KR20110109620A - Microphone module, apparatus for measuring location of sound source using the module and method thereof - Google Patents

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Abstract

음원 위치 측정 장치는 복수의 마이크로폰들과 적어도 하나의 비컨을 포함하는 마이크로폰 모듈을 이용하여, 음원을 위치를 측정한다. 마이크로폰 모듈내에 위치된 마이크로폰들 사이의 거리들과, 소리 속도 그리고 각 마이크로폰들이 음원으로부터 발생한 소리에 해당하는 음원 신호를 이용하여 음원 위치를 측정한다. The sound source position measuring apparatus measures the position of the sound source using a microphone module including a plurality of microphones and at least one beacon. The sound source position is measured using distances between microphones located in the microphone module, sound speed, and sound sources signals corresponding to sounds generated by the microphones from the sound source.

Figure P1020100029417
Figure P1020100029417

Description

마이크로폰 모듈, 이를 이용한 음원 위치 측정 장치 및 그 방법{microphone module, apparatus for measuring location of sound source using the module and method thereof}Microphone module, apparatus for measuring sound source position using same and method thereof {microphone module, apparatus for measuring location of sound source using the module and method}

본 발명은 음원의 위치를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 마이크로폰 모듈과 이를 이용하여 소리가 발생한 음원을 추적하여 음원의 위치를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for measuring the position of a sound source, and more particularly, to a microphone module and an apparatus and method for measuring the position of a sound source by tracking a sound source using the same.

일반적으로 공간 내에서 소리가 발생한 음원의 위치를 측정하기 위하여, 임의 공간에 복수의 마이크로폰들을 서로 다른 위치에 각각 설치하고, 각각의 마이크로폰이 음원으로부터 소리를 수신한 시간들을 측정한다. 그리고 이러한 시간들과 수신된 신호 즉, 소리의 볼륨 차이 등을 토대로 음원의 위치를 측정한다. In general, in order to measure the position of a sound source in which a sound is generated in a space, a plurality of microphones are respectively installed in different positions in an arbitrary space, and the times at which each microphone receives sound from the sound source are measured. The position of the sound source is measured based on these times and the received signal, that is, the difference in volume of sound.

그러나 마이크로폰들 사이의 거리와 각도에 오차가 있는 경우에는, 음원과의 거리 측정에 사용되는 각도가 변경되어, 음원 위치 측정시 오차가 크게 발생하게 된다. 이에 따라, 음원의 위치를 측정하기 전에 비컨(beacon)을 이용하여 각각의 마이크로폰들의 사이의 거리 및 각도를 측정하는 과정을 수행하여야 한다. However, if there is an error in the distance and angle between the microphones, the angle used to measure the distance to the sound source is changed, so that an error occurs when the sound source position is measured. Accordingly, before measuring the position of the sound source, a beacon should be used to measure the distance and angle between the microphones.

또한 이러한 과정을 통하여 마이크로폰들 사이의 거리 및 각도를 측정하는 경우, 공간의 서로 다른 곳에 위치된 마이크로폰들로 비컨 신호를 송신하는데 있어서 주변 환경에 의한 잡음 및 간섭 등이 발생하여, 정확하게 마이크로폰의 거리를 측정하는 것이 어렵다. 그러므로 마이크로폰의 거리 측정시 오차가 발생하고 이러한 오차는 음원의 위치 측정에 큰 영향을 미치게 된다. In addition, when measuring the distance and angle between the microphones through this process, in the transmission of beacon signals to the microphones located in different places in the space, noise and interference caused by the surrounding environment occurs, so that the distance of the microphones can be accurately measured. It is difficult to measure. Therefore, an error occurs in the distance measurement of the microphone, and this error greatly affects the position measurement of the sound source.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 음원의 위치를 보다 정확하게 측정하기 위한 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a method and apparatus for measuring the position of the sound source more accurately.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마이크로폰과 비컨 신호를 생성하는 수단을 포함하는 마이크로폰 모듈을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a microphone module including a microphone and a means for generating a beacon signal.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마이크로폰 모듈을 이용하여, 마이크로폰의 거리와 각도에 대한 오차 발생 및 소리 속도의 변화에 따른 오차 발생을 감소시켜 음원의 위치를 보다 정확하게 측정하기 위한 장치를 제공하는 것이다. In addition, the problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus for measuring the position of the sound source more accurately by reducing the occurrence of errors caused by the change in the sound speed and the error of the distance and angle of the microphone using the microphone module. .

본 발명의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 음원 위치 측정 방법은, 음원의 위치를 측정하는 장치가 음원의 위치를 측정하는 방법이며, 상기 장치가, 복수의 마이크로폰들과 적어도 하나의 비컨이 형성되어 있는 마이크로폰 모듈로부터 음원 신호들을 수신하고, 상기 음원 신호들은 상기 음원으로부터 발생한 소리에 대응하여 상기 복수의 마이크로폰들이 출력한 신호인, 단계; 상기 장치가, 상기 각 마이크로폰들로부터 음원 신호들이 수신되는 수신 시간을 측정하는 단계; 및 상기 장치가, 각 마이크로폰들의 음원 신호들의 수신 시간 차이들과, 소리가 전달되는 소리 속도, 상기 마이크로 모듈 내에 형성되어 있는 각 마이크로폰들 사이의 거리를 토대로 상기 음원의 위치를 산출하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, a method for measuring a sound source position is a method for measuring a position of a sound source by an apparatus for measuring the position of the sound source, wherein the apparatus includes a plurality of microphones and at least one beacon Receiving sound source signals from a microphone module, wherein the sound source signals are signals output by the plurality of microphones in response to sound generated from the sound source; Measuring, by the apparatus, a reception time at which sound source signals are received from each of the microphones; And calculating, by the apparatus, the position of the sound source based on difference in reception times of the sound source signals of the microphones, sound speed at which sound is transmitted, and distance between respective microphones formed in the micro module. .

본 발명의 다른 특징에 따른 음원 위치 측정 장치는, 복수의 마이크로폰 및 적어도 하나의 비컨을 포함하는 마이크로폰 모듈; 및 상기 마이크로폰들로부터 음원으로부터 발생된 소리에 해당하는 음원 신호를 각각 수신하고, 상기 음원 신호들의 수신 신호 시간차, 소리 속도 그리고 상기 마이크로폰들 사이의 거리를 토대로 상기 음원의 위치를 산출하는 측정 모듈을 포함한다. Sound source position measuring apparatus according to another aspect of the present invention, a microphone module including a plurality of microphones and at least one beacon; And a measurement module for receiving a sound source signal corresponding to a sound generated from a sound source from the microphones, and calculating a position of the sound source based on a received signal time difference, sound speed, and distance between the microphones of the sound source signals. do.

또한 본 발명의 다른 특징에 따른 마이크로폰 모듈은, 적어도 세 개 이상의 마이크로폰; 상기 마이크로폰으로 비컨 신호를 출력하는 비컨을 포함하며, 상기 마이크로폰들 사이의 거리 및 상기 마이크로폰들 사이의 각도가 고정되어 있으며, 상기 비컨과 각각의 마이크로폰들과의 거리들이 동일하고, 상기 마이크로폰들과 비컨이 일체형으로 형성되어 있다. In addition, the microphone module according to another aspect of the present invention, at least three microphones; A beacon for outputting a beacon signal to the microphone, the distance between the microphones and the angle between the microphones are fixed, the distances between the beacons and the respective microphones are the same, and the microphones and the beacons It is formed integrally.

본 발명의 실시 예에 따르면, 음원 측정시 음을 수신하는 복수의 마이크로폰과 비컨 신호를 생성하는 비컨이 하나의 모듈에 일체화되어 구현되고, 이러한 모듈을 이용하여 음원의 위치를 측정함으로써, 마이크로폰의 위치와 각도에 오차가 발생하는 것을 감소시키고, 소리 속도의 변화에 따른 오차 발생을 감소시켜 음원 위치를 정확하게 측정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when a sound source is measured, a plurality of microphones for receiving sound and a beacon for generating a beacon signal are integrated and implemented in one module, and the position of the microphone is measured by measuring the position of the sound source using such a module. It is possible to accurately measure the sound source position by reducing the occurrence of errors in the angle and angle, and by reducing the occurrence of errors due to changes in the sound velocity.

또한 비컨을 사용하여 모듈 내에 위치된 마이크로폰들의 거리를 측정하고 이를 토대로 소리 각도를 보정하고 보정된 소리 각도를 이용하여 음원의 위치를 측정함으로써, 음원 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있다. In addition, by using the beacon to measure the distance of the microphones located in the module, based on the correction of the sound angle, and by using the corrected sound angle to measure the position of the sound source, it is possible to measure the sound source position more accurately.

