KR102144810B1 - 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템 - Google Patents

구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템 Download PDF

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이정권
조완호
정인지
세바스티안 로페즈 메히아
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한국과학기술원
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Abstract

구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 음향 방사 및 양방향 교신 시스템은 음향이 외부 공간에 출력되도록 하는 음향 출력부; 외부 공간에서 발생되는 음향 신호의 음원 위치를 추적하는 음원 위치 추적 연산부; 및 위치 추적 결과에 따른 음원 위치 또는 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 하는 음원 제어부;를 포함한다. 이에 의해, 모든 방향에 대해서도 균일한 제어 자유도를 가지며, 각각 점음원의 크기와 위상을 제어하여 음향의 전달 범위 및 전달 방향을 제어할 수 있다. 또한, 특정 사용자로부터 음향 신호를 수신하면, 수신된 음향 신호의 음원 위치를 추적하여, 특정 사용자를 향해 음향을 전달하는 양방향 교신을 제공할 수 있어, 현장 상황의 변화에 능동적이고 적합한 운영을 가능하며, 긴급 상황 발생시 신속하고 효과적으로 대응하도록 할 수 있다.

Description

구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템{Sound radiation and interactive communication system using point source acoustic array figured in sphere or truncated sphere}
본 발명은 음향 방사 및 양방향 교신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템에 관한 것이다.
대부분의 음향 시스템은 소리를 멀리 전달하는 것을 기본적인 목적으로 한다. 그러나 단순히 음압(sound pressure)을 높이는 방법의 경우, 잔향의 증가로 인한 어음 인지도(speech intelligibility)나 음질(sound quality)이 저하되는 문제가 발생한다. 이는 어느 공간에서의 음환경(soundscape)을 녹음해서 타 공간으로 재현하는 가상 음향장(virtual acoustic field) 구현에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 영역별로 제공하고자 하는 음향 정보가 다른 경우가 많기 때문에, 서로 다른 음향 정보의 간섭을 최소화 하도록 지향성이 높은 음원을 이용하는 것이 일반적으로 필요하다.
일반적으로 지향성 음원으로는 음향 혼(horn)을 이용하거나 선형 배열된 라우드 스피커 어레이를 이용하는데, 이와 같은 방식에서는 한 개의 시스템당 담당하는 음향 정보 전달 영역이 하나씩만 정해지게 되어서, 대상 영역과 제공할 정보가 다수인 경우에는 영역별로 시스템을 추가하는 방식을 이용해 제어 영역을 늘리거나 분할한다.
이에 따라, 영역간의 간섭을 줄이기 위해서는 고지향성을(highly directive) 갖는 시스템이 많이 사용되므로, 공간의 특성이나 목적이 시간이나 경우에 따라 바뀌면 다시 새롭게 시스템 구성을 설계하여야 하는 문제를 내재하고 있고, 시스템 가격이 높아지는 문제점이 존재한다.
또한, 종래에는 저주파수부터 고주파수를 망라하는 스피커의 조합으로 이루어진 구형의 음원 어레이를 이용하여 주파수 별로 다양한 형태의 방사 특성을 갖는 음원 모듈을 구현하고, 이를 이용하여 임의의 크기와 위상의 방사 특성을 갖는 실제 음원을 세밀히 모사하여 실감나는 음장을 구현할 수 있는 음향 재현 시스템이 제안되었다.
그러나 이러한 음향 재현 시스템은 일반 스피커 시스템과 같이 내부공간을 차지하게 되어 음향 성능을 높이기 위해서는 스피커의 개수가 늘어날수록 공간효율성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
한편, 음향 정보를 청자들에게 전달하기 위한 기존의 음향 방사 시스템은 정해진 방향과 영역에 음향을 효율적으로 정확히 전달하기 위한 지향성 음원(10)을 사용하고 있으며, 도 1에 예시된 바와 같이 혼을 이용하거나 선형으로 배열된 다수의 스피커를 이용한 어레이를 채택하고 있으나, 전달 영역이 고정되어, 전달 범위 및 방향을 임의로 설정하거나 변경하기 어렵고, 단방향 시스템으로, 청자들에게 음향 정보를 전달하는 역할만을 수행할 뿐, 청자들로부터 음원 정보를 수신하지 못해 그 한계가 존재한다.
