KR20030080016A - 거리 측정기를 구비한 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사운드 에미터, 예를 들어 실연자의 얼굴까지의 거리를 측정하기 위한 소자(13)를 구비하는 마이크로폰에 관한 것이다. 이 거리 측정 소자(13)는 마이크로폰의 음향-전기 트랜스듀서(7)의 일부가 될 수 있으며, 압전 초음파 반향 거리 측정기(15, 16)가 될 수 있다.

Description

거리 측정기를 구비한 마이크로폰 {MICROPHONE EQUIPPED WITH A RANGE FINDER}

마이크로폰, 특히 노래 등의 실연(實演)을 할 때 사용하는 음악용 마이크로폰은 마이크로폰으로부터 사운드 에미터, 예를 들어 실연자(artist)의 입까지의 거리가 마이크로폰 레코딩에서 생기는 음파에 영향을 미친다는 점에서 문제가 있다. 마이크로폰은 다양한 종류의 지향특성과 다양한 종류의 거리 응답(distance response)을 가지며, 제조업자가 마이크로폰의 제조시 특정 파라미터에 대하여 최적화를 담당하는 경우도 있다. 어떤 특정의 마이크로폰은 매우 근접한 범위에서 사용할 목적으로 제조되지만, 어떤 것은 멀리 떨어진 거리에서 음파를 픽업(pickup)하도록 제조된 것도 있을 수 있다. 어떤 특정 용도를 위하여 최적화된 마이크로폰은 그 본래 용도에서 벗어나서 이용하게 될 때에는 바람직하지 않은결과, 즉 에스 사운드(S sound)가 과도해지거나 주파수 응답이 부정확하게 되는 등의 결과가 생길 수 있다.

본 발명은 마이크로폰으로서, 하우징과, 이 하우징의 전방부에 위치하여 사운드 에미터(sound emitter)로부터 음파(sound)를 수신하는 음파-전기 트랜스듀서(acousto-electric transducer)와, 상기 트랜스듀서로부터 마이크로폰을 거쳐 외부의 음파 신호 처리 기기까지 전송하는 기기를 구비하는 마이크로폰에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 케이블을 구비한 마이크로폰을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따라 무선 전송 시스템을 구비한 마이크로폰을 나타내는 도면.

도 3은 도 1의 마이크로폰에서 마이크로폰 하우징 외장이 없는 마이크로폰을 나타내는 도면.

도 4는 도 3의 상단 부분을 더 상세히 나타내는 도면.

도 5는 마이크로폰의 음파 트랜스듀서를 나타내는 도면.

따라서, 사운드 에미터까지의 거리를 변경하기 위한 관련 최적화 파라미터를 용이하게 조절할 수 있는 더욱 플렉서블한 유형의 마이크로폰이 필요하게 된다. 본 발명은 이러한 필요성을 만족시키는 것을 그 목적으로 하고 있으며, 본 발명에 따라 상기 기술분야에서 설명한 바와 같은 마이크로폰을 제공하고, 사운드 에미터까지의 거리를 측정하기 위한 구성요소를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중요한 실시예로서, 거리를 측정하기 위한 구성요소는 음파-전기 트랜스듀서에 포함된다. 이 트랜스듀서는 중량이 있는 중앙 몸체와 주변 프레임에 의해 매달려 있는 탄성의 압전 포일(piezoelectric foil)로 구성될 수 있으며, 이러한 중앙 몸체는 거리를 측정하기 위한 소자를 포함하고 있다.

거리를 측정하기 위한 소자는 초음파 반향 거리 측정기(ultrasound echo range finder)가 될 수 있다. 이 초음파 반향 거리 측정기는 2개의 압전 소자로서, 상기 사운드 에미터를 향하는 방향으로 폭이 좁은 초음파 빔을 전달하는 압전 소자와 상기 사운드 에미터로부터 초음파 반향을 수신하기 위한 압전 소자를 구비할 수 있다.

또한, 상기 거리 측정소자는 레이저 거리 측정기가 될 수 있다.

