KR20110115834A - 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치에 관한 것이다. 이 장치는 제1 주파수를 갖는 음파를 발생시키는 제1 펄스 발생기; 제2 주파수를 갖는 음파를 발생시키는 제2 펄스 발생기; 제1 펄스 발생기 및 제2 펄스 발생기로부터 각각 발생된 음파를 공기중에서 파라메트릭 배열을 이용한 통신에 적합한 형태로 각각 변조하는 변조기; 변조기에 의해 각각 변조된 두 신호의 전력을 증폭하는 전력증폭기; 전력증폭기에 의해 증폭된 두 신호를 입력받아 각각의 1차 음파를 발생시키는 트랜스듀서; 트랜스듀서에 의해 발생된 두 신호의 1차 음파와, 그 1차 음파가 매질을 진행함에 따라 파라메트릭 배열에 의해 발생된 차음을 수집하여 각 음파의 음향 에너지를 전기 에너지로 변환하는 마이크로폰; 마이크로폰을 거쳐 입력되는 신호의 레벨을 높여주는 전치증폭기; 전치증폭기를 거친 신호에서 차음만을 필터링하는 필터; 및 필터에 의해 필터링된 차음을 변조기에 의한 변조 방식에 대응하여 복조하는 복조기를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 공기 중에서 트랜스듀서로부터 직접 발생시킨 음파가 아닌 파라메트릭 배열 현상을 이용하여 매질로부터 발생시킨 차음으로 통신을 수행하므로, 공기 중 음향 통신의 지향성을 높여 음향 통신의 다중경로 문제나 보안성 문제를 해결 할 수 있다.

Description

파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting and receiving a sound in air using a parametric array}
본 발명은 음향 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 공기 중에서 트랜스듀서(transducer)로부터 직접 발생시킨 음파가 아닌 파라메트릭 배열 (parametric array) 현상을 이용하여 매질로부터 발생시킨 차음(difference frequency wave)으로 통신을 수행하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
음파를 이용한 통신과 관련하여, 지금까지는 주로 수중에서의 음파 송수신에 대하여 많은 연구가 이루어져 왔다. 공기중에서의 음파는 전자기파에 비해 높은 감쇄율과 느린 전파속도로 인해, 공기중에서의 통신, 특히 장거리 통신에서는 음파가 거의 사용되지 않았다. 하지만, 최근 전자기파의 간섭이나 통신 시스템이 복잡해지는 문제를 해결하기 위하여, 근거리 통신에 한하여 공기 중에서의 음파를 이용한 통신에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구들은 주로 전자기파 간섭이 중요한 문제인 병원, 로봇 간의 통신, PC 마우스 등에 대한 응용을 목적으로 연구가 이루어지고 있다.
이러한 공기 중 음파를 이용한 통신은 주로 트랜스듀서(transducer)에서 직접 방사된 음파를 이용해 왔다. 그러나, 트랜스듀서에서 직접 방사된 음파의 경우 낮은 지향성에 의한 다중경로(multipath) 문제나 보안성 문제를 해결하는 것이 중요하다. 파라메트릭 배열(parametric array)은 매질의 비선형성을 이용해 작은 면적으로 고지향성 빔을 형성할 수 있는 기술로서 위의 문제들에 많은 강점이 있다. 충분히 큰 음압의 두 개의 주파수 성분의 신호(primary wave)가 매질을 진행할 경우, 매질의 비선형성에 의해서 두 개의 주파수의 차이의 주파수 성분을 가지는 차음 (difference frequency wave)이 발생하게 된다. 이 때, 차음에 대해서 매질이 라인형태의 가상 음원(virtual line source) 역할을 하므로, 이를 파라메트릭 배열이라고 하며, 이는 작은 방사 면적으로 부엽(side lobe)이 없는 고지향성 차음을 발생한다. 기존 파라메트릭 배열 기술은 수중에서는 능동 소나(SONAR:sound navigation and ranging)에 사용되어 왔고, 공기중에서는 초음파 스피커나 초음파 거리센서로 이용되어 왔다.
