KR20160021770A - 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정방법과 장치 및 외부음 지각장치 - Google Patents

멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정방법과 장치 및 외부음 지각장치 Download PDF

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다쿠야 호테하마
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고쿠리츠켄큐카이하츠호진 상교기쥬츠 소고켄큐쇼
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Abstract

멀티패스 전파환경에 설치된 송신수단과 수신수단 사이에서 전파지연특성을 측정하는 방법으로서, 미리 설정된 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를, 상기 송신수단으로부터 송신하는 송신스텝과, 복수의 전파경로를 거친 상기 측정용 신호를, 상기 수신수단에 있어서 수신하는 수신스텝과, 수신한 상기 정보신호에 대하여 힐베르트 변환을 하고, 얻어진 힐베르트 변환신호로부터 순시 주파수 특성을 연산하는 연산스텝과, 상기 순시 주파수 특성에 의거하여 상기 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력스텝을 구비한다.

Description

멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정방법과 장치 및 외부음 지각장치{METHOD AND DEVICE FOR MEASUREMENT OF PROPAGATION DELAY CHARACTERISTIC IN MULTIPATH PROPAGATION ENVIRONMENT, AND EXTERNAL AUDIO PERCEPTION DEVICE}
본 발명은, 멀티패스 전파환경(multipath 傳播環境)에 있어서의 전파지연특성(傳播遲延特性)의 측정방법과 장치 및 외부음 지각장치(外部音 知覺裝置)에 관한 것이다.
멀티패스 전파(multipath propagation) 혹은 다중파 전파(多重波 傳播)는, 음·진동·전자파가 공간을 전파할 때에 반사·굴절, 진동모드의 차이 등에 의하여 2개 이상의 전파경로(傳播經路)가 발생한 상태를 가리킨다. 예를 들면 휴대전화나 텔레비젼에 있어서, 기지국에서 송신된 전자파를 단말에서 수신하는 경우나, 콘서트홀(concert hall)의 스테이지 위에서 바이올린을 연주하였을 때에 객석에서 듣는 경우 등은 멀티패스 전파가 발생하고 있다고 생각된다.
멀티패스 전파환경에서는, 멀티패스 간섭(multipath 干涉)이라고 불리는 서로 다른 패스 상호간의 위상간섭(位相干涉)이 발생하여, 수신(응답)신호는 왜곡된다. 무선통신의 경우에 왜곡이 크면 클수록 데이터가 정확하게 도달하지 않을 가능성이 높아지게 된다. 통신에 있어서의 멀티패스 간섭대책으로서는, 직교 주파수 분할 다중방식(OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)) 등의 멀티패스에 강한 변조방식(變調方式)을 사용하는 것, 복수의 안테나에 의하여 송수신하는(다이버시티(diversity) 기술) 것 등이 있지만, 전파경로의 지연특성에 의거하여 신호처리를 가하는 것도 그 하나이다.
멀티패스 전파환경에 있어서, 전파경로의 지연특성을 표현하는 종래기술로서, 첫 번째로 임펄스 응답(impulse 應答)(예를 들면 비특허문헌1) 및 두 번째로 지연 프로파일(delay profile)(예를 들면 특허문헌1)이 사용되고 있다. 이들은, 멀티패스 전파시스템에 임펄스라고 불리는 매우 짧은 신호를 입력하였을 때의 응답의 각각 순시적(瞬時的) 및 시간평균적 구조를 나타내고 있다. 선형시불변 시스템(線形時不變 system)에 있어서는, 임펄스 응답에 의하여 그 전달특성은 완전하게 특징지어진다.
멀티패스 전파환경에 있어서, 회절(回折) 등 주파수에 의존하여 경로에 변화가 발생하는 것과 같은 패스(pass)가 포함되는 경우에, 그 지연특성은 주파수에 의존하여 변화한다. 지연특성의 주파수 의존성을 알고 있는 제3의 종래기술로서, 단시간 푸리에 변환(STFT(Short-Time Fourier Transform ))의 반복에 의하여 얻어지는 스펙트로그램(spectrogram)의 산출(예를 들면 비특허문헌2)이 있다.
: 일본국 공개특허 특개평9-8768호 공보
: 가라사와 요시오(Karasawa Yoshio), "광대역 이동통신의 다중파 전파이론과 모델링-등가전송로 모델에 의한 「전파」와 「시스템」의 중계", 일본국 전기정보통신학회 논문지 B J83-B, 12, pp. 1651-1660(2000) : 소프트웨어 「ARTA」, 인터넷 <http://www.artalabs.hr/download.htm>
그러나 상기한 제1 및 제2의 종래기술은 모두 임펄스 응답 혹은 지연 프로파일 산출에 사용하는 광대역신호에 대한 지연특성을 나타내기 때문에, 특정한 주파수에 대한 지연특성이나 지연특성의 주파수 의존성에 대해서는 불분명하다는 문제점이 있다. 또한 상기 제3의 종래기술에서는, 주파수 분해능 및 시간 분해능은 푸리에 변환의 창함수(窓函數)의 시간폭에 의존하기 때문에, 주파수마다의 정확한 지연특성을 얻는 것이 어렵다는 문제가 있다.
