hz 주파수 범위를 갖추어야 한다고 되어 있으므로, 본 발명의 실시 예에서는 그보다 범위를 상하한 각각 1단계 1/3옥타브밴드만큼 확장한 25Hz ~ 10,000Hz 범위를 선택하여 교정(calibration) 정확도를 높인다.
그리고, 측정 소음레벨은 30~130dB 범위를 갖추어야 한다고 되어 있어, 그 소음레벨을 위한 음압레벨 범위를 적용하되, 소음계 교정할 시에 특정 음압레벨 또는 3단계 음압레벨의 표준 음원을 사용하여 왔으나, 본 발명의 실시 예에서는 교정 단계(S20)에서 스마트기기(100)의 특성을 정확하게 파악하는 동작도 수행하므로, 30~130dB 범위 내에서 10dB씩 간격을 둔 11단계 음압레벨을 사용한다.
상기한 표준음원은 스피커에 의해 출력하여 마이크로폰(121)에 수음되게 할 비교교정용 표준음원이다.
이에 더하여, 본 발명의 실시 예에 따르면, 사운드 카드(120)에 직접 입력하여 신호처리되게 할 자가교정용 표준음원을 별도로 마련한다.
자가교정용 표준음원은 비교교정용 표준음원과 동일하게 할 수도 있으나, 사운드 카드(120)에 직접 입력되게 한다는 점을 반영하여, 비교교정용 표준음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음되게 한 후 ADC(122)를 경유하여 얻게 된 음원 데이터, 즉, 사운드 카드(120)에 입력될 음원 데이터로 한다.
상기 자가교정용 표준음원은 스마트기기(100)의 메모리(140)에 저장하여 후술하는 자가교정 단계(S200)에서 Device Filter(253)를 얻는데 사용되게 하고, 상기 비교교정용 표준음원은 후술하는 컴퓨터(500)에 저장하여 비교교정 단계(S100)에서 product filter(252)를 얻는데 사용된다.
즉, 미리 말해두지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 마이크로폰(121), ADC(Analog-Digital converter, 122) 및 사운드 카드(120)로 이루어지는 음향 획득 경로 상에서 발행하는 음향 왜곡을 보상하기 위한 교정 필터는 product filter(252) 및 Device Filter(253)로 연속 교정하는 필터로 구성되며, 결국, product filter(252)는 제1차 교정 필터라 할 수 있고, Device Filter(253)는 product filter(252)에 의해 교정되지 아니하고 잔류하는 음향 왜곡을 보상하는 제2차 교정 필터라 하겠다.
한편, 표준음원의 음압레벨은 기준 음압레벨이 되고, 표준음원을 청감 보정한 후 얻는 소음레벨은 기준 소음레벨이 되며, 기준 음압레벨 및 기준 소음레벨 중에 교정에 사용되는 것을 스마트기기(100)에 저장 사용한다.
미리 밝혀두지만, 컴퓨터(500)의 도움 없이 애플리케이션(200)이 비교교정 단계(S100)를 수행하게 한다면, 상기 비교교정용 표준음원은 스마트기기(100)의 메모리(140)에 저장하여 비교교정 단계(S100)에 사용되게 한다. 다른 예로서, 비교교정 단계(S100)는 사전에 수행하여 이때 얻은 product filter(252)를 메모리(140)에 저장하고, 자가교정 또는 측정단계에서 사용되게 하여도 좋다.
또한, 미리 밝혀두지만, 교정 단계(S20)는 소음레벨을 이용하여 교정 필터를 얻는 방식이 바람직하지만, 청감 보정하기 이전의 음압레벨, 즉, 사운드 카드(120)에서 출력되는 음향 데이터의 음압레벨을 이용하여 교정 필터를 얻는 방식도 가능하다.
상기 교정 단계(S20)는 스마트기기(100)의 Audio Effect 기능 중에 애플리케이션(200)으로 제어 가능한 기능을 기능 정지시키는 스마트기기 소음계화 단계(S21), 및 상기한 바와 같이 사전에 준비한 표준 음원에 의해 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터를 청감 보정하여 소음레벨을 얻은 후 상기 표준 음원의 기준 소음레벨과 비교 분석하여 표준 음원의 왜곡을 보상하는 교정 필터를 획득하는 교정 필터 획득 단계(S22)를 포함한다.
상기 스마트기기 소음계화 단계(S21)는 스마트기기(100)를 소음계로 사용하기 위해 스마트기기(100)를 설정하는 단계라 할 수 있으며, 이를 위해서, 스마트기기(100)의 Audio Effect 기능을 기능 정지시킨다.
여기서, Audio Effect 기능은 스마트기기(100)의 용도상 마이크로폰(121)을 통해 수음한 음향을 음성통신용에 적합한 음향으로 사운드 카드(120)에 의해 변경하게 하는 신호처리 기능으로서, 안드로이드폰의 경우 반향 제거 기능인 Acoustic Echo Canceler, 및 저음압레벨의 음향을 키워 음량 변화를 적게 하는 Automatic Gain Control 이외에도 bass boost effect, environmental reverberation effect, equalizer effect, Loudness Enhancer, Noise Suppressor, preset reverberation effect, 및 virtualizer effect을 포함한다. 또한, 음성통신의 경우 일반적으로 300~3,400Hz 범위의 협대역 주파수를 사용하게 되므로, 이 범위를 벗어나는 주파수 영역을 차단하기도 한다.