파라메트릭 배열은 2차원의 매질의 비선형 특성을 이용하기 때문에 고음압의 음파를 필요로 한다. 하지만, 공기 중에서는 매질과 트랜스듀서 간의 임피던스 매칭이 좋지 않고, 높은 감쇄 효과로 고음압의 음파를 발생시키기 어렵다. 또한, 공기 중에서는 비선형 효과의 효율을 결정하는 비선형 상수 값(예를 들면, 수중=3.5, 공기중=1.2)도 작기 때문에 파라메트릭 배열 현상을 구현하기에 더욱 어려움이 있다. 따라서, 공기 중에서 파라메트릭 배열을 구현하기 위해서는 고출력, 고효율의 음파 발생이 가능한 트랜스듀서가 요구된다. 이를 위해 방사판을 얇게 만들어 방사 효율을 높이거나, 구동부에 비해 방사판의 면적을 높여 방사효율을 높이는 방법이 있다. 따라서 공기 중에서 파라메트릭 배열을 이용한 통신시스템의 SNR(signal to noise ratio)을 높이기 위해서는 두 가지 이상의 주파수에서 고출력, 고효율의 방사가 가능한 트랜스듀서를 사용하는 것이 중요하다. 또한 파라메트릭 배열에 의하여 발생한 차주파수 성분대역에서 민감도가 높은 수신기를 선택함으로써 통신 시 SNR을 높일 수 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 공기 중에서 트랜스듀서로부터 직접 발생시킨 음파가 아닌 파라메트릭 배열 현상을 이용하여 매질로부터 발생시킨 차음으로 통신을 수행할 수 있는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치는,
제1 주파수(f1)를 갖는 음파를 발생시키는 제1 펄스 발생기(pulse generator);
제2 주파수(f2)를 갖는 음파를 발생시키는 제2 펄스 발생기;
상기 제1 펄스 발생기 및 제2 펄스 발생기로부터 각각 발생된 음파를 공기중에서 파라메트릭 배열(parametric array)을 이용한 통신에 적합한 형태로 각각 변조하는 변조기(modulator);
상기 변조기에 의해 각각 변조된 두 신호(음파)의 전력을 증폭하는 전력증폭기(power amplifier);
상기 전력증폭기에 의해 증폭된 두 신호(음파)를 입력받아 각각의 1차 음파 (f1 primary wave, f2 primary wave)를 발생시키는 트랜스듀서(transducer);
상기 트랜스듀서에 의해 발생된 두 신호(음파)의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)와, 그 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)가 매질(공기)을 진행함에 따라 파라메트릭 배열에 의해 발생된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 수집하여 각 음파의 음향 에너지를 전기 에너지로 변환하는 마이크로폰(microphone);
상기 마이크로폰을 거쳐 입력되는 신호의 레벨을 높여주는 전치증폭기(pre-amplifier);
상기 전치증폭기를 거친 신호에서 차음(f1-f2, difference frequency wave)만을 필터링하는 필터(filter); 및
상기 필터에 의해 필터링된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 변조기에 의한 변조 방식에 대응하여 복조하는 복조기(demodulator)를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 변조기에 의한 변조 방식으로 디지털 변조 방식인 OOK(On-Off Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 변조기에 의한 변조 방식으로 아날로그 변조 방식인 AM (Amplitude modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 마이크로폰으로는 두 개의 고주파 f1과 f2의 차이에 해당하는 차음 주파수(f1-f2)에서 수신 감도가 평탄한 특성을 갖는 마이크로폰이 사용된다.
또한, 상기 트랜스듀서로는 고주파 f1, f2의 두 개의 공진 모드를 이용한 구동부가 하나인 트랜스듀서 또는 고주파 f1, f2의 공진을 각각 가지는 두 개의 단일 트랜스듀서를 배열한 배열 트랜스듀서가 사용될 수 있다.