그래서 본 발명은, 멀티패스 전파환경에 있어서 원하는 주파수에 대한 전파지연특성을 용이하고 또한 정확하게 측정할 수 있는, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정결과를 이용하여 외부음을 명료하게 지각할 수 있는 외부음 지각장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은, 멀티패스 전파환경에 설치된 송신수단과 수신수단 사이에서 전파지연특성을 측정하는 방법으로서, 미리 설정된 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를, 상기 송신수단으로부터 송신하는 송신스텝과, 복수의 전파경로를 거친 상기 측정용 신호를, 상기 수신수단에 있어서 수신하는 수신스텝과, 수신한 상기 정보신호에 대하여 힐베르트 변환을 하고, 얻어진 힐베르트 변환신호로부터 순시 주파수 특성을 연산하는 연산스텝과, 상기 순시 주파수 특성에 의거하여 상기 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력스텝을 구비하는, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정방법에 의하여 달성된다.
이 측정방법에 있어서, 상기 출력스텝은, 상기 순시 주파수 특성을 정규화하여 출력하는 것이 바람직하다.
또한 상기한 측정방법은, 생체 두부 내에 있어서의 골도 초음파의 전파지연특성을 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 상기 목적은, 멀티패스 전파환경에 설치된 송신수단과 수신수단 사이에서 전파지연특성을 측정하는 장치로서, 상기 송신수단은, 미리 설정된 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를 송신하고, 상기 수신수단은, 복수의 전파경로를 거친 상기 측정용 신호를 수신하도록 구성되어 있고, 상기 수신수단에서 수신한 상기 정보신호에 대하여 힐베르트 변환을 하고, 얻어진 힐베르트 변환신호로부터 순시 주파수 특성을 연산하는 연산부와, 상기 순시 주파수 특성에 의거하여 상기 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력부를 구비하는, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정장치에 의하여 달성된다.
또한 본 발명의 상기 목적은, 외부음이 입력되는 지향성 마이크로폰과, 상기 지향성 마이크로폰에 입력된 음신호에 의거하여 진동신호를 생성하는 진동신호 생성수단과, 상기 진동신호를 처리하여 출력신호를 생성하는 신호처리부와, 상기 출력신호에 의거하여 생체에 기계적 진동을 전달하는 진동자를 구비하는 외부음 지각장치로서, 인체의 다른 부위에 장착되어 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성을 측정할 수 있는 송신수단 및 수신수단을 더 구비하고, 상기 송신수단은, 미리 설정된 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를 상기 진동자를 통하여 송신하고, 상기 수신수단은, 인체의 복수의 전파경로를 거친 상기 측정용 신호를 수신하도록 구성되어 있고, 상기 수신수단에서 수신한 상기 정보신호에 대하여 힐베르트 변환을 하고, 얻어진 힐베르트 변환신호로부터 순시 주파수 특성을 연산하는 연산부와, 상기 순시 주파수 특성에 의거하여 상기 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력부를 구비하고, 상기 신호처리부는, 상기 전파지연특성에 의거하여 상기 진동신호에 대한 신호처리를 하는 외부음 지각장치에 의하여 달성된다.
본 발명에 의하면, 멀티패스 전파환경에 있어서 원하는 주파수에 대한 전파지연특성을 용이하고 또한 정확하게 측정할 수 있는, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정결과를 이용하여 외부음을 명료하게 지각할 수 있는 외부음 지각장치를 제공할 수 있다.
도1은, 본 발명의 1실시형태에 관한 전파지연특성의 측정장치의 블럭도이다.
도2는, 도1에 나타내는 측정장치에 있어서의 송신신호의 일례를 나타내는 도면이다.
도3은, 도1에 나타내는 측정장치에 있어서의 출력화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도4는, 도1에 나타내는 측정장치에 있어서의 측정된 정보신호의 시간파형의 일례를 나타내는 도면이다. (a)는 측정신호의 시간파형을 배열하여 표시한 도면이고, (b)는 (a)에 나타내는 모든 주파수의 시간파형을 중첩시킨 도면이다.
도5는, 도1에 나타내는 측정장치에 있어서의 정규화 순시 주파수 파형의 일례를 나타내는 도면이다. (a)는 정규화 순시 주파수 파형을 배열하여 표시한 도면이고, (b)는 (a)에 나타내는 모든 주파수의 정규화 순시 주파수 파형을 중첩시킨 도면이다.
