KR20080062089A - 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소음이 심한 장소에서도 송신자의 음성을 수신자에게 명확하게 전달할 수 있고, 방진복 또는 방독면, 헬멧을 착용한 상태에서도 음성 통화가 가능하며, 특히 가속도계를 이용하여 음성 신호를 보다 명확하게 전달할 수 있는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰에 관한 것이다.

본 발명은 종래의 유도형 진동 센서를 적용한 넥 마이크로폰의 문제점을 해결하기 위하여 가속도계를 이용하여 저주파 대역은 물론 고주파 대역까지 성대의 진동을 음성의 왜곡없이 전기적 신호로 변환하여 음성신호를 보다 명확하게 전달할 수 있는 새로운 형태의 넥 마이크로폰을 구현함으로써, 보다 더 명료도가 향상된 음성을 전달할 수 있는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰을 제공한다.

넥 마이크로폰, 가속도계, 멤스 칩, 압전소자

Description

가속도계를 이용한 넥 마이크로폰{Neck microphone using an acceleration sensor}

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰을 나타내는 사시도

도 2는 도 1의 단면도

도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰을 나타내는 사시도

도 4는 도 3의 단면도

도 5는 본 발명의 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프

도 6a,6b는 음압의 주파수 응답과 가속도 및 속도의 주파수 응답을 비교한 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하우징 11 : 접촉판

12 : 진동판 13 : 고정판

14a,14b : 회로기판 15 : 압전소자

16 : 진동질량체 17 : 스프링

18 : 체결봉 19 : 체결부재

본 발명은 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소음이 심한 장소에서도 송신자의 음성을 수신자에게 명확하게 전달할 수 있고, 방진복 또는 방독면, 헬멧을 착용한 상태에서도 음성 통화가 가능하며, 특히 가속도계를 이용하여 음성 신호를 보다 명확하게 전달할 수 있는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로 마이크는 송신자의 음성을 전기적 신호로 변환하여 수신자에게 전달하는 수단이다.

이러한 마이크는 유선 마이크, 무선 마이크 등이 있으며, 대부분 사용자의 입 근처에 장착 또는 위치한 상태에서 사용자의 입을 통해 나오는 음성을 전달하는 방식으로 이루어져 있다.

그러나, 보안요원이나 특수요원 등의 특수직 종사자 뿐만 아니라 일반인들조차 일반 마이크의 불편함 때문에, 또 소음이 심하거나 헬멧 또는 방진복을 착용하였을 때의 사용이 불가능하거나 음성 전달이 명확히 되지 않는 문제점 때문에 성대의 울림을 통해 음성을 전달하는 넥 마이크로폰의 사용이 늘어가는 추세이다.

넥 마이크로폰은 일반 마이크와 달리 성대의 울림을 통해 음성신호를 전달하므로 큰 소리를 낼 필요가 없어 보안 관계자에게 유용하고, 또한 잡음이 들어가지 않아 보다 명확한 음성신호를 전달할 수 있어 일반인들에게도 유용하다.

한편, 넥 마이크로폰은 성대의 울림에 따른 진동신호를 수집하여 전기적 신호로 변환시키는 방식이므로, 외부 환경으로부터 완벽하게 보호되어야 하고, 성대의 울림에 따른 신호를 수집함에 있어서 잡음을 제거할 수 있어야 하는 등 매우 높은 수준의 기술력이 요구되고 있다.

종래의 넥 마이크로폰은 진동 변환을 위한 수단으로 유도형 진동 센서를 사용하고 있다.

유도형 진동 센서는 진동막, 코일, 영구자석 등을 포함하는 구조로 구성되어 있으며, 가벼운 코일이 진동막에 연결되어 있고 진동막과 코일이 함께 진동하게 되면, 코일 중앙에 있는 영구자석에 의해 코일 주위의 자기장이 변하게 되는 동시에 코일에 전압이 발생하게 되는 원리를 이용하여 성대의 진동을 전기적 신호로 변환시켜주는 방식으로 이루어져 있다.

하지만, 이러한 유도형 진동 센서는 속도 센서로 주파수에 비례하여 주파수 응답이 감소하는 특성을 갖고 있다.