또한, 상기 필터로는 저역 통과 필터(low pass filter) 또는 대역 통과 필터 (band pass filter)가 사용될 수 있다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법은,
제1 펄스 발생기, 제2 펄스 발생기, 변조기, 전력증폭기, 트랜스듀서, 마이크로폰, 전치증폭기, 필터, 복조기를 포함하는 음향 송수신 장치에 의한 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법으로서,
a) 상기 제1 펄스 발생기에 의해 제1 주파수(f1)를 갖는 음파를 발생시키는 단계;
b) 상기 제2 펄스 발생기에 의해 제2 주파수(f2)를 갖는 음파를 발생시키는 단계;
c) 상기 변조기에 의해 상기 제1 펄스 발생기 및 제2 펄스 발생기로부터 각각 발생된 음파를 공기중에서 파라메트릭 배열을 이용한 통신에 적합한 형태로 각각 변조하는 단계;
d) 상기 전력증폭기에 의해 상기 변조기에 의해 각각 변조된 두 신호(음파)의 전력을 증폭하는 단계;
e) 상기 트랜스듀서에 의해 상기 전력증폭기에 의해 증폭된 두 신호(음파)를 입력받아 각각의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)를 발생시키는 단계;
f) 상기 트랜스듀서에 의해 발생된 두 신호(음파)의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)와, 그 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)가 매질(공기)을 진행함에 따라 파라메트릭 배열에 의해 발생된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 마이크로폰에 의해 수집하여 각 음파의 음향 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계;
g) 상기 전치증폭기에 의해 상기 마이크로폰을 거쳐 입력되는 신호의 레벨을 상승시켜 주는 단계;
h) 상기 필터에 의해 상기 전치증폭기를 거친 신호에서 차음(f1-f2, difference frequency wave)만을 필터링하는 단계; 및
i) 상기 필터에 의해 필터링된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 복조기에 의해 상기 변조기에 의한 변조 방식에 대응하여 복조하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 단계 c)에서의 변조기에 의한 변조 방식으로 디지털 변조 방식인 OOK(On-Off Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 단계 c)에서의 변조기에 의한 변조 방식으로 아날로그 변조 방식인 AM(Amplitude modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 공기 중에서 트랜스듀서로부터 직접 발생시킨 음파가 아닌 파라메트릭 배열 현상을 이용하여 매질로부터 발생시킨 차음으로 통신을 수행하므로, 공기 중 음향 통신의 지향성을 높여 음향 통신의 다중경로 문제나 보안성 문제를 해결 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
도 3은 본 발명의 방법에 채용가능한 디지털 변조 방식의 하나인 OOK(On-Off Keying) 방식을 이용한 변조 및 복조 과정과, 변조 및 복조된 신호를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 방법에 채용가능한 디지털 변조 방식의 하나인 FSK 방식을 이용한 변조 및 복조 과정과, 변조 및 복조된 신호를 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치는, 제1 펄스 발생기(pulse generator)(101), 제2 펄스 발생기(102), 변조기(modulator)(103), 전력증폭기(power amplifier)(104), 트랜스듀서(transduc er)(105), 마이크로폰(microphone)(106), 전치증폭기(pre-amplifier)(107), 필터 (filter)(108), 복조기(demodulator)(109)를 포함한다.
상기 제1 펄스 발생기(101)는 제1 주파수(f1)를 갖는 음파를 발생시킨다.
상기 제2 펄스 발생기(102)는 제2 주파수(f2)를 갖는 음파를 발생시킨다.
상기 변조기(103)는 상기 제1 펄스 발생기(101) 및 제2 펄스 발생기(102)로부터 각각 발생된 음파를 공기중에서 파라메트릭 배열(parametric array)을 이용한 통신에 적합한 형태로 각각 변조한다.
상기 전력증폭기(104)는 상기 변조기(103)에 의해 각각 변조된 두 신호(음파)의 전력을 증폭한다.
상기 트랜스듀서(105)는 상기 전력증폭기(104)에 의해 증폭된 두 신호(음파)를 입력받아 각각의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)를 발생시킨다.
상기 마이크로폰(106)은 상기 트랜스듀서(105)에 의해 발생된 두 신호(음파)의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)와, 그 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)가 매질(공기)을 진행함에 따라 파라메트릭 배열에 의해 발생된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 수집하여 각 음파의 음향 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
상기 전치증폭기(107)는 상기 마이크로폰(106)을 거쳐 입력되는 신호의 레벨을 높여준다.
상기 필터(108)는 상기 전치증폭기(107)를 거친 신호에서 차음(f1-f2, difference frequency wave)만을 필터링한다.
상기 복조기(109)는 상기 필터(108)에 의해 필터링된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 변조기(103)에 의한 변조 방식에 대응하여 복조한다.