마이크로폰 하우징의 내부 구획부분은 상기 거리 측정소자로부터 변환 신호를 발생시키는 회로를 포함할 수 있다. 상기 회로의 부분들은 압전 초음파 송신기소자를 여기시키기 위한 초음파 발진(ultrasound oscillation)을 발생시킬 수 있으며, 상기 회로의 다른 부분들은 압전 초음파 수신기 소자로부터 수신된 신호를 수신 및 변환하도록 동작할 수 있다.

또한, 상기 회로의 부분들은 상기 거리 측정기의 레이저 소자로부터 광을 방출하기 위한 제어 신호를 발생시키도록 구성될 수 있으며, 상기 회로의 다른 부분들은 상기 거리 측정기의 광 검출기로부터 수신된 반사 신호를 수신 및 변환하도록 동작할 수 있다.

본 발명의 마이크로폰의 일실시예로서, 마이크로폰은 측정된 거리를 이용하기 위한 회로 장치를 포함하는데, 이 회로 장치는 상기 마이크로폰으로부터 음파를 나타내는 신호의 전송을 차단하며,

측정된 거리의 함수로서 이득 계수를 조절하고,

측정된 거리의 함수로서 등화기 세팅을 조절하는 기능 중 적어도 하나의 기능을 행할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로폰의 다른 실시예로서, 거리를 측정하기 위한 소자와 이 소자에 결합된 회로는 사운드 에미터로부터 반사 신호의 복조에 의해 음파를 검출하고, 이 반사 신호는 상기 사운드 에미터로부터의 음파와 주변 노이즈를 중첩한 음파 변조를 수신하는 고주파 신호이다.

다음에는, 본 발명을 예시적 실시예를 통해, 그리고 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.

먼저, 이하 설명하는 실시예는 본 발명에 따른 마이크로폰을 구현하는 방법의 예시를 나타내고 있을 뿐이며 본 발명은 청구의 범위에 의해서만 한정된다. 본 명세서에서, 본 발명의 마이크로폰은 마이크로폰에서 픽업된 음파를 처리하는 방법에 대하여 상세하게 특정하고 있지 않으며, 마이크로폰으로부터 전송된 신호를 처리하기 위한 기기에 의해 음파가 처리되는 방법에 대하여도 상세하게 특정하고 있지 않고, 마이크로폰으로부터 케이블이나 무선 전송 시스템 등을 통하여 음파를 나타내는 전기신호가 어떻게 전송되는지에 대하여도 상세하게 특정하지 않는다. 도 1 및 2에는 본 발명에 따른 마이크로폰(1)의 2개의 실시예를 나타내고 있으며, 도 1에는 신호 케이블(2)을 통하여 전송을 행하는 마이크로폰(1)을 나타내며, 도 2에는 무선 송신기(3)와 안테나(4)를 통하여 전송을 행하는 마이크로폰(1)을 나타내고 있다. 그 외의 구성요소에 대하여는, 도 1과 2에 외측부분만이 도시되어 있으며, 본 발명의 필수 구성요소인 부분에 대하여는 도 3, 4 및 5에 도시되어 있다.

도 3에는 도 1에 도시된 마이크로폰에 대응하는 것으로서, 외측 마이크로폰 하우징(5)(도 1, 2 참조)이 없는 마이크로폰을 나타내고 있다. 도 1과 2에 도시된 것과 동일한 마이크로폰 상단부(6)는 도 3과 4에도 도시되어 있으며, 도 3과 4에는 음파-전기 트랜스듀서(7)를 도시하고 있으며 보다 상세한 것은 도 5에 도시되어 있다. 트랜스듀서(7)의 주요 기능은 당연히 사운드 에미터, 예를 들어 실연자(實演者)의 입에서 공중으로, 특히 격자형의 마이크로폰 상단부(6)를 통해 전송되는 음파의 진동을 픽업하는 것이다. 이 트랜스듀서(7)는 도시된 것과 같이, 외측 프레임(8)과 내측 프레임(10)을 구비하며, 외측 프레임은 비임(9)에 의해 안쪽에 견고하게 지지되어 있다. 내측 프레임(10)의 안쪽에는 복수 개의 압전 부재 포일이 있으며, 이 포일에는 부채꼴 모양부분이 있고 이러한 부채꼴 모양부분 사이에서 소반경의 경사부(12)가 있다. 중심에서는, 포일 부분(11)이 중앙 몸체(13)에 부착되어 있다. 음파가 부채꼴 모양의 포일 부재에 닿게 되면 음파는 진동하는 상태로 되어 그 움직임에 의해 압전 포일에 전압을 생기게 한다. 이렇게 발생된 전압은 와이어(14)에 의해 출력되며, 포일 부분(11) 각각에 이러한 신호 와이어가 개별적으로 연결되어 있다. 본 발명의 마이크로폰의 바람직한 실시예로서 이용하도록 의도된 이러한 트랜스듀서는 본 출원인이 2001년 2월 21일 선출원한 미국특허출원 제09/788,607호에서 언급되어 있다. 이 미국특허출원에는 다음에 설명하는 변형예들이 언급되어 있으며 이들에 대해 본 발명에서 우선권이 주장되어 있다.