또한 마이크로폰을 음원 측정 공간의 서로 다른 위치에 복수개 설치해야 하는 번거로움이 없어진다. It also eliminates the need to install multiple microphones at different locations in the sound source measurement space.

또한 복수의 마이크로폰을 포함하는 모듈을 이용함에 따라 각각의 마이크로폰을 모듈화하는 것에 비하여 생산 단가를 감소시킬 수 있다. In addition, by using a module including a plurality of microphones, it is possible to reduce the production cost compared to modularizing each microphone.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 장치의 구조도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 모듈의 설치 예를 나타낸 도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 방법의 흐름도이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 소리 속도를 보정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에서 TDOA 방법에 따라 음원의 위치를 산출하는 것을 나타낸 예시도이다. 1 is a structural diagram of a sound source position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing the structure of a microphone module according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an installation example of a microphone module according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a sound source position measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of correcting a sound speed according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram illustrating calculating a position of a sound source according to a TDOA method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, a sound source position measuring method and apparatus thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

본 발명의 실시 예에서는 복수의 마이크로폰들과 적어도 하나의 비컨을 하나의 모듈에 일체화된 형태로 구현하여 마이크로폰들과 비컨 사이의 거리 및 마이크로폰들 사이의 거리에 변화가 가능한 발생하지 않도록 하고, 이러한 모듈을 토대로 음원의 위치를 측정한다. In an embodiment of the present invention, a plurality of microphones and at least one beacon are implemented in a single module so that a change in the distance between the microphones and the beacons and the distances between the microphones is possible. Based on this, measure the position of the sound source.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 장치의 구조도이다. 1 is a structural diagram of a sound source position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 장치(1)는 마이크로폰 모듈(100), 측정 모듈(200)을 포함한다. As shown in FIG. 1, the sound source position measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention includes a microphone module 100 and a measurement module 200.

마이크로폰 모듈(100)은 복수의 마이크로폰(M1, M2, M3) 및 적어도 하나의 비컨(B)을 포함한다. The microphone module 100 includes a plurality of microphones M1, M2, and M3 and at least one beacon B.

비컨(B)은 설정된 주파수(예를 들어, 초음파 신호)의 신호를 송신한다.Beacon B transmits a signal of a set frequency (for example, an ultrasonic signal).

각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)은 음원으로부터 발생되는 소리를 수신하여 그에 해당하는 전기적인 신호를 출력한다. 여기서 사용되는 마이크로폰은 동일한 거리의 음원으로부터 발생된 소리에 대해서는 동일한 전압의 신호를 출력하는 전방향성 마이크로폰을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 특정 방향에 소리를 보다 강조하여 음압을 측정하는 방향성 마이크로폰이 사용될 수도 있다. 본 발명의 실시 예에서는 3개의 마이크로폰을 사용하는 것을 예로 들지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. Each microphone (M1, M2, M3) receives the sound generated from the sound source and outputs an electrical signal corresponding thereto. The microphone used herein may be, but is not limited to, an omnidirectional microphone that outputs a signal of the same voltage to a sound generated from a sound source of the same distance. For example, a directional microphone may be used that measures sound pressure by emphasizing sound in a particular direction. In the embodiment of the present invention, the use of three microphones is exemplified, but is not limited thereto.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 모듈(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 도이다. 2 is a view schematically showing the structure of a microphone module 100 according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도 2에서와 같이, 본 발명의 실시 예에서는, 하나의 모듈내에 3개의 마이크로폰(M1, M2, M3)을 각각 서로 다른 위치에 위치시키고, 적어도 하나의 비컨을 소정 위치에 위치시켜 마이크로폰 모듈(100)을 구성한다. 도 2에서는 3개의 비컨(B1, B2, B3)이 마이크로폰 모듈(100) 내에 포함되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 적어도 하나의 비컨이 마이크로폰 모듈(100) 내에 포함된다. As shown in FIG. 2, in the embodiment of the present invention, three microphones M1, M2, and M3 are located at different positions in one module, and at least one beacon is positioned at a predetermined position to provide a microphone module. Configure 100. In FIG. 2, three beacons B1, B2, and B3 are illustrated as being included in the microphone module 100, but the present invention is not limited thereto, and at least one beacon is included in the microphone module 100.

마이크로폰 모듈(100)이 구성됨에 따라, 마이크로폰들(M1, M2, M3) 사이의 거리(d1, d2, d3)(이하, 마이크로폰 거리라고 명명함)가 결정되며, 또한 결정된 소정 위치에 마이크로폰들(M1, M2, M3)이 각각 위치됨에 따라, 하나의 마이크로폰이 다른 마이크로폰에 대하여 가지는 각도(이하, 설명의 편의를 위하여 마이크로폰의 각도라고 명명함)(∠M1, ∠M2, ∠M3)들이 각각 소정 값을 가지게 된다. As the microphone module 100 is configured, the distances d1, d2, d3 (hereinafter referred to as microphone distances) between the microphones M1, M2, and M3 are determined, and the microphones (at the determined predetermined positions) are also determined. As each of M1, M2, and M3 is located, the angle that one microphone has with respect to the other microphone (hereinafter referred to as the microphone angle for convenience of explanation) (∠M1, 2M2, ∠M3) is respectively predetermined. It will have a value.

이러한 마이크로폰 모듈(100)과 연계하여 음원의 위치를 측정하는 측정 모듈(200)은 도 1에서와 같이, 수신부(210), 신호 변환부(215), 주파수 변환부(220), 신호 검출부(225), 연산 처리부(230), 저장부(235)를 포함하며, 이외에도 비컨 동작 제어부(240), 주파수 변조부(245), 출력부(250)를 포함하며, 또한 입력부(255), 신호 변환부(260)를 더 포함할 수 있다. Measuring module 200 for measuring the position of the sound source in conjunction with the microphone module 100, as shown in Figure 1, the receiver 210, the signal converter 215, the frequency converter 220, the signal detector 225 ), Arithmetic processing unit 230, and storage unit 235, in addition to the beacon operation control unit 240, frequency modulation unit 245, output unit 250, and also input unit 255, signal conversion unit 260 may be further included.

수신부(210)는 각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)으로부터 출력되는 신호를 수신한다. 예를 들어 수신부(210)는 각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)에 일대일 대응되는 형태의 다수의 수신기를 포함하는 형태로 구현될 수 있다. The receiver 210 receives a signal output from each of the microphones M1, M2, and M3. For example, the receiver 210 may be implemented in a form including a plurality of receivers in a one-to-one correspondence with each of the microphones M1, M2, and M3.

신호 변환부(215)는 수신부(210)로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. The signal converter 215 converts the signal output from the receiver 210 into a digital signal and outputs the digital signal.

주파수 변환부(220)는 신호 변환부(215)로부터 출력되는 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다. 예를 들어, DFT(discrete fourier transform) 또는 FFT(fast fourier transform) 등의 주파수 변환이 수행된다. The frequency converter 220 converts the digital signal output from the signal converter 215 into a signal in the frequency domain. For example, frequency transformation such as discrete fourier transform (DFT) or fast fourier transform (FFT) is performed.

본 발명의 실시 예에서는 예를 들어, TDOA(time difference of arrival) 방법을 사용하여 음원의 위치를 사용함에 따라, 마이크로폰으로부터 입력되는 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 수단을 사용한다. 즉, TDOA 방법은 일반적으로 상호 상관 방법(cross-correlation function)을 이용하며, 상호 상관 방법은 주파수 영역에서 상호 상관 함수를 구현하여 계산된 시간차를 토대로 음원의 위치를 결정하기 때문에, 주파수 변환부(220)를 사용하여 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다. In an embodiment of the present invention, for example, as the position of the sound source is used by using a time difference of arrival (TDOA) method, a means for converting a signal input from a microphone into a signal in a frequency domain is used. That is, the TDOA method generally uses a cross-correlation function, and since the cross-correlation method determines the position of a sound source based on a time difference calculated by implementing a cross-correlation function in the frequency domain, 220 to convert the signal into a signal in the frequency domain.

신호 검출부(225)는 주파수 변환부(220)로부터 출력되는 신호로부터 음원 신호를 검출한다. 즉, 마이크로폰으로부터 출력되는 신호들 중에서 설정 주파수 이상의 신호를 검출하여 음원 신호로 출력한다. 이외에도, 신호 검출부(225)는 주파수 변환부(220)로부터 출력되는 신호들 중에서 설정된 비컨 출력 주파수를 가지는 신호를 비컨 감지 신호로 출력한다. The signal detector 225 detects a sound source signal from the signal output from the frequency converter 220. That is, a signal of a predetermined frequency or more is detected among the signals output from the microphone and output as a sound source signal. In addition, the signal detector 225 outputs a signal having a set beacon output frequency among the signals output from the frequency converter 220 as a beacon detection signal.