여기서, 상기 변조기(103)에 의한 변조 방식으로 디지털 변조 방식인 OOK (On-Off Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 변조기(103)에 의한 변조 방식으로 아날로그 변조 방식인 AM (Amplitude modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 마이크로폰(106)으로는 두 개의 고주파 f1과 f2의 차이에 해당하는 차음 주파수(f1-f2)에서 공진을 갖는 마이크로폰이 사용된다.
또한, 상기 트랜스듀서(105)로는 고주파 f1, f2의 두 개의 공진 모드를 이용한 구동부가 하나인 트랜스듀서 또는 고주파 f1, f2의 공진을 각각 가지는 두 개의 단일 트랜스듀서를 배열한 배열 트랜스듀서가 사용될 수 있다.
또한, 상기 필터(108)로는 저역 통과 필터(low pass filter) 또는 대역 통과 필터(band pass filter)가 사용될 수 있다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 음향 송수신 장치에 의한 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법에 따라, 먼저 상기 제1 펄스 발생기(101)에 의해 제1 주파수(f1)를 갖는 음파를 발생시킨다(단계 S201). 또한, 상기 제2 펄스 발생기(102)에 의해 제2 주파수(f2)를 갖는 음파를 발생시킨다(단계 S202).
이후, 상기 변조기(103)에 의해 상기 제1 펄스 발생기(101) 및 제2 펄스 발생기(102)로부터 각각 발생된 음파를 공기중에서 파라메트릭 배열을 이용한 통신에 적합한 형태로 각각 변조한다(단계 S203). 그런 후, 상기 전력증폭기(104)에 의해 상기 변조기(103)에 의해 각각 변조된 두 신호(음파)의 전력을 증폭한다(단계 S204). 그런 다음, 상기 트랜스듀서(105)에 의해 상기 전력증폭기(104)에 의해 증폭된 두 신호(음파)를 입력받아 각각의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)를 발생시킨다(단계 S205).
그런 후, 상기 트랜스듀서(105)에 의해 발생된 두 신호(음파)의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)와, 그 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)가 매질(공기)을 진행함에 따라 파라메트릭 배열에 의해 발생된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 마이크로폰(106)에 의해 수집하여 각 음파의 음향 에너지를 전기 에너지로 변환한다(단계 S206). 그리고, 상기 전치증폭기(107)에 의해 상기 마이크로폰(106)을 거쳐 입력되는 신호의 레벨을 상승시켜 준다(단계 S207).
이후, 상기 필터(108)에 의해 상기 전치증폭기(107)를 거친 신호에서 차음(f1-f2, difference frequency wave)만을 필터링한다(단계 S208). 그런 다음, 상기 필터(108)에 의해 필터링된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 복조기(109)에 의해 상기 변조기(103)에 의한 변조 방식에 대응하여 복조한다(단계 S209).
여기서, 상기 단계 S203에서의 변조기(103)에 의한 변조 방식으로 디지털 변조 방식인 OOK(On-Off Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 단계 S203에서의 변조기(103)에 의한 변조 방식으로 아날로그 변조 방식인 AM(Amplitude modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation) 방식 중의 어느 하나가 사용될 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 방법에 채용가능한 디지털 변조 방식의 하나인 OOK(On-Off Keying) 방식을 이용한 변조 및 복조 과정과, 변조 및 복조된 신호를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, OOK(On-Off Keying) 방식은 데이터가 1일 때는 f1, f2의 두 종류의 주파수를 발생시키고, 데이터가 0일 때는 신호를 입력하지 않는 방식으로 통신을 수행한다. 송신기(transmitter)(301) 측의 트랜스듀서에 의해 발생된 f1, f2 주파수의 음파는 매질을 통해 진행하면서 f1-f2의 차음 주파수 성분을 생성한다. 따라서, 수신기(receiver)(302) 측에서는 f1, f2, f2-f1의 주파수 성분을 수신할 수 있다. 수신기(302) 측에서는 수신된 신호에서 차 주파수 성분(f2-f1)만 남기고, f1, f2 주파수 성분을 저역 통과 필터(low pass filter)나 대역 통과 필터 (band pass filter)로 필터링 한다. 이후, 필터링된 신호에 대해 절대값(absolute value)을 취한 후 적분하게 되면, 데이터가 1인 구간에서는 적분값을 가지게 되고, 데이터가 0인 구간에서는 적분값을 가지지 않는다. 따라서 이를 통해 디지털 신호를 판별하게 된다.