상기 나열한 Audio Effect 기능은 애플리케이션을 제작할 시에 제어 가능하게 하여서, 애플리케이션 제작자의 의도에 맞게 기능 정지시킬 수도 있다.
이에, 본 발명은 상기에서 나열한 Audio Effect 기능 중에 적어도 어느 하나를 기능 정지시키는 단계를 애플리케이션(200) 실행 시에 우선 수행하여서, 소음계 측정에 조금이나마 적합하게 하는 것이다.
더욱 바람직하게는, 상기에서 나열한 Audio Effect 기능을 모두 기능 정지시키는 것이다.
또한, 마이크로폰(121)의 수음 기능을 기능 정지시키는 것이 가능하면, 후술하는 자가교정 단계(S200)에서는 마이크로폰(121)의 수음 기능을 기능 정지시키는 것이 좋다.
그런데, 사운드 카드(120)에는 상기 나열한 Audio Effect 기능 이외에도 애플리케이션으로 제어할 수 없게 한 기능이 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다. 즉, 상기 나열한 Audio Effect 기능을 기능 정지시키더라도 사운드 카드(120)에 의해 음향 변형이 발생함을 확인할 수 있었다. 예를 들어, 커스터마이징(custermizing)에 의한 Audio Effect 기능은 제어할 수 없게 하는 것이 일반적이다.
이에, 교정 단계(S20) 및 후술하는 측정 단계(S30)는 각각 상기 나열한 Audio Effect 기능을 기능 정지시키는 단계를 선행한다.
상기 교정 필터 획득 단계(S22)는 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120) 전체에 의한 왜곡을 보상하는 비교교정 단계(S100)와, 사운드 카드(120)에 대해서만 추가로 보상하는 자가교정 단계(S200)를 포함한다.
상기 비교교정 단계(S100)는 상기 비교교정용 표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 하여 사운드 카드(120)로 얻게 되는 음향 데이터의 소음레벨을 획득한 후 상기 비교교정용 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차만큼 보상하는 교정 필터, 즉, 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Product Filter(252)를 획득한다.
그런데, 마이크로폰(121)으로 수음되는 음향의 음압레벨은 주변 환경의 영향을 받아 정확하게 맞추기 어렵다. 이에, 본 발명의 구체적인 실시 예에서는 후술하는 바와 같이, 비교교정용 표준 음원의 기준 소음레벨은 스마트기기(100)와 동일 환경(방음부스 내) 하에 비교교정 표준 음원으로 만든 소리를 수음하는 표준 소음계(300)에서 획득되는 음향 데이터의 소음레벨로 한다.
상기 자가교정 단계(S200)는 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 상기 자가교정용 표준음원을 직접 입력하여 사운드 카드(120)의 출력단을 통해 얻는 음향 데이터의 소음레벨을 자가교정용 표준음원의 기준 소음레벨과 비교함으로써, 그 편차만큼 보상하는 교정 필터, 즉, 사운드 카드(120)에 잔류하는 Audio Effect 기능에 의해 표준음원의 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 획득할 수 있다. 이 경우, Product Filter(252)와 Device Filter(253)의 차이는 마이크로폰(121) 및 ADC(122)에 의한 왜곡을 보상하는 필터가 되므로, 이 필터를 저장하여 두고, 스마트기기(100) 사용자가 필요에 따라 자가교정만 할 수 있게 하는 것도 좋다.
그렇지만, 본 발명의 실시 예에서는 애플리케이션(200)을 설치할 모든 스마트기기(100)에 대해 개별적으로 비교교정을 수행하는 것이 현실적 어려고 및 사용상 불편하므로, 보다 효율적으로 사용자가 이용할 수 있게 한다.
즉, 사전에 스마트기기(100)의 모델별로 대표적인 샘플을 선정한 후 모델별 샘플에 대해 Product Filter(252)를 획득하여서, 애플리케이션(200)을 스마트기기(100)에 설치할 시에 그 모델에 맞는 Product Filter(252)를 사용하게 한다. 그리고, 동일 모델이더라도 개개 제품별로 차이 나는 부분을 자가교정 단계(S200)에 의해 교정하게 하여서, 더욱 정교한 소음계 기능을 하게 한다.
상기 비교교정용 표준음원을 이용한 비교교정 단계(S100) 및 상기 자기교정용 표준음원을 이용한 자가교정 단계(S200)에 대해서는 하기에서 상세하게 설명한다.
상기 측정 단계(S30)는 상기 교정 단계(S20)에 의해 교정된 스마트기기(100)로 소음도를 측정하는 단계로서, 스마트기기(100)의 Audio Effect 기능 중에 애플리케이션(200)으로 제어 가능한 기능을 기능 정지시키는 스마트기기 소음계화 단계(S31); 및 마이크로폰(121)으로 수음되는 음향에 따라 사운드 카드(120)로부터 넘겨받는 음향 데이터를 청감 보정을 위해 사전에 준비해둔 청감 보정 필터(251), 상기 Product Filter(152), 상기 Device Filter(253)의 순서로 순차 필터링하여 교정 및 보정되는 음향 데이터를 얻은 후 소음도, 즉 소음레벨(SL : sound level)을 측정하는 소음도 측정 단계(S32); 를 포함한다.
여기서, 소음도는 1분간 등가소음도(Leq1), 5분간 등가소음도(Leq5) 및 최대소음도(Lmax)를 포함할 수 있다.