따라서, 입체 음향감을 제공할 수 있으면서 공간 활용을 통해 청취 공간의 제약을 줄이고, 특정 사용자로부터 음원을 수신하면, 수신된 음원 위치를 추적하여, 특정 사용자를 향해 음향을 전달하는 양방향 교신을 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 스피커와 연결된 작은 직경의 도파관을 구형 혹은 잘린 구형의 표면에 촘촘히 배치된 원격 음원 구조를 이용하고, 각각 점음원의 크기와 위상을 제어하여 음향의 전달 범위 및 전달 방향을 제어할 수 있는 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 구형 혹은 잘린 구형의 표면에 마이크로폰 어레이가 마련되어, 특정 사용자로부터 음향 신호를 수신하면, 수신된 음향 신호의 음원 위치를 추적하여, 특정 사용자를 향해 음향을 전달하는 양방향 교신이 가능한 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 음향 방사 및 양방향 교신 시스템은, 음향이 외부 공간에 출력되도록 하는 음향 출력부; 외부 공간에서 발생되는 음향 신호의 음원 위치를 추적하는 음원 위치 추적 연산부; 및 위치 추적 결과에 따른 음원 위치 또는 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 하는 음원 제어부;를 포함한다.
그리고 음향 출력부는, 음향을 출력시키는 음원; 음원으로부터 전달된 음향을 외부 공간에 방사시키는 음향방사체; 및 음원과 음향방사체 사이에 마련되어, 음원으로부터 발생된 음향이 음향방사체에 전달되도록, 종단이 음향방사체의 내주면에 연결되는 도파관;을 포함할 수 있다.
또한, 음원은, 외부에 노출되는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 체적이 최소화되도록, 음향방사체와 분리된 별도의 공간에 마련될 수 있다.
그리고 음향방사체는, 외부 공간에 출력되는 음향의 방사가 모든 방향을 향해 균일한 제어 자유도를 갖도록, 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성될 수 있다.
또한, 음향방사체는, 도파관이 다중 구조로 형성되는 경우, 다중 도파관과 개별적으로 연결되는 각각의 연결지점의 면적이 동일하게 형성되고, 각각의 연결지점 간의 간격이 균일하게 배치되도록 할 수 있다.
그리고 음향 출력부는, 도파관 자체의 길이에 의해 발생하는 공명주파수가 저감되도록 하는 제1 제어 필터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 음원 위치 추적 연산부는, 음원 추적 및 교신을 위해, 복수의 마이크로폰으로 구성되는 마이크로폰 어레이를 포함하고, 마이크로폰 어레이는, 음향방사체가 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성되는 경우, 각각의 마이크로폰이 음향방사체의 외주면에 배치될 수 있다.
그리고 마이크로폰 어레이는, 음원 추적 및 교신이 모든 방향을 향해 균일하게 이뤄지도록, 음향방사체의 외주면에 배치되는 각각의 마이크로폰의 간격이 균일하게 배치되도록 할 수 있다.
또한, 음원 위치 추적 연산부는, 빔포밍 기술을 적용하여, 각각의 마이크로폰 중 음원이 감지되는 하나 이상의 마이크로폰을 선별하고, 감지된 음원의 도달각(angle of arrival)을 추정하여, 음원 위치를 추적하는 음원 추적 연산 모듈;을 더 포함할 수 있다.
그리고 음원 위치 추적 연산부는, 교신을 수행하는 경우, 위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부에 의해 지정된 특정 방향에 대응되는 하나 이상의 마이크로폰에 의해 감지된 음성 또는 음원에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)가 향상되도록 하는 공간 필터;를 더 포함할 수 있다.
그리고 음원 제어부는, 위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부에 의해 지정된 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 하는 제2 제어 필터;를 포함할 수 있다.
또한, 제2 제어 필터는, 도파관이 다중 구조로 형성되고, 음향방사체가 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성되는 경우, 빔포밍 기술을 적용하여 위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부에 의해 지정된 특정 방향에 대응되는 하나 이상의 도파관을 선별하고, 선별된 도파관의 종단과 연결된 음향방사체의 연결지점을 통해, 음향이 방사되도록 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 모든 방향에 대해서도 균일한 제어 자유도를 가지며, 각각 점음원의 크기와 위상을 제어하여 음향의 전달 범위 및 전달 방향을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 특정 사용자로부터 음향 신호를 수신하면, 수신된 음향 신호의 음원 위치를 추적하여, 특정 사용자를 향해 음향을 전달하는 양방향 교신을 제공할 수 있어, 현장 상황의 변화에 능동적이고 적합한 운영을 가능하며, 긴급 상황 발생시 신속하고 효과적으로 대응하도록 할 수 있다.
