KR102477099B1

KR102477099B1 - 소리 방향 탐지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치

Info

Publication number: KR102477099B1
Application number: KR1020180097562A
Authority: KR
Inventors: 강성찬; 김재흥; 윤용섭; 이충호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2022-12-13
Also published as: KR20200021780A; JP2020030202A; US20200236464A1; CN110850360A; JP7299091B2; US20200068302A1; EP3614110A1; US10873808B2; US10645493B2

Abstract

소리가 오는 방향을 탐지할 수 있는 소리 방향 탐지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치가 개시된다. 개시된 소리 방향 탐지 센서는, 입력되는 소리의 방향에 따라 선택적으로 하나 이상이 반응하도록 배열된 복수의 방향성 진동체를 포함하고, 복수의 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 배치 방향에 수직한 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하도록 구성된다.

Description

소리 방향 탐지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치{Sound direction finding sensor and electronic apparatus including the same}

개시된 실시예들은 소리 방향 탐지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 방향성 진동체를 이용하여 소리가 오는 방향을 탐지할 수 있는 소리 방향 탐지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.

생활 가전 제품, 영상 디스플레이 장치, 가상 현실 장치, 증강 현실 장치, 인공지능 스피커 등에 장착되어 소리가 오는 방향을 탐지하고 음성을 인식할 수 있는 센서의 활용성이 증가하고 있다. 소리 방향을 탐지하는 센서는 통상적으로 다수의 무지향성 음향 센서(omnidirectional acoustic sensor)에 도달하는 소리의 시간차를 이용하여 소리가 오는 방향을 계산한다. 다수의 무지향성 음향 센서를 사용하는 경우, 시간차를 감지하기 위해서는 다수의 무지향성 음향 센서 사이의 거리가 충분한 떨어져 있어야 한다. 소리 방향 탐지 센서의 각도 분해능은 무지향성 음향 센서들 사이의 거리와 샘플링 주파수에 따라 결정되는데, 거리가 길고 샘플링 주파수가 클수록 분해능이 작아질 수 있다.

소리가 오는 방향을 정확하게 탐지할 수 있는 소리 방향 탐지 센서를 제공한다.

소리 방향 탐지 센서를 이용하여 탐지된 소리의 방향 정보를 다양하게 활용할 수 있는 전자 장치를 제공한다.

일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서는, 소리가 입력되는 소리 인입구; 상기 소리 인입구를 통해 입력된 소리가 출력되는 소리 배출구; 및 상기 소리 인입구와 상기 소리 배출구 사이에, 상기 소리 인입구로 입력되는 소리의 방향에 따라 선택적으로 하나 이상이 반응하도록 배열된 복수의 방향성 진동체;를 포함하고, 상기 복수의 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 배치 방향에 수직한 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 소리 방향 탐지 센서는, 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 비교하고, 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 더 큰 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 출력 크기는 각각의 방향성 진동체의 진동 파동에 대한 실효치일 수 있다.

상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 문턱치와 비교하여, 상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 작으면 입력된 소리를 소음으로 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 소리 방향 탐지 센서는 소리가 입력되는 방향과 관계 없이 반응하는 무방향성 진동체를 더 포함할 수 있다.

상기 소리 방향 탐지 센서는, 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체의 위상과 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체의 위상을 상기 무방향성 진동체의 위상과 비교하고, 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 상기 무방향성 진동체의 위상과 가장 가까운 위상을 갖는 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 방향성 진동체와 상기 무방향성 진동체는 동일한 평면 상에 배열되며, 상기 복수의 방향성 진동체는 상기 무방향성 진동체를 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다.

상기 복수의 방향성 진동체는 동일한 평면 상에 배열되며, 상기 소리 인입구의 중심과 연직으로 마주하는 상기 평면상의 중심점을 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다.

상기 복수의 방향성 진동체는 상기 중심점에 대해 소정의 대칭성을 갖도록 배열될 수 있다.

상기 소리 배출구는 상기 복수의 방향성 진동체 전체를 마주하도록 형성될 수 있다.

상기 소리 배출구는 상기 복수의 방향성 진동체 각각과 마주하는 복수개로 구비될 수 있다.

상기 복수의 방향성 진동체는 동일한 공진 주파수를 가질 수 있다.

상기 복수의 방향성 진동체는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 복수의 방향성 진동체를 포함할 수 있다.

상기 복수의 방향성 진동체는 각각이 서로 다른 방향성을 나타내는 복수의 서브 그룹으로 그룹핑되며, 상기 복수의 서브 그룹 각각에 서로 다른 공진주파수를 가지는 복수의 방향성 진동체들이 구비될 수 있다.

상기 복수의 서브 그룹 내의 복수의 방향성 진동체는 공진 주파수의 크기 순서대로 배열될 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 방법은, 입력되는 소리의 방향에 따라 선택적으로 하나 이상이 반응하도록 배열된 복수의 방향성 진동체를 이용하여 소리를 수신하는 단계; 상기 복수의 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 최소인 방향성 진동체를 탐색하는 단계; 및 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 배치 방향에 수직한 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하는 소리 방향 결정 단계;를 포함할 수 있다.

상기 복수의 방향성 진동체를 이용하여 소리를 수신하는 단계는 각각의 방향성 진동체의 진동 파동에 대한 실효치를 계산하는 단계를 더 포함하며, 상기 출력 크기는 각각의 방향성 진동체의 진동 파동에 대한 실효치일 수 있다.

상기 소리 방향 결정 단계는, 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체와 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체를 선택하는 단계; 상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 비교하는 단계; 및 상기 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 더 큰 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 소리 방향 탐지 방법은, 상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 문턱치와 비교하는 단계; 및 상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 작으면 입력된 소리를 소음으로 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 소리 방향 탐지 방법은, 소리가 입력되는 방향과 관계 없이 반응하는 무방향성 진동체를 이용하여 소리를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 소리 방향 결정 단계는: 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체와 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체를 선택하는 단계; 상기 제 1 방향성 진동체의 위상과 상기 제 2 방향성 진동체의 위상을 상기 무방향성 진동체의 위상과 비교하는 단계; 및 상기 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 상기 무방향성 진동체의 위상과 가장 가까운 위상을 갖는 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 사물 인터넷 장치는, 사용자가 제공하는 음성 신호를 수신하는 소리 방향 탐지 센서; 하나 이상의 어플리케이션 모듈이 저장된 메모리; 및 상기 어플리케이션 모듈을 실행하는 프로세서;를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 자동차 음성 인터페이스 장치는, 소리 방향 탐지 센서; 및 상기 소리 방향 탐지 센서에서 수신한 신호를 그 방향성에 따라 유효한 신호인지 여부를 판단하고, 유효한 신호인 경우, 이를 자동차 제어 모듈에 전달하는 유효 신호 추출 모듈;을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 공간 녹음 장치는, 소리 방향 탐지 센서; 상기 소리 방향 탐지 센서에서 센싱한 신호를 분석하여 상기 소리 방향 탐지 센서에 입사된 소리의 방향성을 판단하는 프로세서; 및 상기 프로세서의 신호 처리를 위한 프로그램 및 상기 프로세서의 실행 결과가 저장되는 메모리;를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 전방위 카메라는, 소리 방향 탐지 센서; 전방위 촬영 모듈; 상기 소리 방향 탐지 센서에서 센싱하는 방향성 소리 신호와 상기 전방위 촬영 모듈에서 촬영하는 전방위 영상 신호가 정합하도록, 상기 소리 방향 탐지 센서와 전방위 촬영 모듈을 제어하는 프로세서; 및 상기 방향성 소리 신호 및 상기 전방위 영상 신호를 저장하는 메모리;를 포함할 수 있다.

개시된 소리 방향 탐지 센서는 서로 다른 방향에 대해 반응하는 복수의 방향성 진동체를 구비하는 소형화된 하나의 센서 구조를 가지며, 입사하는 소리의 방향을 높은 분해능으로 알아낼 수 있다. 따라서, 개시된 소리 방향 탐지 센서는 소형화가 가능하여 소형 전자 제품에 탑재할 수 있다.

