KR102514060B1 - 빔 형성 어레이의 드라이버 장치들을 위한 음향 빔 형성 방법 및 음향 장치 - Google Patents

빔 형성 어레이의 드라이버 장치들을 위한 음향 빔 형성 방법 및 음향 장치 Download PDF

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Abstract

일 실시예는 선형으로 배치된 복수의 드라이버 및 각각의 드라이버를 위한, 드라이버로부터 수신된 적어도 하나의 신호에 대한 개별적 디지털 신호 처리를 위한 각각의 드라이버에 대응하는 디지털 필터를 포함하는 음향 장치를 제공한다.

Description

빔 형성 어레이의 드라이버 장치들을 위한 음향 빔 형성 방법 및 음향 장치 {A method of beamforming sound for driver units in a beamforming array and sound apparatus}
하나 이상의 실시예들은 라우드 스피커 (loudspeaker)와 관련된 것으로, 보다 상세하게는 링 라디에이터 라우드 스피커(ring radiator loudspeaker)를 이용하는 빔 형성 어레이(beam-forming array) 및 빔 형성 어레이의 디지털 신호 처리(digital signal processing: DSP) 최적화에 관한 것이다.
라우드 스피커는 인티 앰프(intergrated amplifier), 텔레비전(TV), 라디오, 음악 플레이어, 전자 음향 발생 장치(예를 들어, 스마트 폰 등), 비디오 플레이어 등과 연결되어 음향을 발생 시킨다.
본 개시는 사용자 개인 정보의 효과적인 보호를 위한 컴퓨팅 시스템 및 그 구동 방법을 제공한다.
일 실시예는 엔드 파이어 빔 형성 어레이(end-fire beamforming array)에 선형으로 배치된 복수의 드라이버 장치(driver unit) 및 드라이버 장치로부터 수신된 신호에 대한 개별적 디지털 신호 처리를 위해, 각각의 드라이버 장치에 대응하는 디지털 필터(digital filter)를 포함하는 음향 장치를 제공한다.
다른 실시예는 빔 형성 어레이의 각각의 드라이버 장치를 위해 소정의 각도의 집합에서 소정의 주파수 그리드(frequency grid)에 대해 드라이버 장치의 각도 응답(angular response)을 측정하는 단계, 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서, 소정의 각도 집합을 따라 가중된 참조 각도 응답(reference angular response)에 기초하여, 목표 각도 응답을 정의하는 단계, 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서, 각각의 소정의 각도 집합에 대해서 주파수에서 측정된 목표 각도 응답 및 각각의 각도 응답에 기초하여, 최적 이득 벡터를 추정하는 단계, 및 각각의 최적 이득 벡터 추정에 기초하여, 빔 형성 어레이의 각각의 드라이버 장치를 위한 디지털 필터를 정의하는 단계를 포함하는 음향 빔 형성 방법을 제공한다.
일 실시예는 빔 형성 어레이를 생산하는 방법을 제공한다. 그 방법은 원하는 감쇠(attenuation)를 결정하는 단계, 원하는 감쇠에 기초하여 엔드 파이어 구성 레이아웃을 결정하는 단계, 및 엔드 파이어 구성 레이아웃에 따라 복수의 드라이버 장치들을 배치함으로써 빔 형성 어레이를 구성하는 단계를 포함한다.
적어도 하나 이상의 실시예의 상기 및 다른 특징, 관점 및 장점들은 이하의 설명, 첨부된 청구 범위 및 수반하는 도면들을 참조하여 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른, 빔 형성 어레이(beamforming array)의 예를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 빔 형성 어레이의 다른 예를 도시한다.
도3은 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 빔 형성 어레이의 다른 예를 도시한다.
도 4A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 빔 형성 어레이의 다른 예를 도시한다.
도 4B는 일 실시예에 따른, 도 4A의 빔 형성 어레이를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프이다.
도 5A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 빔 형성 어레이의 다른 예를 도시한다.
도 5B는 일 실시예에 따른, 도 5A의 빔 형성 어레이를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프이다.
도 6A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 빔 형성 어레이의 다른 예를 도시한다.
도 6B는 일 실시예에 따른, 도 6A의 빔 형성 어레이를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프이다.
도 7A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 빔 형성 어레이의 다른 예를 도시한다.
도 7B는 일 실시예에 따른, 도 7A의 빔 형성 어레이를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따라, 빔 형성 어레이에서의 드라이버 장치의 각도 응답(angular responses) 측정을 위한 방법을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른, 빔 형성 어레이를 위한 디지털 필터의 예를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른, 디지털 신호 처리를 거치지 않은 개별적인 드라이버 장치의 각도 이득(angular gains)의 예를 도시하는 그래프 이다.
도 11은 일 실시예에 따른, 디지털 신호 처리를 거친 개별적인 드라이버 장치의 각도 이득의 예를 도시하는 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따라, 디지털 필터의 정의를 위한 프로세스의 예를 설명하는 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따라, 빔 형성 어레이의 생산을 위한 프로세스의 예를 설명하는 흐름도이다.
도 14는 개시된 실시예의 구현을 위해 사용되는 컴퓨터 시스템을 포함하는 정보 처리 시스템을 나타내는 상위 계층의 블록도이다.
이하의 설명은 적어도 하나 이상의 실시예들의 일반적인 원리들을 설명하기 위한 목적으로 만들어졌으며, 청구된 개념을 제한하는 의도로 만들어진 것이 아니다. 더불어, 서술된 특정의 특징들은 다양한 가능한 조합 및 순열에 따라 다른 서술된 특징들과 함께 조합되어 사용될 수 있다. 특별히 그렇지 않다고 정의되지 않은 한, 모든 용어들은 상세한 설명에서 암시되는 의미뿐만 아니라 기술 분야에서 당업자가 이해할 수 있는 의미 및/또는 사전, 연구논문에서 정의된 의미를 포함하는 가능한 가장 넓은 해석일 수 있다.
적어도 하나 이상의 실시예는 라우드 스피커(loudspeakers)와 관련되어 있으며, 특히 링 라디에이터 라우드 스피커(ring radiator loudspeaker)를 이용한 빔 형성 어레이(beamforming array) 및 빔 형성 어레이의 디지털 신호 처리(digital signal processing: DSP) 최적화와 관련되어 있다. 일 실시예는 엔드 파이어 빔 형성 어레이(end-fire beamforming array)에 선형으로 어레이된 복수의 드라이버 장치(driver unit)들 및 드라이버 장치로부터 수신된 적어도 하나의 신호에 대한 개별적인 디지털 신호 처리를 위해, 각각의 드라이버 장치에 대응하는 디지털 필터(digital filter)를 포함하는 음향 장치를 제공한다.
다른 실시예는 빔 형성 어레이의 각각의 드라이버 장치를 위해 소정의 각도의 집합에서 소정의 주파수 그리드(frequency grid)에 대해 드라이버 장치의 각도 응답(angular response)을 측정하는 단계, 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서, 소정의 각도 집합을 따라 가중된 참조 각도 응답(reference angular response)에 기초하여, 목표 각도 응답을 정의하는 단계, 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서, 각각의 소정의 각도 집합에 대해서 주파수에서 측정된 목표 각도 응답 및 각각의 각도 응답에 기초하여, 최적 이득 벡터를 추정하는 단계, 및 각각의 최적 이득 벡터 추정에 기초하여, 빔 형성 어레이의 각각의 드라이버 장치를 위한 디지털 필터를 정의하는 단계를 포함하는 음향 빔 형성 방법을 제공한다.