이와 같은 이유로 유도형 진동 센서는 저주파에 비해 고주파 성분의 음성을 제대로 전달하지 못하게 되고, 음성의 명료도가 저하되는 문제를 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 유도형 진동 센서를 적용한 넥 마이크로폰의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 가속도계를 이용하여 저주파 대역은 물론 고주파 대역까지 성대의 진동을 음성의 왜곡없이 전기적 신호로 변환하여 음성신호를 보다 명확하게 전달할 수 있는 새로운 형태의 넥 마이크로폰을 구현함으로써, 보다 더 명료도가 향상된 음성을 전달할 수 있는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 성대의 진동을 전기적 신호로 변환하여 음성을 전달하는 넥 마이크로폰에 있어서, 성대의 진동에 의해 동작하는 가동부와 성대의 진동 변환을 위한 수단으로 가속도계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가동부는 하우징의 외부로 노출되어 피부에 닿는 접촉판, 하우징상에 지지되며 성대의 진동이 접촉판을 통해 전달되어 떨게 되는 진동판, 가속도계 고정을 위한 고정판이 차례로 적층 조합되는 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가동부의 접촉판은 중앙부분이 볼록한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가속도계는 압전소자를 포함하는 멤스 칩과 주변회로를 회로기판에 구성한 멤스 가속도계인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가속도계는 압전소자와 이것과 전기적으로 연결되는 회로기판을 구성한 압전소자 가속도계인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가속도계의 압전소자는 가동부의 고정판의 저면부에 밀착되는 형태로 조합되고, 그 아래쪽에 함께 적층 조합되는 진동질량체 및 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가동부의 진동판의 고유진동수를 조절하고 감쇠비를 부여하여 감도범위를 조정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가속도계는 증폭회로를 포함하는 외부전원을 이용하여 구동될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰을 나타내는 사시도와 단면도로서, 멤스 가속도계를 적용한 넥 마이크로폰을 보여준다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 넥 마이크로폰은 크게 통형 구조의 내부 공간을 제공하는 하우징(10)의 내부에 설치되는 가동부 및 이것과 유기적으로 구성되는 진동 변환 수단으로서의 가속도계를 포함한다.

상기 하우징(10)은 통형 구조로서 개폐가능한 상부 하우징(10a)과 하부 하우징(10b)으로 구성되고, 상부 하우징(10a)에는 후술하는 접촉판(11)의 노출을 위하여 일부가 개방되는 형태로 이루어져 있다.

상기 가동부는 송신자의 목 부분에 접촉되면서 이와 연계적으로 동작하는 부분으로서, 성대의 진동을 효과적으로 진동 변환 수단에 전달하고 피부에 닿는 접촉판(11)과, 성대의 진동이 접촉판(11)을 통해 전달되어 떨게 되는 진동판(12)과, 가 속도계를 진동판(12)에 고정시키는 고정판(13)이 차례로 적층 조합되는 형태로 이루어져 있다.

이러한 조합 형태는 진동판(12)을 사이에 두고 접촉판(11)이 가지는 체결봉(18)을 고정판(13)이 가지는 홀에 체결하는 구조로 구현할 수 있다.

상기 접촉판(11)은 진동판보다 약간 작은 원형으로 중앙 부분이 볼록한 형상을 가지고 있으며, 이때의 볼록한 부분을 이용하여 성대에 보다 효과적으로 접촉할 수 있게 된다.

상기 진동판(12)은 박막으로 형성되고 성대의 진동이 접촉판(11)을 통해 전달되면 이와 함께 떨게 되는 부분이다.

즉, 상기 진동판(12)은 상하부 하우징(10a),(10b) 사이에 끼워지는 형태로 지지되는 얇은 두께의 막으로 이루어져 있어서 성대의 미세한 떨림에 따른 진동에도 반응을 할 수 있게 된다.

상기 고정판(13)은 가속도계를 고정하기 위한 부분으로서, 이때의 고정판(13)은 진동판(12)을 사이에 두고 접촉판(11)과 나사 체결구조로 조합된다.

진동 변환 수단으로서의 가속도계는 고정판(13)의 저면에 부착되어 성대의 진동을 전기적 신호로 변환하는 역할을 하게 된다.

특히, 상기 가속도계는 압전소자(15)를 포함하는 멤스(MEMS;Micro Electro Mechanical System) 칩을 이용한 가속도계를 사용하는 것으로, 칩 형태의 멤스 가속도계와 주변 회로(예를 들면, 저항, 축전기 등)를 회로기판(14a)에 구성하여 압전소자에서 나오는 신호로 구동되도록 하거나, 또는 증폭회로를 포함하면서 외부전 원을 사용하여 구동되도록 된 형태로 이루어져 있다.

이때, 상기 압전소자(15)와 회로기판(14a)은 상하 적층되는 형태로 조합될 수 있으며, 회로기판(14a)은 외부로의 신호전송을 위한 전선을 포함한다.

이러한 멤스 가속도계는 크기가 작고 가벼우며 감도가 좋아 성대의 진동을 측정하기 매우 유용하다.

도 3과 도4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰을 나타내는 사시도와 단면도로서, 압전소자 가속도계를 적용한 넥 마이크로폰을 보여준다.

도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 위의 일 구현예와 마찬가지로 가동부로서 하우징(10) 속에 적층 조합되는 접촉판(11), 진동판(12) 및 고정판(13)을 포함한다.

다만, 상기 고정판(13)의 저면에는 압전소자(15)가 밀착되고, 계속해서 그 아래쪽으로는 진동질량체(16) 및 스프링(17)이 적층 조합된다.

