KR102475893B1 - 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법 - Google Patents
음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102475893B1 KR102475893B1 KR1020170120515A KR20170120515A KR102475893B1 KR 102475893 B1 KR102475893 B1 KR 102475893B1 KR 1020170120515 A KR1020170120515 A KR 1020170120515A KR 20170120515 A KR20170120515 A KR 20170120515A KR 102475893 B1 KR102475893 B1 KR 102475893B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- resonators
- frequency
- resonance
- resonance mode
- resonator
- Prior art date
Links
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001166 Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007717 ZnSnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- -1 poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
- G10L25/00—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00
- G10L25/03—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00 characterised by the type of extracted parameters
- G10L25/18—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00 characterised by the type of extracted parameters the extracted parameters being spectral information of each sub-band
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
- G01H1/12—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of longitudinal or not specified vibrations
- G01H1/14—Frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/04—Frequency
- G01H3/08—Analysing frequencies present in complex vibrations, e.g. comparing harmonics present
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/178—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of a laminated structure of multiple piezoelectric layers with inner electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only
- H04R1/24—Structural combinations of separate transducers or of two parts of the same transducer and responsive respectively to two or more frequency ranges
- H04R1/245—Structural combinations of separate transducers or of two parts of the same transducer and responsive respectively to two or more frequency ranges of microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R11/00—Transducers of moving-armature or moving-core type
- H04R11/04—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R11/00—Transducers of moving-armature or moving-core type
- H04R11/14—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/02—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
-
- 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
- H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
- H04R9/08—Microphones
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Multimedia (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기를 포함할 수 있고, 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호 및 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 이용해서 음향 및 진동의 스펙트럼을 분석할 수 있다. 상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호 및 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 대역신호 분할기를 더 포함할 수 있다.
Description
개시된 실시예들은 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법에 관한 것이다.
음향 또는 진동의 스펙트럼을 분석하는 스펙트럼 분석기는 휴대폰, 컴퓨터, 가전기기, 자동차, 스마트홈 환경 등에서 음성인식, 화자인식, 상황인식 등에 활용되거나 건축물, 자동차, 가전기기 등에 탑재되어 진동 정보를 분석하는데 활용될 수 있다.
일반적으로, 음향 신호의 주파수 도메인 정보는 광대역(wideband) 특성을 갖는 마이크로폰(microphone)에 입력된 음향 신호가 ADC(analog digital converter)를 거쳐 푸리에 변환(Fourier transform)됨으로써 얻어지게 된다. 이러한 주파수 정보 획득 방식은 푸리에 변환에 따른 계산량 부담이 크고, 주파수 분해능과 시간 분해능이 트레이드-오프(trade-off) 관계를 가져 시간 정보와 주파수 정보의 분해능을 동시에 향상시키기 어려운 문제가 있다.
음향 및/또는 진동의 스펙트럼을 획득하기 위한 공진기 어레이를 포함하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제공한다.
분해능 향상, 소자 면적/사이즈 축소, 개별 공진기 출력 향상 등의 측면에서 유리한 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제공한다.
사이즈가 작으면서도 우수한 분해능을 가질 수 있는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제공한다.
상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자와 관련된 주파수 정보 획득 및 분석 방법을 제공한다.
일 측면(aspect)에 따르면, 음향 및 진동의 스펙트럼을 획득하기 위한 것으로, 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기;를 포함하고, 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호 및 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 이용해서 음향 및 진동의 스펙트럼을 분석하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자가 제공된다.
상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호 및 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 적어도 하나의 대역신호 분할기;를 더 포함할 수 있다.
상기 대역신호 분할기는 다이플렉서(diplexer), 듀플렉서(duplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)를 포함할 수 있다.
상기 대역신호 분할기는 LPF(low pass filter) 및 HPF(high pass filter)를 포함할 수 있다.
상기 LPF와 HPF는 동일한 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가질 수 있다.
상기 대역신호 분할기는 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가질 수 있고, 상기 컷오프 주파수는 상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 그룹과 2차 공진모드의 공진주파수 그룹 사이에 위치할 수 있다.
상기 복수의 공진기는 n개의 공진기를 포함하고, 1번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수를 f_11이라 하고, 상기 1번째 공진기의 2차 공진모드의 공진주파수를 f_12라 하면, 2번째 내지 n번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 상기 f_11과 f_12 사이에 위치할 수 있다.
상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 등간격으로 선형적으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 간격이 변화되도록 비선형적으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 공진기는 제1 및 제2 공진기를 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 공진기는 동일한 1차 공진모드 공진주파수를 가질 수 있고, 서로 다른 2차 공진모드 공진주파수를 가질 수 있다.
상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 상기 공진기 개수의 2배 혹은 그 이상의 유효 대역 필터를 가질 수 있다.
상기 복수의 공진기는 전기기계적(electromechanical) 공진기 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 공진기는 캔틸레버(cantilever) 구조를 포함할 수 있다.
상기 복수의 공진기는 상기 캔틸레버(cantilever) 구조에 구비된 질량체를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 공진기는 제1 그룹의 공진기들을 포함할 수 있고, 상기 제1 그룹의 공진기들은 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전술한 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
다른 측면에 따르면, 음향 및 진동의 스펙트럼을 획득하기 위한 것으로, 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기; 및 상기 복수의 공진기 각각의 1차 공진모드의 주파수 신호와 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 대역신호 분할기;를 포함하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자가 제공된다.
상기 분석 소자는 상기 복수의 공진기 각각의 1차 공진모드의 주파수 신호 및 이와 분리된 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 이용해서 음향 및 진동의 스펙트럼을 분석하도록 구성될 수 있다.
상기 대역신호 분할기는 다이플렉서(diplexer), 듀플렉서(duplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)를 포함할 수 있다.
상기 대역신호 분할기는 LPF(low pass filter) 및 HPF(high pass filter)를 포함할 수 있다.
상기 LPF와 HPF는 동일한 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가질 수 있다.
상기 대역신호 분할기는 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가질 수 있고, 상기 컷오프 주파수는 상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 그룹과 2차 공진모드의 공진주파수 그룹 사이에 위치할 수 있다.
상기 복수의 공진기는 n개의 공진기를 포함하고, 1번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수를 f_11이라 하고, 상기 1번째 공진기의 2차 공진모드의 공진주파수를 f_12라 하면, 2번째 내지 n번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 상기 f_11과 f_12 사이에 위치할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기를 이용한 음향/진동 스펙트럼의 분석방법에 있어서, 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호를 획득하는 단계; 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 2차 공진모드의 주파수 신호를 획득하는 단계; 및 상기 1차 공진모드의 주파수 신호 및 상기 2차 공진모드의 주파수 신호를 각각 분석하는 단계;를 포함하는 음향/진동 스펙트럼의 분석방법이 제공된다.
상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 상기 1차 공진모드의 주파수 신호와 상기 2차 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 공진기 중 적어도 하나의 개별 공진기로부터 1차 공진모드의 주파수 신호 및 이와 분리된 2차 공진모드의 주파수 신호가 동시에 출력될 수 있다.