또한, 개시된 소리 방향 탐지 센서는 복수의 방향성 진동체 중에서 진동이 가장 약한 방향성 진동체를 이용하여 소리의 입사 방향을 탐지하기 때문에 입력되는 소리의 크기와 주변의 소음에 의한 영향을 적게 받을 수 있다.

또한, 개시된 소리 방향 탐지 센서는 소리의 방향 정보을 활용할 수 있는 다양한 전자 장치에 채용될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 대한 A-A' 단면도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 구비된 복수의 방향성 진동체 중의 하나의 구조를 상세히 보이는 단면도이다.
도 3b는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 구비된 복수의 방향성 진동체 중의 하나의 구조를 상세히 보이는 평면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 대한 A-A' 단면도이다.
도 6은 복수의 방향성 진동체 중 일부를 예시하여, 방향성 진동체들의 동작 원리 및 지향성 이득 특성을 보인다.
도 7은 복수의 방향성 진동체들 중에서 2개의 방향성 진동체의 지향성 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 8은 한 방향으로 소리가 입력되었을 때 소리 방향 탐지 센서에 구비된 모든 방향성 진동체들의 출력을 보이는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9d는 다양한 상황에서 소리의 입력 방향에 따른 복수의 방향성 진동체의 출력을 보이는 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 방법을 보이는 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서를 이용하여 소리의 방향을 탐지하는 실험을 하기 위한 실험 구성을 보인다.
도 12는 단일 톤(single tone) 음원으로 실험한 결과를 보이는 그래프이다.
도 13은 음악 음원으로 실험한 결과를 보이는 그래프이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 대한 A-A' 단면도이다.
도 17은 한 방향으로 소리가 입력되었을 때 하나의 무방향성 진동체 및 서로 마주하는 2개의 방향성 진동체의 진동 위상을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 방법을 개략적으로 보이는 흐름도이다.
도 19는 일 실시예에 따른 사물 인터넷(Internet of Things) 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 20은 도 19에 도시된 사물 인터넷 장치가 일상 생활에 적용되는 동작을 예시적으로 보인다.
도 21은 일 실시예에 따른 자동차 음성 인터페이스 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 22는 일 실시예에 따른 자동차 음성 인터페이스 장치가 자동차에 적용된 동작을 예시적으로 보인다.
도 23은 일 실시예에 따른 공간 녹음(spatial recording) 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 24는 일 실시예에 따른 전방위 카메라의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 소리 방향 탐지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 대한 A-A' 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(100)는 소리가 입력되는 소리 인입구(inlet)(134), 소리 인입구(134)를 통해 입력된 소리가 배출되는 소리 배출구(outlet)(135), 소리 인입구(134)와 소리 배출구(135) 사이에 배열된 복수의 방향성 진동체(110_k)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 방향성 진동체(110_k)의 개수를 N이라고 할 때, k는 1에서 N까지의 정수이다.

방향성 진동체(110_k)의 개수 N에 의해 소리 방향 탐지 센서(100)의 물리적인 각도 분해능이 결정될 수 있다. 예를 들어, 소리 방향 탐지 센서(100)의 물리적 분해능은 360°/N으로 표현될 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(100)는 복수의 방향성 진동체(110_k) 각각의 출력 크기를 비교하여 입사하는 소리의 방향을 탐지할 수 있으며, 상호 비교할 방향성 진동체(110_k)의 개수가 많아질수록 더 높은 각 분해능의 획득이 가능하다.

복수의 방향성 진동체(110_k)는 소리 인입구(134)로 입력되는 소리의 방향에 따라 선택적으로 하나 이상이 반응하도록 배열된다. 복수의 방향성 진동체(110_k)는 소리 인입구(134) 주위를 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다. 복수의 방향성 진동체(110_k)는 서로 겹침이 없이 평면적으로 배열되며, 소리 인입구(134)에 대해 복수의 방향성 진동체(110_k) 전체가 노출되도록 배열될 수 있다. 복수의 방향성 진동체(110_k)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 평면 상에 배열될 수 있다. 또한, 복수의 방향성 진동체(110_k)는 소리 인입구(134)의 중심과 연직으로 마주하는 상기 평면상의 중심점(C)을 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다. 도 1에서는 복수의 방향성 진동체(110_k)가 중심점(C)을 원형으로 둘러싸는 것으로 도시되고 있으나, 이는 단지 예시적인 것이다. 복수의 방향성 진동체(110_k) 배열은 이에 한정되지 않고, 중심점(C)에 대해 소정의 대칭성을 갖는, 다양한 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 방향성 진동체(110_k)는 다각형이나 타원형의 궤적을 이루는 형태로 배열될 수도 있다.

소리 배출구(135)는 복수의 방향성 진동체(110_k)의 개수와 동일한 개수로 마련되어, 복수의 방향성 진동체(110_k)의 각각과 마주하게 배치될 수 있다. 소리 인입구(134)와 소리 배출구(135)의 크기나 형상은 특별히 제한되지 않으며, 복수의 방향성 진동체(110_k)를 동일한 정도로 노출할 수 있는 임의의 크기와 형상을 가질 수 있다.

소리 인입구(134)와 소리 배출구(135)의 형성을 위해, 소리 인입구(134)와 소리 배출구(135)의 형상에 대응하는 개구가 형성된 케이스(130)가 사용될 수 있다. 케이스(130)는 음향을 차단할 수 있는 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 케이스(130)는 알루미늄과 같은 재질이 사용될 수 있다. 케이스(130)에 형성된 소리 인입구(134)와 소리 배출구(135)는 도 1에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니다.

케이스(130)의 내부에는, 복수의 방향성 진동체(110_k)를 지지하고 복수의 방향성 진동체(110_k)가 소리에 반응하여 진동하는 공간을 제공하는 지지부(120)가 배치될 수 있다. 지지부(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판에 관통홀(TH)을 형성하여 이루어질 수 있다. 복수의 방향성 진동체(110_k)는 지지부(120)에 일단이 지지되며, 관통홀(TH)과 마주하도록 배치될 수 있다. 관통홀(TH)은 방향성 진동체(110_k)가 외력에 의해 진동하는 공간을 제공하며, 이를 만족하는 한, 형상이나 크기는 특별히 한정되지 않는다. 지지부(120)는 실리콘 기판 등 다양한 재질로 형성될 수 있다.

도 3a는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서(100)에 구비된 복수의 방향성 진동체(110_k) 중의 하나의 구조를 상세히 보이는 단면도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 소리 방향 탐지 센서(100)에 구비된 복수의 방향성 진동체(110_k) 중의 하나의 구조를 상세히 보이는 평면도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 방향성 진동체(110_k)는 지지부(120)에 고정되는 고정부(10), 신호에 반응하여 가동되는 가동부(30), 및 가동부(30)의 움직임을 센싱하는 감지부(20)를 포함할 수 있다. 방향성 진동체(110_k)는 또한, 가동부(30)에 소정의 질량(m)을 제공하기 위한 질량체(40)를 더 포함할 수 있다.

가동부(30)는 예를 들어 탄성 필름으로 이루어질 수 있다. 탄성 필름은 길이 L, 폭 W를 가질 수 있고, 질량체(40)의 질량(m)과 함께, 방향성 진동체(110_k)의 공진 특성을 정하는 요소가 된다. 탄성 필름으로는 실리콘, 금속, 폴리머 등의 재질이 사용될 수 있다.

감지부(20)는 가동부(30)의 움직임을 센싱하는 센서층을 포함할 수 있다. 감지부(20)는 예를 들어, 압전 소자를 포함할 수 있다. 이 경우, 감지부(20)는 전극층, 압전물질층, 및 전극층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 압전물질로는, 예를 들어, ZnO, SnO, PZT, ZnSnO₃, Polyvinylidene fluoride(PVDF), poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)), AlN 또는 PMN-PT 등이 사용될 수 있다. 전극층으로, 금속 재료나 이 외에도 다양한 도전성 재료가 사용될 수 있다.