그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기한 스마트기기 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 스마트기기(100)의 매체에 저장되어 스마트기기(100)의 프로세서(110)에 의해 읽혀 실행되는 애플리케이션(200)은 동작모드 결정부(210), 표준음원 처리부(220), 신호분석부(230), FFT부(240), 필터부(250) 및 측정부(260)를 프로그램적으로 구비한다.
동작모드 결정부(210)는 사용자 인터페이스(130)에 통해 동작모드를 선택하는 것으로서, 교정 단계(S20)를 위한 동작 및 측정 단계(S30)를 위한 동작 중의 선택, 교정 단계(S20)에서 비교교정 단계(S100)를 위한 동작 및 자가교정 단계(S200)를 위한 동작 중의 선택, 비교교정 단계(S100) 및 자가교정 단계(S200) 각각에 대해 일괄 수행할 것인지 아니면 각 단계의 세부 단계를 사용자 입력에 따라 순차 수행할 것인지를 정하는 선택 등을 할 수 있게 한다.
표준음원 처리부(220)는 자가교정 단계(S100)를 수행할 시에, 자가교정용 표준음원의 27단계 주파수 11단계 음압레벨의 순음 및 11단계 음압레벨의 핑크 노이즈를 순차적으로 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 입력하게 한다.
신호분석부(230)는 필터부(250)와 협동하여 순음 입력시 측정한 소음레벨과 순음의 기준 소음레벨 사이의 편차에 근거하여 주파수별 교정할 교정 필터의 필터값을 얻는 과정 및 핑크 노이즈 입력시 측정한 총합 소음레벨과 핑크 노이즈의 기준 총합 소음레벨 사이의 편차에 근거하여 교정 필터의 오프셋을 교정하는 과정을 담당한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 신호분석부(230)는 비교교정 단계(S100)를 수행할 시에 순음 입력시 측정한 소음레벨과, 핑크 노이즈 입력시 측정한 총합 소음레벨을 컴퓨터(500)에 전달하는 기능을 수행한다. 즉, 하기의 도 3에 도시한 바와 같이 비교교정은 스마트기기(100)를 표준 소음계(300)와 함께 방음부스(400) 내에 넣고, 컴퓨터(500)의 도움을 받아 교정 필터를 얻는다.
FFT부(240)는 사운드 카드(120)로부터 전달받는 음향 데이터를 FFT(fast Fourier transform)하여 필터부(250)에서 주파수 영역의 필터링이 가능하게 하고, 주파수 영역에서 비교 분석하게 하게 한다.
필터부(250)는 청감 보정 필터(weighting filter, 251), Product Filter(252) 및 Device Filter(253)를 구비하여, 사운드 카드(120)로부터 넘겨받는 음향 데이터에 대해 주파수 영역에서 청감 보정하거나 또는 교정하는 신호처리를 담당한다.
청감 보정 필터(weighting filter, 251)는 주파수별 A, C, Z 가중 모두를 선택적으로 수행할 수 있게 하여서, 스마트기기(100)의 여러 특성을 파악하는 이용하게 하는 것이 좋으며, 소음레벨 측정을 위해서라면 규정에 따라 A 가중만 가능하게 하는 것도 좋다. 한편, 청감 보정은 표준 주파수 가중 이외에 표준 지수 시간 가중을 포함할 수 있으며, 이때의 표준 지수 시간 가중은 주파수 영역이 아닌 시간 영역의 음향 데이터에서 미리 보정하게 하여도 좋다.
측정부(260)는 교정에 의해 교정 필터(Product Filter(252) 및 Device Filter(253))의 필터값이 확정된 필터부(250)와 협동하여 측정 단계(S30)를 수행하고, 이때 얻는 소음도를 기록한 로그 파일, 및 사운드 카드(120)로부터 넘겨받는 음향 데이터를 기록한 음향 파일을 메모리(140)에 저장한다.
이하, 비교교정 단계(S100) 및 자가교정 단계(S200)의 구체적인 실시 예를 설명한다.
< 비교교정 단계(S100) >
도 3은 표준 소음계(300), 방음부스(400) 및 컴퓨터(500)의 도움을 받아 비교교정하는 과정을 보여주는 도면으로서, 가능하면 정밀 소음계처럼 정교하게 교정된 표준 소음계(300)를 스마트기기(100)와 함께 방음부스(400)에 넣고, 스마트기기(100) 및 표준 소음계(300)를 컴퓨터(500)에 연결하며, 컴퓨터(500)에서 제공하는 비교교정용 표준음원을 등화기(430) 및 출력증폭장치(420)를 거쳐 방음부스(400) 내의 스피커(410)로 출력되게 한 후 스마트기기(100)에서 획득한 소음레벨과 표준 소음계(300)에서 획득한 소음레벨 사이의 편차에 따라 교정 필터를 얻게 되어 있다.
도 4는 스마트기기(100)에서 수음한 음향 신호의 신호처리 과정을 보여주는 도면으로서, 스피커(410)로 출력한 기준 음압레벨 Pref _ 1 의 표준음원 Sref _1 를 마이크로폰(121)에서 수음되게 하면, 마이크로폰(121)의 감도에 따른 왜곡, ADC(122)의 내부 구성에 의한 왜곡 및 사운드 카드(120)에서 스마트기기 소음계화 단계(S31)에 의해 기능 정지된 기능 이외의 잔류하는 Audio Effect 기능에 따른 왜곡을 받은 P3 음압레벨의 S3 음향 데이터를 애플리케이션(200)에서 받게 됨을 보여준다.