또한, 도 4는 본 발명의 방법에 채용가능한 디지털 변조 방식의 하나인 FSK 방식을 이용한 변조 및 복조 과정과, 변조 및 복조된 신호를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, FSK 방식에서는 두 가지 차음 주파수 성분을 발생시키기 위해 총 세가지 주파수(F1a, F1b, F2)로 트랜스듀서를 구동시킨다. 예를 들면, 데이터가 1일 때는 F1a, F2 주파수 성분을 갖는 신호로 트랜스듀서를 구동하고, 데이터가 0일때는 F1b, F2의 주파수 성분을 갖는 신호로 트랜스듀서를 구동한다. 송신기(transmitter)(401) 측으로부터 송출된 신호는 매질을 진행하면서 파라메트릭 배열 현상에 의해 데이터가 1일 때는 F1a-F2, 데이터가 0일때는 F1b-F2의 주파수 성분을 가지는 음파를 생성한다. 리시버(receiver)(402) 측에 의해 수신된 F1a, F1b, F2의 신호는 각각 저역 통과 필터(low pass filter)나 대역 통과 필터band pass filter)에 의해 필터링 되고, 차 주파수 성분인 F1a-F2, F1b-F2 성분만 남게 된다. 이후, 필터링된 성분의 주파수 성분을 분석하면 데이터의 값을 측정할 수 있게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치 및 방법은 공기 중에서 트랜스듀서로부터 직접 발생시킨 음파가 아닌 파라메트릭 배열 현상을 이용하여 매질로부터 발생시킨 차음으로 통신을 수행하므로, 공기 중 음향 통신의 지향성을 높여 음향 통신의 다중경로 문제나 보안성 문제를 해결 할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101...제1 펄스 발생기 102...제2 펄스 발생기
103...변조기 104...전력증폭기
105...트랜스듀서 106...마이크로폰
107...전치증폭기 108...필터
109...복조기 301,401...송신기
302,402...수신기

Claims (9)

  1. 제1 주파수(f1)를 갖는 음파를 발생시키는 제1 펄스 발생기(pulse generator);
    제2 주파수(f2)를 갖는 음파를 발생시키는 제2 펄스 발생기;
    상기 제1 펄스 발생기 및 제2 펄스 발생기로부터 각각 발생된 음파를 공기중에서 파라메트릭 배열(parametric array)을 이용한 통신에 적합한 형태로 각각 변조하는 변조기(modulator);
    상기 변조기에 의해 각각 변조된 두 신호(음파)의 전력을 증폭하는 전력증폭기(power amplifier);
    상기 전력증폭기에 의해 증폭된 두 신호(음파)를 입력받아 각각의 1차 음파 (f1 primary wave, f2 primary wave)를 발생시키는 트랜스듀서(transducer);
    상기 트랜스듀서에 의해 발생된 두 신호(음파)의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)와, 그 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)가 매질(공기)을 진행함에 따라 파라메트릭 배열에 의해 발생된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 수집하여 각 음파의 음향 에너지를 전기 에너지로 변환하는 마이크로폰(microphone);
    상기 마이크로폰을 거쳐 입력되는 신호의 레벨을 높여주는 전치증폭기(pre-amplifier);
    상기 전치증폭기를 거친 신호에서 차음(f1-f2, difference frequency wave)만을 필터링하는 필터(filter); 및
    상기 필터에 의해 필터링된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 변조기에 의한 변조 방식에 대응하여 복조하는 복조기(demodulator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조기에 의한 변조 방식은 디지털 변조 방식인 OOK(On-Off Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 방식 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변조기에 의한 변조 방식은 아날로그 변조 방식인 AM(Amplitude modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation) 방식 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로폰은 상기 트랜스듀서와 동일한 공진 주파수를 갖지 않고 두 개의 고주파 f1과 f2의 차이에 해당하는 차음 주파수(f1-f2)에서 공진을 갖는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 고주파 f1, f2의 두 개의 공진 모드를 이용한 구동부가 하나인 트랜스듀서 또는 고주파 f1, f2의 공진을 각각 가지는 두 개의 단일 트랜스듀서를 배열한 배열 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 저역 통과 필터(low pass filter) 또는 대역 통과 필터(band pass filter)인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 장치.