연산 처리부(230)는 신호 검출부(225)로부터 출력되는 음원 신호를 토대로 음원의 위치를 산출한다. 연산 처리부(230)는 저장부(235)에 저장되어 있는 데이터(마이크로폰 모듈 형성시 미리 설정된 마이크로폰들의 거리 및 각도 등)를 토대로 음원의 위치를 산출할 수 있다. 음원 위치를 산출하는 방법에 대해서는 추후에 보다 상세하게 설명하기로 한다. The operation processor 230 calculates a position of the sound source based on the sound source signal output from the signal detector 225. The calculation processor 230 may calculate a location of the sound source based on data stored in the storage unit 235 (distance and angle of microphones preset when the microphone module is formed). The method of calculating the sound source position will be described later in more detail.

또한 연산 처리부(230)는 신호 검출부(225)로부터 출력되는 비컨 감지 신호를 토대로 소리 속도를 보정하는 보정부(231)를 포함할 수 있다. 보정부(231)는 비컨 감지 신호를 토대로 마이크로폰들 사이의 거리를 산출하고, 산출된 거리와 저장부(235)에 저장되어 있는 데이터를 토대로 소리 속도를 보정한다. In addition, the operation processor 230 may include a correction unit 231 that corrects the sound speed based on the beacon detection signal output from the signal detector 225. The correction unit 231 calculates the distance between the microphones based on the beacon detection signal, and corrects the sound speed based on the calculated distance and the data stored in the storage unit 235.

한편 비컨 동작 제어부(240)는 마이크로폰 모듈(100)의 마이크로폰의 거리를 측정하고자 하는 경우, 비컨(B)을 동작시키기 위한 동작 신호를 출력한다. 주파수 변조부(245)는 입력되는 동작 신호를 주파수 변조하여 출력하며, 출력부(250)는 주파수 변조부(245)로부터 출력되는 신호를 증폭시켜 비컨(B)으로 출력한다. 특히, 주파수 변조부(245)는 설정된 비컨 출력 주파수에 따라 신호를 변조하여 출력함에 따라, 비컨(B)을 통하여 비컨 출력 주파수를 가지는 비컨 신호가 출력되며, 출력되는 비컨 신호는 하나의 모듈(100)내에 구현되어 있는 마이크로폰(M1, M2, M3들 중 적어도 하나)에 의하여 수신된다. 비컨 신호는 설정된 시간 동안 출력될 수 있다. On the other hand, when the beacon operation control unit 240 is to measure the distance of the microphone of the microphone module 100, and outputs an operation signal for operating the beacon (B). The frequency modulator 245 performs frequency modulation on the input operation signal, and the output unit 250 amplifies the signal output from the frequency modulator 245 and outputs the signal to the beacon (B). In particular, the frequency modulator 245 modulates the signal according to the set beacon output frequency and outputs the beacon signal having the beacon output frequency through the beacon B. The output beacon signal is one module 100. Is received by a microphone (at least one of M1, M2, M3) implemented within The beacon signal may be output for a set time.

한편, 마이크로폰(M1, M2, M3)들에 의하여 수신되는 신호들은 위에 기술된 바와 같이 음원으로부터의 소리에 해당하는 음원 신호 및 비컨(B)으로부터 수신한 비컨 신호들이 있다. 이러한 신호들은 수신부(210), 신호 변환부(215), 주파수 변환부(220)를 통하여 신호 검출부(225)로 제공됨으로써, 신호 검출부(225)는 설정된 비컨 출력 주파수에 대응하는 신호들을 각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)에 수신된 비컨 신호들로서 출력한다. 여기서 설정 주파수는 비컨 출력 주파수보다 낮으며, 신호 검출부(225)는 설정 주파수 이상의 신호 중에서 비컨 출력 주파수에 해당하는 신호를 비컨 감지 신호로 출력하고, 설정 주파수 이상의 신호 중에서 비컨 출력 주파수에 해당하지 않는 신호를 음원 신호로 출력한다. On the other hand, the signals received by the microphones M1, M2, M3 are the sound source signal corresponding to the sound from the sound source and the beacon signals received from the beacon B, as described above. These signals are provided to the signal detector 225 through the receiver 210, the signal converter 215, and the frequency converter 220, so that the signal detector 225 transmits signals corresponding to the set beacon output frequency to each microphone. The signals are output as beacon signals received at (M1, M2, M3). Herein, the set frequency is lower than the beacon output frequency, and the signal detector 225 outputs a signal corresponding to the beacon output frequency among signals over the set frequency as a beacon detection signal, and a signal not corresponding to the beacon output frequency among the signals over the set frequency. Output as a sound source signal.

한편 저장부(235)는 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정을 위한 데이터가 저장되어 있다. 음원 위치 측정을 위한 데이터로는 마이크로폰 모듈(100)에 형성되어 있는 마이크로폰들 사이의 거리 및 각도가 포함되며, 이외에도 소리 각도 등이 포함된다. 이러한 데이터들은 입력부(255)를 통하여 입력될 수 있다. 또한, 저장부(235)는 연산 처리부(230)에서 출력되는 연산 처리 데이터를 저장한다. 연산 처리 데이터로는 음원의 위치 등이 포함된다. Meanwhile, the storage unit 235 stores data for measuring a sound source position according to an exemplary embodiment of the present invention. Data for the sound source position measurement includes the distance and angle between the microphones formed in the microphone module 100, in addition to the sound angle. Such data may be input through the input unit 255. In addition, the storage unit 235 stores calculation processing data output from the calculation processing unit 230. The operation processing data includes the position of the sound source and the like.

본 발명의 실시 예에서는 위에 기술된 바와 같이 복수의 마이크로폰과 비컨이 하나의 모듈에 포함되는 형태로 구현되어 있으므로, 해당 모듈을 구성하는 마이크로폰들 사이의 거리, 마이크로폰들의 각도를 미리 알 수 있다. As described above, since a plurality of microphones and beacons are implemented in one module as described above, the distance between the microphones constituting the module and the angle of the microphones may be known in advance.

그러므로 마이크로폰 모듈(100)을 구성하는 각각의 마이크로폰들 사이의 거리들(d1, d2, d3)은 초기 거리값으로 각각 설정되고, 또한 마이크로폰들 사이에 형성되는 상대 각도 즉, 마이크로폰 각도들(∠M1, ∠M2, ∠M3)은 초기 각도값으로 각각 설정될 수 있다. Therefore, the distances d1, d2, d3 between the microphones constituting the microphone module 100 are respectively set as initial distance values, and the relative angles formed between the microphones, that is, the microphone angles ∠ M1 , M2 and M3 may be set to initial angle values, respectively.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 장치(1)는 주변 환경에 따라 송수신되는 신호들에 변화가 발생할 수 있으므로, 소리 속도 센서(300)와 연계하여 음원 위치 산출 또는 거리 산출을 수행할 수 있다. Meanwhile, since the sound source position measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may change in signals transmitted and received according to the surrounding environment, the sound source position calculation or the distance calculation may be performed in connection with the sound speed sensor 300. have.

소리 속도 센서(300)는 환경 파라미터(예를 들어, 기온, 습도, 기압 등)를 토대로 소리 속도를 결정하고, 결정된 소리 속도에 해당하는 신호를 출력한다. 예를 들어, 기온, 습도, 기압 중 적어도 하나를 토대로 소리가 전달되는 속도가 변화되는 것을 고려한 속도인 소리 속도가 결정되어 있는 속도 보정 테이블을 이용할 수 있다. 이 경우 현재 특정되는 기온, 습도, 기압을 토대로 속도 보정 테이블로부터 대응하는 소리 속도를 결정하고, 결정된 소리 속도에 대응하는 신호를 측정 모듈(200)로 출력할 수 있다. 이후 측정 모듈(200)의 연산 처리부(230)는 소리 속도를 고려하여 음원 위치를 산출하거나, 마이크로폰 거리 등을 산출할 수 있다. The sound speed sensor 300 determines a sound speed based on environmental parameters (for example, air temperature, humidity, air pressure, etc.), and outputs a signal corresponding to the determined sound speed. For example, a speed correction table in which a sound speed, which is a speed in consideration of a change in the speed at which sound is transmitted is changed based on at least one of air temperature, humidity, and air pressure, may be used. In this case, a corresponding sound speed may be determined from the speed correction table based on the currently specified temperature, humidity, and air pressure, and a signal corresponding to the determined sound speed may be output to the measurement module 200. Thereafter, the calculation processor 230 of the measurement module 200 may calculate a sound source position or calculate a microphone distance in consideration of the sound speed.