도 1은 기존의 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 방사 음향 지향성의 설명에 제공된 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 설명에 제공된 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 제공된 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 방사 음향 지향성 제어의 설명에 제공된 도면,
도 5는 구형으로 구현된 음향방사체가 예시된 도면,
도 6은 잘려진 구형으로 구현된 음향방사체가 예시된 도면,
도 7은 표면이 가상의 구면으로 구현된 음향 출력부가 예시된 도면,
도 8 내지 도 9는 도파관을 이용하여 구현된 점음원의 방사 특성의 설명에 제공된 도면,
도 10은 도파관으로 구현된 점음원 4개를 이용하여 3극 음원을 구현한 실시예에 대한 음향 실측 결과가 예시된 도면,
도 11은 제1 제어필터가 적용되기 이전의 점음원의 방사 신호의 주파수 특성이 예시된 도면, 그리고
도 12는 제1 제어필터가 적용된 이후의 점음원의 방사 신호의 주파수 특성이 예시된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 또는 잘려진 구형의 점음원 어레이를 이용한 음향 방사 및 양방향 교신 시스템(이하에서는 '음향 방사 및 양방향 교신 시스템'으로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 제공된 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 방사 음향 지향성 제어의 설명에 제공된 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음향 방사 및 양방향 교신 시스템은, 이상적인 점음원을 모사한 개별 음원을 음향 방사체 표면에 균일하게 배치하여, 각각 점음원의 크기와 위상을 제어하여 음향의 전달 범위 및 전달 방향을 제어할 수 있으며, 특정 사용자로부터 음향 신호를 수신하면, 수신된 음향 신호의 음원 위치를 추적하여, 특정 사용자를 향해 음향을 전달하는 양방향 교신을 수행할 수 있다.
이를 위해, 본 음향 방사 및 양방향 교신 시스템은, 음향 출력부(100), 음원 위치 추적 연산부(200) 및 음원 제어부(300)로 구성될 수 있다.
음향 출력부(100)는, 음향이 외부 공간에 출력되도록 하되, 모든 방향에 대하여 점음원을 균일하게 배치하여, 방사가 이루어지도록 할 수 있으며, 도 4에 예시된 바와 같이 각각 점음원의 크기와 위상을 제어하여 음향의 전달 범위 및 전달 방향을 지정할 수 있다.
이를 위해, 음향 출력부(100)는, 음향을 발생시키는 음원(110), 음원(110)으로부터 전달된 음향을 외부 공간에 방사시키는 음향방사체(120), 음원(110)으로부터 발생된 음향이 음향방사체(120)에 전달되도록 하는 도파관(130), 음원 신호가 증폭되도록 하는 파워앰프(140) 및 도파관(130) 자체의 길이에 의해 발생하는 공명주파수가 저감되도록 하는 제1 제어 필터(150)를 포함할 수 있다.
음원(110)은, 음향을 외부로 방사시킴으로써 외부 공간에 음향을 발생시키는 수단으로서, 발생된 음향이 도파관(130)을 통해, 음향방사체(120)에 음향이 전달되도록 할 수 있다.
일 예를 들면, 음원(110)은, 음향의 방사 위치가 음향방사체(120)의 구면상에 배치되도록, 모든 음원(110)이 가용 유효 주파수 내에서 점음원(point source)화 되도록 구현될 수 있다. 이를 통해, 음향 출력 시 지향 특성의 제어를 용이하게 하고, 성능을 극대화할 수 있다.
또한, 음원(110)은 실제로 외부에 노출되는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 체적이 최소화되도록, 천정 안쪽과 같이 음향방사체(120)와 분리된 별도의 공간에 마련될 수 있다.
음향방사체(120)는, 도 5 내지 도 6에 예시된 바와 같이 구형, 반구형 또는 잘린 구형(truncated sphere)의 형태로 형성되어, 모든 방향에 대하여, 점음원의 분포를 균일하게 하여, 지향성 제어의 자유도를 최대화할 수 있다.