이와 같이 애플리케이션(200)에서 받는 음압레벨 P3 의 S3 음향 데이터를 FFT부(240)로 처리하여 주파수 영역의 음향 데이터 S4 를 얻어 필터부(250)로 넘기고, 신호분석부(230)는 필터부(250)에서 청감 보정 필터(251)로 청감 보정한 음향 데이터 S 의 소음레벨 SL를 획득하여 컴퓨터(500)에 전달한다.
그리고, 표준 소음계(300)도 마이크로폰을 통해 음향 신호의 전압을 감지하여 얻는 음압레벨을 청감 보정하여 기준 소음레벨을 얻은 후 컴퓨터(500)에 전달한다.
도 5 내지 도 7은 상기 도 3에 도시한 상태로 수행하는 비교교정 단계(S100)의 상세 순서도로서, 비교교정용 표준음원의 27단계 주파수 11단계 음압레벨 순음과 11단계 음압레벨 핑크 노이즈를 이용한 주파수별 교정 필터 획득단계(S110), 오프셋 교정단계(S120) 및 검증 단계(S130)의 순서로 이루어진다.
주파수별 교정 필터 획득단계(S110)는 1/3옥타브밴드 27단계 주파수를 순차적으로 선택하는 루프(S111, S111', S111")를 반복한다.
그리고, 각 루프 내에서는 선택한 주파수의 11단계 음압레벨 순음을 순차적으로 시간 간격을 두고 스피커(410)로 출력하는(S113) 서브 루프(S112, S112', S112")를 반복하면서, 스마트기기(100)의 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터의 소음레벨, 즉 측정 소음레벨을 획득하고(S114), 표준 소음계(300)의 마이크로폰을 통해 생성된 음향 데이터의 소음레벨, 즉 기준 소음레벨을 획득하여(S115) 양 소음레벨 간의 편차를 획득함으로써(S116), 측정 소음레벨과 기준 소음레벨 사이의 편차를 11단계 순음 음압레벨별로 획득하고(S116), 서브 루프를 완료한 시점에는, 편차가 균일한 순음 음압레벨 범위를 선별하고(S117) 선별한 순음 음압레벨 범위 내의 특정 소음레벨 편차로부터 교정을 위한 주파수 필터값을 얻는다(S118).
여기서, 측정 소음레벨은 해당 순음의 주파수 성분으로 한정할 수 있다. 물론, 표준 소음계에 의한 기준 소음레벨도 해당 순음의 주파수 성분으로 한정할 수 있다.
이와 같이 27단계 각 주파수 순음에 대한 루프를 반복함으로써, 27단계 주파수 순음별 필터값으로 된 교정 필터를 얻는다.
또한, 스마트기기에서 측정한 소음레벨과 표준 소음계에서 측정한 기준 소음레벨 사이의 편차에 따라 선별한 순음별 적정 음압레벨 범위로부터 스마트기기의 특성을 파악할 수 있다. 즉, 스마트기기를 소음계로 사용함에 있어서 측정 소음도의 정확성을 보장하는 주파수 범위를 얻게 된다.
실험적으로 확인한 결과, 27단계 주파수 순음별로 편차가 상대적으로 크게 나타나는 주파수 영역은 최저 소음레벨 또는 최대 소음레벨에서 부분적으로 나타나고, 이외에서는 편차가 균일하여 어느 한 음압레벨을 임의로 선택하여 소음레벨 편차에 따라 필터값을 얻어도 된다.
오프셋 교정단계(S120)는 11단계 음압레벨의 핑크 노이즈를 순차적으로 시간 간격을 두고 스피커(410)로 출력하는(S122) 루프(S121, S121', S121")를 반복하며, 스마트기기(100)에서 총합 소음레벨, 즉 측정 총합 소음레벨을 획득하고(S123), 표준 소음계(300)에서 총합 음압레벨, 즉 기준 총합 음압레벨을 획득하여(S124) 양 총합 소음레벨 간의 편차를 획득함으로써(S125), 측정 총합 소음레벨과 기준 총합 소음레벨 사이의 편차를 11단계 핑크 노이즈 음압레벨별로 획득하고, 루프를 완료한 시점에는, 편차가 균일한 핑크 노이즈 음압레벨의 범위를 선별하고(S126) 선별한 음압레벨 범위 내의 특정 소음레벨 편차를 상기 주파수별 교정 필터 획득단계(S110)에서 얻은 교정 필터에 적용하여 오프셋(offset) 교정한 Product Filter(252)를 얻는다(S127).
여기서, 각 핑크 노이즈 음압레벨별 총합 소음레벨은 전 대역 주파수 성분을 갖는 핑크 노이즈의 소음레벨이라서, 순음별 소음레벨과 구분하기 위해 사용한 용어이다.
오프셋 교정의 의미는 개개 필터값을 조절하는 것이 아니라 교정 필터의 전체 레벨을 조절하는 것이다.
실질적으로, 총합 소음레벨의 편차가 균일한 핑크 노이즈 음압레벨의 범위는 주파수 순음별 음압레벨의 범위가 반영된 범위로 정해진다고 하겠다.