한편 소리 속도 센서(300)가 단지 환경 파라미터를 측정하는 센서들 예를 들어, 온도 센서, 습도 센서, 기압 센서 등의 센서로 이루어질 수 있다. 이 경우 측정 모듈(200)의 연산 처리부(230)는 소리 속도 센서(300)로부터 제공되는 신호를 토대로 속도 보정 테이블(이 테이블은 저장부(235)에 저장되어 있을 수 있음)을 토대로, 현재 측정된 기온, 습도, 기압 등의 적어도 하나를 토대로 소리 속도를 결정하고, 결정된 소리 속도를 고려하여 음원의 위치 등을 산출할 수 있다. On the other hand, the sound velocity sensor 300 may be made of sensors that measure only environmental parameters, for example, sensors such as temperature sensors, humidity sensors, barometric pressure sensors, and the like. In this case, the calculation processing unit 230 of the measurement module 200 based on a signal provided from the sound velocity sensor 300, based on a speed correction table (this table may be stored in the storage unit 235), and the current measurement. The sound speed may be determined based on at least one of the determined temperature, humidity, and barometric pressure, and the position of the sound source may be calculated in consideration of the determined sound speed.

이러한 소리 속도 센서(300)는 음원 위치 측정 장치(1)에 포함되거나 별개의 장치로서 구현될 수 있으며, 또한 소리 속도 센서(300)는 마이크로폰 모듈(100)에 포함되는 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 도 2에서와 같이, 소리 속도 센서(300)가 마이크로폰 모듈(100)에 포함되는 형태로 구현된 것(도 2에서는 소리 속도 센서가 "T"로 표시되어 있음)을 예로 들었으나, 본 발명은 이것에 한정되는 않는다. The sound speed sensor 300 may be included in the sound source position measuring device 1 or implemented as a separate device, and the sound speed sensor 300 may be implemented in a form included in the microphone module 100. In an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the sound speed sensor 300 is implemented in a form included in the microphone module 100 (in FIG. 2, the sound speed sensor is denoted by “T”). Although heard, this invention is not limited to this.

한편 측정 모듈(200)은 소리 속도 센서(300)로부터 제공되는 신호를 처리하기 위하여, 소리 속도 센서(300)로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 신호 변환부(260)를 더 포함할 수 있다. The measurement module 200 may further include a signal converter 260 for converting a signal output from the sound velocity sensor 300 into a digital signal and outputting the signal to process the signal provided from the sound velocity sensor 300. Can be.

위에 기술된 구조는 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정을 위하여 제시한 하나의 예이며, 경우에 따라 다양한 형태의 구조로 변경될 수 있다. The above-described structure is one example provided for measuring the sound source position according to the embodiment of the present invention, and may be changed to various forms of the structure in some cases.

다음에는 이러한 구조를 토대로 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 방법에 대하여 설명한다. Next, a sound source position measuring method according to an embodiment of the present invention will be described based on such a structure.

본 발명의 실시 예에서는 위에 기술된 바와 같이, 마이크로폰 모듈(100)내에 위치되어 있는 마이크로폰(M1, M2, M3)들 사이의 거리(d1, d2, d3) 및 각도 등이 미리 설정되어 저장부(235)에 저장되어 있는 것으로 한다. In the embodiment of the present invention, as described above, the distance (d1, d2, d3) and the angle between the microphone (M1, M2, M3) located in the microphone module 100 is set in advance to the storage unit ( 235).

먼저, 본 발명의 실시 예에는 음원 위치 측정을 위한 기준 데이터들을 설정한다. 기준 데이터는 마이크로폰 모듈(100)에 포함되어 있는 마이크로폰들 사이의 거리(d1, d2, d3), 마이크로폰들의 각도(∠M1, ∠M2, ∠M3), 그리고 초기 소리 속도를 포함한다. First, reference data for measuring sound source positions are set in an embodiment of the present invention. The reference data includes the distances d1, d2, d3 between the microphones included in the microphone module 100, the angles of the microphones M1, M2, M3, and initial sound velocity.

이러한 기준 데이터를 설정하기 위하여, 마이크로폰 모듈(100)을 형성하는 초기에, 첨부한 도 2에서와 같이 비컨(B1, B2, B3)을 각 마이크로폰(M1, M2, M3)에 대응되게 위치시킨 다음에, 각 비컨을 이용하여 마이크로폰들 사이의 거리(d1, d2, d3)를 측정할 수 있다. 여기서 각 비컨을 해당 마이크로폰들에 인접하여 위치시킨다. In order to set such reference data, at the beginning of forming the microphone module 100, beacons B1, B2, and B3 are positioned corresponding to the microphones M1, M2, and M3 as shown in FIG. For each beacon, the distances d1, d2, d3 between the microphones can be measured. Here each beacon is placed adjacent to the microphones.

이 경우, 먼저 소리 속도 센서(T)를 이용하여 소리 속도를 측정하고, 측정된 소리 속도를 초기 소리 속도로 하여 저장부(235)에 저장한다. 그리고 각 비컨을 이용하여 마이크로폰들 사이의 거리(d1, d2, d3)를 측정한다. In this case, first, the sound velocity is measured using the sound velocity sensor T, and the measured sound velocity is stored as the initial sound velocity in the storage unit 235. Each beacon is used to measure the distances d1, d2, and d3 between the microphones.

구체적으로, 예를 들어, 먼저 비컨(B1)을 동작시킨다. 이를 위하여, 비컨 동작 제어부(240)는 미리 설정되어 있는 비컨 출력 주파수에 따른 비컨 동작 신호가 출력되도록, 비컨 동작 신호를 주파수 변조부(245)로 출력하며, 주파수 변조부(245)는 설정된 비컨 출력 주파수에 따라 비컨 동작 신호를 주파수 변조하여 출력한다. 비컨 출력 주파수를 가지는 비컨 동작 신호는 출력 증폭부(250)를 통하여 비컨(B1)으로 출력됨으로써, 비컨(B1)은 비컨 출력 주파수에 대응하는 비컨 신호를 출력한다. 비컨 동작 제어부(240)는 설정된 비컨 출력 시간 동안 비컨 동작 신호를 출력할 수 있으며, 이에 따라 비컨 신호가 비컨 출력 시간 동안 출력된다. Specifically, for example, first beacon B1 is operated. To this end, the beacon operation control unit 240 outputs the beacon operation signal to the frequency modulator 245 so that the beacon operation signal according to the preset beacon output frequency is output, and the frequency modulator 245 outputs the set beacon output. Frequency modulates the beacon operation signal according to the frequency and outputs it. The beacon operation signal having the beacon output frequency is output to the beacon B1 through the output amplifier 250 so that the beacon B1 outputs a beacon signal corresponding to the beacon output frequency. The beacon operation controller 240 may output a beacon operation signal during the set beacon output time, and thus the beacon signal is output during the beacon output time.

비컨(B1)이 마이크로폰(M1)에 대응하여 인접하여 위치된 상태에서, 비컨(B1)으로부터 출력된 비컨 신호는 마이크로폰(M1, M2)으로 수신되며, 마이크로폰(M1, M2)은 수신된 비컨 신호에 따른 신호를 출력한다. 마이크로폰(M1, M2)으로부터 출력된 신호들은 수신부(210), 신호 변환부(215), 주파수 변환부(220), 그리고 신호 검출부(225)를 통하여 연산 처리부(230)로 입력된다. 연산 처리부(230)는 입력되는 신호들 중에서 설정 주파수 대역의 신호이면서 비컨 출력 주파수에 대응하는 신호들을 비컨 감지 신호로 처리하며, 이러한 기능은 신호 검출부(225)에 의하여 수행될 수도 있다. With the beacon B1 positioned adjacent to the microphone M1, the beacon signals output from the beacon B1 are received by the microphones M1 and M2, and the microphones M1 and M2 are received beacon signals. Outputs a signal according to The signals output from the microphones M1 and M2 are input to the operation processor 230 through the receiver 210, the signal converter 215, the frequency converter 220, and the signal detector 225. The operation processor 230 processes a signal of a set frequency band and signals corresponding to a beacon output frequency among the input signals as a beacon detection signal, and this function may be performed by the signal detector 225.