도파관(130)은 음원(110)과 음향방사체(120) 사이에 마련되어, 음원(110)으로부터 출력된 음향이 음향방사체(120)에 전달되도록, 종단이 음향방사체(120)의 내주면에 연결될 수 있다.
즉, 도파관(130)은, 전체 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 소형화를 위하여, 또 주어진 크기의 구형 시스템에 대해 가능한 한 많은 음원(110)을 배치하기 위해, 실제 전기-음향 구동부나 스피커는 직경이 같거나 약간 작은 도파관(130)으로 연결하여 도파관(130)의 종단이 연결지점(121)에 해당하는 구의 표면에 배치되는 원격 음원(110) 구조를 채택할 수 있다.
이때, 도파관(130)의 종단의 직경이 작아서 대부분의 유효 주파수에 대해 점음원으로 방사가 되며, 구면 혹은 잘린 구면 상에 촘촘히 배치되어 매우 균일한 방사 전달(uniform sound transfer)이 가능하다.
일 예를 들면, 도 5 내지 도 6에 예시된 바와 같이 도파관(130)은 다중 구조로 형성될 수 있으며, 이때, 다중 도파관(130)의 종단은 음향방사체(120)의 내주연으로부터 외부를 향해 관통되는 연결지점(121)에 개별적으로 연결될 수 있다.
연결지점(121)은, 도파관(130)의 종단에 연결되어, 실제적으로 점음원(point source)화된 음원(110)의 출력단 역할을 수행하기 때문에, 개수가 많으면 제어의 자유도가 증가하고 더 높은 지향성을 얻을 수 있으며, 연결지점(121)의 면적이 동일하고, 각각의 연결지점(121) 간의 간격은 균일하게 배치되는 것이 효율적이다.
또한, 천정이나 벽에 밀착시키는 경우에는 도 6에 예시된 바와 같이 음향방사체(120)가 반구형 또는 잘린 구형의 형태로 형성되는 것이 효과적이다.
그리고 다중 도파관(130)의 종단은 도 7에 예시된 바와 같이 가상의 표면상에 배치하는 것이 가능하다.
또한, 연결지점(121)을 통해 음향이 방사되는 경우에 실측된 단일 음원(110)의 음향 방사 특성은 도 8 내지 도 9에 예시된 바와 같으며, 도 10은, 도파관(130)의 종단과 연결되는 음향방사체의 연결지점(121)에서 4극 음원(quadrupole)을 구성한 실측 결과가 예시된 도면이다.
구체적으로, 도 8은 내경이 8 mm이고, 외경이 12 mm인 도파관(130)의 종단에서 바라보는 바깥 방향의 수직인 평면에 대한 실측 결과이고, 도 9는 내경이 8 mm이고, 외경이 12 mm인 도파관(130)의 종단을 위에서 바라본 음향 방사 방향을 포함하는 평면에 대한 실측 결과가 예시된 도면이다.
제1 제어 필터(150)는 도파관(130)을 이용하는 경우에 도파관(130) 구조 자체의 길이와 같은 도파관(130)의 물리적 특성에 의해 발생하는 내부 공명을 저감하기 위하여 도파관 응답의 역(inverse)을 취할 수 있다.
즉, 본 음향 방사 및 양방향 교신 시스템은, 음향 출력부(100)에 적절한 형태로 소리의 크기와 위상을 동시에 제어하는 제1 제어 필터(150)를 영역별로 구분하여 적용함으로써, 음향이 방사되어 전달되는 목표 영역과 방향을 자유롭게 제어할 수 있다. 여기서, 도 11 내지 도 12는 제1 제어 필터(150)가 적용되기 이전과 이후의 출력의 실측 결과가 예시된 도면이다.
한편, 음원 위치 추적 연산부(200)는, 외부 공간에서 발생되는 음향 신호의 음원 위치를 추적하고, 음향의 전달 방향을 선택하거나, 선택 영역으로부터 음원 정보를 수신하여, 교신을 수행할 수 있다.
이를 위해, 음원 위치 추적 연산부(200)는, 음원 추적 및 교신을 위해, 복수의 마이크로폰(211)으로 구성되는 마이크로폰 어레이(210), 외부 공간에서 발생되는 음향 신호의 음원 위치를 추적하기 위한 음원 추적 연산 모듈(220) 및 음성 또는 음원 정보에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)가 향상되도록 하는 공간 필터(230)를 포함할 수 있다.