도6은, 본 발명의 1실시형태에 관한 외부음 지각장치의 블럭도이다.
도7은, 도6에 나타내는 외부음 지각장치의 전체 구성도이다.
도8은, 도7에 나타내는 외부음 지각장치의 요부 단면도이다.
도9는, 도7에 나타내는 외부음 지각장치의 요부 변형예를 나타내는 단면도이다.
도10은, 도7에 나타내는 외부음 지각장치의 다른 요부 변형예를 나타내는 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도1은, 본 발명의 1실시형태에 관한, 멀티패스 전파환경(multipath 傳播環境)에 있어서의 전파지연특성(傳播遲延特性)의 측정장치(測定裝置)(이하, 간단하게 「측정장치」라고 한다)의 블럭도이다. 도1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 측정장치(1)는, 서로 격리되어 배치되는 송신장치(送信裝置)(10) 및 수신장치(受信裝置)(20)를 구비하고 있다. 송신장치(10) 및 수신장치(20)는, 양자 사이에 복수의 전파경로(傳播經路)가 발생하는 멀티패스 전파환경하에 설치된다. 송신장치(10) 및 수신장치(20)는, 각각 전용의 측정장치로서 구성하는 것이 가능하거나 또는 라디오, 텔레비젼, PC, 휴대단말기, 무선 LAN 등의 단말장치에 조립하는 것이 가능하다.
송신장치(10)는, 입력부(入力部)(11), 신호생성부(信號生成部)(12) 및 송신부(送信部)(13)를 구비하고 있다. 입력부(11)는, 수신장치(20)를 향하여 송신하는 측정용 신호에 대하여 주파수 범위, 주파수 간격(주파수 분해능(周波數 分解能)에 상당), 최대지연시간 등의 설정정보를 이용자가 입력할 수 있도록 되어 있어, 측정하고 싶은 주파수 범위 등을 미리 설정할 수 있다. 입력부(11)는, 이용자가 주파수 범위 등을 입력하는 대신에, 미리 메모리(memory) 등에 저장된 주파수 범위 등의 설정정보를 자동적으로 받아들이도록 구성하더라도 좋다. 신호생성부(12)는, 입력부(11)에서 입력된 설정정보에 의거하여 정현파(正弦波)로 이루어지는 정보신호를 생성하여, 도2에 나타내는 바와 같이 동기신호(同期信號)를 부가하여 측정용 신호를 발생시킨다. 송신부(13)는, 생성된 측정용 신호를 무선신호로 하여 안테나(antenna)(14)를 통하여 송신한다.
또한 수신장치(20)는, 송신장치(10)에서 송신된 측정용 신호를 안테나(21)를 통하여 수신하는 수신부(受信部)(23)와, 수신한 측정용 신호에 포함되는 동기신호의 검출에 의거하여 정보신호의 수신 타이밍을 취득하는 동기검출부(同期檢出部)(23)와, 수신한 정보신호의 순시 주파수 특성(瞬時 周波數 特性)을 연산하는 연산부(演算部)(24)와, 순시 주파수 특성에 의거하여 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력부(出力部)(25)를 구비하고 있다.
다음에 상기의 구성을 구비하는 측정장치(1)의 작동을 설명한다. 우선 송신장치(10)의 입력부(11)에 있어서 주파수 범위, 주파수 간격, 최대지연시간 등의 설정정보를 입력한다. 설정정보는, 예를 들면 전파지연특성의 측정대상이 되는 통신기기에 있어서 사용되는 주파수에 따른 주파수 범위를 설정한다. 구체적인 예를 들면 라디오 방송의 경우에는 2MHz부터 26MHz의 범위, 텔레비젼 방송의 경우에는 90MHz부터 770MHz의 범위, 무선 LAN의 경우에는 2000MHz 정도부터 6000MHz 정도의 범위에 있어서, 각 채널의 캐리어 주파수(carrier 周波數)의 대역에 의거하여 필요한 범위를 설정할 수 있다. 또한 주파수 간격의 설정은, 예를 들면 전파지연특성을 취득하는 주파수의 분해능에 의거하여 할 수 있다. 최대지연시간은, 멀티패스 전파환경에 있어서 상정되는 값이고, 이 최대지연시간에 의거하여 정보신호의 시간길이가 설정된다.
설정정보의 입력이 완료되면, 신호생성부(12)는, 도2에 나타내는 바와 같이 입력된 주파수 범위의 범위 외인 이미 알고 있는 주파수의 정현파 신호를 동기신호로 하여 시간폭(t1)으로 설정함과 아울러, 입력된 주파수 범위의 하한값에 상당하는 주파수의 정현파 신호를 정보신호로 하여 시간폭(t2)으로 설정함으로써 측정용 신호를 생성한다. 정보신호의 시간폭(t2)은 입력된 최대지연시간에 상당한다.