마이크로폰(M1, M2)으로부터 비컨 감지 신호가 수신되면, 연산 처리부(230)는 비컨 감지 신호를 토대로 마이크로폰(M1, M2)이 비컨 신호를 수신한 시간을 각각 검출한다. 그리고 마이크로폰(M1, M2)이 비컨 신호를 수신한 시간들의 차이 즉, 수신 신호 시간차를 토대로 마이크로들(M1, M2) 사이의 거리를 측정한다. When the beacon detection signals are received from the microphones M1 and M2, the operation processor 230 detects the time at which the microphones M1 and M2 receive the beacon signals based on the beacon detection signals. The distance between the microphones M1 and M2 is measured based on the difference between the times when the microphones M1 and M2 receive the beacon signal, that is, the received signal time difference.

[수학식1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, di는 비컨 신호를 수신한 i번째 마이크로폰과 j번째 마이크로폰 사이의 거리를 나타내며, tij은 i번째 마이크로폰과 j번째 마이크로폰 사이의 TDOA 즉, 수신 신호 시간차를 나타낸다. 그리고 c는 소리 속도이며, 여기서는 소리 속도 결정 센서(T)에 의하여 소리 속도이다. Here, d i represents the distance between the i-th microphone and the j-th microphone receiving the beacon signal, and t ij represents the TDOA, that is, the received signal time difference between the i-th microphone and the j-th microphone. And c is the sound velocity, which is the sound velocity by the sound velocity determination sensor T here.

위의 수학식1에 따라, 연산 처리부(230)는 비컨(B1)과 마이크로폰(M1, M2) 사이의 거리(d1)를 측정한다. According to Equation 1 above, the calculation processing unit 230 measures the distance d1 between the beacon B1 and the microphones M1 and M2.

위에 기술된 바와 같은 과정을 토대로, 각각의 비컨(B2, B3)를 이용하여 마이크로폰(M2)과 마이크로폰(M3) 사이의 거리(d2), 마이크로폰(M3)과 마이크로폰(M1) 사이의 거리(d3)를 각각 측정할 수 있다. Based on the process as described above, the distance d2 between the microphone M2 and the microphone M3 using the respective beacons B2 and B3, and the distance d3 between the microphone M3 and the microphone M1 ) Can be measured separately.

이와 같이 비컨(B1, B2, B3)을 이용하여 마이크로폰들 사이의 거리(d1, d2, d3)를 측정할 수 있으며, 또는 마이크로폰 모듈(100) 형성시에 설정된 마이크로폰들 사이의 거리(d1, d2, d3)를 사용할 수도 있다. 마이크로폰 모듈(100) 내에 각 마이크로폰을 설정된 거리를 두고 설치한 다음에 오차가 발생할 수 있으므로, 위에 기술된 바와 같이 각 마이크로폰에 대응하는 비컨들을 이용하여 마이크로폰들 사이의 거리(d1, d2, d3)를 새로 측정하면, 보다 정확한 마이크로폰들 사이의 거리가 획득되어, 이후에 음원 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있다. As such, the distances d1, d2, and d3 between the microphones may be measured using the beacons B1, B2, and B3, or the distances d1 and d2 between the microphones set when the microphone module 100 is formed. , d3) may be used. Since an error may occur after installing each microphone within a predetermined distance in the microphone module 100, the distances d1, d2, and d3 between the microphones may be determined by using beacons corresponding to the microphones as described above. With a new measurement, a more accurate distance between the microphones is obtained, which allows for a more accurate measurement of the sound source position later.

또한 위의 과정을 통하여 측정한 마이크로폰들 사이의 거리(d1, d2, d3)를 토대로 각 마이크폰들의 각도(∠M1, ∠M2, ∠M3)를 측정할 수 있으며, 또한 마이크로폰 모듈(100) 형성시 설정된 별도의 마이크로폰들의 각도를 사용할 수도 있다. In addition, the angles (M1, M2, M3) of the microphones can be measured based on the distances d1, d2, and d3 measured through the above process, and the microphone module 100 is formed. You can also use the angle of the separate microphones set at the time.

위에 기술된 바와 같이 음원 위치 측정을 위한 기준 데이터들이 획득되어 저장부(235)에 저장되며, 이후 저장부(235)에 저장된 기준 데이터를 토대로 음원 위치를 측정한다. 그리고 위에서 측정된 마이크로폰들이 비컨 신호를 수신한 시간들의 차이 즉, 수신 신호 시간차들도 기준 데이터에 포함되어 저장부(235)에 저장되며, 이후 소리 속도 보정시에 사용된다.As described above, reference data for measuring the sound source position are obtained and stored in the storage unit 235, and then the sound source position is measured based on the reference data stored in the storage unit 235. The difference between the times when the microphones measure the beacon signals, that is, the received signal time differences, is also included in the reference data and stored in the storage unit 235, and then used when correcting the sound speed.

한편, 마이크로폰 모듈(100) 내에 도 2에서와 같이 복수의 비컨(B1, B2, B3)를 사용하여 기준 데이터들을 획득한 다음에는 마이크로폰 모듈(100) 내에 적어도 하나의 비컨만 포함시킬 수 있다. 예를 들어 비컨(B1) 하나만 마이크로폰 모듈(100)에 포함시키고, 해당 마이크로폰 모듈(100)을 음원을 위치하고자 하는 공간에 설치할 수 있다. 또한 도 2에 도시된 소리 속도 결정 센서(T)를 포함하지 않는 형태로 마이크로폰 모듈(100)을 형성하고, 하나의 비컨을 이용하여 마이크로폰들 사이의 거리를 측정하고 이를 토대로 소리 속도를 결정할 수 있다. 비컨을 이용하여 소리 속도를 결정하는 것에 대해서는 추후에 보다 구체적으로 설명한다. Meanwhile, after acquiring reference data using the plurality of beacons B1, B2, and B3 in the microphone module 100 as shown in FIG. 2, only at least one beacon may be included in the microphone module 100. For example, only one beacon B1 may be included in the microphone module 100, and the microphone module 100 may be installed in a space where a sound source is to be located. In addition, the microphone module 100 may be formed in a form not including the sound velocity determination sensor T illustrated in FIG. 2, and the distance between the microphones may be measured using one beacon, and the sound velocity may be determined based on the microphone module 100. . Determining the speed of sound using a beacon will be described later in more detail.

마이크로폰 모듈(100)은 소정 공간 내에 위치될 수 있다. 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 모듈(100)의 설치 예를 나타낸 도이다. The microphone module 100 may be located in a predetermined space. 3 is a view showing an installation example of a microphone module 100 according to an embodiment of the present invention.

도5는 본 발명의 실시 예에 따른 음원 위치 측정 방법의 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a sound source position measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention.

마이크로폰 모듈(100)이 예를 들어, 도3에 예시된 바와 같이 설치되어 있고, 음원 수신 대기 상태에서 첨부한 도 4에서와 같이, 마이크로폰(M1, M2, M3)들로부터 신호가 출력되면(S100∼S110), 연산 처리부(230)는 음원 신호들을 토대로 음원의 위치를 측정한다. For example, when the microphone module 100 is installed as illustrated in FIG. 3, and a signal is output from the microphones M1, M2, and M3 as shown in FIG. 4 attached in the sound source reception standby state (S100). S110, the calculation processing unit 230 measures the position of the sound source based on the sound source signals.

구체적으로, 각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)들은 음원으로부터 생성되는 신호를 수신하여 그에 해당하는 신호를 출력하며, 각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)으로부터 출력된 신호들은 수신부(210), 신호 변환부(215), 주파수 변환부(220), 그리고 신호 검출부(225)를 통하여 연산 처리부(230)로 입력된다. 연산 처리부(230)는 입력되는 신호들 중에서 설정 주파수 이상의 신호이면서 비컨 출력 주파수에 대응하지 않는 신호들을 음원 신호로 처리하며(S120∼S130), 이러한 기능은 신호 검출부(225)에 의하여 수행될 수도 있다. Specifically, each of the microphones M1, M2, and M3 receives a signal generated from a sound source and outputs a signal corresponding thereto, and the signals output from each of the microphones M1, M2, and M3 are received by the receiver 210, The signal converter 215, the frequency converter 220, and the signal detector 225 are input to the calculation processor 230. The arithmetic processing unit 230 processes signals that are higher than a set frequency among the input signals and do not correspond to the beacon output frequency as sound source signals (S120 to S130), and this function may be performed by the signal detection unit 225. .

마이크로폰 모듈(100)의 모든 마이크로폰들(M1, M2, M3)로부터 음원 신호가 수신되면(S140∼S150), 연산 처리부(230)는 입력되는 음원 신호를 토대로 각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)이 음원 신호를 수신한 시간을 검출한다. 여기서 연산 처리부(230)로 음원 신호가 입력되는 시점이 해당 마이크로폰이 음원을 수신한 시간이 된다. When a sound source signal is received from all the microphones M1, M2, and M3 of the microphone module 100 (S140 to S150), the operation processor 230 may use the microphones M1, M2, and M3 based on the input sound source signal. The time at which the sound source signal was received is detected. In this case, the time point at which the sound source signal is input to the operation processor 230 is a time when the microphone receives the sound source.