상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 3차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 획득하고 분석하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
음향/진동의 스펙트럼을 획득하기 위한 공진기 어레이를 이용하는 것으로, 분해능 향상, 소자 면적/사이즈 축소, 개별 공진기 출력 향상 등의 측면에서 유리한 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 구현할 수 있다. 사이즈가 작으면서도 우수한 분해능을 갖는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 구현할 수 있다. 개별 공진기의 출력이 향상된 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자에 적용될 수 있는 공진기의 1차 공진모드와 2차 공진모드를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1의 1차 공진모드의 공진주파수와 2차 공진모드의 공진주파수를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 제작된 공진기 어레이의 일례를 보여주는 사진 이미지이다.
도 4는 도 3의 공진기 어레이의 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 공진기에 다이플렉서(diplexer)를 연결하여 1차 공진모드의 주파수 신호와 2차 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 과정을 보여주는 모식도이다.
도 6은 일 실시에에 따른 것으로, 복수의 공진기의 1차 공진모드와 2차 공진모드를 함께 이용하는 대역 필터 배열 설계의 일례를 보여주는 그래프이다.
도 7은 복수의 공진기를 이용해서 1차 및 2차 공진모드로 대역 필터를 설계한 경우를 보여주는 그래프이다.
도 8은 비교예에 따른 공진기 어레이 센서에서 공진기 개수, 주파수 분해능, 소자 면적, 개별 공진기 출력 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 비교예에 따른 공진기 어레이 센서 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 공진기 어레이 센서 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 공진기 어레이 센서 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 것으로, 복수의 공진기를 이용해서 멀티-모드의 신호를 활용하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제조한 경우, 그에 대응하는 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 것으로, 복수의 공진기를 이용해서 멀티-모드의 신호를 활용하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제조한 경우, 그에 대응하는 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 14는 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 간격이 변화되는 경우를 보여주는 그래프이다.
도 15는 두 개의 공진기 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 16은 도 15의 각 공진기에서 발생하는 제1 공진주파수 및 제2 공진주파수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 17은 일 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 개략적인 구조를 보여주는 사시도이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 개략적인 구조를 보여주는 사시도이다.
도 19는 도 17 및 도 18에 적용될 수 있는 공진기 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 공진기 어레이를 설명하기 위한 사시도이다.
도 21은 도 20의 공진기 어레이를 배치할 수 있는 기판의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 22는 도 20의 공진기 어레이를 도 21의 기판에 결합시킨 결과물을 보여주는 사시도이다.
도 23은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 25는 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 26은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 27은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 1차 공진모드의 공진주파수와 2차 공진모드의 공진주파수를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 제작된 공진기 어레이의 일례를 보여주는 사진 이미지이다.
도 4는 도 3의 공진기 어레이의 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 공진기에 다이플렉서(diplexer)를 연결하여 1차 공진모드의 주파수 신호와 2차 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 과정을 보여주는 모식도이다.
도 6은 일 실시에에 따른 것으로, 복수의 공진기의 1차 공진모드와 2차 공진모드를 함께 이용하는 대역 필터 배열 설계의 일례를 보여주는 그래프이다.
도 7은 복수의 공진기를 이용해서 1차 및 2차 공진모드로 대역 필터를 설계한 경우를 보여주는 그래프이다.
도 8은 비교예에 따른 공진기 어레이 센서에서 공진기 개수, 주파수 분해능, 소자 면적, 개별 공진기 출력 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 비교예에 따른 공진기 어레이 센서 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 공진기 어레이 센서 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 공진기 어레이 센서 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 것으로, 복수의 공진기를 이용해서 멀티-모드의 신호를 활용하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제조한 경우, 그에 대응하는 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 것으로, 복수의 공진기를 이용해서 멀티-모드의 신호를 활용하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제조한 경우, 그에 대응하는 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 14는 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 간격이 변화되는 경우를 보여주는 그래프이다.
도 15는 두 개의 공진기 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 16은 도 15의 각 공진기에서 발생하는 제1 공진주파수 및 제2 공진주파수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 17은 일 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 개략적인 구조를 보여주는 사시도이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 개략적인 구조를 보여주는 사시도이다.
도 19는 도 17 및 도 18에 적용될 수 있는 공진기 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 공진기 어레이를 설명하기 위한 사시도이다.
도 21은 도 20의 공진기 어레이를 배치할 수 있는 기판의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 22는 도 20의 공진기 어레이를 도 21의 기판에 결합시킨 결과물을 보여주는 사시도이다.
도 23은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 25는 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 26은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 27은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 실시예들에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하에서 설명할 "음향 및 진동의 스펙트럼"은 음향 및/또는 진동의 스펙트럼을 의미할 수 있고, "음향/진동"은 음향 및/또는 진동을 의미할 수 있다. 또한, 음향 스펙트럼이나 음향 감지 소자 등에서 사용된 "음향"은 영문으로 sound, acoustic, audio 등을 의미할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자에 적용될 수 있는 공진기의 1차 공진모드와 2차 공진모드를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1의 (A)는 1차 공진모드의 공진 거동을, (B)는 2차 공진모드의 공진 거동을 나타낸다.
도 2는 도 1의 1차 공진모드의 공진주파수(f1)와 2차 공진모드의 공진주파수(f2)를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 캔틸레버(cantilever) 형태의 공진기는 1차 공진모드(기저 공진모드)와 2차 이상의 공진모드(고차 공진모드)를 가질 수 있다. 2차 공진모드의 공진주파수(f2)는 1차 공진모드의 공진주파수(f1)보다 클 수 있다. 공진모드들 간의 주파수 간격 및 각 공진점에서의 밴드폭(bandwidth)은 공진기의 종횡비와 같은 형상이나 치수 등에 따라 달라질 수 있다. 여기서는, 캔틸레버 구조를 갖는 공진기에 대해서 도시하고 설명하였지만, 공진기의 형상/구조는 달라질 수 있다. 공진기는 다양한 형태의 전기기계적(electromechanical) 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 1에서 1차 공진모드의 각속도(ω1) 및 2차 공진모드의 각속도(ω2)는 아래의 식들과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, E는 공진기의 탄성 계수(Young's modulus)를 나타내고, I는 관성 모멘트(moment of inertia)를 나타내고, m은 질량을 나타내고, L은 길이를 나타낸다. 이 경우, 2차 공진주파수(f2)는 1차 공진주파수(f1)의 약 6.23배 정도일 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 제작된 공진기 어레이의 일례를 보여주는 사진 이미지이다.