일 실시예는 빔 형성 어레이를 생산하는 방법을 제공한다. 그 방법은 원하는 감쇠(attenuation)를 결정하는 단계, 원하는 감쇠에 기초하여 엔드 파이어 구성 레이아웃을 결정하는 단계, 및 엔드 파이어 구성 레이아웃에 따라 복수의 드라이버 장치들을 배치함으로써 빔 형성 어레이를 구성하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 라우드 스피커 내부에 장착된 하나의 정규 방향 라디에이터(a single regular direct radiator)를 포함하는 라우드 스피커는 다른 주파수(즉, 낮은, 중간, 높은 주파수)에 대해 다른 음향 지향성 제공한다. 예를 들어, 낮은 주파수에서, 라우드 스피커의 음향 분산은 무지향성(omnidirectional) 일 수 있다. 중간 및 높은 주파수에서, 라우드 스피커는 적어도 하나 이상의 방사 음향의 파장보다 가까운 거리에 있는 라우드 스피커의 진동판(diaphragm)의 적어도 하나 이상의 차원(dimension)의 결과로, 정규적이지 않은 지향성으로 음향의 빔을 방출할 수 있다.
일부 오디오 재생 애플리케이션에서, 주파수 범위에 걸쳐 일정한 음향 지향성을 획득하고, 원하는 방향으로 좁은 분산의 음향을 생산하는 것이 바람직하다. 좁은 분산 및 주파수 범위에 걸쳐 일정한 음향 지향성을 획득하고, 원하는 방향의 음향 빔을 조준하기 위해, 일 실시예는 엔드 파이어 어레이 구성으로 배치된 드라이버 장치들의 어레이를 제공한다. 각각의 드라이버 장치 및 드라이버 장치 각각에 대응하는 증폭 채널은 적합한 멀티채널(multichannel) 디지털 신호 처리(DSP)와 함께 제공된다.
다른 일 실시예는 엔드 파이어 라우드 스피커 어레이에 의해 생산된 음향 빔 형성을 위한 적어도 하나 이상의 디지털 필터를 제공한다. 넓은 주파수 대역(즉, 넓은 범위의 주파수 또는 넓은 주파수 간격)에서의 전체 어레이에 대한 특정되고 높은 지향성을 갖는 각도 응답을 획득하기 위해, 어레이의 각각의 드라이버 장치는 대응하는 정의된 최적 필터(optimal filter)를 갖는다.
다른 실시예는 음향을 다른 방향들로 방사하는 스피커 제공하며, 방사된 음향의 방사 패턴은 라우드 스피커 및 그 실린더(cylinder) 의 크기를 기초로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 빔 형성 어레이(100)의 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(100)는 복수의 드라이버 장치(10) 및 복수의 원통형 컨테이너들(containers)(“실린더들”)(15)을 포함한다. 각각의 드라이버 장치(10)는 자신의 독립적인 인클로저(enclosure)(도시되지 않음)에 보관되어 있다. 일 실시예에 따라, 각각의 드라이버 장치(10)는 링 라디에이터를 포함한다. 각각의 드라이버 장치(10)는 실린더(15)들 중 어느 하나에 장착되어 있다.
도 1을 참조하면, 빔 형성 어레이(100)는 대향 단부 벽(opposing end wall) A 및 B 쌍을 포함한다. 제 1 단부 플러그(end plug)(25) 및 제 2 단부 플러그(25)는 단부 벽 A 및 B에 각각 위치할 수 있다. 빔 형성 어레이(100)는 선택적으로 빔 형성 어레이(100)의 중심에 위치한 중심 플러그(center plug)(20)를 더 포함할 수 있다.
빔 형성 어레이(100)에 포함된 드라이버 장치(10)의 개수는 다를 수 있다. N은 빔 형성 어레이(100)에 포함된 드라이버 장치(10)의 개수이고, N≥ 2 이며, N은 짝수 또는 홀수일 수 있다. Di는 빔 형성 어레이(100)에 포함된 드라이버 장치(10)이고, 1 <= i <= N이다. Ej는 빔 형성 어레이(100)에 포함된 실린더(15)이고, j <= N 이다.
드라이버 장치(10)는 엔드 파이어 구성(end-fire configuration) 의 제 1축(예를 들어, y 축)(2)을 따라 선형으로 배치된다. 드라이버 장치(10)의 개수 및 제1축(2)에 따른 드라이버 장치(10)의 배치는 조정될 수 있으며, 다양한 엔드 파이어 구성 레이아웃(end-fire configuration layout)이 가능하다. 예를 들어, 도1에 도시된 바와 같이, 빔 형성 어레이(100)는 드라이버 장치 D1, D2, … , 및 D8와 같은 8개의 드라이버 장치(10)들을 포함할 수 있다.
각각의 실린더(15)는 적어도 하나의 드라이버 장치(10)를 포함한다. 일 실시예에 따라, 각각의 드라이버 장치(10)는 드라이버 장치(10)가 장착된 자신의 대응하는 실린더(15)를 갖는다. 다른 실시예에 따라, 복수의 드라이버 장치(10)는 동일한 실린더(15)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도1에 도시된 바와 같이, 드라이버 장치 D1 및 D2는 제1 실린더 E1, 드라이버 장치 D3는 제2 실린더 E2, 드라이버 장치 D4는 제 3 실린더 E3, 드라이버 장치 D5는 제 4 실린더 E4, 드라이버 장치 D6은 제5 실린더 E5, 및 드라이버 장치 D7 및 D8은 제6 실린더 E6에 장착될 수 있다.
드라이버 장치(10)는 드라이버 장치(10)의 물리적 조건에 기초하여, 물리적으로 동일한 방향 또는 다른 방향을 향할 수 있다. 예를 들어, 도1에 도시된 바와 같이, 두 개의 드라이버 장치(10)들이 동일한 실린더(15)에 장착되어 있는 경우(예를 들어, 드라이버 장치D1 및 D2 가 제1 실린더 E1에 장착된 경우), 두 개의 드라이버 장치(10)들은 물리적으로 서로 다른 방향을 향할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 각각의 드라이버 장치(10)가, 드라이버 장치(10)가 장착된 자신의 대응하는 실린더(15)를 가지는 경우, 드라이버 장치(10)들은 물리적으로 동일한 방향을 향할 수 있다.
(
Figure 112016088967111-pat00001
,
Figure 112016088967111-pat00002
)는 구면 좌표계이고,
Figure 112016088967111-pat00003
는 빔 형성 어레이(100)의 대칭축(예를 들어, y 축)의 한 쪽 끝으로부터 측정되는 방위각(azimuth angle) 이며,
Figure 112016088967111-pat00004
는 앙각(elevation angle) 이다. 각각의 드라이버 장치(10)는 단극(monopole) 음원(sound source)과 유사하게 앙각(
Figure 112016088967111-pat00005
)을 통해 음향을 전파한다. 그 결과, 빔 형성 어레이(100)의 음향 지향성은 앙각(
Figure 112016088967111-pat00006
) 및 넓은 음향 주파수 대역(large sound frequency bandwidth)(예를 들면, 10Hz 에서 10kHz)에 대하여 실질적으로 무지향성이다.