이와 같이 오프셋(offset) 교정하여 얻는 Product Filter(252)는 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 음향 왜곡을 교정하는 필터가 된다. 물론, Product Filter(252)의 주파수별 필터값은 해당 주파수에 교정할 량으로서 데시벨(dB)로 기록 사용할 수 있다.
도 8은 25~10,000Hz 범위 내에서 1/3 옥타브밴드의 주파수 순음별 필터값을 갖는 Product Filter(252)에 대해서 각 주파수 순음별 필터값을 데시벨(dB)로 표시한 그래프로서, 8개 모델별로 표시한 그래프를 살펴보면 저주파 대역과 고주파 대역에서 모델별로 차이가 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
검증단계(S130)는 상기 오프셋 교정단계(S120)에서 얻는 Product Filter(252)가 KS C IEC 61672-1에서 규정한 클래스 2를 만족하는 지를 검증하는 단계로서, Product Filter(252)로 교정하여 얻는 소음레벨과 표준 소음계(300)로 얻는 기준 소음레벨 사이의 편차가 주파수별로 규정한 클래스 2의 허용 한도값을 만족하지 지를 검증한다.
도 7을 참조하며 구체적으로 설명하면, 먼저, 각 주파수 순음별로 선정한 음압레벨 범위 내에서 3개 단계의 순음 음압레벨을 선정하거나 아니면 핑크 노이즈에 대해 선정한 음압레벨 범위 내에서 3개 단계의 음압레벨을 순음 음압레벨에 적용한다. 1개 또는 2개 단계 음압레벨만 선정하여 적용하는 것도 가능하겠지만, 정밀한 교정을 위해서 적어도 3개 단계를 선정 적용하고, 보다 정밀한 검증을 위해 3개 단계보다 많은 단계를 사용하여도 좋다. 11단 음압레벨를 모두 사용하는 것도 가능하다.
그리고, 이와 같이 정한 3개 음압레벨별로 반복 루프를 수행하여(S131, S131', S131") 클래스 2를 모두 만족하면 최종적으로 사용할 Product Filter(252)로 확정하고, 어느 한 음압레벨이라도 클래스 2를 만족하지 못하면 상기 주파수별 교정 필터 획득단계(S110) 및 오프셋 교정단계(S120)로 이루어지는 과정을 다시 수행하여 만족할 때까지 반복 수행한다.
음압레벨별 클래스 2의 만족 여부는 해당 루프의 음압레벨을 갖는 27단계 주파수 순음을 서브 반복 루프(S132, S132', S132")에 의해 시간 간격을 두고 순차적으로 스피커로 출력하면서(S133), 스마트기기(100)에서 Product Filter(252)에 의해 교정한 소음레벨을 측정하고(S134), 표준 소음계(300)에서 기준 소음레벨을 측정하여(S135) 스마트기기(100)의 교정된 측정 소음레벨과 표준 소음계(300)의 기준 음압레벨 사이의 편차를 산정함으로써(S136), 27단계 주파수 순음별 소음레벨 편차를 얻고, 이후, 클래스 2의 주파수별 허용 한도값을 만족하는 지를 판단한다(S137).
여기서, 스마트기기(100)에서 애플리케이션(200)에 의해 측정하는 소음레벨은 마이크로폰(121)에서 수음함에 따라 사운드 카드(120)로부터 입력되는 음향 데이터를 FFT한 후 상기 Product Filter(252)로 필터링하여 얻는 교정된 소음레벨이다.
도 9는 KS C IEC 61672-1에서 정한 클래스2의 허용 한도값(2-1, 2-2) 및 클래스1의 허용 한도값(1-1, 1-2)이 표시된 그래프 상에, 스마트기기(100)의 모델별 소음레벨 편차를 얻어 표시한 도면으로서, 모델별로 차이가 크고, 몇개의 모델에서는 클래스 2를 거의 만족함을 확인할 수 있다. 클래스 2를 만족하지 못한 모델 또는 클래스 2를 만족하지만 일부 주파수대에서 오차가 있는 모델의 경우도 반복 교정 및 더욱 세밀한 교정에 의해서 또는 환경적 요인에 의한 노이즈 또는 스마트기기(100)의 동작에 따른 노이즈를 최소화하는 조건하에 교정하여서 클래스 2를 만족하게 할 수 있을 것이다.
클래스 1은 클래스 2에 비해 허용 한도값이 상대적으로 좁아, 어느 모델도 만족하지는 아니하였고, 일부 모델의 특정 스마트기기에서 만족하는 경우도 있었지만, 반복 교정, 더욱 세밀한 교정, 및 노이즈 최소화 조건에 의해서 달성할 것으로 기대된다.
이상에서 설명한 비교교정 단계(S100)에서 얻은 Product Filter(252)는 스마트기기(100)의 모델별로 획득한 후 애플리케이션(200)에 넣어두어, 애플리케이션(200)을 스마트기기(100)에 설치 실행할 시에 모델에 맞는 필터를 사용하게 하는 방식, 아니면, 애플리케이션(200)을 설치할 시에 애플리케이션(200)이 연결되는 서버에서 스마트기기(100)의 모델에 맞는 필터를 선별하여 필터부(250)에서 사용되도록 스마트기기(100)에 저장하는 방식으로 이용된다.