방향성 진동체(110_k)들의 폭, 두께 등의 구체적인 수치는 방향성 진동체(110_k)에 대해 원하는 공진 주파수를 고려하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 각각의 방향성 진동체(110_k)는 대략 수㎛ 내지 수백 ㎛사이의 폭, 수㎛ 이하의 두께, 및 대략 수 mm 이하의 길이를 가질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 이러한 미세한 크기의 방향성 진동체(110_k)들은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정에 의해 제작될 수 있다.

방향성 진동체(110_k)는 외부 신호에 반응하여 Z-방향을 따라 상하로 진동하며, 변위(z)에 비례하는 출력을 나타내게 된다. 변위(z)는 다음 운동방정식을 따른다.

여기서, c는 댐핑 계수(damping coefficient)이고, k는 탄성 계수이다. 그리고, F₀cosωt는 외력(driving force)으로서, 방향성 진동체(110_k)에 입사되는 신호에 의한 작용을 나타낸다. k값은 가동부(30)의 물성과 형상에 의해 정해진다.

방향성 진동체(110_k)는 공진 주파수 f₀를 중심으로 하며 소정의 밴드폭을 가지는 주파수 응답 특성을 나타낸다. 중심 주파수 f₀는 다음과 같다.

이와 같이, 소리 방향 탐지 센서(100)에 구비된 방향성 진동체(110_k)들은 설계된 중심 주파수를 중심으로 하는 소정 대역의 주파수를 갖는 소리를 감지할 수 있다. 따라서, 중심 주파수를 설계함에 있어, 주어진 환경에서 활용성이 높은 주파수 대역을 선택하여, 선택된 주파수 대역에 맞도록 방향성 진동체(110_k)들을 구현할 수 있다.

일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(100)는 각 위치에 구비된 방향성 진동체(110_k)들이 모두 동일한 공진 주파수를 갖도록 동일한 길이로 설정될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 방향성 진동체(110_k)들이 서로 다른 공진 주파수를 갖도록 변형하는 것도 가능하다.

또한, 도 4는 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 대한 A-A' 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 소리 방향 탐지 센서(101)는 소리가 입력되는 소리 인입구(134), 소리 인입구(134)를 통해 입력된 소리가 배출되는 소리 배출구(137), 및 소리 인입구(134)와 소리 배출구(137) 사이에 배열된 복수의 방향성 진동체(110_k)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 방향성 진동체(110_k)의 개수를 N이라고 할 때, k는 1에서 N까지의 정수이다.

도 4 및 도 5에 도시된 소리 방향 탐지 센서(101)는 소리 배출구(137)의 형상에서 도 1 및 도 2에 도시된 소리 방향 탐지 센서(100)와 차이가 있으며, 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 소리 배출구(137)는 복수의 방향성 진동체(110_k)에 대해 개별적으로 마련되는 것이 아니라, 하나의 소리 배출구(137)가 복수의 방향성 진동체(110_k)에 대해 공유되는 형태를 갖는다. 다시 말해, 하나의 소리 배출구(137)가 복수의 방향성 진동체(110_k) 전체와 마주할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 소리 배출구(137)의 크기는 예시적인 것이고, 소리 배출구(137)의 크기는 이보다 작을 수 있다.

소리 인입구(134)와 소리 배출구(137)의 형성을 위해, 소리 인입구(134)와 소리 배출구(137)의 형상에 대응하는 개구가 형성된 케이스(131)가 사용될 수 있다. 소리 배출구(137)의 크기는 특정되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 복수의 방향성 진동체(110_k)에 대해 소리 인입구(134) 맞은 편의 공간이 모두 열린 형태가 될 수 있다. 이와 같이 열린 공간이 소리 배출구(137)로 기능할 수 있다.

상술한 실시예들에 따른 소리 방향 탐지 센서(100, 101)에서, 복수의 방향성 진동체(110_k) 중에서 방향성이 있는 소리가 입사되는 경로에 놓여 있는 하나 이상의 방향성 진동체(110_k)가 소리에 반응하여 진동하게 된다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, ①의 경로로 소리가 입력되면, 이 경로 상에 놓인, 방향성 진동체(110_1)를 포함하여, 이와 인접한 하나 이상의 방향성 진동체가 진동할 수 있다. 또한, ②의 경로로 소리가 입력되면, 이 경로 상에 놓인, 방향성 진동체(110_9)를 포함하여, 이와 인접한 하나 이상의 방향성 진동체가 진동할 수 있다. 따라서, 입사된 소리의 방향에 따른 복수의 방향성 진동체(110_k)의 출력을 고려하여 입사된 소리의 방향을 알아낼 수 있다.

도 6은 복수의 방향성 진동체(110_k) 중 일부를 예시하여, 방향성 진동체(110_k)들의 동작 원리 및 지향성 이득 특성을 보인다. 도 6을 참조하면, 복수의 방향성 진동체(A, B, C)의 각각은 소리 인입구(134)를 중심으로 하는 원의 반경 방향의 지향각을 갖는 단위 음향 센서가 된다. 각각의 단위 음향 센서의 지향성 이득 곡선은 8자(figure of eight) 형태가 된다. 이러한 지향성 이득 곡선에 따라, 소리 방향 탐지 센서(100, 101)는 모든 방향에서 입력되는 신호들에 대해 선택적으로 반응하는 방향성 진동체(110_k)의 출력들이 중첩(superposition)되어 형성된 출력을 갖게 된다.

한편, 각각의 방향성 진동체(110_k)는 그 배치 위치에 따라 선호하는 각도가 있으며, 이를 주요 방향(principal direction)이라 한다. 출력 형성에 있어서, 주요 방향의 소리에 대해서는 크게, 이외의 방향의 소리에 대해서는 작게 기여한다. 따라서, 모든, 임의의 방향으로 입사된 소리에 대해, 복수의 방향성 진동체(110_k) 각각의 출력 크기를 단순히 비교하는 것에 의해, 입사된 소리의 방향을 추정할 수 있다.

도 7은 복수의 방향성 진동체(110_k)들 중에서 2개의 방향성 진동체의 지향성 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 7에서 64개의 방향성 진동체(110_k)들이 하나의 평면 상에서 원형으로 배열되어 있으며, 각각의 방향성 진동체(110_k)는 소리 인입구(134)의 중심과 연직으로 마주하는 상기 평면상의 중심점(C)을 향해 정렬된 것으로 가정하였다. 도 7을 참조하면, 180도 각도에 배치된 제 1 방향성 진동체(Ch01)는 180도와 0도 방향으로부터 입사하는 소리에 대해 가장 큰 출력을 갖고 -90도와 +90도 방향으로부터 입사하는 소리에 대해 가장 작은 출력을 갖는 8자형 이득 특성을 보인다. 특히, 180도 방향으로부터 입사하는 소리에 대한 출력이 0도 방향으로부터 입사하는 소리에 대한 출력보다 미세하게 크다. 또한, +90도 방향에 배치된 제 17 방향성 진동체(Ch17)는 +90도와 -90도 방향으로부터 입사하는 소리에 대해 가장 큰 출력을 갖고 0도와 180도 방향으로부터 입사하는 소리에 대해 가장 작은 출력을 갖는 8자형 이득 특성을 보인다. 특히, +90도 방향으로부터 입사하는 소리에 대한 출력이 -90도 방향으로부터 입사하는 소리에 대한 출력보다 미세하게 크다.

또한, 도 8은 한 방향으로 소리가 입력되었을 때 소리 방향 탐지 센서(100, 101)에 구비된 모든 방향성 진동체(110_k)들의 출력을 보이는 그래프이다. 도 8에서 64개의 방향성 진동체(110_k)들이 배열되어 있으며 제 1 방향성 진동체의 길이 방향을 따라 제 1 방향성 진동체를 향해 소리가 입사하는 것으로 가정하였다. 도 8을 참조하면, 제 1 방향성 진동체 부근과 제 1 방향성 진동체의 반대쪽에 배치된 제 33 방향성 진동체 부근에서 출력의 피크가 형성된다. 그리고, 제 1 방향성 진동체의 +90도 방향에 배치된 제 17 방향성 진동체 부근과 제 1 방향성 진동체의 -90도 방향에 배치된 제 49 방향성 진동체 부근에서 출력이 최소가 된다. 특히, 제 33 방향성 진동체 부근에서 출력이 가장 크다.

결과적으로, 복수의 방향성 진동체(110_k) 중에서 소리가 입사하는 쪽에 배치된 방향성 진동체의 출력이 가장 크고 소리가 입사하는 방향의 ±90도 각도에 배치된 방향성 진동체의 출력이 가장 작다. 따라서, 출력이 가장 큰 방향성 진동체 또는 출력이 가장 작은 방향성 진동체를 이용하여 입력되는 소리의 방향을 탐지할 수 있을 것으로 예상된다. 그러나, 주변의 소음 상황과 입력되는 소리의 크기에 따라 소리의 입력 각도와 최대값을 갖는 방향성 진동체의 위치가 서로 다를 수도 있다.

예를 들어, 도 9a 내지 도 9d는 다양한 상황에서 소리의 입력 방향에 따른 복수의 방향성 진동체(110_k)의 출력을 보이는 그래프이다. 도 9a 내지 도 9d에서 화살표는 소리의 실제 입력 방향이다. 도 9a 및 도 9c의 경우, 소리가 실제 입력되는 방향과 출력이 최대인 방향성 진동체의 배치 방향이 상이하다는 것을 알 수 있다. 따라서 최대값을 가지는 방향성 진동체의 위치 정보를 이용하는 경우 소리 방향 탐지의 정확도가 감소할 수도 있다.

반면, 도 7, 도 8 및 도 9a 내지 도 9d의 그래프를 살펴보면, 입사하는 소리의 크기나 주변 소음 상황과 관계 없이, 소리가 입사하는 방향에 대해 ±90도 각도에 배치된 방향성 진동체의 출력이 항상 최소가 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 복수의 방향성 진동체(110_k)의 출력을 비교하여, 출력이 최소인 방향성 진동체의 위치를 특정하고, 그 위치에서 ±90도 방향을 소리가 입력된 방향으로 결정한다. 그런 후, +90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 출력 크기와 -90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 출력 크기를 비교하여, 최종적으로 소리가 입력된 방향을 결정할 수 있다.

예를 들어, 도 10은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 방법을 보이는 흐름도이다. 도 10을 참조하여, 본 실시예에 따른 소리 방향 탐지 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 단계(S10)에서 소리 방향 탐지 센서(100, 101)는 복수의 방향성 진동체(110_k)를 이용하여 소리 방향 탐지 센서(100, 101)에 입력되는 소리 신호를 수신한다. 예를 들어, 소리 인입구(134)에 소리가 입력되면 소리의 크기와 방향에 따라 복수의 방향성 진동체(110_k)의 가동부(30)들이 각각 상이한 진폭으로 진동하게 된다. 그리고, 각각의 가동부(30)의 진동 파동에 대응하여 각각의 감지부(20)가 전압을 발생시킨다.

감지부(20)에서 발생하는 전압은 교류 전압이다. 따라서, 복수의 방향성 진동체(110_k)의 정확한 출력을 구하기 위하여, 단계(S11)에서 시간 도메인(time domain)에서 복수의 방향성 진동체(110_k)의 각각에 대해 교류 전압의 실효치(RMS; root-mean-square)를 계산한다. 그리고, 복수의 방향성 진동체(110_k)의 실효치로 표현된 각각의 출력 크기를 저장한다. 이를 위해, 소리 방향 탐지 센서(100, 101)는 실효치의 계산이나 수치의 비교 등을 수행하기 위한 연산기(141, 도 11 참조), 및 복수의 방향성 진동체(110_k)의 출력 크기를 저장하기 위한 메모리(142, 도 11 참조)를 포함하는 제어 회로(140, 도 11 참조)를 더 포함할 수 있다.

그런 후, 단계(S12)에서 연산기(141)는 메모리(142)에 저장된 복수의 방향성 진동체(110_k)의 출력 크기의 값들을 비교하여, 출력 크기가 최소인 방향성 진동체를 탐색한다. 예를 들어, 단순히 출력 크기의 수치만을 비교하여 그 중에서 가장 작은 수치를 갖는 하나의 방향성 진동체를 선택할 수 있다. 또는, 인접하여 모여 있는 방향성 진동체들의 출력 크기들이 미리 정해진 편차 범위 내에서 최솟값의 그룹을 형성하는 경우, 최솟값 그룹을 구성하는 방향성 진동체들 중에서 가장 가운데 위치하는 방향성 진동체를 선택할 수도 있다. 또한 다른 예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 서로 맞은편에 배치된 복수의 방향성 진동체들이 2개의 최솟값 그룹을 형성한다는 점을 고려할 수도 있다. 예를 들어, 2개의 최솟값 그룹 내에서 서로 180도 방향에 배치된 방향성 진동체들의 쌍들을 구성하고, 출력 크기의 합이 최소인 방향성 진동체들의 쌍을 선택할 수도 있다.

이렇게 선택된 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 배치 방향에 수직한 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 각도 위치에 대해 +90도 또는 -90도가 소리가 입력되는 방향이다. 단계(S13)에서, 연산기(141)는 단계(S12)에서 선택된 방향성 진동체의 각도 위치에 대해 +90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 실효치와 -90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 실효치를 비교한다.

앞서 설명한 바와 같이, 출력 크기가 최소인 방향성 진동체에 대해 +90도 방향과 -90도 방향 중에서 소리의 크기가 큰 쪽을 소리가 입력되는 방향으로 결정할 수 있다. 따라서, 단계(S14)에서 연산기(141)는 단계(S13)에서 실효치가 더 큰 것으로 판정된 방향성 진동체를 선택한다.

그런 후, 단계(S15)에서 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 출력 크기, 즉 실효치를 미리 정한 문턱치와 비교한다. 만약 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 작다면, 제어 회로(140)는 입력된 소리를 단순한 소음으로 간주하고 단계(S10)의 동작으로 돌아갈 수 있다. 그러나 만약 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 크다면, 제어 회로(140)는 단계(S16)에서 입력된 소리를 유의미한 것으로 간주하고, 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 각도 위치를 소리가 입력된 방향으로 결정한다. 이렇게 결정된 소리의 방향 정보는 후술하는 바와 같이 다양한 전자 장치에서 이용될 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(101)를 이용하여 소리의 방향을 탐지하는 실험을 하기 위한 실험 구성을 보인다. 도 11에는 도 4 및 도 5에 도시된 소리 방향 탐지 센서(101)가 사용된 것으로 도시되었지만, 도 1 및 도 2에 도시된 소리 방향 탐지 센서(100)를 사용할 수도 있다. 소리 방향 탐지 센서(101)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 실효치의 계산이나 수치의 비교 등을 수행하기 위한 연산기(141)와 복수의 방향성 진동체(110_k)의 출력 크기를 저장하기 위한 메모리(142)를 구비하는 제어 회로(140)를 포함할 수 있다. 또한, 64개의 방향성 진동체(110_k)를 갖는 소리 방향 탐지 센서(101)가 사용되었다. 도 11을 참조하면, 0도, 30도, 60도 및 90도 위치에 각각 음원1, 음원2, 음원3, 및 음원4를 배치하고, 음원1, 음원2, 음원3, 및 음원4 중에서 순차적으로 선택된 하나의 음원이 소리를 출력하고, 제어 회로(140)는 도 9에서 설명한 소리 방향 탐지 방법으로 소리의 입력 방향을 결정하였다.

도 12는 단일 톤(single tone) 음원으로 실험한 결과를 보이는 그래프이다. 예를 들어, 음원1, 음원2, 음원3, 및 음원4는 일정 시간 동안 500 Hz의 톤이 동일한 소리를 순차적으로 돌아가며 출력하였으며, 제어 회로(140)는 소리가 감지될 때마다 소리의 방향을 측정하였다. 도 12를 참조하면, 단일 톤에 대해 매우 정확하게 소리의 방향을 탐지할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 단일 톤에 대해 표준편차는 약 0.8°였다.

또한, 도 13은 음악(music) 음원으로 실험한 결과를 보이는 그래프이다. 예를 들어, 음원1, 음원2, 음원3, 및 음원4는 일정 시간 동안 음악 소리를 순차적으로 돌아가며 출력하였다. 도 13을 참조하면, 음악 음원에 대해서도 비교적 정확하게 소리의 방향을 탐지할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 음악 음원에 대해 표준편차는 약 4.9°였다.

따라서, 64개의 방향성 진동체(110_k)를 갖는 소형의 컴퍼스형 소리 방향 탐지 센서(100, 101)로도 약 6° 이내의 우수한 각도 분해능을 달성할 수 있다. 더욱이, 방향성 진동체(110_k)의 개수를 증가시켜 각도 분해능을 더 향상시킬 수 있으며, 방향성 진동체(110_k)의 개수에 따라 원하는 각도 분해능을 구현하는 것이 가능하다. 이러한 소리 방향 탐지 센서(100, 101)는 소형화가 가능하므로 소형 전자 제품에 유용하게 이용될 수 있다. 또한, 소리 방향 탐지 센서(100, 101)는 복수의 방향성 진동체(110_k) 중에서 진동이 가장 약한 방향성 진동체를 이용하여 소리의 입사 방향을 탐지하기 때문에 입력되는 소리의 크기와 주변의 소음에 의한 영향을 적게 받을 수 있다.

음악 음원에 대해서는 다양한 공진 주파수를 갖는 방향성 진동체(110_k)들의 조합을 이용하여 각도 분해능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 14는 또 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다. 소리 방향 탐지 센서(102)는 복수의 서브 그룹(SG_1, SG_2, SG_3, SG_4)을 포함한다. 복수의 서브 그룹(SG_1, SG_2, SG_3, SG_4)은 각각 서로 다른 방향성을 대표할 수 있도록, 방위가 인접한 방향성 진동체들을 소정 개수로 묶어 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 서브그룹(SG_1, SG_2, SG_3, SG_4)은 서로 90°씩 차이나는 방향을 대표할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서(102)는 공진 주파수가 서로 다른 방향성 진동체(110_1_k, 110_2_k, 110_3_k, 110_4_k)들을 포함하는 점에서, 전술한 실시예들과 차이가 있다. 예를 들어, 각 서브그룹(SG_1, SG_2, SG_3, SG_4)은 일정 범위의 주파수를 갖도록 길이에 변화를 준 방향성 진동체(110_1_k, 110_2_k, 110_3_k, 110_4_k)들을 포함할 수 있다. 이러한 소리 방향 탐지 센서(102)의 경우, 64방위가 아니라 물리적 4방위를 갖는 대신, 각 서브그룹(SG_1, SG_2, SG_3, SG_4) 내에서의 주파수 대역은 단일 공진대역이 아니라 가청 대역 전체로 넓힐 수 있다.

제 1 서브그룹(SG_1)는 중심각 90°범위의 원주를 따라 배열된 복수의 방향성 진동체(110_1_k)를 포함하고, 제 2 서브그룹(SG_2)은 다음 중심각 90°범위의 원주를 따라 배열된 복수의 방향성 진동체(110_2_k)를, 제 3 서브그룹(SG_3)은 그 다음 중심각 90°범위의 원주를 따라 배열된 복수의 방향성 진동체(110_3_k), 제 4 서브그룹(SG_4)은 그 다음 중심각 90°범위의 원주를 따라 배열된 복수의 방향성 진동체(110_4_k)를 포함한다.

제 i 서브 그룹(SG_i)(i는 1에서 4까지의 정수)에 포함되는 방향성 진동체(110_i_k)(k는 1부터 N까지의 정수)들은 소정 주파수 범위(Δf)의 소리를 감지할 수 있도록, 각각의 공진 주파수가 설정된다. 인접한 방향성 진동체(110_i_k)들의 공진 주파수 간격은 서브 그룹(SG_i)에 포함된 방향성 진동체(110_i_k)의 개수(N) 및 주파수 범위(Δf)를 고려하여 정할 수 있다.

각 서브 그룹(SG_i) 내의 복수의 방향성 진동체(110_i_k)는 공진 주파수의 크기 순서대로 배열될 수 있다. 또한, 크기 순서로 배열되는 방향은 복수의 서브 그룹(SG_i)내에서 모두 같을 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 각 각 서브 그룹(SG_i)내에서, 시계 방향을 따라 방향성 진동체(110_i_k)들의 길이가 점점 길어지는 순서로 방향성 진동체(110_i_k)들이 배열될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 반시계 방향으로 방향성 진동체(110_i_k)들의 길이가 점점 길어지는 순서로 배열될 수 있고, 또는, 일부 서브 그룹(SG_i)에서는 시계 방향, 다른 서브 그룹(SG_j,j≠i)에서는 반시계 방향으로 배열되는 것도 가능하다.

공진 주파수가 서로 다른 복수의 방향성 진동체들을 구비하는 상술한 소리 방향 탐지 센서(102)에서, 방향성 진동체들의 배열은 상술한 설명에 한정되지 않는다. 각 서브그룹에서 방향성 진동체들의 배열 간격, 예를 들어, 주파수 간격이나 공간 간격은 동일하지 않을 수도 있고, 또한, 예를 들어, 인접한 방향성 진동체 사이의의 커플링을 고려한 다양한 배열 방식이 적용될 수도 있다.

도 15는 또 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 센서의 개략적인 구성을 보이는 평면도이고, 도 16은 도 15에 도시된 소리 방향 탐지 센서에 대한 A-A' 단면도이다. 도 15 및 도 16을 참조하면, 소리 방향 탐지 센서(103)는 소리가 입력되는 방향과 관계 없이 반응하는 무방향성 진동체(115)를 더 포함할 수 있다. 도 15 및 도 16에 도시된 소리 방향 탐지 센서(103)의 나머지 구성은 도 4 및 도 5에 도시된 소리 방향 탐지 센서(101)의 구성과 동일할 수 있다.

무방향성 진동체(115)는 예를 들어 소리 배출구(137) 내에 배치될 수 있으며, 복수의 방향성 진동체(110_i_k)들과 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 이 경우, 복수의 방향성 진동체(110_i_k)들은 무방향성 진동체(115)를 둘러싸는 형태로 배열될 수 있다. 그러나 무방향성 진동체(115)가 배치되는 위치는 반드시 이에 한정되지 않으며, 다양한 다른 위치에 무방향성 진동체(115)를 배치할 수도 있다. 예를 들어, 케이스(131)의 외부에 무방향성 진동체(115)가 위치할 수도 있다.

무방향성 진동체(115)는 방향성 진동체(110_i_k)들과 달리 모든 방향으로부터 입력되는 소리에 대해 거의 동일한 출력을 가질 수 있다. 이를 위해, 무방향성 진동체(115)는 원형 박막의 형태를 가질 수 있다. 무방향성 진동체(115)가 소리 배출구(137) 내에 배치되는 경우, 원형의 무방향성 진동체(115)의 중심과 소리 배출구(137)의 중심점이 일치하도록 무방향성 진동체(115)가 배치될 수 있다.

한편, 무방향성 진동체(115)의 출력은 소리의 입력 방향과 관계 없이 일정하지만, 무방향성 진동체(115)의 진동 위상은 소리가 입력되는 방향에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 16에 개략적으로 도시된 바와 같이, 무방향성 진동체(115)의 진동 위상은 방향성 진동체(110_i_k)들 중에서 소리가 입력되는 방향에 배치된 방향성 진동체(110_1)의 진동 위상과 동일할 수 있다. 또한, 무방향성 진동체(115)의 진동 위상은 방향성 진동체(110_i_k)들 중에서 소리가 입력되는 방향과 반대 방향에 배치된 방향성 진동체(110_9)의 위상과 반대일 수 있다.

도 17은 한 방향으로 소리가 입력되었을 때 하나의 무방향성 진동체(115) 및 서로 마주하는 2개의 방향성 진동체(110_1, 110_9)의 진동 위상을 예시적으로 보이는 그래프이다. 예를 들어, 방향성 진동체(110_1)와 방향성 진동체(110_9)가 서로 마주하여 배치되어 있고, 방향성 진동체(110_1)로부터 방향성 진동체(110_9)로의 방향으로 소리가 입력된다고 가정한다. 그러면, 도 17에 도시된 바와 같이, 방향성 진동체(110_1)의 진동 위상은 방향성 진동체(110_9)의 진동 위상과 180도 반대이다. 그리고, 무방향성 진동체(115)의 진동 위상은 방향성 진동체(110_1)의 진동 위상과 동일하고 방향성 진동체(110_9)의 진동 위상과 180도 반대이다.

따라서, 무방향성 진동체(115)의 진동 위상과 방향성 진동체(110_i_k)들의 진동 위상을 참조하여 소리가 입력되는 방향을 탐지하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 18은 다른 실시예에 따른 소리 방향 탐지 방법을 개략적으로 보이는 흐름도이다.

먼저, 도 18에 도시된 단계(S20) 내지 단계(S22)는 도 10을 참조하여 설명한 단계(S10) 내지 단계(S12)와 동일하다. 따라서, 단계(S20) 내지 단계(S22)에 대해서는 간략하게 설명한다. 단계(S20)에서 소리 방향 탐지 센서(103)는 복수의 방향성 진동체(110_k)를 이용하여 소리 방향 탐지 센서(103)에 입력되는 소리 신호를 수신한다. 단계(S21)에서 시간 도메인에서 복수의 방향성 진동체(110_k)의 각각에 대해 교류 전압의 실효치(RMS)를 계산한다. 그리고, 복수의 방향성 진동체(110_k)의 실효치로 표현된 각각의 출력 크기를 메모리(142)에 저장한다. 단계(S22)에서 연산기(141)는 메모리(142)에 저장된 복수의 방향성 진동체(110_k)의 출력 크기의 값들을 비교하여, 출력 크기가 최소인 방향성 진동체를 탐색한다.

이렇게 선택된 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 배치 방향에 수직한 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 각도 위치에 대해 +90도 또는 -90도가 소리가 입력되는 방향이다. 단계(S23)에서, 연산기(141)는 단계(S22)에서 선택된 방향성 진동체의 각도 위치에 대해 +90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 진동 위상과 -90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 진동 위상을 무방향성 진동체(115)의 진동 위상과 비교한다. 예를 들어, +90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 진동 파형과 -90도 방향에 배치된 방향성 진동체의 진동 파형에 무방향성 진동체(115)의 진동 파형을 합산할 수 있다. 이때, 보강 간섭에 의해 결과적인 파형이 커지면 무방향성 진동체(115)의 진동 위상과 동일한 것으로 판단할 수 있고, 상쇄 간섭에 의해 결과적인 파형이 작아지면 무방향성 진동체(115)의 진동 위상과 반대인 것으로 판단할 수 있다. 그 외에도, 다양한 방식으로 진동 위상을 비교하는 것이 가능하다.

앞서 설명한 바와 같이, 출력 크기가 최소인 방향성 진동체에 대해 +90도 방향과 -90도 방향 중에서 무방향성 진동체(115)의 진동 위상과 동일한 진동 위상을 갖는 쪽을 소리가 입력되는 방향으로 결정할 수 있다. 따라서, 단계(S24)에서 연산기(141)는 무방향성 진동체(115)의 진동 위상과 동일한 진동 위상을 갖는 방향성 진동체를 선택할 수 있다. 또는, 연산기(141)는 무방향성 진동체(115)의 진동 위상에 더 가까운 진동 위상을 갖는 방향성 진동체를 선택할 수 있다.

그런 후, 단계(S25)에서 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 실효치를 미리 정한 문턱치와 비교한다. 만약 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 작다면, 제어 회로(140)는 입력된 소리를 단순한 소음으로 간주하고 단계(S20)의 동작으로 돌아갈 수 있다. 그러나 만약 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 크다면, 제어 회로(140)는 단계(S26)에서 입력된 소리를 유의미한 것으로 간주하고, 최종적으로 선택된 방향성 진동체의 각도 위치를 소리가 입력된 방향으로 결정할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 주변의 소음과 같은 다양한 상황에 따라서 방향성 진동체(110_k)의 최대 출력 크기가 달라질 수 있다. 도 10에서 설명한 방법을 이용하는 경우, 상황에 따라서는 소리의 입력 방향을 180도 반대로 판단할 가능성도 있다. 반면, 진동 위상을 참조하면 소음이 있는 환경에서도 소리의 입력 방향을 더욱 정확하게 결정하는 것이 가능하다.

지금까지 설명한 실시예들에 따른 소리 방향 탐지 센서(100, 101, 102, 103)는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(100, 101, 102, 103)는 칩 솔루션(Chip solution) 형태의 센서로 구현되어 모바일 기기, IT, 가전, 자동차 등의 분야에서, 음원 추적, 잡음 제거, 공간 녹음(Spatial recording)등을 수행할 수 있고, 파노라마 촬영, 증강 현실(Augmented Reality), 가상 현실(Virtual Reality) 분야 등에도 활용 가능하다.

이하에서는 상술한 소리 방향 탐지 센서(100, 101, 102, 103)를 활용하는 전자 장치들을 살펴보기로 한다.

도 19는 일 실시예에 따른 사물 인터넷(Internet of Things) 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이고, 도 20은 도 19에 도시된 사물 인터넷 장치가 일상 생활에 적용되는 동작을 예시적으로 보인다.

사물 인터넷 장치(200)는 사용자가 제공하는 음성 신호를 수신하는 소리 방향 탐지 센서(210), 소리 방향 탐지 센서(210)에서 수신한 신호를 입력 변수로 사용하는 하나 이상의 어플리케이션 모듈(232)이 저장된 메모리(230), 어플리케이션 모듈(232)을 실행하는 프로세서(220)를 포함한다. 사물 인터넷 장치(200)는 또한, 통신부(250)를 포함할 수 있다.

사물 인터넷 장치(200)는 회전 또는 이동과 같은 구동이 가능한 구동 기기(240)를 더 포함할 수 있다. 구동 기기(240)는 소리 방향 탐지 센서(210)에서 수신한 신호를 입력 변수로 하여 실행된 어플리케이션 모듈(232)의 실행 결과에 따라 정해진 방향으로 회전 또는 이동 구동이 제어될 수 있다. 회전이나 이동 방향은 예를 들어, 소리 방향 탐지 센서(210)에서 센싱한 소리의 방향을 향하거나 이를 회피하는 방향일 수 있다. 구동 기기(240)는 어플리케이션 모듈(232)의 실행 결과를 사용자에게 출력할 수 있는 출력 기능을 가지도록 구현될 수 있다. 구동 기기(240)는 예를 들어, 스피커나 디스플레이 같은 출력 장치일 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(210)로는 전술한 실시예들에 따른 소리 방향 탐지 센서(100, 101, 102, 103) 중 어느 하나 또는 이들이 변형, 조합된 구조가 채용될 수 있다.

프로세서(220)는 사물 인터넷 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(210), 구동 기기(240), 통신부(250)의 동작을 제어할 수 있고, 관련된 제어 신호를 활용하며 메모리(230)에 저장된 프로그램들을 실행할 수 있다. 메모리(230)에는 또한, 제어 신호에 의해 구동 기기(240)를 소정 방향으로 회전 또는 이동시키도록 프로그램된 구동 기기 제어 모듈(234)이 구비될 수 있다. 구동 기기 제어 모듈(234)는 소리 방향 탐지 센서(210)에서 센싱된 신호 및 이와 연계한 어플리케이션 실행 결과를 반영하여, 구동 기기(240)가 소리 방향 탐지 센서(210)에서 센싱한 소리의 방향을 향하도록, 또는 이를 회피하는 방향으로 회전 또는 이동되도록 구동 기기(240)를 제어할 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 소리 방향 탐지 센서(210)에서 센싱된 신호를 반영한 어플리케이션 실행 결과에 따른 구동 기기 제어 방향은 다양하게 변화될 수 있을 것이다.