상기 중앙 몸체(13)에는 압전소자(15, 16)가 배치되어 있으며, 압전소자(15)는 진동을 전달하기 위한 것이며, 압전소자(16)는 반사된 진동을 수용하기 위한 것이다. 중앙 몸체의 압전소자와 송수신을 위해 연결된 신호 와이어는 도 5에는 도시되어 있지 않지만, 부채꼴 모양의 포일 부분(11)상의 경로를 따라 중앙 몸체(16)와의 송수신을 하는 신호 와이어(17)가 도시되어 있다. 압전소자(15, 16)는 이 경우 압전물질로 "반달형"(half-moons)으로 주조한 것이다. 사운드 에미터의 움직임 모드를 더 정확하게 조사하기 위한 에코 도플러(echo Doppler) 검사와 같은 반향 측심(echo sounder measurement: 反響測深)을 행하기 위하여, 중앙 몸체의 압전소자(15)는 고주파, 바람직하게는 5-10 MHz(이 범위로 한정하는 것은 아님)의 진동을 전달하는 동작을 할 것이다.

반사된 진동은 압전소자(16)에 의해 픽업된다. 중앙 몸체로부터 전달되는 초음파 빔은 폭이 매우 좁고 지향특성을 가질 수 있으며, 마이크로폰 상단부(6)의 중앙을 통해, 즉 특정의 중앙 홀을 통하여 통과할 수 있다. 2개의 "초승달 모양"(crescent shape)의 압전소자(15, 16)는 포물선 모양 또는 거의 포물선 모양의 곡면을 구비하여, 폭이 좁은 빔이 통과할 수 있도록 하며 이에 따라 지향성으로 수용할 수 있게 된다.

압전 포일(11)이 있는 음파 수용 소자의 상이한 부채꼴 모양 부분들은 송신용, 수신용 모두에 이용될 수 있지만, 마이크로폰의 구현에서는 덜 중요하다. 각각의 개별 부채꼴 모양 부분들은 노이즈를 소거하기 위해 전자 신호 조합을 위한 가능성을 제공한다.

트랜스듀서 소자의 다른 특징으로는 중앙 프레임(10)의 하면상에 구조물을 팽팽하게 해주는 시스템(tautening system)이 있다는 것이다. 고정용 버팀줄(18)의 시스템은 체결 스크류(19)를 지지하는데, 이 체결 스크류는 동작시 중앙 몸체(13)를 아래쪽으로 어느 정도 당길 수 있도록 하여 중앙 프레임(10)의 안쪽에 있는 부채꼴 모양의 포일 부분(11)에 대해 중앙 몸체(13)를 향해 아래쪽으로 기울어진 위치가 되도록 함으로써, 트랜스듀서의 동작 부분 전체가 더욱 "포물선" 모양으로 되도록 하여 지향특성을 향상시키게 된다. 이러한 중앙의 체결 스크류(19)가 상기 하면상에서 중앙 몸체(13)까지 팽팽하게 연결되어 있다면, 회전을 수용하기 위한 가능성을 가지게 되고, 중앙 몸체(13)는 수직방향으로의 진동에 대해 고정되며, 부채꼴 모양의 포일 부분(11)은 이처럼 고정된 중앙 몸체(13)와 고정된 내측 프레임(10) 사이에서만 진동할 수 있게 될 것이다. 그러나, 체결 스크류(19)와 중앙 몸체(13) 사이의 연결 부분에 탄성체가 구비되어 있다면, 부채꼴 모양의 포일 부분의 전체 시스템은 수직 방향으로 진동 모드를 계속해서 유지할 것이지만, 탄성체의 영향에 의해 변경될 것이다.

트랜스듀서의 능동 소자(11, 15, 16)와 송수신하는 신호는, 언급했던 바와 같이, 신호 와이어(14, 17)(도 5 참조)를 따라 진행하여, 도 3에 도시된 베이스부(20)와 신호를 송수신하게 된다. 이 베이스부(20)는 예를 들어 A/D 변환기, 제어가능한/프로그램가능한 등화기(equalizer), 증폭기 등의 특정의 신호 처리 장치를 구비할 수 있다. 한편, 마이크로폰이 케이블이 결합되어 있는 종류의 것이라면, 와이어(2)를 통해 직접 능동 소자와 신호를 송수신할 수 있다. 그러나, 마이크로폰에 거리 측정기 시스템이 구비된 경우, 이 거리 측정기 시스템은 특히 베이스부(20)에 구비되어 압전소자(15)에 대하여 초음파 신호를 발생시키고, 압전소자(16)에서 수신한 반사 신호를 수신하고 변환하는 내부 회로로서 특히 중요하다. 베이스부(20)는 배터리 형태의 전원을 구비하는 것이 바람직하며, 이러한 전원은 상기 언급한 바와 같이 다른 회로들을 동작시키는데 필요할 것이고, 외부 장치로 무선으로 신호를 전송하는 경우(도 2 참조)와 무선 송신기(3)의 무선 송수신기를 동작시키는데도 필요할 것이다. 또한, 거리 측정용 신호의 변환을 위한 회로는 측정 결과의 사용을 위해 동작하게 되는데, 예를 들면 사운드 에미터까지의 거리가 미리 정해진 특정의 임계값을 초과할 때 마이크로폰으로부터 음파를 나타내는 신호의 전송을 차단하는 동작을 한다. 이에 따라, 거리 측정 결과를 이용하여 내장 증폭기, 가능하면 외부 기기에 있는 증폭기의 이득 계수를 조절하는 것이 가능할 것이고, 이러한 방식으로, 단거리에서는 감쇠를 하게 될 것이며 장거리에서는 이득을 증가시킬 것이다. 또, 예를 들어 음파 결과에서의 임의의 바람직하지 않은 주파수 파고(frequency crests) 또는 주파수 딥(frequency dip)과 사운드 에미터까지의 거리간의 주지된 관계에 기초하여, 측정된 거리의 함수로서의 주파수 곡선, 즉 등화기 세팅에 영향을 미칠 수 있다.

노이즈의 소거와 관련하여, 거리 측정 시스템이 있는 중앙 몸체는 이중의 기능을 가지고 있다. 압전소자(15)로부터 전송된 고주파 초음파 신호가 사운드 에미터로부터 반사되고, 반사된 이후 속도가 느려진 진동을 중첩하여, 즉 사운드 에미터로부터 관련된 음파와 가능하다면 주변에서 생기는 일부 노이즈를 수용할 것이다. 이러한 음파의 느린 진동(즉, 실제 거리 측정에서 사용된 고주파에 비해 느림)은 신호 처리에 의해 고주파 발진(oscillation)과 구분이 가능하며, 부채꼴 모양의 포일 부분(11)을 통해 픽업된 음파 진동을 위해, 특히 음파 신호로부터의 바람직하지 않은 음파와 노이즈의 소거와 관련하여 신호 처리를 위한 기초수단으로서 사용될 수 있다. 베이스부(20)에 있는 회로도 이러한 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.

지금까지, 음파 트랜스듀서의 중앙에 배치된 초음파 소자는 거리 측정용 소자로서 언급하였지만, 마이크로폰의 다른 위치에, 신호 처리 회로에 동일한 유형으로 접속되고 동일한 기능을 갖는 유사한 초음파 측정기를 배치하는 것도 가능하다.

다른 유형의 거리 측정기는 잘 알려져 있으며, 레이저 빔을 이용하는 장치이며, 도 5에 도시된 장치, 즉 중앙 몸체(13)와 동일한 위치에 가능하면 마이크로 광학기기와 함께 소형의 레이저 다이오드를 구비하는 것이 가능하다. 바람직하게는 적외선을 이용하는 레이저 빔이 마이크로폰 상단부(6)에 있는 대응 개구를 통해 방출되고 사운드 에미터로부터 반사되어 레이저와 함께 배치된 광검출기로 진행하게 된다. 이러한 레이저 거리 측정기는 마이크로폰의 다른 위치, 예를 들어 주변에 배치될 수도 있다. (이러한 거리 측정기는 리트로피트 장비(retrofit equipment)가 될 수 있다.) 그러나, 명백한 이유에 의해 중앙의 위치가 바람직할 것이다.

마지막으로, 본 발명은 완성된 마이크로폰에 대하여 몇 개의 발명 중 하나이며 이들 발명은 모두 특허 출원의 대상이 되고, 노르웨이 특허출원 제2001 5983호 발명의 명칭 『A song microphone with signal processing equipment』, 노르웨이 특허출원 제2001 5982호 발명의 명칭 『A microphone with variable ventilation』, 노르웨이 특허출원 제2001 5984호 발명의 명칭 『A microphone withexchangeable details』을 참조하고 있다. 이들 동시에 출원된 특허출원이 본 발명의 특징을 설명 또는 완성하기에 적당한 특징을 나타내는 정도에 대하여, 이들 출원을 본 명세서에서 참조 내지 인용하는 것으로 한다.

Claims (11)

1. 하우징과, 상기 하우징의 전방부에 위치하여 사운드 에미터로부터 사운드를 수신하는 음향-전기 트랜스듀서와, 상기 트랜스듀서로부터 마이크로폰을 거쳐 외부의 음파 신호 처리 기기까지 전송하는 기기를 구비하는 마이크로폰에 있어서,

   상기 마이크로폰은 상기 사운드 에미터까지의 거리를 측정하기 위한 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
2. 제1항에 있어서, 상기 거리 측정소자는 상기 음향-전기 트랜스듀서에 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
3. 제2항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 중량이 있는 중앙 몸체와 주변 프레임에 의해 매달려 있는 탄성의 압전 포일로 구성되며, 상기 중앙 몸체는 상기 거리 측정소자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리 측정소자는 초음파 반향 거리 측정기인 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
5. 제4항에 있어서, 상기 초음파 반향 거리 측정기는 2개의 압전 소자로서 상기 사운드 에미터를 향하는 방향으로 폭이 좁은 초음파 빔을 전달하는 압전 소자와,상기 사운드 에미터로부터 초음파 반향을 수신하기 위한 압전 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
6. 제1항에 있어서, 상기 거리 측정소자는 레이저 거리 측정기인 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
7. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 내부 구획부분은 상기 거리 측정소자로부터 변환 신호를 발생시키는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
8. 제7항에 있어서, 상기 회로의 부분들은 압전 초음파 송신기 소자를 여기시키기 위한 초음파 발진을 발생시키며, 상기 회로의 다른 부분들은 압전 초음파 수신기 소자로부터 수신된 신호를 수신 및 변환하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
9. 제7항에 있어서, 상기 회로의 부분들은 상기 거리 측정기의 레이저 소자로부터 광을 방출하기 위한 제어 신호를 발생시키며, 상기 회로의 다른 부분들은 상기 거리 측정기의 광 검출기로부터 수신된 반사 신호를 수신 및 변환하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
10. 제1항에 있어서, 측정된 거리를 이용하기 위한 회로 장치로서,

    상기 회로 장치는 상기 마이크로폰으로부터 음파를 나타내는 신호의 전송을차단하며,

    측정된 거리의 함수로서 이득 계수를 조절하고,

    측정된 거리의 함수로서 등화기 세팅을 조절하는 기능 중 적어도 하나의 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
11. 제1항에 있어서, 상기 거리 측정소자와 이 소자에 결합된 회로는 상기 사운드 에미터로부터 반사 신호의 복조에 의해 음파를 검출하고, 상기 반사 신호는 상기 사운드 에미터로부터의 음파와 주변 노이즈를 중첩한 음파 변조를 수신하는 고주파 신호인 것을 특징으로 하는 마이크로폰.