연산 처리부(230)는 각 마이크로폰들 사이의 거리, 그리고 각 마이크로폰의 각도를 획득한다(S160). 여기서 연산 처리부(230)는 마이크로폰들 사이의 거리 및 각도 등의 정보를 저장부(235)로부터 획득할 수 있다. The operation processor 230 obtains a distance between the microphones and an angle of each microphone (S160). Here, the operation processor 230 may obtain information such as a distance and an angle between the microphones from the storage 235.

연산 처리부(230)는 각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)이 음원 신호들을 수신한 시간들을 토대로 마이크로폰들 사이의 음원 신호 수신 시간의 시간차를 산출한다. 그리고 산출된 각 마이크로폰들 사이의 음원 신호 수신 시간차, 획득한 각 마이크로폰들 사이의 거리, 각 마이크로폰의 각도를, 그리고 소리 속도를 토대로 연산을 수행하여 최종적으로 음원 위치를 결정한다. The operation processor 230 calculates a time difference of sound source signal reception time between the microphones based on the times at which each of the microphones M1, M2, and M3 receives the sound source signals. The sound source signal reception time difference between the calculated microphones, the distance between the obtained microphones, the angle of each microphone, and the sound speed are finally performed to determine the sound source position.

이 때, 본 발명의 실시 예에 따른 연산 처리부(230)는 보다 정확하게 음원의 위치를 측정하기 위하여 소리 속도를 보정한다(S170). At this time, the calculation processing unit 230 according to an embodiment of the present invention corrects the sound speed in order to more accurately measure the position of the sound source (S170).

마이크로폰 모듈(100)이 설치된 환경의 온도, 습도 등에 따라 소리 속도를 획득하여도 소리 속도에 오차가 발생할 수 있으며, 특히 마이크로폰 모듈(100) 내에 설치된 마이크로폰들 변화가 발생한 경우에는 단지 환경 파라미터만을 토대로 한 소리 속도를 토대로 음원 위치를 측정할 경우에는 오차가 발생할 수 있다. 그러므로 본 발명의 실시 예에서는 초기 마이크로폰 모듈(100) 형성시 설정된 기준 데이터인 마이크로폰들의 사이의 비컨 신호에 대한 수신 신호 시간차 및 초기 소리 속도와, 그리고 현재의 마이크로폰들 사이의 비컨 신호에 대한 수신 신호 시간차를 토대로 소리 속도를 산출하여 사용함으로써, 위에 기술된 바와 같은 음원 위치 측정시 발생하는 오차를 감소시키고자 한다. Even if the sound speed is obtained according to the temperature and humidity of the environment in which the microphone module 100 is installed, an error may occur in the sound speed. In particular, when a change in the microphones installed in the microphone module 100 occurs, only the environmental parameters are used. An error may occur when measuring the position of a sound source based on sound velocity. Therefore, in the embodiment of the present invention, the received signal time difference and initial sound speed for the beacon signal between the microphones, which are reference data set when the initial microphone module 100 is formed, and the received signal time difference for the beacon signal between the current microphones. By calculating and using the sound velocity based on the above, it is intended to reduce the error occurring when measuring the sound source position as described above.

도5는 본 발명의 실시 예에 따른 소리 속도 보정 방법을 나타낸 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a sound speed correction method according to an exemplary embodiment of the present invention.

소리 속도 보정을 위하여, 마이크로폰 모듈(100) 내에 위치된 비컨을 동작시킨다. 여기서는 비컨(B1)이 마이크로폰 모듈(100)에 포함되어 있는 것으로 가정하고, 소리 속도 보정을 위하여 비컨(B1)을 동작시킨다(S171).In order to correct the sound speed, the beacon located in the microphone module 100 is operated. Herein, it is assumed that the beacon B1 is included in the microphone module 100, and the beacon B1 is operated to correct the sound speed (S171).

비컨(B1)이 동작함에 따라 위에 기술된 바와 같이 비컨 신호가 마이크로폰(M2)에 수신되고, 마이크로폰(M2)을 통하여 비컨 신호 감지에 따른 비컨 감지 신호가 연산 처리부(230)로 입력된다(S172). 연산 처리부(230)의 보정부(231)는 마이크로폰(M2)으로부터 출력되는 비컨 감지 신호를 토대로 마이크로폰(M1, M2)이 비컨 신호를 수신한 시간을 검출하고, 검출된 수신 시간들을 토대로 수신 신호 시간차를 산출한다(S173). 그리고 저장부(235)로부터 기준 데이터 중 마이크로폰들의 수신 신호 시간차와, 기준 데이터 설정시 측정한 소리 속도 즉, 초기 소리 속도를 읽어온다(S174). As the beacon B1 operates, the beacon signal is received by the microphone M2 as described above, and the beacon detection signal according to the beacon signal detection is input to the operation processor 230 through the microphone M2 (S172). . The correction unit 231 of the calculation processing unit 230 detects the time when the microphones M1 and M2 receive the beacon signal based on the beacon detection signal output from the microphone M2, and receives the received signal time difference based on the detected reception times. Is calculated (S173). In addition, the storage unit 235 reads the time difference between the reception signal of the microphones among the reference data and the sound speed measured when the reference data is set, that is, the initial sound speed (S174).

설명의 편의상 위의 기준 데이터에 설정시 측정된 마이크로폰들 사이의 비컨신호의 수신에 따른 수신 신호 시간차를 "초기 수신 신호 시간차"라고 명명하고, 소리 속도 보정시 측정한 마이크로폰들 사이의 비컨 신호의 수신에 따른 수신 신호 시간차를 "보정용 수신 신호 시간차"라고 명명한다. 예를 들어, 마이크로폰(M1, M2)들 사이의 초기 수신 신호 시간차를 Ts라고 할 수 있으며, 보정용 수신 신호 시간차를 Tn이라고 할 수 있다. For convenience of explanation, the reception signal time difference according to the reception of the beacon signal between the microphones measured when set to the above reference data is referred to as "initial reception signal time difference", and the reception of the beacon signals between the microphones measured during sound speed correction The received signal time difference according to the " correction received signal time difference " For example, the initial received signal time difference between the microphones M1 and M2 may be referred to as Ts, and the corrected received signal time difference may be referred to as Tn.

이후 보정부(231)는 현재 측정된 마이크로폰(M1, M2)이 비컨 신호를 수신한 보정용 수신 신호 시간차와 초기 수신 신호 시간차를 토대로 소리 속도를 보정한다. Thereafter, the correction unit 231 corrects the sound speed based on the initial difference between the received signal time difference and the initial received signal time when the microphones M1 and M2 currently measured have received the beacon signal.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Vn은 현재 소리 속도 즉, 보정된 소리 속도이며, Vo는 초기 소리 속도이며, Ts는 소정 마이크로폰들의 초기 수신 신호 시간차이며, Tn은 소정 마이크로폰들의 보정용 수신 신호 시간차를 나타낸다. Here, Vn is the current sound speed, that is, the corrected sound speed, Vo is the initial sound speed, Ts is the initial received signal time difference of certain microphones, and Tn is the received signal time difference for correction of certain microphones.

이와 같이 보정부(231)는 현재 측정된 마이크로폰(M1, M2)이 비컨 신호를 수신한 보정용 수신 신호 시간차와 초기 수신 신호 시간차를 토대로 현재의 소리 속도를 측정하여 사용함으로써, 기준 데이터에 해당하는 초기 소리 속도를 보정한다(S175). As described above, the correction unit 231 measures and uses the current sound velocity based on the correction received signal time difference and the initial received signal time difference at which the microphones M1 and M2 currently received the beacon signal, and thus corresponds to the initial data corresponding to the reference data. Correct the sound speed (S175).

