KR102363694B1 - 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템 - Google Patents

아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자에 의해 입력신호를 입력되는 입력부, 동작에 의해 간섭 소음이 발생되는 소음발생부, 소음발생부와 인접하도록 배치되어 소음발생부에서 발생되는 상기 간섭 소음을 측정하는 센서부, 능동소음제어(ANC: active noise control)를 수행할 수 있도록 센서부, 능동소음제어부 및 피드백부를 제어하는 중앙 제어부, 중앙 제어부와 전기적으로 연결되고, 소음발생부에서 발생하는 간섭 소음을 상쇄시키는 반향파를 만들어내는 능동소음제어부, 시설로부터 발생하는 실제소음을 감지하여 실제소음에 대한 아날로그 실제소음신호를 추출하는 피드백부, 피드백부와 전기적으로 연결되어 아날로그 실제소음신호를 아날로그신호로 합성한 합성신호를 생성하는 아날로그 신호합성부 및 아날로그 신호합성부와 전기적으로 연결되어 합성신호의 크기를 나눈 분배신호를 생성하여 능동소음제어부로 전송하는 전압분배부를 포함하고, 전압분배부는 분배신호를 생성함에 따라 실제소음을 분산시켜 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템을 제공한다.

Description

아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템{A welding machine including analog synthesizing part and voltage balancing part}
본 발명은 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실제소음신호를 합성 및 분산하여 능동소음제어부의 연산량을 줄이고 노이즈 감쇄 범위를 확장시키는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템에 관한 것이다.
노이즈를 감쇄시키는 방법은 통상적으로 수동적 차단과 능동적 차단 방법으로 구분된다. 수동적 차단 방법은 흡음재 및/또는 차음재에 의한 차단 방법 그리고 낮은 입력 임피던스 마이크를 사용하여 처리하는 방법이 있다.
그러나 주변 소음이 높은 경우 입력 임피던스가 낮은 마이크를 이용하는 방법만으로는 노이즈 감쇄에 한계가 있다. 그래서 최근에는 능동적 방법인 액티브 노이즈 캔슬링(ANC) 방법을 이용하여 능동적으로 노이즈를 감쇄시키고 있다.
마이크로 유입되는 수음 노이즈 감쇄를 위한 액티브 노이즈 캔슬링 방법은 수음되는 마이크를 2개 이상 구비하고, 각 마이크로부터의 입력을 이용하여 노이즈와 음성신호를 분석 처리하는 과정을 포함한다.
한편, 현재 실용적으로 많이 적용되고 있는 액티브 노이즈 캔슬링 방법은, 마이크로 유입되는 음성 신호를 처리하기보다는, 헤드셋이나 이어셋에서 스피커와 사람의 귀 사이에 유입되는 노이즈를 캔슬링하도록 구성된다.
스피커와 사람의 귀 사이에 유입되는 노이즈를 감쇄시키기 위하여, 스피커 주변에 피드백(FB) 타입 및/또는 피드포워드(FF) 타입의 노이즈 감지용 마이크를 설치하고, 이 마이크를 통해 외부 노이즈 신호를 수음하고, 원래 신호를 스피커를 통하여 전송하면서 각각의 마이크에서 수음한 노이즈 신호의 역 신호를 동시에 전송하는 방법으로, 외부 노이즈 신호를 처리한다.
이와 관련된 기술이 도 1의 (a), (b)에 도시되어 있다.
도 1의 (a)은 제1 마이크(11) 및 능동소음제어기(20)를 이용한 능동소음장치를 개시한다.
그러나, 상기한 종래기술은 하나의 제1 마이크(11)를 설치하여 사용하므로 제1 마이크(11)의 주변에 좁은 공간에만 노이즈 캔슬링이 이루어지는 단점이 있었다.