따라서, 접촉판(11)의 체결봉(18)에 체결부재(19)가 체결되므로서, 그 사이에서 밀착 조합되어 있는 진동판, 고정판, 압전소자 및 진동질량체는 성대의 진동에 따른 진동판의 떨림에 의해 일체식으로 움직일 수 있게 된다.

특히, 성대의 진동을 전기적 신호로 변환시켜주는 가속도계는 압전소자 기반의 가속도계를 사용하게 된다.

압전소자는 받는 힘에 비례하여 전류를 발생시키게 되고, 출력된 전류는 높은 임피던스를 가지고 있기 때문에 낮은 임피던스를 가진 전압 출력으로 변환시켜 주어야 하며, 이를 위하여 증폭 회로를 포함하는 회로기판(14b)이 구비되고, 이때의 회로기판(14b)은 압전소자와 전기적으로 연결되어 있으며 신호 전송을 위한 외부 전선을 가지면서 하우징(10)의 바닥면에 고정되는 형태로 설치된다.

이러한 압전소자 가속도계의 경우 외부전원 없이 압전소자에서 나오는 신호만으로 동작이 가능하며, 좀더 바람직하기로는 증폭 회로를 포함하면서 외부전원(외부회로에서의 정전류 공급)을 인가받아 동작되도록 하는 것이 좀더 큰 신호를 만들어 사용할 수 있는 측면에서 유리하다 할 수 있고, 고주파 성분의 성대의 진동까지도 측정이 가능한 잇점을 갖는다.

본 발명에서 제공하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰의 경우, 성대의 진동을 가속도계로 측정하더라도 성대의 진동은 피부를 통해 외부로 전달되기 때문에 감쇠가 나타나게 되는데, 약 800Hz 이상의 가속도 주파수 성분의 응답 크기는 음압의 크기보다 작게 나타난다.

이를 해결하기 위하여 공진 주파수와 감쇠비를 조절함으로써 도 5에 도시한 바와 같은 주파수 응답을 가지게 함으로써, 진동 변환 수단, 즉 가속도계의 감도를 증가시킬 수 있다.

도 6은 음압의 주파수 응답과 가속도 및 속도의 주파수 응답을 비교한 그래프이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 성대의 진동을 변환시켜주는 수단으로 기존의 유도형 진동 센서(속도 센서)를 배제하고 가속도계 센서를 사용하였다.

이는 성대의 진동을 속도가 아닌 가속도로 측정하기 위한 것이다.

왜냐하면 성대의 가속도 주파수 응답은 발성된 음성의 음압 주파수 응답과 거의 유사한 패턴을 가지고 있기 때문이다.

(a)는 음압의 주파수 응답과 가속도의 주파수 응답을 무차원해서 비교한 것으로, 1kHz 이상의 고주파 영역까지 응답 특성이 유사함을 확인할 수 있다.

또한, (b)는 음압의 주파수 응답과 속도의 주파수 응답을 무차원해서 비교한 것으로 800Hz 이상의 주파수 영역에서는 속도의 응답 크기가 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 성대의 진동을 속도 센서를 이용하여 측정하는 것보다 가속도 센서를 이용하여 측정하는 것이 보다 명확한 음성을 전달하는데 보다 더 효과적임을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 넥 마이크로폰은 소음이 심한 곳에서도 주위 환경의 영향없이 송신자의 음성만을 전달할 수 있는 동시에 방진복, 방독면 또는 헬멧 등을 착용한 상태에서도 음성 통화를 할 수 있는 것은 물론, 특히 가속도계를 이용하여 성대의 진동을 고주파수 대역까지 효과적으로 음성신호로 변환시킬 수 있으므로, 보다 더 명료도가 향상된 음성을 전달할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 성대의 진동을 전기적 신호로 변환하여 음성을 전달하는 넥 마이크로폰에 있어서, 성대의 진동에 의해 동작하는 가동부와 성대의 진동 변환을 위한 수단으로 가속도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 가동부는 하우징(10)의 외부로 노출되어 피부에 닿는 접촉판(11), 하우징(10)상에 지지되며 성대의 진동이 접촉판(11)을 통해 전달되어 떨게 되는 진동판(12), 가속도계 고정을 위한 고정판(13)이 차례로 적층 조합되는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 가동부의 접촉판(11)은 중앙부분이 볼록한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가속도계는 압전소자(15)를 포함하는 멤스 칩과 주변회로를 회로기판(14a)에 구성한 멤스 가속도계인 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가속도계는 압전소자(15)와 이것과 전기적으로 연결되는 회로기판(14b)을 구성한 압전소자 가속도계인 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 가속도계의 압전소자(15)는 가동부의 고정판(13)의 저면부에 밀착되는 형태로 조합되고, 그 아래쪽에 함께 적층 조합되는 진동질량체(16) 및 스프링(17)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.
7. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가속도계는 증폭회로를 포함하는 외부전원을 이용하여 구동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가동부의 진동판의 고유진동수를 조절하고 감쇠비를 부여하여 감도범위를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가속도계를 이용한 넥 마이크로폰.

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