메모리(230)에는 또한, 소리 방향 탐지 센서(210)에서 수신한 신호가 유효한 입력 신호인지를 방향성과 연계하여 학습하도록 프로그램된 학습 모듈(236)이 더 구비될 수 있다. 학습 모듈(236)은 예를 들어, 소리 방향 탐지 센서(210)에서 센싱한 소리의 방향성과 유효 신호 여부를 판단한 결과를 반복하여 학습 데이터로 생성하고 누적하며, 누적된 학습 데이터로부터 통계적인 특징을 추출함으로써, 특정 방향에서 입력되는 소리은 유효 신호가 아닌 것으로 처리할 수 있다. 메모리(230)에는 이외에도, 사물 인터넷 장치(200)의 전반적인 동작을 프로세서(220)에서 제어하는데 필요한 다양한 프로그램 및 데이터들이 저장될 수 있다.

메모리(230)는, 예를 들어, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

통신부(250)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra wideband) 통신, Ant+ 통신 WIFI 통신 방법을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있고, 이에 제한되지 않는다.

도 20을 참조하면, 사물 인터넷 장치(200)에 구비되는 구동 기기(240)는 회전 가능한 구성의 스피커로 예시되고 있다. 이하의 설명은 구동 기기(240)로 스피커를 예시하여 설명할 것이나, 구동 기기(240)는 이에 한정되지 않는다. 사물 인터넷 장치(200)는 입력되는 소리 신호(S1, S2)의 방향성을 판단하고 이를 향하는 방향으로 스피커를 회전할 수 있다.

사물 인터넷 장치(200)는 입력되는 소리 신호(S1, S2) 중, 유효 신호를 식별할 수 있다. 예를 들어, 사용자(U)로부터의 소리 신호(S1), 사용자가 아닌 음원(NU)에서의 소리 신호(S2)를 구별할 수 있다. 이러한 구별은 입력된 소리의 방향성과 연계하여 유효 신호 여부를 학습함으로써 가능할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, TV와 같이, 고정된 특정 위치의 방향으로부터 유효하지 않은 신호가 지속적으로 입력되는 것을 학습을 통해 판단한 후, 입력된 소리 신호(S1, S2) 중 유효 신호인 소리 신호(S2)의 방향으로 스피커를 회전시킬 수 있고, 또한, 소리 신호(S2)와 관련된 어플리케이션을 실행할 수 있다. 이러한 사물 인터넷 장치(200)는 인공 지능 스피커로 활용될 수 있고, 이외에도, 다양한 사물에 적용되어, 해당 사물이 가지는 고유 기능의 활용도를 높일 수 있다.

또한, 도 21은 일 실시예에 따른 자동차 음성 인터페이스 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이고, 도 22는 일 실시예에 따른 자동차 음성 인터페이스 장치가 자동차에 적용된 동작을 예시적으로 보인다.

도 21을 참조하면, 자동차 음성 인터페이스 장치(300)는 소리 방향 탐지 센서(310) 및 유효 신호 추출 모듈(350)을 포함한다. 유효 신호 추출 모듈(350)은 유효 신호 추출을 위한 처리 과정에 대한 프로그램이 저장된 메모리와 이를 실행하는 프로세서로 구현될 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(310)로는 전술한 실시예들에 따른 소리 방향 탐지 센서(100, 101, 102, 130) 중 어느 하나 또는 이들이 변형, 조합된 구조가 채용될 수 있다.

유효 신호 추출 모듈(350)은 소리 방향 탐지 센서(310)에서 수신한 신호를 그 방향성에 따라 유효한 신호인지 여부를 판단하고, 유효한 신호인 경우, 이를 자동차 제어 모듈에 전달할 수 있다. 유효 신호 추출 모듈(350)은 다양한 방향으로부터 입력된 소리 중 운전자의 방향 이외의 방향성을 가지는 소리 신호를 잡음으로 제거하여 자동차 제어 모듈에 전달할 수 있다.

도 22를 참조하면, 자동차(400)에 구비된 소리 방향 탐지 센서(310)는 운전자(DR)로부터의 소리 신호(S1)와 승객들(PA)로부터의 소리 신호(S2, S3, S4)를 센싱한다. 소리 방향 탐지 센서(310)는 수신된 소리 신호의 방향성을 구분하며, 센싱된 결과를 유효 신호 추출 모듈(350)에 전달할 수 있다. 유효 신호 추출 모듈(350)은 운전자(DR)에 의한 소리 신호(S1)만을 자동차 제어 모듈(420)에 전달할 수 있다.

도 23은 일 실시예에 따른 공간 녹음(spatial recording) 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다. 도 23을 참조하면, 일 실시예에 따른 공간 녹음 장치(500)는 소리 방향 탐지 센서(510), 소리 방향 탐지 센서(510)에서 센싱한 신호를 분석하여 소리 방향 탐지 센서(510)에 입사된 소리의 방향성을 판단하는 프로세서(520), 및 프로세서(520)의 신호 처리를 위한 프로그램 및 상기 프로세서의 실행 결과가 저장되는 메모리(530)를 포함할 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(510)로는 전술한 실시예들에 따른 소리 방향 탐지 센서(100, 101, 102, 103) 중 어느 하나 또는 이들이 변형, 조합된 구조가 채용될 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(510)는 주변 소리을 방향성과 결부하여 녹음할 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(510)는 높은 분해능으로 소리의 입력 방향을 추정할 수 있다.

공간 녹음 장치(500)는 소리의 입력 방향을 추정한 결과를 활용하여, 원하는 음원에 집중하는 녹음이나, 또는, 원하는 음원에 대해서만 선택적으로 녹음하는 것도 가능하다. 공간 녹음 장치(500)는 녹음된 소리을 방향성에 맞추어 재생할 수 있도록, 다채널 스피커(550)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(510)는 메모리(530)에 저장된 오디오 신호가 방향성에 맞추어 재생되도록 다채널 스피커(550)를 제어할 수 있다. 녹음된 음원을 방향성에 맞추어 재생함으로써, 녹음된 콘텐츠(contents)의 현장감을 증강시키고, 몰입감, 실제감을 향상시킬 수 있다. 이러한 공간 녹음 장치(500)는 증강 현실(Augmented Reality) 또는 가상 현실(Virtual Reality) 장치에 활용될 수도 있다.

또한, 도 24는 일 실시예에 따른 전방위 카메라의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다. 도 24를 참조하면, 일 실시예에 따른 전방위 카메라(600)는 전방위에 놓인 객체에 대한 파노라마 촬영이 가능한 카메라이다. 전방위 카메라(600)는 소리 방향 탐지 센서(610), 전방위(omnidirectional) 촬영 모듈(640), 소리 방향 탐지 센서(610)에서 센싱한 방향성 소리 신호와 전방위 촬영 모듈(640)에서 촬영한 전방위 영상 신호가 정합하도록, 소리 방향 탐지 센서(610)와 전방위 촬영 모듈(640)을 제어하는 프로세서(620), 및 방향성 소리 신호 및 전방위 영상 신호를 저장하는 메모리(630)를 포함할 수 있다. 소리 방향 탐지 센서(610)는 전술한 실시예들에 따른 소리 방향 탐지 센서(100, 101, 102, 103) 중 어느 하나이거나, 또는 이들이 변형, 조합된 구조를 가질 수 있고, 전방위로부터의 소리을 센싱하고 방향성을 알아낼 수 있다.

전방위 촬영 모듈(640)로서 일반적인 파노라마 촬영 모듈이 사용될 수 있다. 예를 들어, 360도 회전 가능한 본체 내에 광학 렌즈들과 이미지 센서 등의 구성이 구비된 전방위 촬영 모듈(640)이 채용될 수 있다. 프로세서(620)의 제어에 따라, 소리 방향 탐지 센서(610)에서 센싱된 신호 중에서, 전방위 촬영 모듈(640)에서의 촬영 방향에 해당하는 방향의 소리가 선택적으로 메모리(630)에 저장될 수 있다. 이와 같이, 전방위 카메라(600)에 의해, 360° 파노라마 영상 신호와 영상에 정합하는 소리 신호가 메모리(630)에 저장될 수 있다. 이러한 영상/소리 정보는 다채널 스피커가 구비된 디스플레이 장치에 의해 재생되며 현장감을 극대화할 수 있고, 또한, 증강 현실(Augmented Reality)/가상 현실(Virtual Reality) 장치에 활용될 수도 있다.

전술한 실시예들에 따른 전자 장치들은 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다.

전술한 실시예들에 따른 전자 장치에서 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.

지금까지, 소리 방향 탐지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 앞서 언급하였듯이 하나의 공진기만을 가지는 공진구조로 대체될 수 있다. 또한 상술한 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 명세서의 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 101, 102, 103.....소리 방향 탐지 센서
110_k, 110_i_k.....방향성 진동체 115.....무방향성 진동체
120.....지지부 130, 131.....케이스
134.....소리 인입구 135, 137.....소리 배출구
140.....제어 회로 141.....연산기
142.....메모리 SG_i..서브 그룹
200.....사물 인터넷 장치 300.....자동차 음성 인터페이스 장치
500.....공간 녹음 장치 600.....전방위 카메라

Claims

소리가 입력되는 소리 인입구;
상기 소리 인입구를 통해 입력된 소리가 출력되는 소리 배출구; 및
상기 소리 인입구와 상기 소리 배출구 사이에, 상기 소리 인입구로 입력되는 소리의 방향에 따라 선택적으로 하나 이상이 반응하도록 배열된 복수의 방향성 진동체;를 포함하고,
상기 복수의 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 배치 방향에 수직한 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하도록 구성된, 소리 방향 탐지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 소리 방향 탐지 센서는, 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 비교하고, 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 더 큰 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하도록 구성된, 소리 방향 탐지 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 출력 크기는 각각의 방향성 진동체의 진동 파동에 대한 실효치인 소리 방향 탐지 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 문턱치와 비교하여, 상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 작으면 입력된 소리를 소음으로 결정하도록 구성된 소리 방향 탐지 센서.
제 1 항에 있어서,
소리가 입력되는 방향과 관계 없이 반응하는 무방향성 진동체를 더 포함하는 소리 방향 탐지 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 소리 방향 탐지 센서는, 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체의 위상과 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체의 위상을 상기 무방향성 진동체의 위상과 비교하고, 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 상기 무방향성 진동체의 위상과 가장 가까운 위상을 갖는 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하도록 구성된, 소리 방향 탐지 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 방향성 진동체와 상기 무방향성 진동체는 동일한 평면 상에 배열되며, 상기 복수의 방향성 진동체는 상기 무방향성 진동체를 둘러싸는 형태로 배열되는, 소리 방향 탐지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 방향성 진동체는 동일한 평면 상에 배열되며, 상기 소리 인입구의 중심과 연직으로 마주하는 상기 평면상의 중심점을 둘러싸는 형태로 배열되는, 소리 방향 탐지 센서.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 방향성 진동체는 상기 중심점에 대해 소정의 대칭성을 갖도록 배열되는, 소리 방향 탐지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 소리 배출구는 상기 복수의 방향성 진동체 전체를 마주하도록 형성된, 소리 방향 탐지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 소리 배출구는 상기 복수의 방향성 진동체 각각과 마주하는 복수개로 구비되는, 소리 방향 탐지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 방향성 진동체는 동일한 공진 주파수를 갖는, 소리 방향 탐지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 방향성 진동체는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 복수의 방향성 진동체를 포함하는, 소리 방향 탐지 센서.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 방향성 진동체는 각각이 서로 다른 방향성을 나타내는 복수의 서브 그룹으로 그룹핑되며,
상기 복수의 서브 그룹 각각에 서로 다른 공진주파수를 가지는 복수의 방향성 진동체들이 구비되는, 소리 방향 탐지 센서.
제 14 항에 있어서,
상기 복수의 서브 그룹 내의 복수의 방향성 진동체는 공진 주파수의 크기 순서대로 배열되는, 소리 방향 탐지 센서.
입력되는 소리의 방향에 따라 선택적으로 하나 이상이 반응하도록 배열된 복수의 방향성 진동체를 이용하여 소리를 수신하는 단계;
상기 복수의 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 최소인 방향성 진동체를 탐색하는 단계; 및
출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 배치 방향에 수직한 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하는 소리 방향 결정 단계;를 포함하는 소리 방향 탐지 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 복수의 방향성 진동체를 이용하여 소리를 수신하는 단계는 각각의 방향성 진동체의 진동 파동에 대한 실효치를 계산하는 단계를 더 포함하며,
상기 출력 크기는 각각의 방향성 진동체의 진동 파동에 대한 실효치인, 소리 방향 탐지 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 소리 방향 결정 단계는:
상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체와 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체를 선택하는 단계;
상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 비교하는 단계; 및
상기 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 출력 크기가 더 큰 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하는 단계;를 더 포함하는 소리 방향 탐지 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기를 문턱치와 비교하는 단계; 및
상기 제 1 방향성 진동체의 출력 크기와 상기 제 2 방향성 진동체의 출력 크기가 문턱치보다 작으면 입력된 소리를 소음으로 결정하는 단계;를 더 포함하는 소리 방향 탐지 방법.
제 16 항에 있어서,
소리가 입력되는 방향과 관계 없이 반응하는 무방향성 진동체를 이용하여 소리를 수신하는 단계를 더 포함하는 소리 방향 탐지 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 소리 방향 결정 단계는:
상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 +90°에 배치된 제 1 방향성 진동체와 상기 출력 크기가 최소인 방향성 진동체의 대해 -90°에 배치된 제 2 방향성 진동체를 선택하는 단계;
상기 제 1 방향성 진동체의 위상과 상기 제 2 방향성 진동체의 위상을 상기 무방향성 진동체의 위상과 비교하는 단계; 및
상기 제 1 방향성 진동체와 제 2 방향성 진동체 중에서 상기 무방향성 진동체의 위상과 가장 가까운 위상을 갖는 방향성 진동체의 배치 방향을 소리가 입력되는 방향으로 결정하는 단계;를 더 포함하는 소리 방향 탐지 방법.
사용자가 제공하는 음성 신호를 수신하는, 제 1 항에 따른 소리 방향 탐지 센서;
하나 이상의 어플리케이션 모듈이 저장된 메모리; 및
상기 어플리케이션 모듈을 실행하는 프로세서;를 포함하는, 사물 인터넷 장치.
제 1 항에 따른 소리 방향 탐지 센서; 및
상기 소리 방향 탐지 센서에서 수신한 신호를 그 방향성에 따라 유효한 신호인지 여부를 판단하고, 유효한 신호인 경우, 이를 자동차 제어 모듈에 전달하는 유효 신호 추출 모듈;을 포함하는, 자동차 음성 인터페이스 장치.
제 1 항에 따른 소리 방향 탐지 센서;
상기 소리 방향 탐지 센서에서 센싱한 신호를 분석하여 상기 소리 방향 탐지 센서에 입사된 소리의 방향성을 판단하는 프로세서; 및
상기 프로세서의 신호 처리를 위한 프로그램 및 상기 프로세서의 실행 결과가 저장되는 메모리;를 포함하는, 공간 녹음(spatial recording) 장치.
제 1 항에 따른 소리 방향 탐지 센서;
전방위 촬영 모듈;
상기 소리 방향 탐지 센서에서 센싱하는 방향성 소리 신호와 상기 전방위 촬영 모듈에서 촬영하는 전방위 영상 신호가 정합하도록, 상기 소리 방향 탐지 센서와 전방위 촬영 모듈을 제어하는 프로세서; 및
상기 방향성 소리 신호 및 상기 전방위 영상 신호를 저장하는 메모리;를 포함하는, 전방위 카메라.