이를 해소하기 위해 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 여러 개의 마이크(11, 12, 13)를 이용한 마이크(10)를 설치할 경우에는 여러 개의 마이크(11, 12, 13)에서 수신한 신호를 처리하기 위한 연산량이 기하급수적으로 늘어나 능동소음제어기(20)에 무리가 가게 되므로 그에 따른 고성능 프로세서가 필요하며, 이에 따라 여러 개의 마이크와 고성능 프로세서를 설치하는 비용이 추가되어 개발비용의 상승으로 이어지는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-1796768호(2017.11.06.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1730386호(2017.04.20.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 피드백부에서 감지하여 추출한 실제소음신호를 아날로그 신호합성부 및 전압분배부에서 합성 및 분배하여 실제소음을 분산시켜 감쇄시키는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 사용자에 의해 입력신호를 입력되는 입력부; 동작에 의해 간섭 소음이 발생되는 소음발생부; 상기 소음발생부와 인접하도록 배치되어 상기 소음발생부에서 발생되는 상기 간섭 소음을 측정하는 센서부; 능동소음제어(ANC: active noise control)를 수행할 수 있도록 상기 센서부, 상기 능동소음제어부 및 상기 피드백부를 제어하는 중앙 제어부; 상기 중앙 제어부와 전기적으로 연결되고, 상기 소음발생부에서 발생하는 상기 간섭 소음을 상쇄시키는 반향파를 만들어내는 능동소음제어부; 시설로부터 발생하는 실제소음을 감지하여 실제소음에 대한 아날로그 실제소음신호를 추출하는 피드백부; 상기 피드백부와 전기적으로 연결되어 상기 아날로그 실제소음신호를 아날로그신호로 합성한 합성신호를 생성하는 아날로그 신호합성부; 및 상기 아날로그 신호합성부와 전기적으로 연결되어 상기 합성신호의 크기를 나눈 분배신호를 생성하여 상기 능동소음제어부로 전송하는 전압분배부;를 포함하고, 상기 전압분배부는 상기 분배신호를 생성함에 따라 상기 실제소음을 분산시켜 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 피드백부는 시설에 부착되거나 시설에 인접하도록 위치하여 상기 아날로그 실제소음신호를 추출하는 적어도 하나의 에러마이크를 이용한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 아날로그 신호합성부는, 합성증폭부; 상기 합성증폭부와 병렬로 연결되는 적어도 하나의 병렬저항부; 상기 합성증폭부와 상기 적어도 하나의 병렬저항부 사이에 연결되는 증폭저항부; 상기 적어도 하나의 병렬저항부에 각각 연결되어 상기 아날로그 실제소음신호가 입력되는 입력단자부; 및 상기 합성증폭부, 상기 적어도 하나의 병렬저항부 및 상기 증폭저항부를 통해 상기 아날로그 실제소음신호가 합성된 상기 합성신호를 출력하는 증폭출력단자부;를 이용한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 있어서, 상기 전압분배부는, 상기 아날로그 신호합성부와 전기적으로 연결되어 상기 분배신호를 생성하여 상기 능동소음제어부로 전송하는 아날로그 곱셈부;를 포함하고, 상기 아날로그 곱셈부는, 상기 증폭출력단자부와 전기적으로 연결되어 상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 입력되는 분배증폭부; 그라운드에 연결되는 제1 저항부; 및 일단이 상기 제1 저항부와 직렬로 연결되고, 타단이 상기 분배증폭부와 연결되는 제2 저항부;를 포함하고, 상기 분배증폭부는 상기 제1 저항부와 상기 제2 저항부 사이에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 있어서, 상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 출력되는 아날로그 곱셈부의 출력값(VOUT)은,
Figure 112020067631762-pat00001
(VOUT는 아날로그 곱셈부의 출력값, VIN는 아날로그 곱셈부의 입력값, R4는 제1 저항부, R5는 제2 저항부)에 의해 연산되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 상기 전압분배부는 상기 아날로그 신호합성부와 전기적으로 연결되어 상기 분배신호를 생성하여 상기 능동소음제어부로 전송하는 전압분배기;를 포함하고, 상기 전압분배기는, 상기 증폭출력단자부와 전기적으로 연결되어 상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 입력되는 제3 저항부; 및 상기 제3 저항부와 직렬로 연결되는 제4 저항부;를 이용한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 출력되는 전압분배기의 출력값(VOUT)은,
Figure 112020067631762-pat00002
(VOUT는 전압분배기의 출력값, VIN는 전압분배기의 입력값, R4는 제3 저항부, R5는 제4 저항부)에 의해 연산되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 피드백부에서 감지하여 추출한 실제소음신호를 아날로그 신호합성부 및 전압분배부에서 합성 및 분배하여 실제소음을 분산시켜 감쇄시킴은 물론 능동소음제어부의 처리 연산량을 획기적으로 감소시킬 수 있어 부대비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 이용한 것으로 이해되어야 한다.