예를 들어, 온도가 15ㅀ 이고 환경 파라미터에 따른 소리 속도 보정 테이블을 통하여 획득한 초기 소리 속도를 Vo=340 m/s, 그리고 비컨(B1)을 이용하여 측정한 마이크로폰(M1, M2)의 초기 수신 신호 시간차 Ts를 0.0003 이라고 하자. 그리고 음원 위치 측정시 비컨(B1)을 이용하여 측정한 마이크로폰(M1, M2)의 보정용 수신 신호 시간차 Tn이 0.00029 라고 하면, 현재의 소리 속도 Vn=328.6 m/s가 된다. 따라서 음원 위치를 측정하는 현재의 온도가 15ㅀ 일 경우 이러한 소리 속도 보정이 이루어지지 않으면 여전히 340 m/s의 소리 속도를 토대로 음원 위치 산출이 이루어짐으로써, 정확한 음원 위치가 측정되지 않을 수 있다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따르면 마이크로폰 모듈(100) 형성시 설정된 기준 데이터인 마이크로폰들 사이의 비컨 신호에 대한 초기 수신 신호 시간차와, 보정용 수신 신호 시간차를 토대로 소리 속도를 보정하고 이를 토대로 음원 위치를 산출함으로써, 보다 정확하게 음원 위치를측정할 수 있다. For example, the initial sound speed of the microphones M1 and M2 measured using Vo be 340 m / s and the beacon B1 was obtained by initial temperature of 15 ㅀ and obtained through a sound speed correction table according to environmental parameters. Let the received signal time difference Ts be 0.0003. When the received signal time difference Tn for correction of the microphones M1 and M2 measured using the beacon B1 at the time of sound source position measurement is 0.00029, the current sound velocity Vn = 328.6 m / s. Therefore, when the current temperature for measuring the sound source position is 15 ㅀ, if the sound speed correction is not made, the sound source position is still calculated based on the sound speed of 340 m / s, so that the correct sound source position may not be measured. However, according to an embodiment of the present invention, the sound speed is corrected based on the initial received signal time difference and the correction received signal time difference for the beacon signal between the microphones, which are reference data set when the microphone module 100 is formed, and the sound source position is calculated based on the difference. By doing so, the sound source position can be measured more accurately.

한편 이러한 소리 속도 보정 단계(S170)는 마이크로폰들로부터 음원 신호가 감지되기 전에 수행될 수도 있고, 음원 신호가 감지된 이후에 수행될 수도 있다. Meanwhile, the sound speed correction step S170 may be performed before the sound source signals are detected from the microphones or may be performed after the sound source signal is detected.

이후, 연산 처리부(230)는 도 4에서와 같이, 산출된 각 마이크로폰들 사이의 음원 신호 수신 시간차, 획득한 각 마이크로폰들 사이의 거리, 각 마이크로폰의 각도를, 그리고 보정된 소리 속도를 토대로 연산을 수행하여 최종적으로 음원 위치를 결정한다(S180). After that, the calculation processing unit 230 performs calculation based on the calculated sound source signal reception time difference between the microphones, the distances between the obtained microphones, the angle of each microphone, and the corrected sound speed as shown in FIG. 4. Finally, the sound source position is finally determined (S180).

예를 들어, 연산 처리부(230)는 두 마이크로폰(M1, M2)의 음원 신호 수신 시간차(t12), 그리고 두 마이크로폰(M1, M3)의 음원 신호 수신 시간차(t13)를 이용하여 음원의 위치를 추정한다. For example, the calculation processing unit 230 has two microphones (M1, M2), the sound source signal receiving time differences (t 12), and two microphones (M1, M3), the location of the sound source using the sound source signal receiving time differences (t 13) of the Estimate

즉, 보정된 소리 속도를 이용하여 각 마이크로폰들의 음원 신호 수신 시간차를 산출하고, 마이크로폰(M1)을 초점으로 하면서, 두 개의 음원 신호 수신 시간차 즉, 거리차에 해당하는 곳에 쌍곡선이 각각 형성된다. 이에 따라 두 쌍곡선이 교차하는 지점이 음원의 위치가 된다. That is, the sound source signal reception time difference of each of the microphones is calculated using the corrected sound speed, and the hyperbola is formed at each of two sound source signal reception time differences, that is, the distance difference, with the microphone M1 as the focus. As a result, the point where the two hyperbolas intersect becomes the location of the sound source.

본 발명의 실시 예에서는 삼각 측량법 및 TDOA 방법을 사용하여 음원 위치를 산출할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 음원 위치 방법은 반드시 이것에 한정되는 않는다. In an embodiment of the present invention, the sound source position may be calculated using a triangulation method and a TDOA method. However, the sound source position method according to the present invention is not necessarily limited thereto.

도6은 본 발명의 실시 예에서 TDOA 방법에 따라 음원의 위치를 산출하는 것을 나타낸 예시도이다. 6 is an exemplary diagram illustrating calculating a position of a sound source according to a TDOA method according to an embodiment of the present invention.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, c는 보정된 소리 속도이며, ti ,j은 i번째 마이크로폰과 j번째 마이크로폰 사이의 TDOA 즉, 수신 신호 시간차이며, Ri는 i번째 마이크로폰과 음원 사이의 거리이며, Rj는 j번째 마이크로폰과 음원 사이의 거리이며, (Xi, Yi)는 i번째 마이크로폰의 좌표이고, (Xj, Yj)는 j번째 마이크로폰의 좌표이고,(x, y)는 음원의 좌표를 나타낸다.Where c is the corrected sound velocity, t i , j is the TDOA, i.e., the received signal time difference between the i-th microphone and the j-th microphone, R i is the distance between the i-th microphone and the sound source, and R j is the j-th The distance between the microphone and the sound source, (X i , Y i ) is the coordinate of the i-th microphone, (X j , Y j ) is the coordinate of the j-th microphone, and (x, y) represents the coordinates of the sound source.

각각의 마이크로폰(M1, M2, M3)에 대하여 R1, R2, R3를 구하면, 위의 수학식 3을 토대로, 첨부한 도 6에 예시된 바와 같이 R1, R2, R3를 반지름으로 하는 다수의 쌍곡선을 형성하고, 이러한 쌍곡선들이 교차하는 지점을 음원의 위치(x, y)로 산출한다. 이러한 수학식 3을 토대로 위치를 결정하는 방법은 공지된 기술임으로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. When R 1 , R 2 , and R 3 are obtained for each of the microphones M1, M2, and M3, the radiuses of R 1 , R 2 , and R 3 are illustrated as shown in FIG. 6 based on Equation 3 above. A plurality of hyperbolas are formed, and the points where these hyperbolas intersect are calculated as positions (x, y) of the sound source. Since the method of determining the position based on Equation 3 is a well-known technique, a detailed description thereof will be omitted.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 소리 속도 보정시, 환경 파라미터(기온, 습도, 기압 등)에 따른 보정값을 추가적으로 고려하여 소리 속도를 보정할 수 있다. Meanwhile, during sound speed correction according to an embodiment of the present invention, the sound speed may be corrected by additionally considering correction values according to environmental parameters (temperature, humidity, air pressure, etc.).

연산 처리부(230)는 신호 변환부(260)를 통하여 소리 속도 센서(300)로부터 출력되는 신호를 토대로 소리 속도를 보정할 수 있다. 예를 들어, 현재의 기온, 습도, 기압 중 적어도 하나를 토대로 속도 보정 테이블로부터 보정 속도를 획득하고, 획득된 보정 속도를 토대로 소리 속도를 보정한다. 환경 파라미터를 토대로 한 소리 속도의 보정은 선택적으로 수행될 수 있다. The calculation processor 230 may correct the sound speed based on the signal output from the sound speed sensor 300 through the signal converter 260. For example, a correction speed is obtained from a speed correction table based on at least one of current temperature, humidity, and air pressure, and the sound speed is corrected based on the obtained correction speed. Correction of the sound velocity based on environmental parameters can optionally be performed.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (13)