얻어진 측정용 신호는, 송신부(13)에 의하여 안테나(14)를 통하여 송신되어, 복수의 전파경로(예를 들면 직접파(直接波)(W1) 및 반사파(反射波)(W2)의 전파경로)를 거쳐서 수신장치(20)의 안테나(21)를 통하여 수신부(22)에 의하여 수신된다. 동기검출부(23)는, 수신한 측정용 신호 중에서 동기신호에 의거하여 정보신호의 수신 타이밍을 검출하여 정보신호를 추출한다.
연산부(24)는, 수신한 정보신호를 힐베르트 변환(Hilbert 變換)한 힐베르트 변환신호에서 순시위상(瞬時位相)을 산출한다. 즉 수신한 정보신호를 x(t), x(t)를 힐베르트 변환한 힐베르트 변환신호를 xh(t)라고 하면, 순시위상(φ(t))은 다음 식으로 나타내어진다.
φ(t)= tan-1(xh(t)/x(t))
또한 연산부(24)는, 얻어진 순시위상(φ(t))을 시간미분함으로써 순시 주파수를 산출한다. 즉 순시 주파수(fi(t))는 다음 식으로 나타내어진다.
fi(t) = (1/2π)·dφ(t)/dt
얻어진 순시 주파수 특성은, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이 정보신호의 주파수에 있어서의 전파지연특성을 나타내고 있다. 따라서 출력부(25)가, 순시 주파수 특성에 의거하는 전파지연특성을 정보신호의 주파수와 함께 출력함으로써 당해 주파수에 대응한 전파지연특성을 얻을 수 있다. 이후에 미리 설정된 주파수 범위에 있어서, 정보신호의 주파수를 미리 설정된 주파수 간격으로 증가시키고, 각 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를 사용하여 상기한 순서를 반복하여, 각각 순시 주파수를 산출함으로써 임의의 주파수에 대한 전파지연특성을 용이하고 또한 정확하게 취득할 수 있다. 이에 따라 예를 들면 라디오·텔레비젼이나 무선 LAN의 통신경로 등 전파환경이 시간적으로 불변 혹은 시간변동의 영향이 적은 통신기기 전반에 대하여, 전자파의 전파지연특성의 주파수 의존성을 측정할 수 있어, 멀티패스 간섭을 경감시키기 위하여 유용한 정보를 취득할 수 있다. 출력부(25)는, 순시 주파수 특성을, 대응하는 정보신호의 주파수에서 정규화(正規化)하여 출력하더라도 좋으며, 설정되는 주파수 범위가 넓은 경우에 특히 유효하다.
이상에서는 본 발명의 1실시형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 구체적인 태양은 상기 실시형태에는 한정되지 않는다. 예를 들면 측정용 신호에 포함되는 정보신호의 설정정보는, 본 실시형태에 있어서는 송신장치(10)에 설치된 입력부(11)를 통하여 하고 있지만, 이 입력부(11)를 수신장치(20)에 설치하더라도 좋고, 수신장치(20)에서 입력된 설정정보를 송신장치(10)로 송신함으로써 신호생성부(12)가 측정용 신호를 생성하도록 구성하더라도 좋다. 도3은, 이러한 구성에 있어서, 수신장치(20)가 구비하는 표시화면(D)의 일례를 나타내고 있고, 터치패널(touch panel) 등에 의하여 설정정보를 입력할 수 있는 입력부(11)가 표시화면(D)의 상부에 형성되어 있고, 연산부(24)에서 연산을 한 정규화 순시 주파수를 표시하는 출력부(25)가 표시화면(D)의 하부에 형성되어 있다. 정규화 순시 주파수는 예를 들면 2차원의 그레이 스케일 맵(gray scale map), 컬러맵(color map), 등고선 지도(contour map) 등에 의하여 표시할 수 있다.
또한 송신장치(10) 및 수신장치(20)의 사이에서 송수신되는 측정용 신호는, 반드시 전자파에 한정되는 것이 아니라 음파(音波) 등이더라도 좋다. 이 경우에는, 본 실시형태의 측정장치(1)에 있어서 송신부(13) 및 안테나(14)를 대신하여 스피커, 진동자(振動子), 하이드로폰(hydrophone) 등을 사용할 수 있고, 수신부(22) 및 안테나(21)를 대신하여 마이크로폰(microphone), 가속도 센서, 하이드로폰 등을 사용할 수 있다.