도 1의 (a) 는 종래기술에 따라 하나의 마이크를 이용하여 능동소음제어하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 1의 (b)는 종래기술에 따라 적어도 하나의 마이크를 이용하여 능동소음제어하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템을 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 능동소음제어부, 피드백부, 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 능동소음제어부, 피드백부, 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 회로도이다.
도 7은 도 1의 (a)에 도시된 종래기술에 따른 노이즈 감쇄를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템에 따른 노이즈 감쇄를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템을 나타낸 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 능동소음제어부, 피드백부, 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 능동소음제어부, 피드백부, 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 개념도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템 (100)는 입력부(110), 소음발생부(120), 센서부(130), 중앙 제어부(140), 능동소음제어부(150), 피드백부(160), 아날로그 신호합성부(170) 및 전압분배부(180)를 포함한다.
입력부(110)는 사용자(30)가 스위치 등을 통하여 입력정보 신호 또는 입력신호를 입력하는 기기로서, 입력부(110)의 모든 동작을 제어하는 입력신호를 포함할 수 있다.
소음발생부(120)는 능동소음제어시스템(100)의 내부에서 동작하면서 소음을 발생하는 구성요소들을 포함할 수 있다. 또한, 간섭 소음은 능동소음제어시스템(100)의 외부로 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다.
센서부(130)는 능동소음제어시스템(100)의 내부에 위치하여 소음발생부(120)에서 발생되는 소음을 측정한다. 이를 위한 센서부(130)는 소음발생부(120)와 인접하도록 배치되는 것이 바람직하다.
중앙 제어부(140)는 능동소음제어(ANC: active noise control)를 수행할 수 있도록 센서부(130), 능동소음제어부(150) 및 피드백부(160)를 제어한다.
도 3을 참조하면, 능동소음제어부(150)는 중앙 제어부(140)와 전기적으로 연결되고, 능동소음제어시스템(100)의 외부에 장착될 수 있다. 능동소음제어부(150)는 소음발생부(120)에서 발생하는 간섭 소음을 상쇄시키는 반향파를 만들어내는 컨트롤 스피커(control speaker)일 수 있다.
능동소음제어부(150)는 능동소음제어(ANC) 기술의 일환으로 노이즈 캔슬링(noise canceling), 능동 소음 감소(active noise reduction, ANR) 등과 같은 유사한 기술이 적용될 수도 있다.
이를 위한 능동소음제어부(150)는 제어부(151), 에러센서부(152), DSP부(153), 아날로그 필터부(154) 및 액츄에이터부(155)를 포함한다.
에러센서부(152)는 피드백부(160), 에러센서부(152) 및 액츄에이터부(155)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 에러센서부(152)는 피드백부(160)로부터 전송되는 아날로그 실제소음신호에서 아날로그 에러소음신호를 추출하여 DSP부(153)로 전송한다. 여기서, 아날로그 에러소음신호는 아날로그 실제소음신호에서 기설정된 아날로그 소음신호를 뺀 값일 수 있다. 기설정된 아날로그 소음신호는 사용자(30)가 듣기에 거부감이 없는 소리에 포함된 아날로그 소음신호인 기준신호일 수 있다. 이에 따라 아날로그 에러소음신호가 최소화될수록 본 발명이 잘 구동된다고 볼 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 DPS부(140)의 신호처리부(153b)에서 아날로그 에러소음신호 및 아날로그 실제소음신호를 최소 제곱 평균(LMS: Least Mean Square) 알고리즘에 적용시킨 후 아날로그 필터부(154)와 연동하여 필터링함에 따라 실제소음을 감쇄시킨 정제된 소리를 사용자(30)에게 제공한다.
DSP부(153)는 보조 필터(153a), 신호처리부(153b), 제1 ADC(153c) 및 제2 ADC(153d)를 포함한다.
보조 필터(153a)는 피드백부(160) 및 제1 ADC(153c)와 전기적으로 연결되어 피드백부(160)로부터 전송되는 아날로그 실제소음신호를 수신하여 필터링하고, 필터링한 아날로그 실제소음신호를 제1 ADC(153c)로 전송한다.
상기한 보조 필터(153a)는 DSP부(153)의 내부에 위치한다.
신호처리부(153b)는 제1 ADC(153c), 제2 ADC(153d) 및 아날로그 필터부(154)와 전기적으로 연결된다. 또한, 신호처리부(153b)에는 최소 제곱 평균(LMS: Least Mean Square) 알고리즘이 저장되어 있어 아날로그 에러소음신호 및 아날로그 실제소음신호를 평가 또는 판단할 수 있다.
이를 위한 신호처리부(153b)는 제1 ADC(153c)로부터 전송되는 아날로그 실제소음신호 및 제2 ADC(153d)로부터 전송되는 아날로그 에러소음신호를 최소 제곱 평균(LMS: Least Mean Square) 알고리즘에 적용시켜 아날로그 대응신호를 추출하여 아날로그 필터부(154)로 전송한다.
제1 ADC(153c)는 보조 필터(153a)로부터 전송되는 필터링된 아날로그 실제소음신호를 디지털 실제소음신호로 변환하여 신호처리부(153b)로 전송한다.
제2 ADC(153d)는 에러센서부(152)로부터 전송되는 아날로그 에러소음신호를 디지털 에러소음신호로 변환하여 신호처리부(153b)로 전송한다.
전술한 제1 ADC(153c) 및 제2 ADC(153d)는 전기적인 아날로그량을 디지털량으로 변환시키는 종래기술로서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
아날로그 필터부(154)는 피드백부(160) 및 신호처리부(153b)와 전기적으로 연결된다. 또한, 아날로그 필터부(154)는 신호처리부(153b)로부터 전송되는 아날로그 대응신호를 필터링하여 액츄에이터부(155)로 전송한다. 추가적으로 아날로그 필터부(154)는 피드백부(160)로부터 전송되는 아날로그 실제소음신호도 수신하여 필터링한 후 액츄에이터부(155)로 전송할 수 있다.
이를 위한 아날로그 필터부(154)는 신호 처리에 사용되는 필터 중 신호를 그대로 아날로그 회로에 의해서 필터링하는 필터로서, 디지털 필터에 비하여 디지털 필터에 있기 쉬운 표본화에 따르는 오차, 연산의 라운딩오차, 높은 주파수 성분을 갖는 신호의 취급상 곤란이 없는 장점이 있다.
액츄에이터부(155)는 아날로그 필터부(154) 및 제어부(151)와 전기적으로 연결된다. 또한, 액츄에이터부(155)는 필터링된 아날로그 대응신호를 디지털 대응신호로 변환하여 제어부(151)로 정제된 소리를 출력한다. 이를 위한 액츄에이터부(155)는 스피커를 포함할 수 있다.
피드백부(160)는 시설로부터 발생하는 실제소음을 감지하여 실제소음에 대한 아날로그 실제소음신호를 추출한다. 이를 위한 피드백부(160)는 실제소음을 수신하기 위한 마이크를 포함할 수 있으며, 시설에 부착되거나 시설에 인접하도록 위치할 수 있다.
상기한 피드백부(160)는 추출한 아날로그 실제소음신호를 제어부(151), 아날로그 필터부(154)나 후술되는 ADC(143, 144)로 전송한다.
피드백부(160)는 시설에 부착되거나 시설에 인접하도록 위치하여 아날로그 실제소음신호를 추출하는 적어도 하나의 에러마이크를 포함한다. 이때, 적어도 하나의 에러마이크는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 에러마이크(161), 제2 에러마이크(162) 및 제3 에러마이크(163)이다.
피드백부(160)는 중앙 제어부(140)와 전기적으로 연결되어 사용자의 위치 소음 여부를 중앙 제어부(140)로 피드백할 수 있다. 구체적으로 피드백부(160)는 간섭 소음과 반향파가 사용자에게 전달됨에 따라 생성되는 사용자의 위치 소음을 감지할 경우, 사용자의 위치 소음이 존재함을 알리는 신호를 중앙 제어부(140)로 전송할 수 있다. 다만, 피드백부(160)는 사용자의 위치 소음을 감지하지 못할 경우, 사용자의 위치 소음이 존재하지 않음을 알리는 신호를 중앙 제어부(140)로 전송한다.
또한, 피드백부(160)는 능동소음제어부(150)가 동작하여 반향파를 생성함에 따라 간섭 소음을 상쇄시킨 후 그에 따른 결과를 중앙 제어부(140)에 전달할 수도 있다. 예를 들어, 반향파에 의해 간섭 소음이 완전히 상쇄되었을 경우, 피드백부(160)는 간섭 소음이 제거되었음을 알리는 신호를 중앙 제어부(140)로 전달하고, 그에 따른 중앙 제어부(140)는 목적한 바를 달성하였으므로 별다른 조치를 취하지 않는다.
반면, 능동소음제어부(150)가 반향파를 생성하여 간섭 소음을 향하여 송출하였음에도 간섭 소음이 완전히 상쇄되지 않았을 경우, 피드백부(160)는 간섭 소음이 완전히 상쇄되지 않았음을 알리는 신호를 중앙 제어부(140)로 전달한다.
아날로그 신호합성부(170)는 둘 이상의 아날로그 입력 변수와 하나의 아날로그 출력 변수를 가지며, 출력값은 입력값의 합 또는 특정한 가중값을 더한 합이 되는 장치이다.
이에 따른 아날로그 신호합성부(170)는 피드백부(160)와 전기적으로 연결되어 아날로그 실제소음신호를 아날로그신호로 합성한 합성신호를 생성한다.
이를 위한 아날로그 신호합성부(170)는 합성증폭부(171), 병렬저항부(172), 증폭저항부(173), 입력단자부(174) 및 증폭출력단자부(175)를 포함한다.
합성증폭부(171)는 영문 이름의 앞부분을 따서 '앰프'라고도 부르며 입력신호(일반적으로 시간에 따라 변화하는 신호)를 일정한 비율로 증가시키는 전자 장치로서, 피드백부(160)로부터 전송되는 아날로그 실제소음신호를 증폭시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이 합성증폭부(171)의 일측은 증폭출력단자부(175)와 연결되어 있고, 합성증폭부(171)의 타측은 마이너스 극성(-)과 플러스 극성(+)을 띌 수 있다.
마이너스 극성(-)을 띄는 합성증폭부(171)의 타측은 적어도 하나의 병렬저항부(172)와 전기적으로 연결되고, 플러스 극성(+)을 띄는 합성증폭부(171)의 타측은 그라운드와 연결된다.
병렬저항부(172)는 합성증폭부(171)와 병렬로 연결되며, 적어도 하나가 형성된다. 여기서, 적어도 하나의 병렬저항부(172)는 제1 병렬저항부(172a), 제2 병렬저항부(172b) 및 제3 병렬저항부(172c)이다.
제1 병렬저항부(172a), 제2 병렬저항부(172b) 및 제3 병렬저항부(172c)의 일측은 적어도 하나의 에러마이크(161, 162, 163)과 연결되고, 제1 병렬저항부(172a), 제2 병렬저항부(172b) 및 제3 병렬저항부(172c)의 타측은 마이너스 극성(-)을 띄는 합성증폭부(171)의 타측과 전기적으로 연결된다.
증폭저항부(173)는 합성증폭부(171)와 적어도 하나의 병렬저항부(172a, 172b, 172c) 사이에 연결된다.
구체적으로 증폭저항부(173)의 일측은 제1 병렬저항부(172a), 제2 병렬저항부(172b) 및 제3 병렬저항부(172c)의 타측과 마이너스 극성(-)을 띄는 합성증폭부(171)의 타측이 연결되는 사이에 전기적으로 연결된다.
또한, 증폭저항부(173)의 타측은 증폭출력단자부(175)와 증폭출력단자부(175) 사이에 전기적으로 연결된다.
입력단자부(174)는 적어도 하나의 병렬저항부(172a, 172b, 172c)에 각각 연결되어 아날로그 실제소음신호가 입력된다.
이를 위한 입력단자부(174)는 제1 에러마이크(161)와 연결되는 제1 입력단자(174a), 제2 에러마이크(162)와 연결되는 제2 입력단자(174b) 및 제3 에러마이크(163)와 연결되는 제3 입력단자(174c)를 포함한다.
이에 따라 제1 입력단자(174a)로는 제1 에러마이크(161)에서 추출한 아날로그 실제소음신호가 전송되고, 제2 입력단자(174b)로는 제2 에러마이크(162)에서 추출한 아날로그 실제소음신호가 전송되며, 제3 입력단자(174c)로는 제3 에러마이크(163)에서 추출한 아날로그 실제소음신호가 전송된다.
증폭출력단자부(175)는 합성증폭부(171), 적어도 하나의 병렬저항부(172a, 172b, 172c) 및 증폭저항부(173)를 통해 아날로그 실제소음신호가 합성된 합성신호를 출력한다.
전압분배부(180)는 아날로그 신호합성부(170)와 전기적으로 연결되어 합성신호의 크기를 나눈 분배신호를 생성하여 능동소음제어부(150)로 전송한다.
즉, 전압분배부(180)는 분배신호를 생성함에 따라 실제소음을 분산시켜 감쇄시킨다.
이를 위한 전압분배부(180)는 아날로그 곱셈부(181) 및 전압분배기(186) 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대한 설명은 구체적으로 후술하도록 한다.
1. 제1 실시예
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템을 설명하도록 한다.
제1 실시예에서 전압분배부(180)는 아날로그 곱셈부(181)이고, 기타 구성요소들은 전술한 바와 동일하다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 회로도이다.
제1 실시예에 따른 전압분배부(180)는 아날로그 신호합성부(170)와 전기적으로 연결되어 분배신호를 생성하여 능동소음제어부(150)로 전송하는 아날로그 곱셈부(181)를 포함할 수 있다.
아날로그 곱셈기(181)는 예시적으로 비반전 증폭기는 부귀환이 사용되어 전압이득을 수동소자(저항) 만으로 안정화시키고, 입력 임피던스를 증가시키며 출력 임피던스를 감소시키는 비반전 증폭기(non-inverting amplifier)일 수 있다.
아날로그 곱셈부(181)는 분배증폭부(182), 제1 저항부(183) 및 제2 저항부(184)를 포함한다.
분배증폭부(182)는 증폭출력단자부(175)와 전기적으로 연결되어 증폭출력단자부(175)로부터 전송되는 합성신호가 입력된다.
구체적으로 분배증폭부(182)의 일측은 플러스 극성(+) 및 마이너스 극성(-)을 띌 수 있고, 분배증폭부(182)의 타측은 아날로그 곱셈부(181)의 출력측인 능동소음제어부(150)와 전기적으로 연결된다.
또한, 플러스 극성(+)을 띄는 분배증폭부(182)의 일측은 증폭출력단자부(175)와 전기적으로 연결된다.
한편, 분배증폭부(182)는 제1 저항부(183)와 제2 저항부(184) 사이에 전기적으로 연결된다. 구체적으로 마이너스 극성(-)을 띄는 분배증폭부(182)의 일측은 제1 저항부(183)과 제2 저항부(184) 사이에 전기적으로 연결된다.
제1 저항부(183)는 그라운드에 연결된다. 구체적으로 제1 저항부(183)의 일측은 그라운드에 연결되고, 제1 저항부(183)의 타측은 마이너스 극성(-)을 띄는 분배증폭부(182)의 일측 및 제2 저항부(184)의 일측과 전기적으로 연결된다.
이때, 제1 저항부(183)과 제2 저항부(184)는 직렬로 연결된다.
제2 저항부(184)는 일단이 제1 저항부(183)와 직렬로 연결되고, 타단이 분배증폭부(182)와 연결된다.
이때, 증폭출력단자부(175)로부터 전송되는 합성신호가 출력되는 아날로그 곱셈부의 출력값(VOUT)은, 아래의 [수학식 1]에 의해 연산된다.
[수학식 1]
Figure 112020067631762-pat00003
(VOUT는 아날로그 곱셈부의 출력값, VIN는 아날로그 곱셈부의 입력값, R4는 제1 저항부, R5는 제2 저항부)
2. 제2 실시예
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템을 설명하도록 한다.
제2 실시예에서 전압분배부(180)는 아날로그 곱셈부(186)이고, 기타 구성요소들은 전술한 바와 동일하다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템의 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 나타낸 회로도이다.
제2 실시예에 따른 전압분배부(180)는 아날로그 신호합성부(170)와 전기적으로 연결되어 분배신호를 생성하여 능동소음제어부(150)로 전송하는 전압분배기(186)을 포함할 수 있다.
전압분배기(186)는 전압을 분배하는 장치로서, 이러한 전압분배기(186)는 제3 저항부(187) 및 제4 저항부(188)를 포함한다.
제3 저항부(187)는 증폭출력단자부(175)와 전기적으로 연결되어 증폭출력단자부(175)로부터 전송되는 합성신호가 입력된다.
제4 저항부(188)는 제3 저항부(187)와 직렬로 연결된다.
또한, 제3 저항부(187)와 제4 저항부(188) 사이에는 능동소음제어부(150)와 전기적으로 연결되는 출력측이 형성된다.
이때, 증폭출력단자부(175)로부터 전송되는 합성신호가 출력되는 전압분배기의 출력값(VOUT)은, 아래의 [수학식 2]에 의해 연산된다.
[수학식 2]
Figure 112020067631762-pat00004
(VOUT는 전압분배기의 출력값, VIN는 전압분배기의 입력값, R4는 제3 저항부, R5는 제4 저항부)
도 7은 도 1의 (a)에 도시된 종래기술에 따른 노이즈 감쇄를 나타낸 그래프이다. 도 8은 본 발명의 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템에 따른 노이즈 감쇄를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 하나의 마이크를 이용하여 능동소음제어하는 종래기술의 거리에 따른 노이즈 감쇄를 나타낸다.
종래기술은 도 7에 도시된 바와 같이 특정된 좁은 범위의 거리에서 노이즈 감쇄가 일어나는 것을 확인할 수 있으며, 상기한 결과는 하나의 마이크 주변의 국부적인 좁은 공간에서만 노이즈 캔슬링의 효과가 크다는 것을 의미한다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템은 도 8에 도시된 바와 같이 종래기술보다 더 넓은 범위에서 노이즈 감쇄가 일어나는 것을 확인할 수 있으며, 상기한 결과는 종래기술보다 상대적으로 넓은 공간에서 노이즈 캔슬링의 효과를 볼 수 있다는 것을 의미한다.
전술한 바에 따른 본 발명은 융착기 및 기타 소음이 빈번하게 발생하는 기계장치 및 전자장치에 적용하여 사용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 마이크
11: 제1 마이크
12: 제2 마이크
13: 제3 마이크
20: 능동소음제어기
30: 사용자
100: 능동소음제어시스템
110: 입력부
120: 소음발생부
130: 센서부
140: 중앙 제어부
150: 능동소음제어부
151: 제어부
152: 에러센서부
153: DSP부
153a: 보조 필터
153b: 신호처리부
153c: 제1 ADC
153d: 제2 ADC
154: 아날로그 필터부
155: 액츄에이터부
160: 피드백부
161: 제1 에러마이크
162: 제2 에러마이크
163: 제3 에러마이크
170: 아날로그 신호합성부
171: 합성증폭부
172: 병렬저항부
172a: 제1 병렬저항부
172b: 제2 병렬저항부
172c: 제3 병렬저항부
173: 증폭저항부
174: 입력단자부
174a: 제1 입력단자
174b: 제2 입력단자
174c: 제3 입력단자
175: 증폭출력단자부
180: 전압분배부
181: 아날로그 곱셈부
182: 분배증폭부
183: 제1 저항부
184: 제2 저항부
186: 전압분배기
187: 제3 저항부
188: 제4 저항부

Claims (7)

  1. 사용자에 의해 입력신호를 입력되는 입력부;
    동작에 의해 간섭 소음이 발생되는 소음발생부;
    상기 소음발생부와 인접하도록 배치되어 상기 소음발생부에서 발생되는 상기 간섭 소음을 측정하는 센서부;
    능동소음제어(ANC: active noise control)를 수행할 수 있도록 상기 센서부, 능동소음제어부 및 피드백부를 제어하는 중앙 제어부;
    상기 중앙 제어부와 전기적으로 연결되고, 상기 소음발생부에서 발생하는 상기 간섭 소음을 상쇄시키는 반향파를 만들어내는 능동소음제어부;
    시설로부터 발생하는 실제소음을 감지하여 실제소음에 대한 아날로그 실제소음신호를 추출하는 피드백부;
    상기 피드백부와 전기적으로 연결되어 상기 아날로그 실제소음신호를 아날로그신호로 합성한 합성신호를 생성하는 아날로그 신호합성부; 및
    상기 아날로그 신호합성부와 전기적으로 연결되어 상기 합성신호의 크기를 나눈 분배신호를 생성하여 상기 능동소음제어부로 전송하는 전압분배부;를 포함하고,
    상기 전압분배부는 상기 분배신호를 생성함에 따라 상기 실제소음을 분산시켜 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 피드백부는 시설에 부착되거나 시설에 인접하도록 위치하여 상기 아날로그 실제소음신호를 추출하는 적어도 하나의 에러마이크를 이용한 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 아날로그 신호합성부는,
    합성증폭부;
    상기 합성증폭부와 병렬로 연결되는 적어도 하나의 병렬저항부;
    상기 합성증폭부와 상기 적어도 하나의 병렬저항부 사이에 연결되는 증폭저항부;
    상기 적어도 하나의 병렬저항부에 각각 연결되어 상기 아날로그 실제소음신호가 입력되는 입력단자부; 및
    상기 합성증폭부, 상기 적어도 하나의 병렬저항부 및 상기 증폭저항부를 통해 상기 아날로그 실제소음신호가 합성된 상기 합성신호를 출력하는 증폭출력단자부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전압분배부는, 상기 아날로그 신호합성부와 전기적으로 연결되어 상기 분배신호를 생성하여 상기 능동소음제어부로 전송하는 아날로그 곱셈부;를 포함하고,
    상기 아날로그 곱셈부는,
    상기 증폭출력단자부와 전기적으로 연결되어 상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 입력되는 분배증폭부;
    그라운드에 연결되는 제1 저항부; 및
    일단이 상기 제1 저항부와 직렬로 연결되고, 타단이 상기 분배증폭부와 연결되는 제2 저항부;를 포함하고,
    상기 분배증폭부는 상기 제1 저항부와 상기 제2 저항부 사이에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 출력되는 아날로그 곱셈부의 출력값(VOUT)은,
    Figure 112020067631762-pat00005

    (VOUT는 아날로그 곱셈부의 출력값, VIN는 아날로그 곱셈부의 입력값, R4는 제1 저항부, R5는 제2 저항부)에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 전압분배부는
    상기 아날로그 신호합성부와 전기적으로 연결되어 상기 분배신호를 생성하여 상기 능동소음제어부로 전송하는 전압분배기;를 포함하고,
    상기 전압분배기는,
    상기 증폭출력단자부와 전기적으로 연결되어 상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 입력되는 제3 저항부; 및
    상기 제3 저항부와 직렬로 연결되는 제4 저항부;를 이용한 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 증폭출력단자부로부터 전송되는 상기 합성신호가 출력되는 전압분배기의 출력값(VOUT)은,
    Figure 112022500348008-pat00006

    (VOUT는 전압분배기의 출력값, VIN는 전압분배기의 입력값, R6은 제3 저항부, R7은 제4 저항부)에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템.
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