마이크로폰 어레이(210)는 어떠한 이상 사건이 발생하였을 때, 발생 여부 및 위치를 탐지하고 그에 맞게 소리의 전달 방향 및 범위를 조정하는 것이 가능하도록, 도 5 내지 도 6에 예시된 바와 같이 음향방사체(120)가 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성되는 경우에, 외부 공간에서 발생되는 음원의 센싱이 가능한 각각의 마이크로폰(211)이 음향방사체(120)의 외주면에 배치될 수 있다.
이때, 마이크로폰(211)은, 연결지점(121)과 같이 상호 간의 간격이 균일하게 배치되는 것이 효율적이다.
음원 추적 연산 모듈(220)은, 빔포밍 기술을 적용하여, 각각의 마이크로폰(211) 중 음원이 감지되는 하나 이상의 마이크로폰(211)을 선별하고, 감지된 음원의 도달각(angle of arrival)을 추정하여, 음원 위치를 추적할 수 있다.
즉, 음원 추적 연산 모듈(220)은 각각의 마이크로폰(211)이 음향방사체(120)의 외주면에 배치된 마이크로폰 어레이(210)를 이용하여, 현장과의 교신이 필요한 경우에도, 빔포밍 기술을 적용하여, 각각의 마이크로폰(211) 중 음원이 감지되는 하나 이상의 마이크로폰(211)을 선별하여, 특정 위치에서의 현장을 소리 정보로 전달 받고, 선별된 마이크로폰(211)이 배치된 영역의 주변에 배치되는 연결지점(121)을 통해 노출된 도파관(130)의 종단을 통해 특정 위치가 포함된 영역에 필요한 정보를 다시 제공하는 상호 교신이 가능할 수 있다.
공간 필터(230)는, 교신을 수행하는 경우, 위치 추적된 음원 방향 또는 음원 제어부(300)에 의해 지정된 특정 방향에 대응되는 하나 이상의 마이크로폰(211)에 의해 감지된 음성 또는 음원 정보에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)가 향상되도록 할 수 있다.
음원 제어부(300)는, 위치 추적 결과에 따른 음원 위치 또는 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 할 수 있다.
이를 위해, 음원 제어부(300)는, 음원 제어 모듈(310) 및 제2 제어 필터(320)를 포함할 수 있다.
음원 제어 모듈(310)은 음원 위치 추적의 추적 결과 또는 별도로 마련되는 CCTV 등의 영상 정보 수집장치로부터 획득된 영상 정보를 기반으로, 음향의 전달 범위 및 전달 방향을 지정하여, 지정된 위치 또는 방향으로 방사되는 음향이 집중되도록 할 수 있다.
제2 제어 필터(320)는 빔포밍 기술 또는 역설계(inverse design) 방법을 적용하여, 위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부(300)에 의해 지정된 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 할 수 있다.
일 예를 들면, 제2 제어 필터(320)는 도파관(130)이 다중 구조로 형성되고, 음향방사체(120)가 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성되는 경우, 빔포밍 기술을 적용하여 위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부(300)에 의해 지정된 특정 방향에 대응되는 하나 이상의 도파관(130)을 선별하고, 선별된 도파관(130)의 종단과 연결된 음향방사체의 연결지점(121)을 통해, 음향이 방사되도록 할 수 있다.