< 자가교정 단계(S200) >
상기 자가교정 단계(S200)는 상기 비교교정 단계(S100)의 수행에 따른 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 음향 왜곡을 교정하는 Product Filter(252)를 스마트기기(100)의 모델에 맞게 사용하게 하는 것과는 별도로, 동일 모델이더라도 스마트기기(100)별로 사운드 카드(120)에 의한 음향 왜곡의 차이를 교정하기 위한 Device Filter(253)를 생성하는 단계로서, Product Filter(252) 및 Device Filter(253)로 순차 필터링하는 필터를 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 음향 왜곡을 교정하는 교정 필터로 사용되게 한다.
도 10은 자가교정용 표준음원을 이용한 자가교정하는 중의 스마트기기(100)를 블록구성도로 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 자가교정 단계(S200)의 상세 순서도이다.
도 10을 참조하면, 사전에 저장하여 둔 기준 음압레벨 Pref _ 2 의 자가교정용 표준음원 Sref _ 2 를 사운드 카드(120)의 입력단, 즉, ADC(122) 출력신호 입력단에 입력하여 사운드 카드(120)에 잔류하는 Audio Effect 기능에 의해 왜곡된 P1 음압레벨의 S1 음향 데이터를 애플리케이션(200)이 전달받고, 애플리케이션(200)은 전달받은 음향 데이터를 FFT부(240)로 처리하여 주파수 영역의 음향 데이터를 얻어 필터부(250)로 넘긴다.
그리고, 애플리케이션(200)의 신호분석부(230)는 청감 보정한 데이터 S3 를 상기 Product Filter(252)으로 필터링하여 얻는 S 음향 데이터의 소음레벨 SL(Product Filter에 의해 교정된 소음레벨)을 획득하여 기준 소음레벨과의 편차에 따라 Device Filter(253)를 획득하며, 도 11 및 도 12를 참조하며 구체적인 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
상기 자가교정 단계(S200)는 주파수별 교정 필터 획득단계(S210) 및 오프셋 교정단계(S220)로 이루어져서, 상기 비교교정 단계(S200)의 주파수별 교정 필터 획득단계(S110) 및 오프셋 교정단계(S120)와 유사하지만, 자가교정용 표준음원의 27단계 주파수 11단계 음압레벨 순음과 11단계 음압레벨 핑크 노이즈를 이용하고, 그 표준음원을 사전에 저장하여 두고 자가교정할 시에 사운드 카드(120)에 직접 입력하며, 사운드 카드(120)의 출력 음향 데이터를 청감 보정 및 상기 Product Filter(252)에 의한 교정을 수행한 소음압레벨을 측정하고, 사전에 저장하여 둔 표준음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 필터값을 얻는다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 주파수별 교정 필터 획득단계(S210)는 27단계 주파수를 순차적으로 선택하는 루프(S211, S211', S211")를 반복한다.
그리고, 각 루프 내에서는 선택한 주파수의 11단계 음압레벨 순음을 순차적으로 시간 간격을 두고 사운드 카드(120)에 직접 입력하는(S213) 서브 루프(S212, S212', S212")를 반복하면서, 사운드 카드(120)로부터 전달받는 음향 데이터를 청감 교정 필터(251) 및 Product Filter(252)에 의해 보정 및 교정하여 얻는 음향 데이터의 소음레벨, 즉 측정 소음레벨을 획득하고(S214), 사운드 카드(120)에 입력한 순음의 기준 소음레벨, 즉 저장하여 둔 기준 소음레벨을 선택한 후(S215) 양 소음레벨 간의 편차를 획득함으로써(S216), 측정 소음레벨과 기준 소음레벨 사이의 편차를 11단계 순음 음압레벨별로 획득하고(S216), 서브 루프를 완료한 시점에서, 소음레벨 편차가 균일한 순음 음압레벨 범위를 선별하고(S217) 선별한 순음 음압레벨 범위 내의 특정 소음레벨 편차로부터 교정을 위한 주파수 필터값을 얻는다(S218). 편차가 균일한 순음 음압레벨 범위는 비교교정 단계(S100)에서 얻은 바 있으므로, 여기서는 생략하게 하여도 좋다. 또한, 측정 소음레벨은 해당 순음의 주파수 성분으로 한정하여도 좋다.
이에 따라, 27단계 주파수 순음별 필터값으로 된 교정 필터를 얻는다.
다음으로, 상기 오프셋 교정단계(S220)는 11단계 음압레벨의 핑크 노이즈를 순차적으로 시간 간격을 두고 사운드 카드(120)에 직접 입력하는(S222) 루프(S221, S221', S221")를 반복하면서, 사운드 카드(120)의 출력 음향 데이터를 청감 보정 필터(251) 및 Product Filter(252)에 의해 보정 및 교정하여 얻는 음향 데이터의 소음레벨, 즉 측정 총합 소음레벨을 획득하고(S223), 사운드 카드(120)에 입력한 핑크 노이즈의 총합 소음레벨 즉 저장하여 둔 기준 총합 소음레벨을 선택한 후(S224) 양 소음레벨 간의 편차를 획득함으로써(S225), 측정 총합 소음레벨과 기준 총합 소음레벨 사이의 편차를 11단계 핑크 노이즈 음압레벨별로 획득하고, 루프를 완료한 시점에는, 총합 소음레벨 편차가 균일한 핑크 노이즈 음압레벨의 범위를 선별하고(S226) 선별한 음압레벨 범위 내의 특정 소음레벨 편차를 상기 주파수별 교정 필터 획득단계(S210)에서 얻은 교정 필터에 적용하여 오프셋(offset) 교정한 Device Filter(253)를 얻는다(S227). 마찬가지로 여기서도 음압레벨 범위는 상기 비교교정 단계(S100)에서 얻은 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 자가교정 단계(S200)를 수행하여 스마트기기(100) 별로 음향 왜곡이 상이한 사운드 카드(120)를 추가 교정하는 Device Filter(253)를 얻음으로써, Product Filter(252) 및 Device Filter(253)로 이루어지는 교정 필터를 이용하여 개개 스마트기기(100)를 정밀한 소음계로 사용할 수 있게 하며, Device Filter(253)는 개개 스마트기기(100) 사용자가 도 3에 도시한 장치 없이도 쉽게 업데이트할 수 있어 시간 경과에 따라 사운드 카드(120)의 왜곡 특성이 변동하더라도 스스로 교정하여서, 평상시에도 소음도를 정확하게 측정할 수 있게 한다.
상술한 바와 같이 자가교정 단계(S200)에서는 비교교정 단계(S100)의 검증단계(S130)에 대응하는 검증단계가 없는 것으로 설명하였으나, 저장하여 둔 기준 소음레벨을 이용하여 검증단계를 수행하여도 좋다. 그렇지만, 자가교정 단계(S200)는 외부 환경 요인에 의한 영향을 실질적으로 받지 않는 사운드 카드(120)에 대한 추가 교정이므로, 검증단계를 생략하는 것으로 설명하였다.
한편, 비교교정 단계(S100)는 상기 컴퓨터(500)의 기능을 애플리케이션(200)에 구현하여서, 표준 소음계(300)와 함께 방음부스(400)내에 둔 상태에서 표준 소음계(300)에서 측정한 기준 음압레벨을 전달받게 하고, 비교교정용 표준음원을 스피커(410)로 출력되게 하며 수행하게 할 수도 있다. 즉, 컴퓨터(500)의 도움 없이도 가능하다.
다른 실시 예로서, 상기 자가교정 단계(S200)는 애플리케이션(200)에서 Product Filter(252)로 필터링하기 이전의 음향 데이터, 즉, 사운드 카드(120)에서 전달받는 음향 데이터의 소음레벨을 얻어 사운드 카드(120)의 음향 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 얻게 하여도 좋다. 이럴 경우, Product Filter(252)와 Device Filter(253) 간의 편차를 얻어 마이크로폰(121) 및 ADC(122)에 의한 음향 왜곡을 교정하기 위한 필터를 얻고, 이때 얻은 필터로 Product Filter(252)를 대체 사용하게 한다. 이 경우, 소음도를 측정할 시에는 Device Filter(253) 및 Product Filter(252)의 순서로 필터링하게 하는 것이 좋다.
또 다른 실시 예로서, 비교교정 단계(S100) 및 자가교정 단계(S200)는 사운드 카드(120)로부터 전달받는 음향 데이터를 FFT 및 청감보정한 후 소음레벨을 측정하여 측정 소음레벨과 기준 소음레벨 사이의 편차에 따른 교정 필터를 얻었으나, 대신에, 청감 보정하기 이전 음향 데이터의 음압레벨을 측정하고, 표준 음원의 기준 음압레벨(즉 청감보정하지 아니한 표준 음원의 음압레벨)과의 편차에 따라 교정 필터를 얻게 할 수도 있다. 이 경우, 소음 측정에 교정 필터를 사용할 시에는 청감 보정한 후 교정 필터로 필터한 음향 데이터에 대해 소음도를 측정하는 것이 좋다.
100 : 스마트기기
110 : 프로세서
120 : 사운드 카드 121 : 마이크로폰 122 : ADC
123 : 스피커 124 : DAC
130 : 사용자 인터페이스 140 : 메모리
150 : 카메라 모듈 160 : 통신모듈
200 : 애플리케이션
210 : 동작모드 결정부 220 : 표준음원 처리부
230 : 신호분석부 240 : FFT부
250 : 필터부 251 : 청감 보정 필터
252 : Product Filter 253 : Device Filter
300 : 표준 소음계(standard sound level meter)
400 : 방음부스
500 : 컴퓨터

Claims (13)

  1. 스마트기기(100)에서 실행되어 마이크로폰(121), ADC(Analog-Digital converter, 122) 및 사운드 카드(120)를 이용한 소음계 기능을 하는 애플리케이션(200)에 의해 이루어지는 스마트기기 소음 측정 방법에 있어서,
    스마트기기(100)의 Audio Effect 기능 중에 애플리케이션(200)으로 제어 가능한 기능을 기능 정지시키는 스마트기기 소음계화 단계(S21); 및 사전에 준비한 표준 음원에 의해 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터를 청감 보정 필터(251)로 보정하여 소음레벨을 얻은 후 상기 표준 음원의 기준 소음레벨과 비교 분석하여서, 표준 음원의 왜곡을 보상하는 교정 필터를 획득하는 교정 필터 획득 단계(S22); 를 포함하는 교정 단계(S20);
    스마트기기(100)의 Audio Effect 기능 중에 애플리케이션(200)으로 제어 가능한 기능을 기능 정지시키는 스마트기기 소음계화 단계(S31); 및 마이크로폰(121)에서 수음되어 사운드 카드(120)에서 출력되는 음향 데이터를 청감 보정 필터(251) 및 상기 교정 필터에 의해 보정 및 교정한 음향 데이터로부터 소음도를 측정하는 소음도 측정 단계(S32); 를 포함하는 측정 단계(S30); 를 포함하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 필터 획득 단계(S22)는
    사전 저장하여 둔 표준 음원을 상기 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하여 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 상기 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 획득하는 자가 교정단계(S200)를 포함하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 필터 획득 단계(S22)는
    표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 하여 사운드 카드(120)로 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Product Filter(252)를 획득하는 비교 교정단계(S100)를 포함하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 필터 획득 단계(S22)는
    표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 하여 사운드 카드(120)로 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Product Filter(252)를 획득하는 비교 교정단계(S100); 및
    사전 저장하여 둔 표준 음원을 상기 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하여 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득한 후 상기 Product Filter(252)로 교정하는 소음레벨과 표준 음원의 기준 소음레벨 사이의 편차에 따라 상기 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 획득하는 자가 교정단계(S200); 를 포함하여서,
    상기 교정 필터는 상기 Product Filter(252) 및 Device Filter(253)로 순차 필터링하는 필터로 되는 스마트기기 소음 측정 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 필터 획득 단계(S22)는
    표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 하여 사운드 카드(120)로 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득하여 표준 음원의 기준 소음레벨과의 편차에 따라 마이크로폰(121), ADC(122) 및 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Product Filter(252)를 획득하는 비교 교정단계(S100)를 사전에 수행하여, Product Filter(252)를 사전에 저장하여 둔 상태에서,
    사전 저장하여 둔 표준 음원을 상기 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하여 얻는 음향 데이터로부터 소음레벨을 획득한 후 상기 Product Filter(252)로 교정하는 소음레벨과 표준 음원의 기준 소음레벨 사이의 편차에 따라 상기 사운드 카드(120)에 의한 표준 음원의 왜곡을 보상하는 Device Filter(253)를 획득하는 자가 교정단계(S200); 를 포함하여서,
    상기 교정 필터는 상기 Product Filter(252) 및 Device Filter(253)로 순차 필터링하는 필터로 되는 스마트기기 소음 측정 방법.
  6. 제 3항, 제 4항 및 제 5항 중에 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 비교 교정단계(S100)는
    스마트기기(100)와 동일 환경 하에 표준 음원으로 만든 소리를 입력받는 표준 소음계(300)에서 측정한 소음레벨을 기준 소음레벨로 하여 Product Filter(252)를 획득하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  7. 제 2항, 제 4항 및 제 5항 중에 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 자가 교정단계(S200)에서 사운드 카드(120)의 ADC(122) 출력신호 입력단에 직접 입력하게 할 표준 음원은
    표준 음원으로 만든 소리를 마이크로폰(121)으로 수음하게 한 후 ADC(122)를 경유하여 얻게 된 음원 데이터로 하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 필터 획득 단계(S22)는
    1/3 옥타브밴드의 각 중심 주파수 순음을 음압레벨을 단계적으로 가변시킨 1/3 옥타브밴드 표준 음원에 의해 각 중심 주파수 순음별로 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터의 소음레벨을 획득한 후 순음 음압레벨별 기준 소음레벨과의 편차가 균일한 구간 내에서 각 중심 주파수 순음별 교정 필터를 획득하는 주파수별 교정 필터 획득단계(S110); 및
    핑크 노이즈 표준 음원에 의해 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터의 소음레벨과 핑크 노이즈 표준 음원의 기준 소음레벨 사이의 편차에 따라 각 중심 주파수 순음별 교정 필터의 전체 레벨을 교정하는 오프셋 교정단계(S120);를 포함하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 교정 필터 획득 단계(S22)는
    상기 오프셋 교정단계(S120) 이후, 1/3 옥타브밴드의 각 중심 주파수 순음에 의해 사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터를 청감 보정 필터(251)로 필터링한 후 교정 필터로 필터링하여 얻는 음향 데이터의 소음레벨을 기준 소음레벨과 비교하여 편차가 주파수별로 규정된 허용 한도값을 만족하지 아니하는 경우, 상기 주파수별 교정 필터 획득단계(S110) 및 오프셋 교정단계(S120)로 이루어지는 과정을 적응 알고리즘으로 반복 수행하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    사운드 카드(120)의 Audio Effect 기능 중에 제어 가능한 기능은
    Acoustic Echo Canceler, Automatic Gain Control, bass boost effect, environmental reverberation effect, equalizer effect, Loudness Enhancer, Noise Suppressor, preset reverberation effect 및 virtualizer effect 중에 적어도 어느 하나를 포함하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 단계(S20)는
    상기 표준 음원은 25~10,000Hz 범위 내의 27단계 1/3옥타브밴드 중심 주파수 및 30~130dB 범위 내의 11단계 음압레벨을 갖는 순음과, 25~10,000Hz 범위를 갖고 30~130dB 범위 내의 11단계 음압레벨을 갖는 핑크 노이즈를 포함하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 단계(S20)는
    사운드 카드(120)에서 생성 출력되는 음향 데이터의 음압레벨을 표준 음원의 기준 음압레벨과 비교 분석하여 편차에 따라 교정 필터를 획득하는 스마트기기 소음 측정 방법.
  13. 스마트기기에 설치 결합되어 제 1항 내지 제 5항, 및 제 8항 내지 제 12항 중에 어느 하나의 항에 기재된 스마트기기 소음 측정 방법을 실행시키기 위해 매체에 저장된 애플리케이션.
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