도 3을 참조하면, 복수의 공진기들은 음향 및 진동의 스펙트럼을 획득하기 위한 것으로, 서로 다른 중심주파수를 가질 수 있다. 여기서, 중심주파수는 1차 공진모드의 공진주파수를 의미할 수 있다. 공진기의 길이에 따라서, 중심주파수가 달라질 수 있다. 따라서, 복수의 공진기들은 서로 다른 길이를 갖도록 설계될 수 있다. 여기서는, 공진기들의 길이를 변화시키는 경우를 예시적으로 보였지만, 길이, 폭, 두께 및 중량 중 적어도 하나를 변화시켜서 중심주파수를 변화시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 공진기 어레이의 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 복수의 공진기로부터 1차 공진모드에 해당하는 복수의 1차 공진주파수가 나타나고, 2차 공진모드에 해당하는 복수의 2차 공진주파수가 나타나는 것을 알 수 있다. 1차 모드 공진주파수들이 비교적 균일한 간격으로 배열될 수 있고, 1차 모드 공진주파수들 보다 높은 주파수 대역에 2차 모드 공진주파수들이 소정 간격을 갖고 배열될 수 있다. 복수의 공진기 중 어느 하나의 공진기(해당 공진기)에서 형성되는 2차 모드 공진 피크(peak)의 크기(높이)는 그에 대응하는 1차 모드 공진 피크의 크기(높이)와 동등 이상이고, 2차 모드 공진 피크의 밴드폭(bandwidth)은 1차 모드에 비해 넓게 나타났다.
본원의 실시예에서는 1차 공진모드 및 2차 이상의 공진모드의 특성을 모두 이용해서, 음향 및 진동 스펙트럼을 획득하고 분석할 수 있다. 따라서, 하나의 물리적 공진기에서 두 개 혹은 그 이상의 서로 다른 주파수 대역 필터 특성을 동시에 획득할 수 있다. 다시 말해, 개별 공진기에서 멀티-모드의 주파수 대역 특성을 확보할 수 있다.
실시예에 따르면, 1차 공진모드의 주파수 신호(대역신호)와 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호(대역신호)를 분리하기 위해 "대역신호 분할기"를 사용할 수 있다. 상기 대역신호 분할기는 다이플렉서(diplexer), 듀플렉서(duplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)를 포함할 수 있다. 상기 다이플렉서(diplexer)는 LPF(low pass filter) 및 이와 결합된 HPF(high pass filter)를 포함할 수 있고, 이때, 상기 LPF와 HPF는 동일한 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가질 수 있다. 다이플렉서는 하나의 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 공유하는 LPF 및 HPF가 결합된 형태의 소자 혹은 그에 대응하는 기능(function)으로서 제공될 수 있고, 아날로그 회로나 디지털 필터를 이용해서 구현할 수 있다. 상기 트리플렉서(triplexer)는 LPF, 밴드패스 필터(bandpass filter) 및 HPF를 포함할 수 있다. 다이플렉서 및 듀플렉서에 의해 대역신호가 두 가지로 분리될 수 있고, 트리플렉서에 의해 대역신호가 세 가지로 분리될 수 있다. 트리플렉서는 1차, 2차 및 3차 공진모드의 신호를 모두 사용하는 경우에 적용할 수 있다. 상기 대역신호 분할기는 복수의 밴드패스 필터(bandpass filter)를 포함하거나, 멀티-밴드패스 필터(multi-bandpass filter)를 포함할 수 있다.
도 5는 공진기에 다이플렉서(diplexer)를 연결하여 1차 공진모드의 주파수 신호와 2차 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 과정을 보여주는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 공진기에 대역신호 분할기의 일례인 다이플렉서(diplexer)를 연결할 수 있다. 다이플렉서는 하나의 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 공유하는 LPF 및 HPF가 결합된 형태의 소자 혹은 함수일 수 있다. 하나의 물리적 공진기로부터 발생하는 1차 공진모드 주파수 신호(공진주파수: f1)와 2차 공진모드 주파수 신호(공진주파수: f2)가 다이플렉서에 의해 분리되어 동시에 출력될 수 있다. 필요한 경우, 공진기에 다이플렉서 사이에 신호를 증폭하기 위한 감지 증폭기(sense amplifier)(Amp)를 더 구비시킬 수 있다.
대역신호 분할기를 이용해서 1차 공진모드 신호와 2차 이상의 공진모드 신호를 분리해서 사용하는 것이 신호 처리 및 분해능 향상에 보다 유리할 수 있다. 1차 공진모드 신호와 2차 이상의 공진모드 신호를 분리하지 않으면, 이들이 섞여 있는 상태로 출력되기 때문에, 분해능 개선에 유리하지 않을 수 있다. 그러나 경우에 따라서는, 대역신호 분할기를 사용하지 않을 수도 있다.
복수의 공진기에 하나의 대역신호 분할기는 공통으로 연결하여 사용할 수 있다. 또는 각각의 공진기에 대역신호 분할기를 하나씩 연결할 수도 있다. 또는 복수의 공진기를 복수의 그룹으로 나눈 후, 각 그룹에 하나의 대역신호 분할기를 설치할 수도 있다.
도 6은 일 실시에에 따른 것으로, 복수의 공진기의 1차 공진모드와 2차 공진모드를 함께 이용하는 대역 필터 배열 설계의 일례를 보여주는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 하나의 물리적 공진기로부터 두 개 이상의 대역 필터 특성을 구현함에 있어서, 1차 공진모드의 공진주파수 그룹과 2차 공진모드의 공진주파수 그룹이 부드럽게(자연스럽게) 이어지도록 설계할 수 있다.
복수의 공진기가 n개의 공진기를 포함하고, 1번째 공진기(최저주파수 공진기)의 1차 공진모드의 공진주파수를 f_11이라 하고, 상기 1번째 공진기의 2차 공진모드의 공진주파수를 f_12라 하면, 2번째 내지 n번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 상기 f_11과 f_12 사이에 위치하도록 배열을 설계할 수 있다. 도면에서 f_n1은 n번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수를 나타내고, f_n2는 n번째 공진기의 2차 공진모드의 공진주파수를 나타낸다. 이때, 대역신호 분할기(ex, diplexer)의 컷오프 주파수(cutoff frequency)는 상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 그룹과 2차 공진모드의 공진주파수 그룹 사이에 위치할 수 있다.
총 n개의 물리적 공진기로부터 관심 주파수 영역 전체를 커버하는 2×n 개의 필터 배열 효과를 얻을 수 있다. 도 7은 약 7 kHz 이하의 주파수 영역에 대하여 32개, 64개, 96개의 공진기를 이용해서 1차 및 2차 공진모드로 대역 필터를 설계한 경우를 보여주는 그래프이다. 따라서, 적은 수의 공진기를 이용해서, 넓은 주파수 영역을 커버하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 구현할 수 있다.
도 8은 비교예에 따른 공진기 어레이 센서에서 공진기 개수, 주파수 분해능, 소자 면적, 개별 공진기 출력 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 비교예에 따른 공진기 어레이 센서는 복수의 공진기를 갖되, 각 공진기는 오직 하나의 대역 필터(즉, 채널)를 갖는다. 다시 말해, 각 공진기에서 1차 공진모드 신호만 이용한다.
도 8을 참조하면, 주파수 대역의 분해능은 공진기의 개수와 같으므로, 분해능을 향상시키기 위해서는 공진기의 개수를 증가시켜야 한다. 그러나 공진기의 개수가 증가하면, 소자의 면적이 증가하여 소형화가 어렵고 응용 분야가 제약적이며 가격 상승의 원인이 된다. 또한, 소자의 면적을 유지한 채 공진기의 개수를 늘이기 위해서는, 개별 공진기의 크기를 줄여야 하고, 이에 따라 출력이 저하되고, 공진주파수 설계에 제약이 따를 수 있다.