빔 형성 어레이(100)와 함께, 방위각(
Figure 112016088967111-pat00007
)에 대한 음향 지향성의 최적화만을 필요하게 함으로써, 음향의 빔 형성에 있어서 발생하는 어떤 문제에 대한 해결 방법도 단순화 한다. 이하 구체적인 설명과 같이, 일 실시예에 따라, 방위각(
Figure 112016088967111-pat00008
)에 대한 음향 지향성은 디지털 필터(digital filter)를 이용하여 최적화될 수 있다.
기존의 라우드 스피커와 비교했을 때, 빔 형성 어레이(100)는 디지털 필터와 함께 좁은 분산의 음향(narrow dispersion of sound) 및 넓은 음향 주파수 대역(예를 들면, 10Hz 에서 10kHz)에서의 일정한 음향 지향성(constant sound directivity)이 가능하도록 한다. 빔 형성 어레이(100) 및 디지털 필터를 이용하여, 음향 빔을 원하는 방향으로 조준할 수 있다.
빔 형성 어레이(100)는 음향 바(sound bars), 다채널 스피커 시스템(multichannel loudspeaker systems), 마이크로폰(microphones), 초음파 애플리케이션(ultrasonic applications), 및 수중 음파 탐지기(sonar applications) 등에서 이용될 수 있다.
기존의 라우드 스피커 어레이는 θ = 90 도(°)에서, 1 디케이드(decade) 에 대해 8dB 감쇠하는 것으로 알려져 있다. 이에 비해, 이하 도 4B, 도 5B, 도 6B, 및 도 7B에서 도시된 바와 같이, 빔 형성 어레이(100)는 물리적인 레이아웃 및 어레이(100)에 포함된 드라이버 장치(10)의 특성에 관하여 강건하고, 3 디케이드에 대해 20dB의 감쇠를 가능하게 한다.
도 2는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 다른 빔 형성 어레이(200)의 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(200)는 복수의 드라이버 장치(10)들 및 복수의 실린더(15)들을 포함한다. 빔 형성 어레이(200)에 포함된 드라이버 장치(10)들의 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 도시된 바와 같이, 빔 형성 어레이(200)는 드라이버 장치 D1, D2, … , 및 D7와 같은 7개의 드라이버 장치(10)들을 포함할 수 있다.
각각의 실린더(15)는 적어도 하나의 드라이버 장치(10)를 포함한다. 일 실시예에 따라, 각각의 드라이버 장치(10)는 드라이버 장치(10)를 장착하는 각각의 드라이버 장치(10)에 대응하는 실린더(15)를 가진다. 다른 일 실시예에 따라, 복수의 드라이버 장치(10)는 동일한 실린더(15)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도2에 도시된 바와 같이, 드라이버 장치 D1 및 D2는 제1 실린더 E1, 드라이버 장치 D3는 제2 실린더 E2, 드라이버 장치 D4는 제 3 실린더 E3, 드라이버 장치 D5는 제 4 실린더 E4, 및 드라이버 장치 D6 및 D7은 제5 실린더 E5에 장착될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 다른 빔 형성 어레이(300)의 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(300)는 빔 형성 어레이(300) 중심(C)에 조밀한 간격의 드라이버 장치(10)들의 클러스터(cluster)를 포함한다. 빔 형성 어레이(300)에 포함된 드라이버 장치(10)들의 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 빔 형성 어레이(300)는 D1, D2, … , 및 D6과 같은 6개의 드라이버 장치(10)들을 포함할 수 있다.
빔 형성 어레이는 복수의 실린더(15)들을 더 포함할 수 있다. 각각의 실린더(15)들은 적어도 하나의 드라이버 장치(10)를 포함한다. 일 실시예에 따라, 각각의 드라이버 장치(10)는 드라이버 장치(10)를 장착하는 각각의 드라이버 장치(10)에 대응하는 실린더(15)를 가진다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 드라이버 장치D1은 제1 실린더 E1, 드라이버 장치 D2는 제2 실린더 E2, 드라이버 장치 D3는 제 3 실린더 E3, 드라이버 장치 D4는 제 4 실린더 E4, 및 드라이버 장치 D5 는 제5 실린더 E5 및 드라이버 장치 D6은 제 6 실린더 E6에 장착될 수 있다.
빔 형성 어레이(300)의 두 개의 드라이버 장치(10)들은 빔 형성 어레이(300)의 대향 단부 벽 A및 B에 근접하게 위치되며, 빔 형성 어레이(300)의 나머지 드라이버 장치(10)들은 가능한 긴밀/조밀한 간격으로 빔 형성 어레이(300)의 중심(C) 주변에 위치된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 빔 형성 어레이(300)의 드라이버 장치 D2, D3, D4 및 D5는 중심(C) 주변에 조밀한 간격으로 배치되고, 나머지 두 개의 드라이버 장치 D1 및 D6은 각각 단부 벽 A 및 B에 근접하게 위치된다. 드라이버 장치(10)들이 가능한 긴밀/조밀한 간격으로 위치하기 위한 범위는 드라이버 장치(10)의 크기를 가능하게 하는 가장 작은 독립 인클로저에 기초할 수 있다.
도 4A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 다른 빔 형성 어레이(400)의 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(400)는 일정한 간격으로 떨어져 있는 복수의 드라이버 장치(10)들을 포함한다. 빔 형성 어레이(400)에 포함된 드라이버 장치(10)들의 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 예를 들어, 도 4A에서 도시된 바와 같이, 빔 형성 어레이(400)는 드라이버 장치 D1, D2, … , 및 D6과 같은 6개의 드라이버 장치(10)들을 포함할 수 있다.
S1은 드라이버 장치 D1및 D2 사이의 간격, S2는 드라이버 장치 D2및 D3 사이의 간격, S3은 드라이버 장치 D3및 D4 사이의 간격, S4는 드라이버 장치 D4및 D5 사이의 간격, S5는 드라이버 장치 D5및 D6 사이의 간격이다. 드라이버 장치(10)들 사이의 간격은 동일하다. (즉, s1 = s2 = s3 = s4 = s5)
도 4B는 일 실시예에 따른, 도 4A의 빔 형성 어레이(400)를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프(410)이다. 그래프(410)는 [0°, 360°] 범위의 방위각(θ) 및 [10Hz, 10kHz]범위의 음향 주파수 각각을 위한 목표 방향과 관계된 음향 지향성을 도시한다. 도 4A의 빔 형성 어레이(400)는 주파수 8kHz 미만일 때 90°에서 270° 범위 밖에서 적어도 20dB의 감쇠와 함께, 180° 주변에서 좁은 분산의 음향을 생산한다.
도 5A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 빔 형성 어레이(420)의 다른 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(420)는 빔 형성 어레이(420)의 중심(C) 주변에 위치된 두 개의 드라이버 장치(10)들 및 동일한 간격으로 떨어져 있는 추가적 드라이버 장치(10)들을 포함한다. 빔 형성 어레이(420)에 포함된 드라이버 장치(10)들의 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 예를 들어, 도 5A에 도시된 바와 같이, 도 5A의 빔 형성 어레이(420)는 드라이버 장치 D1, D2, … , 및 D6과 같은 6개의 드라이버 장치(10)들을 포함할 수 있다.