이를 통해, 음향의 전달 범위 및 전달 방향을 제어할 수 있으며, 특정 사용자로부터 음향 신호를 수신하면, 수신된 음향 신호의 음원 위치를 추적하여, 특정 사용자를 향해 음향을 전달하는 양방향 교신을 제공할 수 있다.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 음향 출력부 110 : 음원
120 : 음향방사체 121 : 연결지점
130 : 도파관 140 : 파워앰프
150 : 제1 제어 필터 200 : 음원 위치 추적 연산부
210 : 마이크로폰 어레이 211 : 마이크로폰
220 : 음원 추적 연산 모듈 230 : 공간 필터
300 : 음원 제어부 310 : 음원 제어 모듈
320 : 제2 제어 필터

Claims (12)

  1. 음향이 외부 공간에 출력되도록 하는 음향 출력부;
    외부 공간에서 발생되는 음향 신호의 음원 위치를 추적하는 음원 위치 추적 연산부; 및
    위치 추적 결과에 따른 음원 위치 또는 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 하는 음원 제어부;를 포함하고,
    음향 출력부는,
    음향을 출력시키는 음원;
    음원으로부터 전달된 음향을 외부 공간에 방사시키는 음향방사체; 및
    음원과 음향방사체 사이에 마련되어, 음원으로부터 발생된 음향이 음향방사체에 전달되도록, 종단이 음향방사체의 내주면에 연결되는 도파관;을 포함하며,
    음향방사체는,
    외부 공간에 출력되는 음향의 방사가 모든 방향을 향해 균일한 제어 자유도를 갖도록, 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성되고,
    음향방사체는,
    도파관이 다중 구조로 형성되는 경우, 다중 도파관과 개별적으로 연결되는 각각의 연결지점의 면적이 동일하게 형성되고, 각각의 연결지점 간의 간격이 균일하게 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    음원은,
    외부에 노출되는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템의 체적이 최소화되도록, 음향방사체와 분리된 별도의 공간에 마련되는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 음향이 외부 공간에 출력되도록 하는 음향 출력부;
    외부 공간에서 발생되는 음향 신호의 음원 위치를 추적하는 음원 위치 추적 연산부; 및
    위치 추적 결과에 따른 음원 위치 또는 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 하는 음원 제어부;를 포함하고,
    음향 출력부는,
    음향을 출력시키는 음원;
    음원으로부터 전달된 음향을 외부 공간에 방사시키는 음향방사체; 및
    음원과 음향방사체 사이에 마련되어, 음원으로부터 발생된 음향이 음향방사체에 전달되도록, 종단이 음향방사체의 내주면에 연결되는 도파관;을 포함하며,
    음향 출력부는,
    도파관 자체의 길이에 의해 발생하는 공명주파수가 저감되도록 하는 제1 제어 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    음원 위치 추적 연산부는,
    음원 추적 및 교신을 위해, 복수의 마이크로폰으로 구성되는 마이크로폰 어레이를 포함하고,
    마이크로폰 어레이는,
    음향방사체가 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성되는 경우, 각각의 마이크로폰이 음향방사체의 외주면에 배치되는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    마이크로폰 어레이는,
    음원 추적 및 교신이 모든 방향을 향해 균일하게 이뤄지도록, 음향방사체의 외주면에 배치되는 각각의 마이크로폰의 간격이 균일하게 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    음원 위치 추적 연산부는,
    빔포밍 기술을 적용하여, 각각의 마이크로폰 중 음원이 감지되는 하나 이상의 마이크로폰을 선별하고, 감지된 음원의 도달각(angle of arrival)을 추정하여, 음원 위치를 추적하는 음원 추적 연산 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    음원 위치 추적 연산부는,
    교신을 수행하는 경우, 위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부에 의해 지정된 특정 방향에 대응되는 하나 이상의 마이크로폰에 의해 감지된 음성 또는 음원에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)가 향상되도록 하는 공간 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
  11. 삭제
  12. 음향이 외부 공간에 출력되도록 하는 음향 출력부;
    외부 공간에서 발생되는 음향 신호의 음원 위치를 추적하는 음원 위치 추적 연산부; 및
    위치 추적 결과에 따른 음원 위치 또는 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 하는 음원 제어부;를 포함하고,
    음원 제어부는,
    위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부에 의해 지정된 특정 방향을 향해 방사되는 음향이 집중되도록 하는 제2 제어 필터;를 포함하며,
    제2 제어 필터는,
    도파관이 다중 구조로 형성되고, 음향방사체가 구형, 반구형 또는 잘린 구형으로 형성되는 경우, 빔포밍 기술을 적용하여 위치 추적된 음원 위치 방향 또는 음원 제어부에 의해 지정된 특정 방향에 대응되는 하나 이상의 도파관을 선별하고, 선별된 도파관의 종단과 연결된 음향방사체의 연결지점을 통해, 음향이 방사되도록 하는 것을 특징으로 하는 음향 방사 및 양방향 교신 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001337694A (ja) * 2000-03-24 2001-12-07 Akira Kurematsu 音源位置推定方法、音声認識方法および音声強調方法
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