도 9는 비교예에 따른 공진기 어레이 센서 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 각각의 공진기에서 하나의 공진주파수가 대응되어 나타날 수 있다. 이 경우, 공진기의 개수와 유효 대역 필터(즉, 채널)의 개수는 동일할 수 있다. 전체 소자의 폭을 W로 표시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 공진기 어레이 센서(음향/진동 스펙트럼 분석 소자) 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 1차 공진모드의 신호 및 2차 공진모드의 신호를 모두 활용함으로써, 도 9의 비교예 대비 절반의 공진기 개수를 이용해서, 동일한 유효 대역 필터(채널) 수를 확보할 수 있다. 소자의 폭/면적을 절반으로 감소시키면서도 동등 이상의 성능을 확보할 수 있다. 또한, 2차 이상의 공진모드의 신호를 이용함으로써, 공진기의 개수를 줄이고, 줄어든 개수만큼 개별 공진기의 사이즈를 증가시키면, 개별 공진기의 출력을 증가시킬 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 공진기 어레이 센서(음향/진동 스펙트럼 분석 소자) 및 이로부터 발생하는 공진주파수의 대응 관계를 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 1차 및 2차 공진모드를 모두 활용함으로써, 도 9의 비교예와 동일한 수의 공진기를 이용해서, 2배의 유효 주파수 대역 필터 특성을 확보할 수 있다. 즉, 동일한 면적의 소자에서 2배의 유효 채널수를 확보할 수 있다. 만약 복수의 공진기 중 적어도 일부의 3차 공진모드 주파수 신호를 더 이용한다면, 2배 이상의 대역 필터 특성을 얻을 수 있다.
도 12 및 도 13은 실시예들에 따른 것으로, 복수의 공진기(64개의 공진기)를 이용해서 멀티-모드의 신호를 활용하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 제조한 경우, 그에 대응하는 주파수 대역 특성을 보여주는 그래프이다.
도 12는 1차 공진모드의 공진주파수들의 간격이 좁은 경우이고, 도 13은 1차 공진모드의 공진주파수들의 간격이 상대적으로 넓은 경우이다. 도 12와 같이, 1차 공진모드의 공진주파수들의 간격이 좁은 경우, 1차 공진모드 그룹과 2차 공진모드 그룹 사이에 소실 대역이 존재할 수 있다. 그러나 도 13의 경우, 1차 공진모드 그룹과 2차 공진모드 그룹 사이에 소실 대역이 없이 이들이 적절히 연계된 것을 알 수 있다.
복수의 공진기가 n개의 공진기를 포함하고, n번째 공진기(최대주파수 공진기)의 1차 공진모드의 공진주파수를 f_n1이라 하고, 1번째 공진기(최소주파수 공진기)의 2차 공진모드의 공진주파수를 f_12라 하고, 2번째 공진기의 2차 공진모드의 공진주파수를 f_22라 하면, [(f_12)-(f_n1)]는 [(f_22)-(f_12)]의 약 2배에 해당하는 값보다 작거나 같을 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 실시예들은 이에 한정되지 아니한다. 소자의 목적 및 종류에 따라서, 상기한 조건이 만족되지 않을 수도 있다.
도 12 및 도 13의 실시예의 경우, 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 등간격으로 선형적으로 배치될 수 있다. 이 경우, 2차 공진모드의 공진주파수들도 등간격으로 선형적으로 배치될 수 있다. 여기서, '등간격'이라는 용어는 대략적 및 실질적인 등간격을 포괄하는 개념일 수 있다. 다른 실시예의 경우, 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 간격이 변화되도록 비선형적으로 배치될 수 있다. 그 일례가 도 14에 도시되어 있다.
도 14는 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 간격이 변화되는 경우를 보여주는 그래프이다. 도 14를 참조하면, 1차 공진모드의 공진주파수들은 도면상 오른쪽으로(주파수가 증가하는 방향으로) 갈수록 간격이 증가하는 경향을 갖도록 비선형적으로 배치될 수 있다. 2차 공진모드의 공진주파수들도 대응하여 유사한 경향을 갖고, 비선형적으로 배치될 수 있다. 복수의 공진기의 길이, 폭, 두께, 중량 중 적어도 하나를 변화시킴으로써, 각 공진기의 공진 특성을 제어할 수 있다.
실시예들에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자에 적용되는 복수의 공진기는 마이크로 스케일 혹은 그 이하의 스케일을 갖는 전기기계적(electromechanical) 구조를 가질 수 있다. 이러한 복수의 공진기는 MEMS(microelectromechanical system) 공정을 통해 제작될 수 있다. 또한, 복수의 공진기 각각은 그 일단이 고정된 캔틸레버(cantilever) 구조를 갖거나, 그 양단이 모두 고정된 구조를 가질 수 있다. 또한, 복수의 공진기 각각은 플렉서블한 로드(rod) 형태의 진동부(가동부) 및 상기 진동부(가동부) 상에 구비된 질량체를 포함할 수 있다. 상기 진동부 및 질량체의 치수 및 중량 등에 따라서, 공진기의 공진 특성이 제어될 수 있다.
추가적인 실시예에 따르면, 복수의 공진기는 제1 및 제2 공진기를 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 공진기는 동일한 1차 공진모드 공진주파수를 갖고 서로 다른 2차 공진모드 공진주파수를 가질 수 있다. 이는 상기 제1 및 제2 공진기의 구조 및 치수 등을 조절함으로써 가능할 수 있다. 그 일례를 도 15 및 도 16을 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 15는 두 개의 공진기 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다. (A)도면의 제1 공진기는 로드(rod) 형태의 제1 진동부(가동부)(1a) 및 그 일단에 구비된 제1 질량체(2a)를 포함하고, (B)도면의 제2 공진기는 제2 진동부(1b) 및 제2 질량체(2b)를 포함한다. 제1 질량체(2a)은 상대적으로 가볍고(light mass), 제2 질량체(2b)는 상대적으로 무거우며(heavy mass), 제1 진동부(1a)에서 플렉서블한 영역의 길이는 상대적으로 길고(long flexure), 제2 진동부(1b)에서 플렉서블한 영역의 길이는 상대적으로 짧다(short flexure).
도 16은 도 15의 제1 및 제2 공진기 각각에서 발생하는 제1 공진주파수(f1) 및 제2 공진주파수(f2)를 보여주는 그래프이다. 도 16의 (A)그래프는 도 15의 (A)의 제1 공진기에 대한 결과이고, 도 16의 (B)그래프는 도 15의 (B)의 제2 공진기에 대한 결과이다. 도 16을 참조하면, 제1 공진기의 제1 공진주파수(f1)는 제2 공진기의 제1 공진주파수(f1)와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있고, 제1 공진기의 제2 공진주파수(f2)는 제2 공진기의 제2 공진주파수(f2)와 다를 수 있다. 제2 공진기의 제2 공진주파수(f2)가 제1 공진기의 제2 공진주파수(f2) 보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 공진기의 제2 공진주파수(f2)는 제1 공진기의 제1 공진주파수(f1)의 약 7배 정도일 수 있고, 제2 공진기의 제2 공진주파수(f2)는 제2 공진기의 제1 공진주파수(f1)의 약 12배 정도일 수 있다. 이와 같이, 공진기의 구조/형상 및 치수를 제어함으로써, 1차 공진주파수에 대한 2차 공진주파수의 상대적인 크기(즉, 이들 사이의 간격)를 조절할 수 있다.