S1은 드라이버 장치 D1및 D2 사이의 간격, S2는 드라이버 장치 D2및 D3 사이의 간격, S3은 드라이버 장치 D4및 D5 사이의 간격, S4는 드라이버 장치 D5및 D6 사이의 간격이다. 도 5A에 도시된 바와 같이, 드라이버 장치 D3및 D4는 중심(C)에 대해 가능한 가깝게 위치되며, 드라이버 장치 D1, D2, D5 및 D6은 동일한 간격으로 떨어져있다(즉, s1 = s2 = s3 = s4 = s5). 중심 플러그(20)는 드라이버 장치(10)를 포함하지 않기 때문에, 두 개의 드라이버 장치D3 및 D4에서 중심(C)까지는 기계적 구조가 허용하는 만큼 가까울 수 있다.
도 5B는 일 실시예에 따른, 도 5A의 빔 형성 어레이(420)를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프(430)이다. 그래프(430)는 드라이버 장치(10)들 사이의 간격이 증가함에 따라, 높은 주파수에서 음향 성능이 감소되는 것을 보여준다.
도 6A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 다른 빔 형성 어레이(440)의 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(440)는 복수의 드라이버 장치(10)들을 포함하며, 드라이버 장치(10)들 사이의 분리된 간격은 기하급수적(geometric)(예를 들어, 드라이버 장치(10) 사이의 동일한 비율의 간격(등비)) 또는 대수적(logarithmic)이다. 빔 형성 어레이(440)에 포함된 드라이버 장치(10)들의 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 예를 들어, 도 6A에 도시된 바와 같이, 도 6A의 빔 형성 어레이(440)는 드라이버 장치 D1, D2, … , 및 D6과 같은 6개의 드라이버 장치(10)들을 포함할 수 있다.
S1은 드라이버 장치 D1및 D2 사이의 간격, S2는 드라이버 장치 D2및 D3 사이의 간격, S3은 드라이버 장치 D4및 D5 사이의 간격, S4는 드라이버 장치 D5및 D6 사이의 간격이다. 도 6A에 도시된 바와 같이, 드라이버 장치 D1및 D2 사이의 간격 S1은 D5 및 D6사이의 간격 S4와 동일하고, 드라이버 장치 D2및 D3 사이의 간격 S2는 D4 및 D5사이의 간격 S3과 동일하다. 간격 S1과 S2 간의 비율은 간격 S4와 S3 간의 비율과 동일하다.
도 6B는 일 실시예에 따른, 도 6A의 빔 형성 어레이(440)를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프(450)이다. 그래프(510)(도 4A) 및 그래프(530)(도 5B)와 비교할 때, 그래프(450)는 빔 형성 어레이(440)가 원하는 감쇠로 더 넓은 음향 주파수 대역을 제공함을 보여준다.
도 7A는 일 실시예에 따른, 다른 엔드 파이어 구성 레이아웃과 함께 다른 빔 형성 어레이(460)의 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(460)는 복수의 드라이버 장치(10)들을 포함하며, 두 개의 드라이버 장치(10)들은 빔 형성 어레이(460)의 대향 단부 벽 A 및 B에 근접하게 위치되고, 나머지 드라이버 장치(10)들은 가능한 긴밀/조밀한 간격으로 빔 형성 어레이(460)의 중심(C) 주변에 위치된다. 빔 형성 어레이(460)에 포함된 드라이버 장치(10)들의 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다. 예를 들어, 도 7A에 도시된 바와 같이, 도 7A의 빔 형성 어레이(460)는 드라이버 장치 D1, D2, … , 및 D6과 같은 6개의 드라이버 장치(10)들을 포함할 수 있다.
S1은 드라이버 장치 D1및 D2 사이의 간격, S2는 드라이버 장치 D2및 D3 사이의 간격, S3은 드라이버 장치 D4및 D5 사이의 간격, S4는 드라이버 장치 D5및 D6 사이의 간격이다. 도 7A에 도시된 바와 같이, 드라이버 장치 D2, D3, D4및 D5는 중심(C)에 대해 가능한 가까운 위치에 조밀하게 클러스터링되어 위치되며, 나머지 드라이버 장치 D1 및 D6은 대향 단부 벽 A 및 B에 각각 근접하게 위치된다. 드라이버 장치 D1및 D2 사이의 간격 S1은 D5 및 D6사이의 간격 S4와 동일하다. 드라이버 장치 D2및 D3 사이의 간격 S2는 D4 및 D5사이의 간격 S3과 동일하다. 드라이버 장치 D2, D3, D4 및 D5가 가능한 긴밀/조밀한 간격으로 위치하기 위한 범위는 드라이버 장치(10)의 크기를 가능하게 하는 가장 작은 독립 인클로저에 기초할 수 있다.
도 7B는 일 실시예에 따른, 도 7A의 빔 형성 어레이(460)를 위한 데시벨(dB)로 표현된 음향 지향성 커브의 예를 도시하는 그래프(470)이다. 그래프(410)(도 4A), 그래프(430)(도 5B) 및 그래프(450)(도 6B)와 비교할 때, 그래프(470)는 빔 형성 어레이(460)가 원하는 감쇠로 더 넓은 음향 주파수 대역을 제공함을 보여준다.
도 8은 일 실시예에 따라, 빔 형성 어레이(100)에서 드라이버 장치(10)의 각도 응답(angular responses) 측정을 위한 방법을 도시한다. 일 실시예에 따라, 빔 형성 어레이(100)를 위해, 방위각(θ)에 대한 음향 지향성은 디지털 필터를 이용하여 최적화 될 수 있다. 넓은 주파수 대역에 걸쳐(예를 들어, 10Hz에서 10kHz) 특정 방향으로의 고도의 지향성을 갖는 각도 응답을 획득하기 위해, 디지털 필터는 빔 형성 어레이(100)의 각각의 드라이버 장치(10)를 위해 정의될 수 있다.
빔 형성 어레이(100)의 각각의 드라이버 장치(10)를 위해, 드라이버 장치(10)의 각도 응답들은 주어진 주파수 그리드(즉, 주파수 값의 집합(set of frequency values))에 걸쳐, 빔 형성 어레이(100) 주변의 원(12)에서 규칙적으로 떨어진 각도들에서 측정될 수 있다. 참조용으로 사용되는 참조 소스(reference source)는 빔 형성 어레이(100)의 드라이버 장치(10)이다(예를 들어, 빔 형성 어레이(100)의 중심에 가장 가까운 드라이버 장치(10)). 목표 각도 응답은 참조 소스의 각도 응답(“참조 각도 응답(reference angular response)”)을 이용하여 정의되며, 각도 가중치는 규칙적으로 떨어진 각도에 따라 참조 각도 응답에 적용 된다. 목표 각도 응답은 주파수 그리드에 걸쳐 특정 방향에서 최대이다. 주파수 그리드의 각각의 주파수에서, 최적 이득은 목표 각도 응답에 도달하도록 드라이버 장치(10)의 각도 응답을 위해 계산된다. 주파수 그리드의 각각의 주파수를 위한 복소 이득(complex gain)이 알려지면, 드라이버 장치(10)를 위한 시간 도메인 필터(예를 들어, 유한 임펄스 응답 필터(finite impulse response: FIR))가 정의된다.
다른 일 실시예에 따라, 목표 각도 응답은 참조 소스의 각도 응답에 관한 함수가 될 필요는 없으며, 이 경우 목표 각도 응답은 임의의 복소 응답이 될 수 있다.
일 실시예에 따라, 각도 응답에 적용되는 가중의 유형은 양의 윈도우 함수(positive windowing function)이다. 양의 윈도우 함수의 예로는, 가우시안 가중(Gaussian weighting), 해닝(Hanning), 해밍(Hamming), 블랙만(Blackman), 블랙만해리스(BlackmanHarris), 체비쉐프(Chebychev), 및 장축 타원체 시퀀스(Prolate Spheroidal (Slepian) sequences)가 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따라, 각각의 드라이버 장치(10)를 위해 정의된 각각의 디지털 필터는 유한 임펄스 응답 필터이다.
주파수 응답 함수(Frequency Response Function: FRF)는 파스칼/볼트(Pa/V)로 복소 이득을 표현하는 함수이다. r은 중심(1)으로부터 빔 형성 어레이(100)의 드라이버 장치(10)까지의 거리이며, k는 [1,K]범위의 소스 인덱스(source index)이고, ω 는 주파수 그리드의 주파수이고,
Figure 112016088967111-pat00009
는 주파수 ω 및 각도 θ 인 원(12)의 소스 인덱스 k(즉, 빔 형성 어레이(100)의 드라이버 장치 Dk ) 소스로부터 좌표(r, θ)까지의 각도 주파수 응답 함수이다.
중첩의 원리를 사용하여, 빔 형성 어레이(100)의 주어진 각도 θ 및 주파수 ω 에 대한 전체 각도 FRF는 소스 각각의 각도 FRF의 합이다(즉, 빔 형성 어레이(100)의 각각의 드라이버 장치(10)). 전체 각도 FRF는 수학식(1)에 따라 계산된다.
[수학식 1]
Figure 112016088967111-pat00010
목표 각도 FRF는 참조 소스의 각도 FRF사용하여 정의되며, 각도 가중은 θ 에 따라 참조 소스의 각도FRF에 적용된다. 목표 각도 FRF는 수학식(2)에 따라 계산된다.
[수학식 2]
Figure 112016088967111-pat00011
Figure 112016088967111-pat00012
는 참조 소스의 소스 인덱스이고,
Figure 112016088967111-pat00013
는 각도
Figure 112016088967111-pat00014
에서 최대인 적용된 각도 가중(즉, 엄격한 양의 함수)의 유형(예를 들어, 가우시안 가중)이다.
각각의 주파수
Figure 112016088967111-pat00015
에 대해, 드라이버 장치(10) 각각의 각도 FRF에 적용하기 위해, 장치의 FRF의 가중된 합으로부터 목표 각도 FRF까지의 유클리드 거리(Euclidian distance)를 최소화 하는 복소 가중값
Figure 112016088967111-pat00016
(즉, 복소 이득)이 추정된다. 유클리드 거리는 수학식(3)과 같이 표현된다.
[수학식 3]
Figure 112016088967111-pat00017
일 실시예에 따라, 복소 가중값
Figure 112016088967111-pat00018
(즉, 복소 이득)은 표준 선형 최소 제곱 기술/ 솔루션(standard linear least-squares techniques/solutions)을 사용하여 추정된다. 각각의 드라이버 장치 D k 에 대해, 대응하는 최적 이득 벡터
Figure 112016088967111-pat00019
는 역 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)에 의해 도출될 수 있는 유한 임펄스 응답 필터로부터 주파수에 따른 주파수 응답 함수를 정의한다. 다른 일 실시예에 따라, 주어진 주파수
Figure 112016088967111-pat00020
에 대한 최적 이득을 추정하기 위한 다른 수학적 방법이 대신 사용될 수 있다.
표 1은 빔 형성 어레이(100)에 포함된 각각의 드라이버 장치(10)를 위한 디지털 필터를 정의하는 수도 코드(pseudo-code)의 예를 제공한다.
Begin

Load angular FRF of all driver units into a three-dimensional (3D) complex matrix D (a first dimension for frequency, a second dimension for angles, and a third dimension for driver index);

Define angular weighting;

For each frequency
Collect all FRF values for the frequency and for all angles and for all driver units into a matrix R;
Define target angular FRF vector T along the angles using pre-defined weights from the angular weighting;
Estimate an optimum gain vector G by solving the following system of linear equations using standard linear least-squares techniques:
Figure 112016088967111-pat00021
;
end;

Time domain filters are constructed by inverse FFT of complex gains, yielding a FIR filter for each driver unit;

End.
상기 표 1에서, 디지털 필터를 정의하는 수도 코드는, 모든 드라이버 장치들의 각도 FRF를 3차원 복소 행렬 D 에 로딩하고(주파수를 위한 제 1 차원, 각도를 위한 제 2 차원, 드라이버 인덱스를 위한 제 3차원), 각도 가중을 정의하는 단계는, 각각의 주파수에 대해, 모든 드라이버 장치들의 상기 주파수 및 모든 각도에 대해 모든 FRF값을 행렬R에 수집하고, 상기 각도 가중으로부터의 소정의 가중을 사용하여 각도에 따른 목표 각도 FRF벡터 T를 정의하며, 표준 선형 최소 제곱 테크닉(standard linear least-squares techniques):
Figure 112016088967111-pat00022
을 사용하여, 뒤따르는 선형 방정식 시스템을 풀이하여 최적 이득 벡터G를 추정함으로써 종료되며, 다음으로 시간 영역의 필터들은 복소 이득의 역 고속 푸리에 변환으로 구성되며, 각각의 드라이버 장치에 대한 FIR필터를 수득하는 것으로 종료된다.
예를 들어, 표1의 행렬R은 수학식(4)와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016088967111-pat00023
, 주어진
Figure 112016088967111-pat00024
에 대해.
예를 들어, 표 1의 벡터 T는 수학식(5)와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016088967111-pat00025
첨자T는 행렬의 전치(transpose)이고, 전치 행렬T의 요소들은 수학식(2)에 의해 표현된다.
예를 들어, 표 1의 벡터 G는 수학식(6)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112016088967111-pat00026
표 1의 벡터 G는 수학식(7)에 따라 계산될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112016088967111-pat00027
첨자 H는 행렬의 공액 전치(conjugate transpose)이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 빔 형성 어레이(100)를 위한 디지털 필터의 예를 도시한다. 빔 형성 어레이(100)의 각각의 드라이버 장치(10)는 대응하는 디지털 필터를 갖는다. 예를 들어, 제 1드라이버 장치D1은 대응하는 디지털 필터 G1을, 제 2 드라이버 장치 D2는 대응하는 디지털 필터 G2를, ... , 제 (n-1) 드라이버 장치Dn-1은 대응하는 디지털 필터 Gn-1을, 제 n 드라이버 장치 Dn은 대응하는 디지털 필터 Gn을 갖는다. 각각의 드라이버 장치(10)에 대응하는 각각의 디지털 필터는 드라이버 장치(10)에 연결된 각각의 증폭 채널에 대한 각각의 전기적 신호 패드에 의해 수신된 신호의 개별적인 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing: DSP)를 제공한다. 디지털 필터는 증가된 음향 주파수 대역에 걸쳐, 축외 감쇠(off-axis attenuation) 에 있어서 증가된 성능(예를 들어, 적어도 10dB이상의 감쇠)을 제공한다.
도 10은 일 실시예에 따른, 디지털 신호 처리를 거치지 않은 개별적인 드라이버 장치(10)의 각도 이득(angular gains)의 예를 도시하는 그래프(510)이다. 그래프(510)는 커브들의 집합(530)을 포함하며, 각각의 커브는 어레이의 개별적인 드라이버 장치 Di의 음향 주파수 1000Hz에서의 각도 이득을 나타낸다. 그래프(510)는 각각의 개별적인 드라이버 장치Di의 각각의 각도 이득의 합을 나타내는 커브(520)를 더 포함한다. 그래프(510)에 나타난 바와 같이, 어레이는 제한된 음향 지향성의 음향을, 어레이의 수직(즉, 90 도(°)및 270 도(°)부근) 방향에서 최대가 되도록 한다.
도 11은 일 실시예에 따른, 디지털 신호 처리를 거친 개별적인 드라이버 장치(10)의 각도 이득의 예를 도시하는 그래프(540)이다. 각각의 커브(551, 552,…, 559)는 빔 형성 어레이에서 디지털 신호 처리를 거친 개별적인 드라이버 장치 D1, D2, …, D9의 음향 주파수 1000Hz에서의 각도 이득을 각각 나타낸다. 그래프(540)는 개별적인 드라이버 장치 D1, D2,…, D9 각각의 각도 이득의 가중 합 나타내는 커브(550)를 더 포함한다. 그래프(540)에서 나타난 바와 같이, 빔 형성 어레이는 원하는 방향(예를 들어, 180 도(°))으로의 좁은 분산의 음향을 생산한다.
도 12 는 일 실시예에 따라, 디지털 필터의 정의를 위한 프로세스(900)의 예를 설명하는 흐름도이다. 단계(901)에서, 빔 형성 어레이의 각각의 드라이버 장치를 위해, 소정의 각도 집합에서 드라이버 장치의 소정의 주파수 그리드에 대해 각도 응답을 측정한다. 단계(902)에서, 소정의 각도의 집합에 따라 가중된 참조 각도 응답에 기초하여, 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서 목표 각도 응답을 정의한다. 단계(903)에서, 목표 각도 응답 및 소정의 각도의 집합 각각에 대해서 주파수에서 측정된 각각의 각도 응답에 기초하여, 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서 최적 이득 벡터를 추정한다. 단계(904)에서, 각각의 최적 이득 벡터 추정에 기초하여, 어레이의 각각의 드라이버 장치를 위한 디지털 필터를 정의 한다.
도 13은 일 실시예에 따라, 빔 형성 어레이의 생산을 위한 프로세스(950)의 예를 설명하는 흐름도이다. 단계(951)에서, 원하는 감쇠(attenuation)를 결정한다. 단계(952)에서, 원하는 감쇠에 기초하여, 빔 형성 어레이가 포함하는 전체 복수의 드라이버 장치의 수를 결정하고 축에 따른 복수의 드라이버 장치의 선형 어레이를 결정함으로써, 엔드 파이어 구성 레이아웃을 결정한다. 단계(953)에서, 엔드파이어 구성 레이아웃에 따라, 복수의 드라이버 장치들을 배치함으로써, 빔 형성 어레이를 구성한다. 단계(954)에서, 드라이버 장치를 위한, 각각의 드라이버 장치에 대응하는 디지털 필터를 정의한다.
도 14는 개시된 실시예의 구현을 위해 사용되는 컴퓨터 시스템(600)을 포함하는 정보 처리 시스템을 나타내는 상위 계층의 블록도(high-level block diagram)이다. 컴퓨터 시스템(600)은 적어도 하나의 프로세서(processor)(601)를 포함할 수 있으며, 디스플레이 장치(display device)(602)(비디오, 그래픽, 텍스트 및 그 밖의 데이터를 표시하기 위한), 메모리(memory)(603)(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory: RAM)), 저장 장치(604)(예를 들어, 하드 디스크 드라이브), 삭제 가능 저장 장치(removable storage device)(605)(예를 들어, 삭제 가능 저장 드라이브, 삭제 가능 메모리 모듈, 마그네틱 테이프 드라이브, 광 디스크 드라이브, 저장된 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 데이터를 포함하고 있는 컴퓨터 판독 가능 매체), 사용자 인터페이스(user interface)(606)(예를 들어, 키보드, 터치 스크린, 키패드, 포인팅 디바이스), 및 통신 인터페이스(communication interface)(607)(예를 들어, 모뎀, 네트워크 인터페이스(이더넷 카드와 같은), 통신 포트, 또는 PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 슬롯 및 카드)를 더 포함할 수 있다. 메모리(603)는 적어도 하나 이상의 프로세서(601)에 의해 실행될 때, 적어도 하나 이상의 프로세서(601)가 프로세스(900)의 단계(901 내지 904)를 수행하게 하는 명령(instruction)을 저장할 수 있다.
통신 인터페이스(607)는 소프트웨어 및 데이터를 컴퓨터 시스템(600)과 외부의 장치 사이에 전달되도록 한다. 컴퓨터 시스템(600)은 상기 장치/모듈601 내지 607을 연결하는 통신 인프라(communication infrastructure)(608)(예를 들어, 통신 버스(communications bus), 크로스 오버 바(cross-over bar), 또는 네트워크)를 더 포함할 수 있다.
통신 인터페이스(607)를 통한 정보 전달은 전자적, 전자기적, 광학적, 또는 신호를 전달하는 통신 링크 통신 인터페이스(607)에 의해 수신 가능한 다른 신호와 같은 신호의 형태일 수 있으며, 와이어 또는 케이블, 광 섬유, 전화선, 셀룰러 폰 링크(cellular phone link), 라디오 주파수(RF) 링크, 및/ 또는 다른 통신 채널에 의해 구현될 수 있다. 블록도 및/또는 흐름도를 나타내는 컴퓨터 프로그램 명령은 컴퓨터, 프로그램 가능한 데이터 처리 기기, 또는 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하기 위해 일련의 동작을 수행하는 처리 장치에 로드(load)될 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 12의 프로세스(900) 및 도 13의 프로세스(950)를 위한 처리 명령은 프로세서(601)에 의한 실행을 위해, 프로그램 명령으로서 메모리(603), 저장 장치(604) 및 삭제 가능한 저장 장치(605)에 저장될 수 있다.
실시예들은 흐름도 도시 및/또는 블록도의 방법, 기기 및 컴퓨터 프로그램 제품을 참조하여 서술되었다. 그림/ 도면의 각각의 블록, 또는 그 조합은 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다. 프로세서를 통해 실행되는 명령이 프로세서에게 제공되면 기계를 생산하는 컴퓨터 프로그램 명령은, 흐름도 및/또는 블록도에서 특정되는 기능/동작의 구현을 위한 방법을 생성한다. 흐름도/블록도의 각각의 블록은 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈 또는 로직(logic)을 나타낼 수 있다. 대체 가능한 구현에서, 블록들에서의 기술된 기능들은 도면에서의 순서와 다르거나, 동시에, 기타 순서로 수행될 수 있다.
“컴퓨터 프로그램 매체”, “컴퓨터 사용 가능 매체”, “컴퓨터 판독 가능 매체”, 및 “컴퓨터 프로그램 제품”이라는 용어는 일반적으로 메인 메모리, 간접 메모리, 삭제 가능 저장 드라이브, 하드디스크 드라이브에 설치된 하드 드라이브 및 신호와 같은 매체를 의미하는 것으로 사용된다. 이러한 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 시스템에 소프트웨어를 제공하기 위한 수단이다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 시스템이 컴퓨터 판독 가능 매체로부터의 데이터, 명령, 메시지 또는 메시지 패킷 및 다른 컴퓨터 판독 가능 정보를 판독할 수 있게 한다. 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 매체는 플로피 디스크(floppy disk), 롬(ROM), 플래쉬 메모리(flash memory), 디스크 드라이브 메모리(disk drive memory), CD-ROM, 및 그 밖의 영구 저장소와 같은 비 휘발성 메모리(non-volatile memory)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그 것은 컴퓨터 시스템들 사이에 데이터 및 컴퓨터 명령들과 같은 정보를 전달하는 것에 유용하다. 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 직접적으로 컴퓨터, 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치, 또는 특정 방법으로 기능하는 다른 장치가 될 수 있다. 그러한 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령들은 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록에서 특정되는 기능/동작을 구현하는 명령을 포함하는 제조 품목을 생산한다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 실시예들의 측면들은 시스템, 방법, 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 따라서, 실시예들의 측면들은 전체적으로 하드웨어인 실시예, 전체적으로 소프트웨어인 실시예(펌 웨어(firmware), 레지던트 소프트웨어(resident software), 마이크로 코드(micro-code) 등을 포함) 또는 “회로”, “모듈” 또는 “시스템”으로 일반적으로 언급되는 소프트웨어와 하드웨어 조합 실시예 측면의 형태가 될 수 있다. 나아가, 실시예들의 측면들은 적어도 하나 이상의 구체화된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 판독 가능 매체(들)로 구체화된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
적어도 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체(들)의 어떤 조합도 이용될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 예를 들어, 전자적, 자기적, 광학적, 전자기적, 적외선 또는 반도체 시스템, 기기, 또는 장치, 또는 그 어떤 적절한 조합일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 구체적인 예(비 소모품 목록)는 이하를 포함할 수 있다: 적어도 하나 이상의 와이어(wire)를 포함하는 전자적 연결, 포터블 컴퓨터 디스켓(portable computer diskette), 하드 디스크(hard disk), 램(a random access memory: RAM), 롬(read-only memory: ROM), 삭제 가능 및 프로그램 가능한 롬(erasable programmable read-only memory: EPROM 또는 Flash memory), 광 섬유(optical fiber), 포터블 CD-ROM, 광학 저장 장치(optical storage device), 자기적 저장 장치(magnetic storage device) 또는 그 조합. 이 문서의 맥락에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 저장 매체가 포함하는 어떤 실체적인 매체가 되거나, 또는 명령 실행 시스템, 기기 또는 장치와 연결하여 사용되거나 명령 실행 시스템, 기기 또는 장치에 의해 사용되기 위한 프로그램을 저장할 수 있다.
적어도 하나 이상의 실시예의 측면을 위한 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는, 자바(java), 스몰톡(small talk), C++ 또는 “C”언어 또는 유사한 프로그래밍 언어와 같이 C++과 유사하고 종래의 절차형 프로그래밍 언어와 같은 객체 지향 프로그래밍 언어를 포함하는, 적어도 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 쓰여질 수 있다. 프로그램 코드는 전적으로 사용자의 컴퓨터에서 실행하거나, 독립형 소프트웨어 패키지로서 부분적으로 사용자의 컴퓨터에서 실행하거나, 부분적으로 사용자의 컴퓨터 및 원격 컴퓨터에서 실행하거나, 원격 컴퓨터 또는 서버에서 전적으로 실행할 수 있다. 후자에서, 원격 컴퓨터는 근거리 통신망(local area network: LAN) 또는 광역 통신망(wide area network: WAN)을 포함하는 임의의 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 연결될 수 있으며, 연결은 외부의 컴퓨터로 이루어질 수 있다(예를 들어, 인터넷 서비스 공급자(Internet Service Provider)를 사용한 인터넷을 통해).
적어도 하나 이상의 실시예들의 측면들은 흐름도 도시 및 /또는 방법, 장치(시스템) 및 컴퓨터 프로그램 제품 블록도를 참조하여 위에서 설명된다. 흐름도 도시 및/또는 블록도의 각각의 블록 및 흐름도 도시 및/또는 블록도의 블록들의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있는 것으로 이해 되어야 한다. 컴퓨터 프로그램 명령들은 특정 목적의 컴퓨터 또는 기계를 생산하기 위한 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치에 제공될 수 있으며, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해 수행하는 명령들은 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록에서 특정되는 기능/동작의 구현을 위한 방법을 생성한다.
컴퓨터 프로그램 명령은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 직접적으로 컴퓨터, 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치, 또는 특정 방법으로 기능하는 다른 장치가 될 수 있다. 그러한, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령들은 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록에서 특정되는 기능/동작을 구현하는 명령을 포함하는 제조 품목을 생산한다.
컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터, 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치, 또는 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하기 위해 일련의 동작 단계들을 수행하게 하는 다른 장치, 컴퓨터로 구현된 프로세스를 생산하는 다른 프로그램 가능한 기기 또는 다른 장치에 로드될 수 있다. 그러한 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 기기에서 실행하는 명령들은 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록에서 특정되는 기능/동작의 구현을 위한 프로세스를 제공한다.
도면의 흐름도 및 블록도들은 다양한 실시예에 따른 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현의 구조, 기능, 및 동작을 설명한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각각의 블록들은 특정된 논리적 기능(들)의 구현을 위해 적어도 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 모듈, 세그먼트, 또는 명령의 일부분을 나타낼 수 있다. 대체 가능한 구현에 있어서, 블록에서 공지된 기능들은 공지된 도면에서 명시된 순서에서 벗어날 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 두 개의 블록들은 실질적으로 동시에 수행될 수 있으며, 또는 관련된 기능에 따라 역순으로 수행 될 수도 있다. 블록도 및/또는 흐름도 도시의 각각의 블록, 및 블록도 및/또는 흐름도의 블록들의 조합은, 특정 기능 또는 동작 수행하거나 특정 목적의 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합들을 수행하는, 특정 목적 하드웨어 기반 시스템에 의해 구현될 수 있다.
단수의 구성요소에 대한 참조는 명시적으로 언급되지 않는다면 “오직 하나”를 의미하는 것이 아니라, “적어도 하나 이상”을 의미한다. 위에서 설명된 당업자들에게 현재 알려진 또는 이후 알려질 실시예들의 구성요소들과 구조적 및 기능적으로 등가인 모든 등가물들은 본 개시에 의해 포함되는 것으로 의도된다.
본 개시에서 사용한 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 개시에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서 사용된 “포함하다” 및/또는 “포함하는”은 언급된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 및/또는 부품의 존재를 특정하는 것이지, 적어도 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 및/또는 그 그룹들의 존재 또는 부가를 제외하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 청구항의 대응하는 구조, 물질, 동작 및 기능 요소에 더한 모든 수단 또는 단계와 동등한 것들은 특별히 청구된 다른 청구된 요소들과의 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 물질, 또는 동작을 포함하는 것으로 의도된다. 실시예들의 설명은 예시 또는 설명의 목적으로 제시되었으나, 개시된 형태로 실시예를 총망라하거나 제한하는 것은 아니다. 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 수정 및 변형은 당업자에게 명백할 것이다.
실시예들은 특정 버전을 참조하여 설명되었으나, 다른 버전도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위는 여기에 포함된 바람직한 버전의 설명에 제한되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 음향 장치에 있어서,
    드라이버 장치의 물리적 구성 레이아웃에 기초하여 엔드 파이어 빔 형성 어레이(end-fire beamforming array)에 선형으로 배치된 복수의 드라이버 장치(driver unit)들;
    상기 복수의 드라이버 장치들로부터 수신된 적어도 하나의 신호에 대한 개별적 디지털 신호 처리를 위해, 상기 복수의 드라이버 장치들 각각에 대응하는 디지털 필터(digital filter); 및
    상기 복수의 드라이버 장치들 중 적어도 하나가 장착되는 적어도 하나의 컨테이너;를 포함하고,
    상기 물리적 구성 레이아웃은 상기 복수의 드라이버 장치들의 총 개수를 결정함으로써 원하는 감쇠 및 상기 복수의 드라이버 장치들 각각의 선형 배열에 기초하여 결정되며,
    상기 복수의 드라이버 장치들 각각의 방향(orientation)은 상기 물리적 구성 레이아웃에 기초하는, 음향 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 드라이버 장치들은 링 라디에이터(ring radiator)를 포함하는 음향 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 음향 장치에 포함된 상기 복수의 드라이버 장치들의 숫자는 짝수인 음향 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 음향 장치에 포함된 상기 복수의 드라이버 장치들의 숫자는 홀수인 음향 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 드라이버 장치들은 동일한 간격으로 분리되어 있는 음향 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 드라이버 장치들은 기하급수적(geometric) 또는 대수적(logarithmic) 간격으로 분리되어 있는 음향 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 드라이버 장치들의 선형 배치는:
    상기 엔드 파이어 빔 형성 어레이의 제 1 종점에 위치된 상기 복수의 드라이버 장치들 중 제 1 드라이버 장치;
    상기 엔드 파이어 빔 형성 어레이의 제 2 종점에 위치된 상기 복수의 드라이버 장치들 중 제2 드라이버 장치; 및
    상기 엔드 파이어 빔 형성 어레이의 제1 종점 및 제 2 종점 사이의 중간 지점에 클러스터링되어(clustered) 위치된 상기 복수의 드라이버 장치들 중 나머지 드라이버 장치들을 더 포함하는 음향 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 드라이버 장치들 각각에 대응하는 상기 디지털 필터는 상기 복수의 드라이버 장치들 각각에 연결된 각각의 증폭 채널(amplification channel)의 전기적 신호 패드(electrical signal pad)에 디지털 신호 처리를 적용하는 음향 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 디지털 필터는 축외 감쇠(off-axis attenuation)에 있어서의 증가된 성능 및 증가된 음향 주파수 대역을 제공하는 음향 장치.
  10. 빔 형성 어레이를 구성하는 복수의 드라이버 장치들을 위한 음향 빔 형성 방법에 있어서,
    드라이버 장치의 물리적 구성 레이아웃에 기초하여 선형으로 배치된 상기 복수의 드라이버 장치들 각각에 대해, 소정의 각도의 집합에서 소정의 주파수 그리드(grid)에 대해 상기 복수의 드라이버 장치들 각각의 각도 응답(angular response)을 측정하는 단계;
    상기 소정의 각도 집합을 따라 가중된 참조 각도 응답(reference angular response)에 기초하여, 상기 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서, 목표 각도 응답을 정의하는 단계;
    상기 목표 각도 응답 및 상기 소정의 각도 집합 각각에 대해서 상기 주파수에서 측정된 각각의 각도 응답에 기초하여, 상기 주파수 그리드의 각각의 주파수에 대해서, 최적 이득 벡터를 추정하는 단계; 및
    상기 각각의 최적 이득 벡터 추정에 기초하여, 상기 복수의 드라이버 장치들 각각을 위한 디지털 필터를 정의하는 단계를 포함하고,
    상기 물리적 구성 레이아웃은 상기 복수의 드라이버 장치들의 총 개수를 결정함으로써 원하는 감쇠 및 상기 복수의 드라이버 장치들 각각의 선형 배열에 기초하여 결정되며,
    상기 복수의 드라이버들 장치 각각의 방향(orientation)은 상기 물리적 구성 레이아웃에 기초하는, 음향 빔 형성 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 소정의 각도 집합을 따라 가중된 참조 각도 응답에 기초하여, 목표 각도 응답을 정의하는 단계는, 각도 가중을 상기 참조 각도 응답에 적용하는 단계를 포함하는, 음향 빔 형성 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 적용된 각도 가중은, 양의 윈도우 함수(positive windowing function)에 기초한 것인, 음향 빔 형성 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 각각의 최적 이득 벡터 추정에 기초하여, 빔 형성 어레이의 각각의 상기 복수의 드라이버 장치들을 위한 디지털 필터를 정의하는 단계는,
    상기 각각의 최적 이득 벡터 추정에 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)을 적용함으로써, 상기 각각의 드라이버 장치들 각각을 위한 유한 임펄스 응답 필터(finite impulse response(FIR) filter)를 생성하는 단계를 포함하는, 음향 빔 형성 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 빔 형성 어레이는 엔드 파이어 빔 형성 어레이인, 음향 빔 형성 방법.
  15. 복수의 드라이버 장치들을 이용하여 빔 형성 어레이를 생산하는 방법에 있어서,
    원하는 감쇠(attenuation)를 결정하는 단계;
    상기 원하는 감쇠에 기초하여 드라이버 장치의 물리적 구성 레이아웃을 결정하는 단계; 및
    상기 물리적 구성 레이아웃에 따라 상기 복수의 드라이버 장치들을 배치함으로써 빔 형성 어레이를 구성하는 단계를 포함하고,
    상기 물리적 구성 레이아웃을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 드라이버 장치들의 총 개수를 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 드라이버 장치들 각각의 선형 배열을 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 드라이버 장치들 각각의 방향(orientation)은 상기 물리적 구성 레이아웃에 기초하는, 빔 형성 어레이를 생산하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 물리적 구성 레이아웃에 따라 상기 복수의 드라이버 장치들을 배치하는 것은,
    상기 복수의 드라이버 장치들을 동일한 간격으로 분리하는 것을 포함하는, 빔 형성 어레이를 생산하는 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 물리적 구성 레이아웃에 따라 복수의 드라이버 장치들을 배치하는 것은,
    상기 복수의 드라이버 장치들을 기하급수적 또는 대수적 간격으로 분리하는 것을 포함하는, 빔 형성 어레이를 생산하는 방법.

  19. 제 15항에 있어서,
    상기 물리적 구성 레이아웃에 따라 상기 복수의 드라이버 장치들을 배치하는 것은,
    상기 복수의 드라이버 장치들 중 제 1 드라이버 장치를 상기 빔 형성 어레이의 제1 종점에 위치시키는 단계;
    상기 복수의 드라이버 장치들 중 제 2 드라이버 장치를 상기 빔 형성 어레이의 제2 종점에 위치시키는 단계; 및
    상기 복수의 드라이버 장치들 중 나머지 드라이버 장치들을 상기 빔 형성 어레이의 제1 종점 및 제 2 종점 사이의 중간 지점에 클러스터링하는 단계를 포함하는, 빔 형성 어레이를 생산하는 방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 복수의 드라이버 장치들 각각에 대한 디지털 필터(digital filter)를 정의하는 단계를 더 포함하고,
    상기 디지털 필터는 디지털 신호 처리를 상기 복수의 드라이버 장치들 각각에 연결된 각각의 증폭 채널(amplification channel)의 전기적 신호 패드(electrical signal pad)에 적용하는 것인, 빔 형성 어레이를 생산하는 방법.
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