  7. 또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법은,
    제1 펄스 발생기, 제2 펄스 발생기, 변조기, 전력증폭기, 트랜스듀서, 마이크로폰, 전치증폭기, 필터, 복조기를 포함하는 음향 송수신 장치에 의한 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법으로서,
    a) 상기 제1 펄스 발생기에 의해 제1 주파수(f1)를 갖는 음파를 발생시키는 단계;
    b) 상기 제2 펄스 발생기에 의해 제2 주파수(f2)를 갖는 음파를 발생시키는 단계;
    c) 상기 변조기에 의해 상기 제1 펄스 발생기 및 제2 펄스 발생기로부터 각각 발생된 음파를 공기중에서 파라메트릭 배열을 이용한 통신에 적합한 형태로 각각 변조하는 단계;
    d) 상기 전력증폭기에 의해 상기 변조기에 의해 각각 변조된 두 신호(음파)의 전력을 증폭하는 단계;
    e) 상기 트랜스듀서에 의해 상기 전력증폭기에 의해 증폭된 두 신호(음파)를 입력받아 각각의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)를 발생시키는 단계;
    f) 상기 트랜스듀서에 의해 발생된 두 신호(음파)의 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)와, 그 1차 음파(f1 primary wave, f2 primary wave)가 매질(공기)을 진행함에 따라 파라메트릭 배열에 의해 발생된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 마이크로폰에 의해 수집하여 각 음파의 음향 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계;
    g) 상기 전치증폭기에 의해 상기 마이크로폰을 거쳐 입력되는 신호의 레벨을 상승시켜 주는 단계;
    h) 상기 필터에 의해 상기 전치증폭기를 거친 신호에서 차음(f1-f2, difference frequency wave)만을 필터링하는 단계; 및
    i) 상기 필터에 의해 필터링된 차음(f1-f2, difference frequency wave)을 상기 복조기에 의해 상기 변조기에 의한 변조 방식에 대응하여 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계 c)에서의 변조기에 의한 변조 방식은 디지털 변조 방식인 OOK(On-Off Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying) 방식 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 단계 c)에서의 변조기에 의한 변조 방식은 아날로그 변조 방식인 AM (Amplitude modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation) 방식 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파라메트릭 배열을 이용한 공기중 음향 송수신 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101255552B1 (ko) * 2012-01-13 2013-04-17 한국표준과학연구원 고지향성 가청 주파수 생성장치, 생성방법, 및 그 기록매체
CN104215964A (zh) * 2014-08-20 2014-12-17 哈尔滨工程大学 一种多列等差频率原波相互作用形成参量阵的声场获取方法
KR20180059178A (ko) * 2016-11-25 2018-06-04 포항공과대학교 산학협력단 공기 중 광대역 파라메트릭 어레이 응용을 위한 다공진 요철판 트랜스듀서

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101432539B1 (ko) 2013-09-06 2014-08-25 국방과학연구소 음향 필터링 장치
KR101597918B1 (ko) * 2014-12-29 2016-02-25 주식회사 한화 메모리 배열 뱅크를 이용한 파라메트릭 배열용 빔 형성 및 조향 장치
KR101667599B1 (ko) * 2015-03-04 2016-10-19 국방과학연구소 고지향성 다중신호 형성장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6584205B1 (en) 1999-08-26 2003-06-24 American Technology Corporation Modulator processing for a parametric speaker system
AU2003217234A1 (en) 2002-01-18 2003-09-02 American Technology Corporation Modulator- amplifier
KR100707103B1 (ko) 2004-06-09 2007-04-13 학교법인 포항공과대학교 공기중 파라메트릭 어레이를 이용한 초음파 거리 측정장치 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101255552B1 (ko) * 2012-01-13 2013-04-17 한국표준과학연구원 고지향성 가청 주파수 생성장치, 생성방법, 및 그 기록매체
CN104215964A (zh) * 2014-08-20 2014-12-17 哈尔滨工程大学 一种多列等差频率原波相互作用形成参量阵的声场获取方法
KR20180059178A (ko) * 2016-11-25 2018-06-04 포항공과대학교 산학협력단 공기 중 광대역 파라메트릭 어레이 응용을 위한 다공진 요철판 트랜스듀서

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