이하에서는, 실시예들에 따른 주파수 정보 획득 및 분석 방법, 다시 말해, 음향/진동 스펙트럼의 획득 및 분석 방법을 간략히 설명한다. 실시예들에 따른 음향/진동 스펙트럼의 분석방법은 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 구조 및 원리와 연계하여 이해되어야 한다.
일 실시예에 따르면, 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기를 이용한 음향/진동 스펙트럼의 분석방법은 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호를 획득하는 단계, 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 2차 공진모드의 주파수 신호를 획득하는 단계 및 상기 1차 공진모드의 주파수 신호 및 상기 2차 공진모드의 주파수 신호를 각각 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 분석방법은 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 상기 1차 공진모드의 주파수 신호와 상기 2차 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 공진기 중 적어도 하나의 개별 공진기로부터 1차 공진모드의 주파수 신호 및 이와 분리된 2차 공진모드의 주파수 신호가 동시에 출력될 수 있다. 또한, 상기 분석방법은 상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 3차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 획득하고 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 복수의 공진기의 배열 방식이나 공진기 각각의 구조, 치수 등은 다양하게 변화될 수 있다. 이하에서는, 도 17 내지 도 27을 참조하여 복수의 공진기의 배열 및 공진기 구조를 예시적으로 설명한다.
도 17은 일 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 개략적인 구조를 보여주는 사시도이다.
도 17을 참조하면, 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 지지 기판(710) 및 그 위에 구비된 공진기 어레이(730)를 포함할 수 있다. 지지 기판(710)에는 관통홀(H1)이 형성될 수 있고, 공진기 어레이(730)는 관통홀(H1) 주위의 기판(710) 영역에 상에 배치될 수 있다. 공진기 어레이(730)는 중심주파수가 서로 다른 복수의 공진기(R)를 포함할 수 있다. 복수의 공진기(R)는 길이, 폭, 두께 및 중량 중 적어도 하나가 서로 다른 구성을 가질 수 있다. 여기서는, 복수의 공진기(R) 중 적어도 일부가 서로 다른 길이를 갖는 경우가 도시되어 있다. 복수의 공진기(R)는 관통홀(H1) 영역을 둘러싸면서 관통홀(H1) 안쪽으로 연장될 수 있다. 관통홀(H1)은 복수의 공진기(R)가 진동할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 관통홀(H1)은 원형으로 도시되었으나 이에 한정되지 않고, 다각형이나 그 외에 다양한 폐곡선 형상을 가질 수 있다. 복수의 공진기(R)는 대략 수 ㎛ 이하의 폭, 수 ㎛ 이하의 두께 및 수 mm 이하의 길이를 가질 수 있다. 이러한 공진기들(R)은 MEMS(microelectromechanical system) 공정에 의해 제작될 수 있다. 공진기(R)는 외부 신호에 반응하여 Z축 방향을 따라 상하로 진동할 수 있다.
도 18은 다른 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 개략적인 구조를 보여주는 사시도이다.
도 18을 참조하면, 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 사각형의 관통홀(H2)이 형성된 지지 기판(810) 및 그 위에 구비된 공진기 어레이(830)를 포함할 수 있다. 공진기 어레이(830)는 복수의 그룹(G1, G2)으로 구분될 수 있다. 제1 그룹(G1)의 공진기들(R)과 제2 그룹(G2)은 공진기들(R)은 서로 마주할 수 있다. 제1 그룹(G1)의 공진기들(R)의 길이는 제1 방향으로 가면서 증가할 수 있고, 제2 그룹(G2)의 공진기들(R)의 길이는 상기 제1 방향의 역방향으로 가면서 증가할 수 있다. 이러한 배치 구조에 의해, 복수의 공진기(R) 전체가 차지하는 공간을 최소화할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 도 17 및 도 18의 복수의 공진기(R)에 연결된 "대역신호 분할기"가 더 구비될 수 있다. 상기 대역신호 분할기는, 예컨대, 다이플렉서(diplexer), 듀플렉서(duplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)를 포함할 수 있다.
도 19는 도 17 및 도 18에 적용될 수 있는 공진기(R) 하나의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 19를 참조하면, 공진기(R)는 지지 기판(810)에 고정되는 고정부(10)와 음향/진동 신호에 반응하여 가동되는 가동부(20) 및 가동부(20)의 움직임을 감지하는 감지부(30)를 포함할 수 있다. 감지부(30)는 가동부(20)와 함께 진동할 수 있다. 따라서, 가동부(20)와 감지부(30)가 하나의 "진동부(가동부)"를 구성한다고 볼 수도 있다. 부가적으로, 공진기(R)는 가동부(20)에 소정의 질량을 제공하기 위한 질량체(40)를 더 포함할 수 있다.
가동부(20)는 탄성 필름으로 이루어질 수 있다. 탄성 필름은 폭 및 그보다 큰 길이를 가질 수 있고, 탄성 필름의 길이 및 폭은 질량체(40)의 질량과 함께 공진기(R)의 공진 특성을 정하는 요소가 될 수 있다. 탄성 필름으로는 실리콘, 금속, 폴리머 등의 재질이 사용될 수 있다.
감지부(30)는 가동부(20)의 움직임을 센싱하는 센서층을 포함할 수 있다. 감지부(30)는, 예컨대, 압전 소자를 포함할 수 있고, 이 경우, 제1 전극층, 압전물질층 및 제2 전극층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 압전물질층의 물질(즉, 압전물질)로는 ZnO, SnO, PZT(lead zirconate titanate), ZnSnO3, polyvinylidene fluoride (PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)), AlN, PMN-PT (lead magnesium niobate-lead titanate) 등이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 전극층으로, 금속 또는 금속화합물 물질이나 그 밖의 다양한 전도성 재질이 사용될 수 있다.
도 20은 다른 실시예에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자의 공진기 어레이를 설명하기 위한 사시도이다. 도 21은 도 20의 공진기 어레이를 배치할 수 있는 기판의 구조를 보여주는 사시도이다. 도 22는 도 20의 공진기 어레이를 도 21의 기판에 결합시킨 결과물을 보여주는 사시도이다. 도 22는 기판의 하면 쪽에서 바라본 사시도이다.
도 20 내지 도 22를 참조하면, 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 기판(110), 멤브레인(120) 및 복수의 공진기(130)를 포함할 수 있다. 기판(110)으로는, 예컨대, 실리콘 기판이 사용될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다른 다양한 재질을 사용할 수 있다. 기판(110)의 일면에는 캐비티(cavity)(110a)가 소정 깊이로 형성될 수 있다.