음파를 측정용 신호로 하는 측정장치(1)는, 콘서트홀(concert hall)이나 강의실을 전파하는 음성신호, 두부(頭部) 내를 전파하는 가청 골도음(可聽 骨導音)이나 골도 초음파(骨導 超音波), 생체(生體) 내를 전파하는 초음파 진단장치에서의 의료용 초음파, 어군 탐지기에서의 수중 초음파 등에 관한 전파지연특성을 취득할 수 있다. 설정되는 주파수 범위의 구체적인 예를 들면, 스피커 등에서 제시되는 음성의 경우에는 20Hz부터 20kHz의 범위, 골도 가청음이나 골도 초음파의 경우에는 20Hz부터 100kHz의 범위, 초음파 검사에서 사용되는 의료용 초음파의 경우에는 1Hz부터 20MHz, 어군 탐지기의 수중 초음파의 경우에는 15kHz부터 200kHz의 범위에 있어서 필요한 주파수 범위를 추출할 수 있다. 이에 따라 스피커나 진동자 등에서의 음파전파경로의 주파수 의존성을 측정할 수 있어, 멀티패스 간섭의 경감, 전파경로의 상세한 해석, 전파시스템의 동정(同定) 또한 정밀도를 가시화(可視化)하여 유용한 정보를 취득할 수 있다.
측정장치(1)는, 음성이나 환경음 등의 외부음을 기계적 진동에 의하여 지각(知覺)할 수 있는 외부음 지각장치(外部音 知覺裝置)에 포함시킬 수 있다. 도6은, 본 발명의 1실시형태에 관한 외부음 지각장치의 블럭도이다. 도6에 나타내는 외부음 지각장치(100)는, 외부음이 입력되는 지향성 마이크로폰(指向性 microphone)(35)과, 지향성 마이크로폰(35)에 입력된 음신호(音信號)에 의거하여 진동신호를 생성하는 진동신호 생성부(振動信號 生成部)(30)와, 진동신호를 처리하여 출력신호를 생성하는 신호처리부(37)와, 출력신호에 의거하여 생체에 기계적 진동을 전달하는 진동자(113)를 구비하고 있고, 또한 송신장치(110) 및 수신장치(120)를 구비하여 구성되어 있다. 도6에 있어서는, 일방(一方)의 귀에 대응하는 구성만을 나타내고 있지만, 타방(他方)의 귀에 대해서도 동일한 구성을 구비하는 것이 가능하다.
도7은, 도6에 나타내는 외부음 지각장치의 전체 구성도이다. 도7에 나타내는 바와 같이 지향성 마이크로폰(35)은, 탄성변형이 가능한 헤어밴드형(hairband型)의 부착부재(38)의 양단부에 설치되어 있고, 부착부재(38)를 사용자의 두부에 장착한 상태에서 각 귀의 근방에 있어서 주축(主軸)이 외측방향을 향하도록 배치된다. 또한 진동자(113)는, 부착부재(38)에서 분기(分岐)되는 지지부(39)에 지지되고, 좌우의 유양돌기(乳樣突起)의 근방에 각각 배치된다.
도6에 나타내는 바와 같이 지향성 마이크로폰(35)에 입력된 외부음은, 증폭처리가 이루어진 후에 진동신호 생성부(30)에 입력된다. 진동신호 생성부(30)는, 캐리어 신호 발생부(carrier 信號 發生部)(32)가 소정의 진폭 및 주파수를 구비하는 캐리어 신호를 생성하고, 캐리어 신호 변조부(carrier 信號 變調部)(33)가 이 캐리어 신호를 음신호에 의거하여 변조함으로써, 지향성 마이크로폰(35)에 대한 입력음에 대응하는 진동신호를 생성한다. 캐리어 신호의 주파수는, 가청역(可聽域) 또는 초음파 중에서 어느 것이더라도 좋다. 캐리어 신호 변조부(33)에 있어서의 변조방식은, 조작부(31)를 통하여 변경하는 것이 가능하며, 지향성 마이크로폰(35)을 좌우의 귀 근방에 설치하는 경우에는 각각의 지향성 마이크로폰(35)에 대하여 서로 다른 변조조건을 입력할 수 있다.
캐리어 신호 변조부(33)에서 생성된 진동신호는, 평활화 필터부(平滑化 filter部)(34)에서 평활화 처리가 실시된 후에, 신호처리부(37)로 출력되어 신호처리가 실시된다. 진동자(113)는 신호처리부(37)에서의 출력신호에 의거하여 진동한다. 이 결과 지향성 마이크로폰(35)에 입력된 외부음에 의거하여 진동자(113)로부터 기계적 진동이 인체에 전달된다. 또 캐리어 신호 변조부(33)는, 음신호가 입력되지 않는 기간은 진동신호를 출력하지 않도록 제어한다.