음원 위치 측정 장치가 음원의 위치를 측정하는 방법에서
상기 장치가, 복수의 마이크로폰들과 적어도 하나의 비컨이 형성되어 있는 마이크로폰 모듈로부터 음원 신호들을 수신하고, 상기 음원 신호들은 상기 음원으로부터 발생한 소리에 대응하여 상기 복수의 마이크로폰들이 출력한 신호인, 단계;
상기 장치가, 상기 각 마이크로폰들로부터 음원 신호들이 수신되는 수신 시간을 측정하는 단계; 및
상기 장치가, 각 마이크로폰들의 음원 신호들의 수신 시간의 차이들과, 소리가 전달되는 소리 속도, 상기 마이크로 모듈 내에 형성되어 있는 각 마이크로폰들 사이의 거리를 토대로 상기 음원의 위치를 산출하는 단계
를 포함하는, 음원 위치 측정 방법.In the way that the sound source position measuring device measures the position of the sound source
The device receiving sound source signals from a microphone module having a plurality of microphones and at least one beacon, wherein the sound source signals are signals output by the plurality of microphones in response to sound generated from the sound source;
Measuring, by the apparatus, a reception time at which sound source signals are received from each of the microphones; And
Calculating, by the apparatus, the position of the sound source based on differences in reception times of sound source signals of the microphones, sound speed at which sound is transmitted, and distance between respective microphones formed in the micromodule;
A sound source position measuring method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 소리 속도를 보정하는 단계를 더 포함하고,
상기 음원의 위치를 산출하는 단계는 상기 보정된 소리 속도를 이용하여 상기 음원의 위치를 산출하는, 음원 위치 측정 방법.The method of claim 1,
Correcting the sound speed;
The calculating of the position of the sound source may include calculating the position of the sound source using the corrected sound speed. 제2항에 있어서,
상기 소리 속도를 보정하는 단계는
상기 장치가, 상기 마이크로폰 모듈내의 비컨을 구동시켜 상기 비컨이 설정된 비컨 출력 주파수의 비컨 신호를 출력하도록 하는 단계;
상기 장치가, 상기 복수의 마이크로폰들 중 적어도 두 개의 마이크로폰들이 상기 비컨 신호들을 수신하여 출력하는 비컨 감지 신호들을 각각 수신하는 단계;
상기 장치가, 상기 두 개의 마이크로폰들이 출력하는 상기 비컨 감지 신호들이 수신되는 시간들에 대한 보정용 수신 신호 시간차를 측정하는 단계; 및
상기 장치가, 상기 두 개의 마이크로폰들의 보정용 수신 신호 시간차와, 미리 설정되어 있는 초기 수신 신호 시간차, 그리고 초기 소리 속도를 토대로 보정용 소리 속도를 산출하는 단계
를 포함하는, 음원 위치 측정 방법.The method of claim 2,
Correcting the sound speed
The device driving a beacon in the microphone module to cause the beacon to output a beacon signal at a set beacon output frequency;
Receiving, by the apparatus, beacon detection signals, at least two of the plurality of microphones receiving and outputting the beacon signals;
Measuring, by the apparatus, a correction received signal time difference with respect to times at which the beacon detection signals output by the two microphones are received; And
Calculating, by the device, a correction sound speed based on a correction received signal time difference of the two microphones, a preset initial received signal time difference, and an initial sound speed.
A sound source position measuring method comprising a. 제3항에 있어서
상기 초기 소리 속도, 초기 수신 신호 시간차를 포함하는 기준 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 기준 데이터를 생성하는 단계는
상기 마이크로폰 모듈내의 각 마이크로폰에 대응하여 비컨을 각각 위치시키고, 상기 비컨들을 각각 동작시켜 대응하는 마이크로폰들의 비컨의 동작에 따른 비컨 신호를 수신하고 수신된 시간들을 토대로 초기 수신 신호 시간차를 측정하는 단계; 및
기온, 습도 중 적어도 하나를 포함하는 환경 파라미터에 따른 소리를 전달하는 소리 속도를 측정하는 소리 속도 센서로부터 출력되는 신호를 토대로 초기 소리 속도를 측정하는 단계
를 포함하는, 음원 위치 측정 방법.The method of claim 3,
Generating reference data including the initial sound speed, an initial received signal time difference, and
Generating the reference data
Positioning a beacon in correspondence with each microphone in the microphone module, operating the beacons to receive a beacon signal according to the operation of the beacons of the corresponding microphones, and measuring an initial received signal time difference based on the received times; And
Measuring an initial sound velocity based on a signal output from a sound velocity sensor for measuring a sound velocity for transmitting sound according to an environmental parameter including at least one of air temperature and humidity;
A sound source position measuring method comprising a. 제1항에 있어서
상기 음원의 위치를 산출하는 단계는, TDOA(time difference of arrival) 방법을 토대로 상기 음원의 위치를 산출하는, 음원 위치 측정 방법.The method of claim 1
The calculating of the position of the sound source may include calculating a position of the sound source based on a time difference of arrival (TDOA) method. 하나의 모듈 내에 형성되어 있는 복수의 마이크로폰 및 적어도 하나의 비컨을 포함하는 마이크로폰 모듈; 및
상기 마이크로폰들로부터 음원으로부터 발생된 소리에 해당하는 음원 신호를 각각 수신하고, 상기 음원 신호들의 수신 신호 시간차, 소리 속도 그리고 상기 마이크로폰들 사이의 거리를 토대로 상기 음원의 위치를 산출하는 측정 모듈
을 포함하는, 음원 위치 측정 장치.A microphone module including a plurality of microphones and at least one beacon formed in one module; And
A measurement module for receiving a sound source signal corresponding to a sound generated from a sound source from the microphones, and calculating a position of the sound source based on a received signal time difference, sound speed, and distance between the microphones of the sound source signals
A sound source position measuring device comprising a. 제6항에 있어서
상기 측정 모듈은
상기 마이크로폰들부터 출력되는 신호를 수신하는 수신부;
상기 마이크로폰 모듈 내에서 형성된 상기 마이크로폰들 사이의 거리를 포함하는 데이터가 저장되어 있는 저장부; 및
상기 수신부로부터 제공되는 신호와 상기 마이크로폰들 사이의 거리, 소리 속도를 토대로 음원의 위치를 산출하는 연산 처리부
를 포함하는, 음원 위치 측정 장치.The method of claim 6
The measurement module
A receiver for receiving signals output from the microphones;
A storage unit for storing data including a distance between the microphones formed in the microphone module; And
An arithmetic processing unit calculating a position of a sound source based on a distance between the signal provided from the receiving unit, the microphones, and a sound speed;
A sound source position measuring device comprising a. 제7항에 있어서
상기 측정 모듈은
상기 마이크로폰 모듈의 비컨을 설정된 주파수에 따라 동작시켜 비컨 신호를 출력시키는 비컨 동작 제어부를 더 포함하고,
상기 연산 처리부는 상기 마이크로폰들이 상기 비컨 신호를 수신함에 따라 각각 출력하는 신호들을 토대로 한 보정용 수신 신호 시간차, 미리 설정된 마이크로폰들의 비컨 신호 수신에 따른 초기 수신 신호 시간차 및 초기 소리 속도를 토대로 소리 속도를 산출하는 보정부를 더 포함하는, 음원 위치 측정 장치.The method of claim 7, wherein
The measurement module
A beacon operation control unit for outputting a beacon signal by operating the beacon of the microphone module according to a set frequency,
The arithmetic processing unit calculates a sound speed based on a correction received signal time difference based on signals outputted by the microphones as they receive the beacon signal, an initial received signal time difference according to reception of a beacon signal of preset microphones, and an initial sound speed. Sound source position measuring device further comprising a correction unit. 제7항에 있어서
상기 측정 모듈은
상기 수신부로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부;
상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 출력하는 주파수 변환부; 및
상기 주파수 변환부로부터 출력되는 신호로부터 음원 신호를 검출하여 상기 위치 산출부로 제공하는 음원 신호 검출부
를 더 포함하는, 음원 위치 측정 장치.The method of claim 7, wherein
The measurement module
A signal converter converting the signal output from the receiver into a digital signal;
A frequency converter converting the digital signal into a signal in a frequency domain and outputting the converted signal; And
A sound source signal detector for detecting a sound source signal from the signal output from the frequency converter and providing it to the position calculator
The sound source position measuring apparatus further comprising. 제7항에 있어서,
기온, 습도, 기압을 포함하는 주변 환경 파라미터 중 적어도 하나를 토대로 소리 속도를 측정하는 소리 속도 센서를 더 포함하는,
음원 위치 측정 장치.The method of claim 7, wherein
Further comprising a sound speed sensor for measuring the sound velocity based on at least one of the environmental parameters including air temperature, humidity, barometric pressure,
Sound source position measuring device. 제10항에 있어서,
상기 소리 속도 센서는 상기 마이크로폰 모듈내에 설치되는, 음원 위치 측정 장치.The method of claim 10,
And the sound velocity sensor is installed in the microphone module. 적어도 세 개 이상의 마이크로폰;
상기 마이크로폰으로 비컨 신호를 출력하는 비컨
을 포함하며,
상기 마이크로폰들 사이의 거리 및 상기 마이크로폰들 사이의 각도가 고정되어 있으며, 상기 비컨과 각각의 마이크로폰들과의 거리들이 동일하고, 상기 마이크로폰들과 비컨이 일체형으로 형성되어 있는
마이크로폰 모듈. At least three microphones;
Beacon to output beacon signal to the microphone
Including;
The distance between the microphones and the angle between the microphones are fixed, the distances between the beacons and the respective microphones are the same, and the microphones and the beacons are integrally formed.
Microphone module. 제12항에 있어서
기온, 습도, 기압을 포함하는 주변 환경 파라미터 중 적어도 하나를 토대로 소리 속도를 보정하는 소리 속도 센서를 더 포함하는, 마이크로폰 모듈.The method of claim 12,
And a sound speed sensor for correcting the sound speed based on at least one of the surrounding environmental parameters including air temperature, humidity, air pressure.
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