복수의 공진기(130)는 소정의 멤브레인(120) 상에 배치될 수 있고, 멤브레인(120)은 캐비티(110a)를 덮도록 기판(110)의 일면에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 공진기(130)는 캐비티(110a) 안쪽에 배치될 수 있다. 캐비티(110a)의 내부는 진공 상태로 유지될 수 있다. 캐비티(110a) 내부의 진공 상태는 대기압 보다 낮은 압력, 예를 들면, 대략 100 Torr 이하의 진공도(degree of vacuum), 구체적으로는, 대략 1000 mTorr 이하의 진공도로 유지될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 멤브레인(120)은, 예컨대, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 또는 폴리머를 포함할 수 있지만, 이는 예시적인 것이고 이외에도 다른 다양한 재질이 사용될 수 있다.
멤브레인(120)은 광대역(wideband)의 음향 신호를 수신하도록 마련될 수 있다. 예컨대, 멤브레인(120)은 대략 20 Hz ∼ 20 kHz 범위의 가청 주파수 대역의 음향 신호를 수신하도록 마련될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 20 kHz 이상의 초음파 대역이나 또는 20 Hz 이하의 초저음파 대역의 음향/진동 신호를 수신하도록 마련되는 것도 가능하다.
멤브레인(120)의 일면에 복수의 공진기(130)가 소정 형태로 배열될 수 있다. 공진기들(130)은 기판(110)에 형성된 캐비티(110a)와 접하는 멤브레인(120)의 내면에 마련되어 진공 상태로 유지되는 캐비티(110a)의 내측에 위치할 수 있다. 이와 같이, 주변이 진공 상태를 유지하게 되면 공진기들(130)의 Q-factor (Quality factor)가 향상될 수 있다. 공진기들(130)은 서로 다른 대역의 음향/진동 주파수를 감지하도록 마련될 수 있다. 이를 위해, 공진기들(130)의 적어도 일부는 서로 다른 치수(dimension)를 가질 수 있다. 예를 들면, 공진기들(130)의 적어도 일부는 서로 다른 길이, 폭 또는 두께를 가질 수 있다. 멤브레인(120)에 마련되는 공진기들(130)의 개수는, 예컨대, 수십 내지 수천 개가 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 설계 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
공진기들(130) 각각은 정전(electro-static) 방식으로 진동을 감지하는 구성을 가질 수 있다. 공진기들(130) 각각은 멤브레인(120) 상에 구비된 제1 전극(131) 및 제1 전극(131)과 마주하도록 배치된 제2 전극(132)을 포함할 수 있다. 서로 다른 길이를 가지는 복수의 제2 전극(132)이 제1 전극(131)과 이격되도록 마련될 수 있다. 제2 전극들(132) 각각은 그 양단이 멤브레인(120)에 고정될 수 있다. 제1 및 제2 전극(131, 132)은 도전성 물질, 예를 들면, 전기 전도성이 우수한 금속이나 합금을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질을 포함할 수도 있다.
제1 전극(131)은 캐비티(110a)와 접하는 멤브레인(120)의 내면에 마련될 수 있다. 제1 전극(131)은 공통 전극(common electrode)일 수 있다. 이와 달리, 제1 전극(131)은 제2 전극(132)과 대응되도록 마련되는 개별 전극이 될 수도 있다. 제1 전극(131)과 이격된 제2 전극(132)은 대략 수 ㎛ 이하의 폭, 수 ㎛ 이하의 두께, 및 수 mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
이와 같은 구조의 공진기(130)에서, 멤브레인(120)의 움직임에 의해 제2 전극(132)이 진동하면 제1 및 제2 전극(131, 132) 사이의 간격이 변하고, 이에 따라 제1 및 제2 전극(131, 132) 사이의 정전용량이 변화하게 된다. 이러한 정전용량의 변화에 따라 제1 및 제2 전극(131, 132)으로부터 전기 신호를 검출할 수 있으며, 그 결과, 공진기(130) 각각은 특정 대역의 음향/진동 주파수를 감지할 수 있다. 공진기(130)가 감지할 수 있는 주파수 대역은 공진기(130)의 치수(ex, 길이) 등에 의해 정해질 수 있다.
도시하지는 않았지만, 복수의 공진기(130)에 연결된 "대역신호 분할기"가 더 구비될 수 있다. 상기 대역신호 분할기는, 예컨대, 다이플렉서(diplexer), 듀플렉서(duplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)를 포함할 수 있다.
도 23은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 23을 참조하면, 공진기(230)는 멤브레인(120) 에 마련되는 정전형 공진기가 될 수 있다. 공진기(230)가 마련되는 멤브레인(120)의 내면에는 제1 절연층(121)이 더 형성될 수 있다. 멤브레인(120)이 도전성 물질을 포함하는 경우, 제1 절연층(121)은 멤브레인(120)과 공진기(230) 사이를 절연시키는 역할을 한다. 멤브레인(120)이 절연성 물질로 이루어진 경우, 제1 절연층(121)은 형성되지 않을 수 있다.
공진기(230)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 전극(231, 232)과, 제2 전극(232)이 제1 전극(231)을 마주보는 표면에 마련되는 제2 절연층(233)을 포함할 수 있다. 도 23에는 제2 절연층(233)이 제2 전극(232) 상에만 형성된 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 제2 절연층은 제1 전극(231)에 형성되거나 또는 제1 및 제2 전극(231, 232)에 형성될 수도 있다. 이러한 공진기(230)는 MEMS 공정에 의해 미세한 크기로 제작될 수 있다.
도 24는 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 24를 참조하면, 공진기(330)가 마련되는 멤브레인(120)의 내면에는 절연층(121)이 형성된다. 제1 전극(331)과 이격되게 마련된 제2 전극(332)의 일단은 멤브레인(120)에 고정되고, 타단은 멤브레인(12)에 고정되지 않은 상태로 제1 전극(131)과 이격될 수 있다. 따라서, 공진기(330)는 캔틸레버 구조를 갖는다고 할 수 있다.
도 25는 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 25를 참조하면, 공진기(430)는 도 23에 도시된 공진기(230)와 달리 제2 전극(432) 및 제2 절연층(433)의 일단은 멤브레인(120)에 고정되고, 타단은 멤브레인(120)에 고정되지 않은 상태로 제1 전극(431)과 이격될 수 있다.
도 26은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 26을 참조하면, 공진기(530)는 멤브레인(120)에 마련되는 압전형(piezoelectric) 공진기일 수 있다. 공진기(530)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 전극(531, 532)과 이들(531,532) 사이에 마련되는 압전층(533)을 포함할 수 있다. 제1 전극(531)은 그 양단이 멤브레인(120)의 내면에 고정되도록 마련되어 있으며, 그 중심부는 멤브레인(120)과 이격될 수 있다. 압전층(533)은 변형에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있는 압전물질을 포함한다.
이와 같은 구조의 공진기(530)에서, 멤브레인(120)의 움직임에 의해 공진기(530)가 진동하게 되면 제1 및 제2 전극(531, 532) 사이에 마련된 압전층(533)이 변형되게 된다. 압전층(533)의 변형에 따라 제1 및 제2 전극(531, 532)으로부터 전기 신호를 검출할 수 있으며, 이에 따라, 공진기(530)가 특정 대역의 음향/진동 주파수를 선택적으로 감지할 수 있다. 공진기(530)가 감지할 수 있는 주파수 대역은 공진기(530)의 길이, 폭, 두께 등에 의해 조절될 수 있다.