평활화 필터부(34)에 있어서의 필터계수는 필터 생성부(36)에 의하여 설정된다. 필터 생성부(36)는, 주파수 소인(frequency sweep)된 정현파 신호를 진동자(113)에 인가함으로써 진동자(113)의 단자 사이에 있어서의 임피던스의 주파수 특성을 측정하고, 측정한 임피던스 특성에 의거하여 필터계수를 설정한다. 필터 생성부(36)의 구체적인 구성은, 예를 들면 일본국 특허 제4423398호 공보에 개시되어 있다.
송신장치(110) 및 수신장치(120)의 각각의 구성에 대해서는, 상기한 측정장치(1)가 구비하는 송신장치(10) 및 수신장치(20)의 구성과 동일하기 때문에, 도6에 있어서는 도1과 동일한 구성부분에 동일한 부호를 붙이고 있다. 송신장치(110)의 신호생성부(12)에서 생성된 측정용 신호는, 상기한 진동자(113)에서 기계적 진동으로서 송신되어, 가청골도 또는 초음파 골도에 의하여 인체의 복수의 전파경로를 전파하여 수신장치(120)가 구비하는 골도 마이크로폰(122)에 의하여 수신된다.
도8에 나타내는 바와 같이 골도 마이크로폰(骨導 microphone)(122)은, 가속도 픽업(加速度 pickup) 등의 검출부(檢出部)(122a)가, 우레탄(urethane) 등으로 이루어지는 보호재(保護材)(122b)에 의하여 피복되어 귀마개 모양으로 형성되어 있고, 사용자의 귓구멍에 장착되어 측정용 신호를 케이블(122c)을 통하여 출력한다. 골도 마이크로폰(122)은, 귓구멍에 확실하게 고정될 수 있도록 길이(L)가 1.5∼2.5cm 정도인 것이 바람직하다. 수신장치(120)는, 수신한 측정용 신호에 포함되는 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력부(25)에서 신호처리부(37)로 출력한다. 신호처리부(37)는 이 전파지연특성에 의거하여 상기 진동신호에 대한 신호처리를 한다.
본 실시형태의 외부음 지각장치(100)에 의하면, 외부음의 입력에 의거하여 생성된 진동신호가 평활화 필터부(34)에서 필터링(filtering)된 후에 진동자(113)로부터 전달되도록 구성되어 있기 때문에, 전달하는 기계적 진동의 주파수 특성을 제시하는 주파수 대역에서 평활화 할 수 있다. 이 결과 음성이나 환경음 등의 외부음의 왜곡을 억제할 수 있어, 사용자가 외부음을 명료하게 지각할 수 있다.
또한 송신장치(110)와 수신장치(120)의 사이에서 측정한 전파지연특성에 의거하여 신호처리부(37)가 진동신호에 대한 신호처리를 함으로써 사용자가 외부음의 지각을 더 명료하게 할 수 있다. 전파지연특성에 의거하는 신호처리의 내용은, 특별하게 한정되지 않지만 예를 들면 동일한 측의 귀에 도달하는 신호의 주파수 특성의 평탄화나, 반대측의 귀에 도달하는 신호의 캔슬링(canceling) 등을 할 수 있다.
진동신호 생성부(30)의 구성은, 지향성 마이크로폰(35)에 입력된 음신호에 의거하여 진동신호를 생성할 수 있다면 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들면 일본국 특허 제4953081호 공보에 개시되어 있는 것과 같이 진동신호 생성부는, 복수의 지향성 마이크로폰 사이에 있어서의 음신호의 레벨차이 및/또는 시간차이를 산출하여 공간특성 파라미터를 취득하고, 복수의 진동자 사이에 있어서의 진동신호의 레벨차이 및/또는 시간차이에 상당하는 전달특성 파라미터가 상기 공간특성 파라미터에 보정계수를 곱한 값이 되도록 각 진동신호 중에서 어느 하나를 보정하는 것이더라도 좋다.
또한 골도 마이크로폰(122)은, 본 실시형태와 같이 검출부(122a)를 보호재(122b)로 피복하는 대신에, 점착제나 납(蠟), 양면 테이프 등의 접착수단을 사용하여 두부나 얼굴 등의 원하는 부위에 검출부(122a)를 직접 부착하는 것이더라도 좋다.
또한 도9에 나타내는 바와 같이 검출부(122a)를, 짐벌기구(gimbal機構)에 의하여 서로 직교하는 2축을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 지지하여 골도 마이크로폰(122)을 구성할 수 있다. 도9에 나타내는 검출부(122a)는 검출면을 노출시키도록 제1프레임체(50)에 고정되어 있고, 제1프레임체(50)는 제1지지축(52)을 통하여 제2프레임체(54)에 회전하도록 지지되어 있다. 그리고 제2프레임체(54)는, 제1지지축(52)과 직교하는 제2지지축(56)을 통하여 케이스(42)의 내부에 회전하도록 지지되어 있다. 검출부(122a)의 검출면은 케이스(42)의 개구에서 조금 돌출되어 있어 흡입반(44)을 소정의 부착부위에 흡착시키면, 검출부(122a)의 검출면이 피흡착면에 접촉되어 가압되도록 구성되어 있다. 케이스(42)의 바닥부(도면의 상부) 중앙에는 연결구멍(42a)이 형성되어 있고, 이 연결구멍(42a)에 구(球) 모양의 자루모양체(46)가 결합되어 있다. 자루모양체(46)는 고무재 등의 탄성재(彈性材)로 이루어져 있어, 가압에 의하여 탄성변형될 수 있도록 구성되어 있다. 자루모양체(46)의 내부공간은 연결구멍(42a)을 통하여 케이스(42)의 내부와 연결되어 있다.
도9에 나타내는 골도 마이크로폰(122)에 의하면, 자루모양체(46)를 손으로 잡은 상태에서 인체의 소정 부착부위(예를 들면 턱이나 목구멍, 경부(頸部), 유양돌기 등)에 흡입반(44)을 가압하면, 검출부(122a)가 인체에 접촉된다. 검출부(122a)는 짐벌기구에 의하여 2축을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 지지되어 있기 때문에, 부착부위의 표면이 복잡한 3차원 곡면이더라도 검출부(122a)를 이 곡면에 적합한 자세로 할 수 있어, 인체에 확실하게 접촉시킬 수 있다. 이 후에 잡고 있었던 손을 떼면, 자루모양체(46)의 형상복원력(形狀復元力)에 의하여 케이스(42)의 내부가 부압(負壓)으로 되어 흡착력이 얻어지기 때문에, 흡입반(44)에 의한 골도 마이크로폰(122)의 부착을 확실하게 할 수 있어, 골도 마이크로폰(122)의 경시적(經時的)인 위치 어긋남이나 자세의 변화를 확실하게 방지할 수 있다. 골도 마이크로폰(122)을 떼어낼 때에는, 자루모양체(46)를 손으로 잡음으로써 케이스(42) 내부의 부압이 저하되어, 흡입반(44)을 용이하게 떼어낼 수 있다.
도9에 나타내는 골도 마이크로폰(122)을 유양돌기에 부착하는 경우에는, 도10에 나타내는 바와 같이 훅 모양의 결합구(結合具)(48)를 케이스(42)의 외면에 설치하고, 이 결합구(48)를 귀의 뒤에 걸음으로써 미용상의 문제를 발생시키지 않아, 골도 마이크로폰(122)의 부착을 더 확실하게 할 수 있다. 결합구(48)는, 고무재나 스프링 등으로 이루어지는 신축부(伸縮部)(48a) 및 케이스(42)와 나사결합하는 나사부(48b)를 구비함으로써 케이스(42)에 대하여 신축될 수 있고 또한 회전될 수 있도록 구성되어 있고, 이에 따라 사용감이나 부착 안정성에 개인차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
실시예
이하에서는 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 다음의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태의 측정장치의 측정방법을 이용하여 골도 초음파의 두부 내의 전파에 관한 지연특성의 주파수 의존성을 측정하였다. 측정조건은 다음과 같다.
[측정대상] 인간 생체 두부의 초음파 진동의 전파(좌측 유양돌기부에 신호를 입력하고 우측(반대측) 외이도(外耳道) 입구부에서 가속도 응답을 계측)
[기재(機材)] 송신장치 : 골도진동자, 수신장치 : 가속도 픽업
[측정 주파수] 주파수 범위 : 28∼32kHz, 주파수 간격 : 100Hz
[송신신호] 정현파 10파
수신장치에서 수신한 측정신호의 시간파형을 도4에 나타낸다. 도4(a)는, 세로축을 정보신호의 주파수로 하여 측정신호의 시간파형을 배열하여 표시한 것이고, 가로축은 지연시간이다. 또한 도4(a)에 나타내는 모든 주파수의 시간파형을 중첩시킨 것을 도4(b)에 나타내고 있다. 또한 도4에 나타내는 측정신호의 시간파형에서 산출된 정규화 순시 주파수 파형을 도5에 나타낸다. 도5(a)는, 세로축을 정보신호의 주파수로 하여 정규화 순시 주파수 파형을 배열하여 표시한 것이고, 가로축은 지연시간이다. 또한 도5(a)에 나타내는 모든 주파수의 정규화 순시 주파수 파형을 중첩시킨 것을 도5(b)에 나타내고 있다.
도4에 나타내는 바와 같이 수신한 측정신호의 시간파형은, 신호주파수에 의존하지 않고 거의 같은 지연시간에서 진동을 시작하지만, 정현파의 위상이 급격하게 변화되고 있는 부분이 주파수에 따라 변화되고 있는 것을 관찰할 수 있다(예를 들면 도4(a)에 나타내는 32kHz, 500s로부터 28kHz, 700s에 걸친 영역(A)). 도4 및 도5를 비교하면, 도4에서 측정용 신호를 검출하는 지연시간과, 도5에서 정규화 순시 주파수의 값이 거의 1에 수렴하는 지연시간이 일치하고 있다. 또한 도4에서 측정신호의 시간파형의 위상이 급격하게 변화되는 부분(예를 들면 영역(A))과, 도5에서 정규화 순시 주파수의 값이 1에서 벗어나는 부분(예를 들면 영역(B))이 일치한다. 이 결과로부터, 측정신호의 시간파형 및 정규화 순시 주파수 파형 모두 제1파의 패스(pass)에 대하여 주파수 의존성은 없지만, 후속의 패스에 주파수 의존성이 있으며, 정규화 순시 주파수에 의거하여 측정신호의 전파지연특성을 측정할 수 있는 것을 알 수 있다.
1 : 측정장치
10 : 송신장치
11 : 입력부
12 : 신호생성부
20 : 수신장치
23 : 동기검출부
24 : 연산부
100 : 외부음 지각장치

Claims (5)

  1. 멀티패스 전파환경(multipath 傳播環境)에 설치된 송신수단(送信手段)과 수신수단(受信手段) 사이에서 전파지연특성(傳播遲延特性)을 측정하는 방법으로서,
    미리 설정된 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를, 상기 송신수단으로부터 송신하는 송신스텝과,
    복수의 전파경로(傳播經路)를 거친 상기 측정용 신호를, 상기 수신수단에서 수신하는 수신스텝과,
    수신한 상기 정보신호에 대하여 힐베르트 변환(Hilbert 變換)을 하고, 얻어진 힐베르트 변환신호로부터 순시 주파수 특성(瞬間 周波數 特性)을 연산하는 연산스텝과,
    상기 순시 주파수 특성에 의거하여 상기 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력스텝을
    구비하는, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력스텝은, 상기 순시 주파수 특성을 정규화(正規化)하여 출력하는 전파지연특성의 측정방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    생체두부(生體頭部) 내에 있어서의 골도 초음파(骨導超音波)의 전파지연특성을 측정하는 전파지연특성의 측정방법.
  4. 멀티패스 전파환경에 설치된 송신수단과 수신수단 사이에서 전파지연특성을 측정하는 장치로서,
    상기 송신수단은, 미리 설정된 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를 송신하고, 상기 수신수단은, 복수의 전파경로를 거친 상기 측정용 신호를 수신하도록 구성되어 있고,
    상기 수신수단에서 수신한 상기 정보신호에 대하여 힐베르트 변환을 하고, 얻어진 힐베르트 변환신호로부터 순시 주파수 특성을 연산하는 연산부와,
    상기 순시 주파수 특성에 의거하여 상기 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력부를
    구비하는, 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성의 측정장치.
  5. 외부음(外部音)이 입력되는 지향성 마이크로폰(指向性 microphone)과, 상기 지향성 마이크로폰에 입력된 음신호에 의거하여 진동신호를 생성하는 진동신호 생성수단(振動信號 生成手段)과, 상기 진동신호를 처리하여 출력신호를 생성하는 신호처리부(信號處理部)와, 상기 출력신호에 의거하여 생체에 기계적 진동을 전달하는 진동자(振動子)를 구비하는 외부음 지각장치(外部音 知覺裝置)로서,
    인체의 다른 부위에 장착되어 멀티패스 전파환경에 있어서의 전파지연특성을 측정할 수 있는 송신수단 및 수신수단을 더 구비하고,
    상기 송신수단은, 미리 설정된 주파수의 정보신호를 포함하는 측정용 신호를 상기 진동자를 통하여 송신하고, 상기 수신수단은, 인체의 복수의 전파경로를 거친 상기 측정용 신호를 수신하도록 구성되어 있고,
    상기 수신수단에서 수신한 상기 정보신호에 대하여 힐베르트 변환을 하고, 얻어진 힐베르트 변환신호로부터 순시 주파수 특성을 연산하는 연산부와,
    상기 순시 주파수 특성에 의거하여 상기 정보신호의 주파수에 대응하는 전파지연특성을 출력하는 출력부를
    구비하고,
    상기 신호처리부는, 상기 전파지연특성에 의거하여 상기 진동신호에 대한 신호처리를 하는 외부음 지각장치.
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