도 27은 다른 실시예에 따른 공진기 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 27을 참조하면, 공진기(630)는 도 26에 도시된 공진기(530)와 달리 제1 전극(631), 제2 전극(632) 및 압전층(633)의 일단은 멤브레인(120)에 고정되고, 타단은 멤브레인(120)에 고정되지 않은 상태로 멤브레인(120)과 이격될 수 있다.
공진기가 캔틸레버 구조를 갖는 경우, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 1차 공진모드에 의한 진동 및 2차 이상의 고차 공진모드에 의한 진동이 나타날 수 있다. 또한, 공진기가 그 양단이 고정되고 중심부가 진동하는 구조를 갖는 경우에도, 1차 공진모드에 의한 진동 및 2차 이상의 고차 공진모드에 의한 진동이 나타날 수 있다. 이 경우, 공진기의 중심부가 진동하는 양상이 1차 및 2차 공진모드에서 서로 다를 수 있다. 덧붙여서, 하나의 공진기에서 1차 공진모드의 공진주파수에 의한 진동과 2차 공진모드의 공진주파수에 의한 진동은 서로 독립적으로 나타날 수 있고, 또한 동시에 나타날 수도 있다.
도 17 내지 도 27을 참조하여 설명한 공진기의 배열 및 공진기 구조는 예시적인 것이고, 이는 매우 다양하게 변화될 수 있다. 다양한 배열 형태 및 다양한 공진기 구조가 가능할 수 있다.
이상의 실시예들에 따른 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 분석 방법은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 예컨대, 상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 칩(chip) 형태의 음향 센서(acoustic sensor)로 구현되어 휴대폰, 컴퓨터, 가전기기, 자동차, 스마트홈 환경 등에서 음성인식, 화자인식, 상황인식 등에 활용될 수 있다. 또한, 상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 칩 형태의 진동 센서(vibration sensor)로 구현되어 건축물, 자동차, 가전기기 등에 탑재되어 진동 정보를 분석하는데 활용될 수 있다. 또한, 상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 잡음을 저감 또는 제거하거나, 통화 품질을 향상시키는 분야에도 적용될 수 있다. 그 밖에도 상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 보청기 분야나 안전 및 보안 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
110 : 기판 110a : 캐비티
120 : 멤브레인 130 : 공진기
131 : 제1 전극 132 : 제2 전극
710 : 지지 기판 730 : 공진기 어레이
810 : 지지 기판 830 : 공진기 어레이
H1, H2 : 관통홀 R : 공진기
110 : 기판 110a : 캐비티
120 : 멤브레인 130 : 공진기
131 : 제1 전극 132 : 제2 전극
710 : 지지 기판 730 : 공진기 어레이
810 : 지지 기판 830 : 공진기 어레이
H1, H2 : 관통홀 R : 공진기
Claims (25)
- 음향 및 진동의 스펙트럼을 획득하기 위한 것으로, 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기; 및
상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호 및 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 적어도 하나의 대역신호 분할기;를 포함하고,
분리된 상기 1차 공진모드의 주파수 신호 및 상기 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 이용해서 음향 및 진동의 스펙트럼을 분석하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 대역신호 분할기는 다이플렉서(diplexer), 듀플렉서(duplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)를 포함하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 대역신호 분할기는 LPF(low pass filter) 및 HPF(high pass filter)를 포함하고, 선택적으로(optionally), 상기 LPF와 HPF는 동일한 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 갖는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 대역신호 분할기는 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 갖고, 상기 컷오프 주파수는 상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 그룹과 2차 공진모드의 공진주파수 그룹 사이에 위치하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 n개의 공진기를 포함하고, 1번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수를 f_11이라 하고, 상기 1번째 공진기의 2차 공진모드의 공진주파수를 f_12라 하면,
2번째 내지 n번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 상기 f_11과 f_12 사이에 위치하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 등간격으로 선형적으로 배치된 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 간격이 변화되도록 비선형적으로 배치된 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 제1 및 제2 공진기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 공진기는 동일한 1차 공진모드 공진주파수를 갖고, 서로 다른 2차 공진모드 공진주파수를 갖는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 음향/진동 스펙트럼 분석 소자는 상기 공진기 개수의 2배 혹은 그 이상의 유효 대역 필터를 갖는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 전기기계적(electromechanical) 공진기 구조를 갖는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 캔틸레버(cantilever) 구조를 포함하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 12 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 상기 캔틸레버(cantilever) 구조에 구비된 질량체를 더 포함하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 제1 그룹의 공진기들을 포함하고, 상기 제1 그룹의 공진기들은 서로 다른 길이를 갖는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 청구항 1, 3 내지 14 중 어느 하나에 기재된 음향/진동 스펙트럼 분석 소자를 포함하는 전자 장치.
- 음향 및 진동의 스펙트럼을 획득하기 위한 것으로, 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기; 및
상기 복수의 공진기 각각의 1차 공진모드의 주파수 신호와 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 대역신호 분할기;를 포함하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 16 항에 있어서,
상기 복수의 공진기 각각의 1차 공진모드의 주파수 신호 및 이와 분리된 2차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 이용해서 음향 및 진동의 스펙트럼을 분석하도록 구성된 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 16 항에 있어서,
상기 대역신호 분할기는 다이플렉서(diplexer), 듀플렉서(duplexer) 또는 트리플렉서(triplexer)를 포함하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 16 항에 있어서,
상기 대역신호 분할기는 LPF(low pass filter) 및 HPF(high pass filter)를 포함하고, 선택적으로(optionally), 상기 LPF와 HPF는 동일한 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 갖는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 16 항에 있어서,
상기 대역신호 분할기는 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 갖고, 상기 컷오프 주파수는 상기 복수의 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수 그룹과 2차 공진모드의 공진주파수 그룹 사이에 위치하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 제 16 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 n개의 공진기를 포함하고, 1번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수를 f_11이라 하고, 상기 1번째 공진기의 2차 공진모드의 공진주파수를 f_12라 하면,
2번째 내지 n번째 공진기의 1차 공진모드의 공진주파수들은 상기 f_11과 f_12 사이에 위치하는 음향/진동 스펙트럼 분석 소자. - 서로 다른 중심주파수를 갖는 복수의 공진기를 이용한 음향/진동 스펙트럼의 분석방법에 있어서,
상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 1차 공진모드의 주파수 신호를 획득하는 단계;
상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 2차 공진모드의 주파수 신호를 획득하는 단계; 및
상기 1차 공진모드의 주파수 신호와 상기 2차 공진모드의 주파수 신호를 분리하는 단계; 및
분리된 상기 1차 공진모드의 주파수 신호 및 상기 2차 공진모드의 주파수 신호를 각각 분석하는 단계;를 포함하는 음향/진동 스펙트럼의 분석방법. - 삭제
- 제 22 항에 있어서,
상기 복수의 공진기 중 적어도 하나의 개별 공진기로부터 1차 공진모드의 주파수 신호 및 이와 분리된 2차 공진모드의 주파수 신호가 동시에 출력되는 음향/진동 스펙트럼의 분석방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 복수의 공진기 중 적어도 일부의 3차 이상의 공진모드의 주파수 신호를 획득하고 분석하는 단계;를 더 포함하는 음향/진동 스펙트럼의 분석방법.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170120515A KR102475893B1 (ko) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법 |
| US15/899,884 US10141007B1 (en) | 2017-09-19 | 2018-02-20 | Sound/vibration spectrum analyzing device and methods of acquiring and analyzing frequency information |
| EP18158589.4A EP3457098B1 (en) | 2017-09-19 | 2018-02-26 | Sound/vibration spectrum analyzing device and methods of acquiring and analyzing frequency information |
| CN201810345981.1A CN109520608B (zh) | 2017-09-19 | 2018-04-17 | 声音/振动频谱分析设备及获取和分析频率信息的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170120515A KR102475893B1 (ko) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190032055A KR20190032055A (ko) | 2019-03-27 |
| KR102475893B1 true KR102475893B1 (ko) | 2022-12-08 |
Family
ID=61283074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170120515A KR102475893B1 (ko) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10141007B1 (ko) |
| EP (1) | EP3457098B1 (ko) |
| KR (1) | KR102475893B1 (ko) |
| CN (1) | CN109520608B (ko) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101718214B1 (ko) * | 2015-06-09 | 2017-03-20 | 한국과학기술원 | 사물인터넷용 초저전력 유연압전 음성인식 센서 |
| KR20180037841A (ko) * | 2016-10-05 | 2018-04-13 | 삼성전자주식회사 | 공진기를 포함하는 필터 시스템 |
| KR102566412B1 (ko) * | 2019-01-25 | 2023-08-14 | 삼성전자주식회사 | 음향 센서를 포함한 자동차 주행 제어 장치 및 그 방법 |
| KR102626924B1 (ko) | 2019-06-20 | 2024-01-19 | 삼성전자주식회사 | 지향성 음향 센서와, 이를 이용한 지향 특성의 조절 방법 및 특정 방향의 음향 신호 감쇄 방법 |
| KR20210089292A (ko) | 2020-01-07 | 2021-07-16 | 삼성전자주식회사 | 음성 인식 시스템 및 이를 이용한 디스플레이 장치 |
| CN111579054A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-08-25 | 北京卫星环境工程研究所 | 基于mems的振动传感器及振动频率的测量方法 |
| KR20220099209A (ko) * | 2021-01-05 | 2022-07-13 | 삼성전자주식회사 | 음향 센서 어셈블리 및 이를 이용하여 음향을 센싱하는 방법 |
| US11881218B2 (en) | 2021-07-12 | 2024-01-23 | Bank Of America Corporation | Protection against voice misappropriation in a voice interaction system |
| CN113847689B (zh) * | 2021-09-23 | 2023-05-26 | 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 | 一种空调器共振控制方法、装置、空调器及存储介质 |
| KR20230086877A (ko) | 2021-12-08 | 2023-06-16 | 삼성전자주식회사 | 지향성 음향 센서 |
| KR20230095689A (ko) | 2021-12-22 | 2023-06-29 | 삼성전자주식회사 | 마이크로폰 패키지 및 이를 포함하는 전자 장치 |
| CN114623984A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-06-14 | 之江实验室 | 一种基于异构麦克风阵列的声学成像仪 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3440534A (en) * | 1965-08-12 | 1969-04-22 | Horace G Miller | Dual reed comb filter |
| US5856722A (en) * | 1996-01-02 | 1999-01-05 | Cornell Research Foundation, Inc. | Microelectromechanics-based frequency signature sensor |
| JP3344336B2 (ja) * | 1998-10-29 | 2002-11-11 | 住友金属工業株式会社 | 共振子アレイ、音響センサ及び振動センサ |
| US6651504B1 (en) * | 1999-09-16 | 2003-11-25 | Ut-Battelle, Llc | Acoustic sensors using microstructures tunable with energy other than acoustic energy |
| CN1677842B (zh) * | 2004-03-31 | 2011-06-08 | 松下电器产业株式会社 | 共鸣器和滤波器 |
| JP2006145404A (ja) | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Osaka Prefecture | 共振点検出方法 |
| KR100612213B1 (ko) | 2005-06-07 | 2006-08-11 | 블루텍 주식회사 | 측정기능이 구비된 오디오 시스템 및 그것의 운용방법 |
| WO2008137934A1 (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Raytheon Sarcos, Llc | Digital wound detection system |
| EP2389774B1 (en) | 2009-01-23 | 2014-12-03 | Widex A/S | System, method and hearing aids for in situ occlusion effect measurement |
| US9660170B2 (en) * | 2012-10-26 | 2017-05-23 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Micromachined ultrasonic transducer arrays with multiple harmonic modes |
| KR102207928B1 (ko) | 2014-08-13 | 2021-01-26 | 삼성전자주식회사 | 음향 센싱 소자 및 주파수 정보 획득 방법 |
-
2017
- 2017-09-19 KR KR1020170120515A patent/KR102475893B1/ko active IP Right Grant
-
2018
- 2018-02-20 US US15/899,884 patent/US10141007B1/en active Active
- 2018-02-26 EP EP18158589.4A patent/EP3457098B1/en active Active
- 2018-04-17 CN CN201810345981.1A patent/CN109520608B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3457098B1 (en) | 2022-05-04 |
| CN109520608A (zh) | 2019-03-26 |
| EP3457098A1 (en) | 2019-03-20 |
| US10141007B1 (en) | 2018-11-27 |
| KR20190032055A (ko) | 2019-03-27 |
| CN109520608B (zh) | 2022-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102475893B1 (ko) | 음향/진동 스펙트럼 분석 소자 및 주파수 정보 획득 및 분석 방법 | |
| US20210281242A1 (en) | Filter system including resonator | |
| US10225662B2 (en) | Audio sensing device and method of acquiring frequency information | |
| US7301212B1 (en) | MEMS microphone | |
| EP2866469A2 (en) | Acoustic transducer and package module including the same | |
| US20150041930A1 (en) | Acoustic transducer | |
| CN110169085B (zh) | 与mems传声器组合的非声学传感器的系统 | |
| US10594296B2 (en) | Multi resonator system | |
| CN112219410B (zh) | Mems麦克风系统和方法 | |
| US10313799B2 (en) | Microphone and method for manufacturing the same | |
| KR102364853B1 (ko) | 음향 센싱 소자의 신호 처리 방법과 음향 센싱 시스템 | |
| US9729990B2 (en) | Manufacturing method of a condenser microphone | |
| KR20110132562A (ko) | 누설 경로를 갖는 ｍｅｍｓ 장치 | |
| JP2008085507A (ja) | 音響センサ並びにそれを備えた音響モジュール | |
| US20210331912A1 (en) | Multiple layer electrode transducers | |
| US11112297B2 (en) | Resonator and resonator system including the same and method of manufacturing the resonator | |
| KR20220037551A (ko) | 공진기 및 차동 증폭기를 포함하는 센서 인터페이스 | |
| KR101816253B1 (ko) | 음성전달장치 및 그 제조방법 | |
| JP2008259062A (ja) | 静電型トランスデューサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |