KR20210060523A - 다중 음향-전기 변환기들을 구비한 신호 처리 디바이스 - Google Patents
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Abstract
오디오 신호(205)를 처리하는 디바이스는 제 1 음향-전기 변환기(211) 및 제 2 음향-전기 변환기(212)를 포함할 수 있다. 제 1 음향-전기 변환기(211)는 제 1 주파수 응답을 가질 수 있고, 오디오 신호(205)를 검출하고 검출된 오디오 신호(205)에 따라 제 1 부대역 신호(2151)를 생성하도록 구성될 수 있다. 제 2 음향-전기 변환기(212)는 제 2 주파수 응답을 가질 수 있고, 제 2 주파수 응답은 제 1 주파수 응답과 상이하다. 제 2 음향-전기 변환기(212)는 오디오 신호(205)를 검출하고 검출된 오디오 신호(205)에 따라 제 2 부대역 신호(2152)를 생성하도록 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 신호 처리, 특히 오디오 신호들에 따라 부대역 신호들을 생성하는 방법들 및 디바이스들에 관한 것이다.
부대역 분해 기술은 음성 인식, 잡음 감소 또는 신호 향상, 이미지 인코딩 등, 또는 이들의 조합과 같은 신호 처리 영역들에 널리 사용된다. 음향-전기 변환기에 의해 검출된 오디오 신호는 디지털 신호를 생성하기 위해 추가로 처리될 수 있으며, 이에 기초하여 복수의 부대역 신호들(sub-band signals)이 추가로 생성될 수 있다. 디지털 신호로부터 부대역 신호들을 생성하는 것은 관련된 컴퓨팅 프로세스로 인해 시간-소모적일 수 있다. 따라서, 더욱 효율적인 방식으로 부대역 신호들을 생성하기 위해 오디오 신호를 처리하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시내용은 오디오 신호를 처리하는 디바이스에 관한 것이다. 디바이스는 제 1 음향-전기 변환기 및 제 2 음향-전기 변환기를 포함할 수 있다. 제 1 음향-전기 변환기는 제 1 주파수 응답을 가질 수 있고, 오디오 신호를 검출하고 검출된 오디오 신호에 따라 제 1 부대역 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 제 2 음향-전기 변환기는 제 2 주파수 응답을 가질 수 있고, 제 2 주파수 응답은 제 1 주파수 응답과 상이하다. 제 2 음향-전기 변환기는 오디오 신호를 검출하고 검출된 오디오 신호에 따라 제 2 부대역 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환기는 제 1 주파수 폭을 가지고, 제 2 음향-전기 변환기는 제 1 주파수 폭과 상이한 제 2 주파수 폭을 가진다.
일부 실시예들에서, 제 2 주파수 폭은 제 1 주파수 폭보다 클 수 있고, 제 2 음향-전기 변환기의 제 2 중심 주파수는 제 1 음향-전기 변환기의 제 1 중심 주파수보다 높을 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 제 3 음향-전기 변환기를 더 포함할 수 있다. 제 3 음향-전기 변환기의 제 3 중심 주파수는 제 2 음향-전기 변환기의 제 2 중심 주파수보다 높을 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 주파수 응답 및 제 2 주파수 응답은 제 1 주파수 응답의 절반-전력 지점(half-power point) 및 제 2 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처에 있을 수 있는 지점에서 교차한다.
일부 실시예들에서, 제 1 주파수 응답 및 제 2 주파수 응답은 제 1 주파수 응답의 절반-전력 지점 및 제 2 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처에 있을 수 있는 지점에서 교차한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 제 1 음향-전기 변환기에 접속되고 제 1 부대역 신호를 샘플링하여 제 1 샘플링된 부대역 신호를 생성하도록 구성된 제 1 샘플링 모듈과, 제 2 음향-전기 변환기에 접속되고 제 2 부대역 신호를 샘플링하여 제 2 샘플링된 부대역 신호를 생성하도록 구성된 제 2 샘플링 모듈을 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 제 1 샘플링 모듈 또는 제 2 샘플링 모듈 중 적어도 하나는 대역 통과 샘플링 모듈일 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 제 1 음향-전기 변환기 또는 제 2 음향-전기 변환기 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된 피드백 모듈을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 피드백 모듈은 제 1 샘플링된 부대역 신호 또는 제 2 샘플링된 부대역 신호 중 적어도 하나에 따라 제 1 음향-전기 변환기 또는 제 2 음향-전기 변환기 중 적어도 하나를 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 제 1 샘플링된 부대역 신호 및 제 2 샘플링된 부대역 신호를 각각 처리하여 제 1 처리된 부대역 신호 및 제 2 처리된 부대역 신호를 생성하도록 구성된 처리 모듈을 더 포함할 수 있고, 피드백 모듈은 제 1 처리된 부대역 신호 또는 제 2 처리된 부대역 신호에 따라 제 1 음향-전기 변환기 또는 제 2 음향-전기 변환기 중 적어도 하나를 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환기는 오디오 신호에 따라 전기 신호를 생성하도록 구성된 사운드 감지 구성요소 및 음향 채널 구성요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향 채널 구성요소는 2차 구성요소를 포함할 수 있고, 사운드 감지 구성요소는 다차 대역 통과 다이어프램((multi-order bandpass diaphragm))을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 다차 대역 통과 다이어프램은 2차 대역 통과 다이어프램을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향 채널 구성요소는 2차 대역 통과 캔틸레버(second-order bandpass cantilever)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 2차 대역 통과 캔틸레버는 압전 캔틸레버를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환기는 1차 대역 통과 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환기는 다차 대역 통과 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 다차 대역 통과 필터는 2차 대역 통과 필터, 4차 대역 통과 필터 또는 6차 대역 통과 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환기는 감마톤 필터(Gamatone filter)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 10개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 1차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 20개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 2차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 30개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 3차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 40개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 4차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 8개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 1차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 13개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 2차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 19개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 3차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 26개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 4차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 4개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 1차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 8개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 2차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 12개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 3차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 디바이스는 15개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있고, 각각의 4차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하일 수 있는 주파수 대역에 대응한다.
일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환기는 공기-전도 음향-전기 변환기일 수 있고, 제 2 음향-전기 변환기는 골-전도 음향-전기 변환기(bone-conduction acoustic-electric transducer)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환기는 고차 광대역 음향-전기 변환기일 수 있고, 제 2 음향-전기 변환기는 고차 협대역 음향-전기 변환기일 수 있다.
일부 실시예들에서, 고차 광대역 음향-전기 변환기는 병렬로 접속된 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소들(underdamping sound sensitive components)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소들은 제 4 주파수 응답을 갖는 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소, 제 5 주파수 응답을 갖는 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소, 및 제 6 주파수 응답을 갖는 제 3 언더댐핑 사운드 감지 구성요소를 포함한다. 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 제 5 중심 주파수가 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 제 4 중심 주파수보다 높을 수 있고, 제 3 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 제 6 중심 주파수가 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 제 5 중심 주파수보다 높을 수 있다. 제 4 주파수 응답 및 제 5 주파수 응답은 제 4 주파수 응답의 절반-전력 지점 및 제 5 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처에 있을 수 있는 지점에서 교차한다.
일부 실시예들에서, 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소들은 제 4 주파수 응답을 갖는 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소, 및 제 5 주파수 응답을 갖는 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소를 포함한다. 제 4 주파수 응답 및 제 5 주파수 응답은 제 4 주파수 응답의 절반-전력 지점 및 제 5 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처에 있을 수 있는 지점에서 교차할 수 있다.
일부 실시예들에서, 고차 협대역 음향-전기 변환기는 직렬로 접속된 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소들을 포함할 수 있다.
추가적인 특징들이 다음의 설명에 부분적으로 기재될 것이며, 부분적으로는 다음 및 첨부된 도면들을 검토할 때 통상의 기술자에게 명백해질 수 있거나 예들의 제작 또는 작동에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 특징들은 하기에 논의되는 상세한 예들에 기재된 방법론들, 수단들 및 조합들의 다양한 양태들의 실행 또는 사용에 의해 실현되고 달성될 수 있다.
본 개시내용은 또한 예시적인 실시예들의 관점에서 설명된다. 이러한 예시적인 실시예들은 도면들을 참조하여 상세히 설명된다. 이들 실시예들은 비제한적인 예시적인 실시예들이며, 여기서 동일한 참조 번호들은 도면들의 여러 뷰들에 걸쳐 유사한 구조를 나타낸다:
도 1은 종래 기술의 신호 처리 디바이스를 도시한 도면;
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스를 도시한 도면;
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 오디오 신호를 처리하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도;
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 5a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향 채널 구성요소를 도시한 도면;
도 5b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 5a에 도시된 음향 채널 구성요소의 예시적인 등가 회로 모델을 도시한 도면;
도 6a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소의 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 6b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소의 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 6c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 6a 및 6b에 도시된 기계 모델에 대응하는 예시적인 등가 회로 모델의 개략도;
도 7a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 사운드 감지 구성요소의 기계 모델의 개략도;
도 7b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들에 대응하는 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 7c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들의 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 8a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소(420)에 대응하는 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 8b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들에 대응하는 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 9a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향 채널 구성요소 및 사운드 감지 구성요소의 조합의 구조를 도시한 도면;
도 9b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 9a에 도시된 조합 구조의 예시적인 등가 회로의 개략도;
도 9c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 2개의 조합 구조들의 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 9d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 조합 구조의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 10a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 10b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 10c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 11a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 11b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 12는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 차수의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 13a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 13b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 14a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 14b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14a에 도시된 음향-전기 변환기의 예시적인 음향력 발생기(acoustic force generator)의 개략도;
도 14c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14b에 도시된 음향력 발생기의 예시적인 구조의 개략도;
도 14d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14c에 도시된 구조의 등가 회로의 개략도;
도 15는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 16a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 16b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 16a에 도시된 음향-전기 변환기의 예시적인 음향력 발생기의 개략도;
도 17은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 18은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 19a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 19b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 캔틸레버의 개략도;
도 19c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소에 대응하는 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 19d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 19c에 도시된 기계 모델의 예시적인 등가 회로의 개략도;
도 20a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환 모듈의 개략도;
도 20b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 고차 협대역 음향-전기 변환기의 개략도;
도 20c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 고차 광대역 음향-전기 변환기의 개략도;
도 21a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도;
도 21b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 22는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도;
도 23은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도;
도 24는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도; 및
도 25는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 변조 프로세스를 도시하는 개략도.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스를 도시한 도면;
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 오디오 신호를 처리하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도;
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 5a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향 채널 구성요소를 도시한 도면;
도 5b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 5a에 도시된 음향 채널 구성요소의 예시적인 등가 회로 모델을 도시한 도면;
도 6a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소의 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 6b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소의 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 6c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 6a 및 6b에 도시된 기계 모델에 대응하는 예시적인 등가 회로 모델의 개략도;
도 7a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 사운드 감지 구성요소의 기계 모델의 개략도;
도 7b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들에 대응하는 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 7c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들의 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 8a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소(420)에 대응하는 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 8b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들에 대응하는 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 9a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향 채널 구성요소 및 사운드 감지 구성요소의 조합의 구조를 도시한 도면;
도 9b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 9a에 도시된 조합 구조의 예시적인 등가 회로의 개략도;
도 9c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 2개의 조합 구조들의 예시적인 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 9d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 조합 구조의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 10a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 10b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 10c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 11a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 11b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 12는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 차수의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들을 도시한 도면;
도 13a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 13b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 14a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 14b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14a에 도시된 음향-전기 변환기의 예시적인 음향력 발생기(acoustic force generator)의 개략도;
도 14c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14b에 도시된 음향력 발생기의 예시적인 구조의 개략도;
도 14d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14c에 도시된 구조의 등가 회로의 개략도;
도 15는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 16a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 16b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 16a에 도시된 음향-전기 변환기의 예시적인 음향력 발생기의 개략도;
도 17은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 18은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한 도면;
도 19a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 19b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 캔틸레버의 개략도;
도 19c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소에 대응하는 예시적인 기계 모델의 개략도;
도 19d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 19c에 도시된 기계 모델의 예시적인 등가 회로의 개략도;
도 20a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환 모듈의 개략도;
도 20b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 고차 협대역 음향-전기 변환기의 개략도;
도 20c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 고차 광대역 음향-전기 변환기의 개략도;
도 21a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도;
도 21b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도;
도 22는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도;
도 23은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도;
도 24는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스의 개략도; 및
도 25는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 변조 프로세스를 도시하는 개략도.
본 개시내용의 실시예들과 관련된 기술적 솔루션들을 예시하기 위해, 실시예들의 설명에서 참조되는 도면들의 간략한 소개가 하기에 제공된다. 명백히, 후술된 도면들은 본 개시내용의 일부 예들 또는 실시예들일 뿐이다. 통상의 기술자는 더 이상의 창의적인 노력 없이도 이들 도면들에 따라 본 개시내용을 다른 유사한 시나리오들에 적용할 수 있다. 달리 명시되지 않거나 문맥상 명백하지 않는 한, 도면들에서 동일한 참조 번호는 동일한 구조 및 작동을 나타낸다.
본 개시내용 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은 내용이 달리 명시하지 않는 한, 복수의 대상들을 포함한다. 또한, 용어들 "포함한다("comprises", "includes")" 및/또는 "포함하는("comprising", "including")"은 본 개시내용에서 사용될 때, 언급된 단계들 및 요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 단계들 및 요소들의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는 것으로 이해될 것이다.
시스템의 일부 모듈들은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 다양한 방식들로 언급될 수 있다. 그러나 클라이언트 단말기 및/또는 서버에서 임의 수의 다른 모듈들이 사용되고 작동될 수 있다. 이들 모듈들은 예시를 위한 것이지, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 시스템 및 방법의 상이한 양태들에서 상이한 모듈들이 사용될 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따라, 시스템에 의해 수행되는 동작들을 설명하기 위해 흐름도들이 사용된다. 위 또는 아래의 동작들은 순서대로 구현되거나 구현되지 않을 수 있음을 명백히 이해해야 한다. 반대로, 동작들은 역순으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 다른 동작들이 흐름도들에 추가될 수 있거나 하나 이상의 동작들이 흐름도에서 생략될 수 있다.
본 개시내용의 이들 및 다른 특징들과 특성들뿐만 아니라, 구조의 관련 요소들의 작동 방법 및 기능들과, 부분들의 조합 및 제조의 경제성들은 첨부된 도면들을 참조하여 다음의 설명을 고려할 때 더 명백해질 수 있으며, 이들 모두는 본 개시내용의 일부를 형성한다. 그러나 도면들은 예시 및 설명을 위한 목적일 뿐, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아님을 명백히 이해해야 한다. 도면들은 축척이 아닌 것으로 이해한다.
본 개시내용의 실시예들의 기술적 솔루션들은 후술한 바와 같이 도면들을 참조하여 설명된다. 설명된 실시예들이 완전하지 않으며 제한적이지 않는다는 것은 명백하다. 본 개시내용에 기재된 실시예들에 기초하여 통상의 기술자에 의해 아무런 창의적인 작업 없이 획득된 다른 실시예들은 본 개시내용의 범위 내에 있다.
본 명세서에서는 상이한 주파수 응답들을 갖는 복수의 음향-변환기들을 포함하는 디바이스가 제공된다. 음향-변환기들은 오디오 신호를 검출하고 이에 따라 복수의 부대역 신호들을 생성할 수 있다. 이 디바이스는 음향-변환기들의 고유한 속성들을 사용하여 부대역 신호들을 생성하므로, 디지털 신호 처리에 할애하여 시간을 절약할 수 있다.
도 1은 종래의 신호 처리 디바이스를 도시한다. 종래의 신호 처리 디바이스(100)는 음향-전기 변환기(110), 샘플링 모듈(120), 부대역 필터링 모듈(130) 및 신호 처리 모듈(140)을 포함할 수 있다. 오디오 신호(105)는 먼저 음향-전기 변환기(110)에 의해 전기 신호(115)로 변환될 수 있다. 샘플링 모듈(120)은 전기 신호(115)를 처리를 위해 디지털 신호(125)로 변환할 수 있다. 부대역 필터링 모듈(130)은 디지털 신호(125)를 복수의 부대역 신호들(예를 들어, 부대역 신호들(1351, 1352, 1353,…, 1354))로 분해할 수 있다. 신호 처리 모듈(140)은 부대역 신호들을 추가로 처리할 수 있다.
일 양태에서, 전기 신호(115)를 더 넓은 대역폭으로 샘플링하기 위해, 샘플링 모듈(120)은 더 높은 샘플링 주파수를 요청할 수 있다. 다른 양태에서, 복수의 부대역 신호들을 생성하기 위해서는 부대역 필터링 모듈(130)의 필터 회로들이 비교적 복잡하고 비교적 높은 차수를 가져야 한다. 또한, 복수의 부대역 신호들을 생성하기 위해, 부대역 필터링 모듈(130)은 소프트웨어 프로그램을 통해 디지털 신호 처리 프로세스를 수행할 수 있으며, 이는 시간-소모적일 수 있고 디지털 신호 처리 프로세스 동안 잡음을 도입할 수 있다. 따라서, 부대역 신호들을 생성하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 필요하다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스(200)를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 신호 처리 디바이스(200)는 음향-전기 변환 모듈(210), 샘플링 모듈(220) 및 신호 처리 모듈(240)을 포함할 수 있다.
음향-전기 변환 모듈(210)은 복수의 음향-전기 변환기들(예를 들어, 도 2에 도시된 음향-전기 변환기들(211, 212, 213, ..., 214))을 포함할 수 있다. 음향-전기 변환기들은 병렬로 접속될 수 있다. 예를 들어, 음향-전기 변환기들은 전기적으로 병렬로 접속될 수 있다. 다른 예로서, 음향-전기 변환기들은 위상학적으로 병렬로 접속될 수 있다.
음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들(예를 들어, 음향-전기 변환기들(211, 212, 213 및/또는 214))은 오디오 신호들을 전기 신호들로 변환하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기(211)의 하나 이상의 파라미터들은 오디오 신호(예를 들어, 오디오 신호(205))의 검출에 응답하여 변경될 수 있다. 예시적인 파라미터들은 커패시턴스, 전하, 가속도, 광 강도 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 파라미터들의 변경들은 오디오 신호의 주파수에 대응할 수 있고 대응하는 전기 신호들로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기는 마이크로폰, 하이드로폰, 음향-광 변조기 등, 또는 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기는 1차 음향-전기 변환기 또는 다차(예를 들어, 2차, 4차, 6차 등) 음향-전기 변환기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 고차 음향-전기 변환기의 주파수 응답은 더 가파른 에지를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들은 하나 이상의 압전 음향-전기 변환기들(예를 들어, 마이크로폰) 및/또는 하나 이상의 압전-자기 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 각각의 음향-전기 변환기들은 마이크로폰일 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기들은 하나 이상의 공기-전도 음향-전기 변환기들 및/또는 하나 이상의 골-전도 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 음향-전기 변환기들은 하나 이상의 고차 광대역 음향-전기 변환기들 및/또는 하나 이상의 고차 협대역 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 고차 광대역 음향-전기 변환기는 차수가 1보다 큰 광대역 음향-전기 변환기를 언급할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 고차 협대역 음향-전기 변환기는 차수가 1보다 큰 협대역 음향-전기 변환기를 언급할 수 있다. 광대역 음향-전기 변환기 및/또는 협대역 음향-전기 변환기의 상세한 설명들은 통상의 기술자에게 자명할 수 있으며 본 명세서에서 반복되지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 음향-전기 변환기들 중 적어도 2개는 상이한 주파수 응답들을 가질 수 있으며, 이는 상이한 중심 주파수들 및/또는 주파수 대역폭들(또는 주파수 폭으로 언급됨)을 가질 수 있다. 예를 들어, 음향-전기 변환기들(211, 212, 213 및 214)은 각각 제 1 주파수 응답, 제 2 주파수 응답, 제 3 주파수 응답 및 제 4 주파수 응답을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 주파수 응답, 제 2 주파수 응답, 제 3 주파수 응답 및 제 3 주파수 응답은 서로 상이할 수 있다. 또는, 제 1 주파수 응답, 제 2 주파수 응답 및 제 3 주파수 응답은 서로 상이할 수 있고, 제 4 주파수 응답은 제 3 주파수 응답과 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들은 동일한 주파수 대역폭(도 11a 및 그 설명에 예시된 바와 같이) 또는 상이한 주파수 대역폭들(도 11b 및 그 설명에 예시된 바와 같이)을 가질 수 있다. 도 11a는 예시적인 음향-전기 변환 모듈(또는 제 1 음향-전기 변환 모듈로 언급됨)의 주파수 응답을 도시한다. 도 11b는 도 11a에 도시된 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답과 상이한 다른 예시적인 음향-전기 변환 모듈(또는 제 2 음향-전기 변환 모듈로 언급됨)의 주파수 응답을 도시한다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 제 1 음향-전기 변환 모듈 또는 제 2 음향-전기 변환 모듈은 8개의 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들 사이의 중첩 범위들(overlap ranges)은 음향-전기 변환기들의 구조 파라미터들을 조정하여 이러한 음향-전기 변환기들 중 하나 이상의 중심 주파수 및/또는 대역폭을 변경함으로써 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 음향-전기 변환 모듈 또는 제 2 음향-전기 변환 모듈은 음향-전기 변환기들에 의해 생성된 부대역 신호들의 주파수 대역들이 처리될 주파수 대역을 커버할 수 있도록 일정 수의 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 음향-전기 변환 모듈의 음향-전기 변환기들은 상이한 중심 주파수들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 좁은 주파수 대역폭을 갖는 적어도 하나의 음향-전기 변환기가 특정 주파수 대역의 부대역 신호들을 생성하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 높은 중심 주파수 응답을 갖는 음향-전기 변환기는 더 높은 주파수 대역폭을 갖도록 설정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 다른 음향-전기 변환기보다 중심 주파수가 더 높은 음향-전기 변환기는 다른 음향-전기 변환기의 주파수 대역폭보다 더 큰 주파수 대역폭을 가질 수 있다.
음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들은 오디오 신호(205)를 검출할 수 있다. 오디오 신호(205)는 오디오 신호를 생성할 수 있는 음향 소스로부터 나올 수 있다. 음향 소스는 신호 처리 디바이스(200)의 사용자와 같은 생물체 및/또는 CD 플레이어, 텔레비전 등과 같은 무생물체 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 오디오 신호는 또한 주변 사운드를 포함할 수 있다. 오디오 신호(205)는 특정 주파수 대역을 가질 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 디바이스(200)의 사용자에 의해 생성된 오디오 신호(205)는 10HZ 내지 30,000HZ의 주파수 대역을 가질 수 있다. 음향-전기 변환기들은 오디오 신호(205)에 따라, 복수의 부대역 전기 신호들(예를 들어, 도 2에 도시된 부대역 전기 신호들(2151, 2152, 2153, ..., 2154))을 생성할 수 있다. 오디오 신호(205)에 따라 생성된 부대역 전기 신호는 오디오 신호(205)의 주파수 대역보다 좁은 주파수 대역을 갖는 신호를 언급한다. 부대역 신호의 주파수 대역은 대응하는 오디오 신호(205)의 주파수 대역 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 오디오 신호(205)는 10HZ 내지 30,000HZ의 주파수 대역을 가질 수 있고, 부대역 오디오 신호의 주파수 대역은 오디오 신호(205)의 주파수 대역, 즉 10HZ 내지 30,000HZ 내에 있는 100HZ 내지 200HZ일 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기는 오디오 신호(205)를 검출하고 검출된 오디오 신호에 따라 하나의 부대역 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 음향-전기 변환기들(211, 212, 213 및 214)은 오디오 신호(205)를 검출하고, 각각의 검출된 오디오 신호에 따라 부대역 전기 신호(2151), 부대역 전기 신호(2152), 부대역 전기 신호(2153) 및 부대역 전기 신호(2154)를 각각 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기들에 의해 생성된 복수의 부대역 신호들 중 적어도 2개는 상이한 주파수 대역들을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 적어도 2개의 음향-전기 변환기들은 상이한 주파수 응답들을 가질 수 있고, 이는 2개의 상이한 음향-전기 변환기들에 의해 동일한 오디오 신호(205)의 검출들에 따라 2개의 상이한 부대역 신호들을 유발할 수 있다. 음향-전기 변환 모듈(210)은 생성된 부대역 신호들을 샘플링 모듈(220)에 전송할 수 있다. 음향-전기 변환 모듈(210)은 하나 이상의 전송기들(도시안됨)을 통해 부대역 신호들을 전송할 수 있다. 예시적인 전송기는 동축 케이블, 통신 케이블(예를 들어, 원격통신 케이블), 가요성 케이블, 나선형 케이블, 비금속 외장 케이블, 금속 외장 케이블, 다중-코어 케이블, 연선 케이블, 리본 케이블, 차폐 케이블, 이중-가닥 케이블, 광섬유 등, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 부대역 신호들은 신호 전송기를 통해 샘플링 모듈(220)에 전송될 수 있다. 일부 실시예들에서, 부대역 신호들은 병렬로 접속된 복수의 부대역 전송기들을 통해 샘플링 모듈(220)에 전송될 수 있다. 복수의 부대역 전송기들 각각은 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기에 접속되어 음향-전기 변환기에 의해 생성된 부대역 신호를 샘플링 모듈(220)에 전송할 수 있다. 예를 들면, 부대역 전송기들은 음향-전기 변환기(211)에 접속된 제 1 부대역 전송기 및 음향-전기 변환기(212)에 접속된 제 2 부대역 전송기를 포함할 수 있다. 제 1 부대역 전송기 및 제 2 부대역 전송기는 병렬로 접속될 수 있다. 제 1 부대역 전송기 및 제 2 부대역 전송기는 각각 부대역 전기 신호(2151) 및 부대역 전기 신호(2152)를 샘플링 모듈(220)에 전송할 수 있다.
음향-전기 변환 모듈(210)의 주파수 응답은 음향-전기 변환 모듈(210)에 포함된 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 음향-전기 변환 모듈(210)의 주파수 응답의 평탄도(flatness)는 음향-전기 변환 모듈(210)에서 음향-전기 변환기들의 주파수 응답이 서로 교차하는 위치와 관련될 수 있다. 도 10a 내지 도 10c(및 하기의 설명)에 예시된 바와 같이, 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들이 절반-전력 지점(들) 근처 또는 그 지점에서 교차할 때, 음향-전기변환기들을 포함하는 음향-전기 변환 모듈(210)의 주파수 응답은 그 내부의 음향-전기 변환기들이 절반-전력 지점(들) 근처 또는 그 지점에서도 교차하지 않을 때 음향-전기 변환 모듈(210)의 것보다 평탄할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 특정 주파수 응답의 절반-전력 지점은 전력 레벨이 -3dB인 주파수 지점(들)을 언급한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 2개의 주파수 응답들이 절반-전력 지점 근처에 있는 주파수 지점에서 교차할 때 절반-전력 지점 근처에서 교차하는 것으로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 주파수 지점과 절반-전력 지점의 전력 레벨 차가 2dB 이하일 때, 주파수 지점은 절반-전력 지점 근처에 있는 것으로 간주될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답이 전력 레벨이 절반-전력 지점보다 2dB 넘게 낮은 주파수 지점(예를 들어, 1/4 전력 지점 또는 1/8 전력 지점 등)에서 서로 교차할 때, 인접한 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들 사이의 중첩 범위가 비교적 작을 수 있으므로, 인접한 음향-전기 변환기들의 조합의 주파수 응답이 중첩 범위 내로 감소시켜서, 인접한 음향-전기 변환기들에 의해 출력되는 부대역 신호들의 품질에 영향을 미친다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답이 전력 레벨이 절반-전력 지점보다 1dB 높은 주파수 지점(예를 들어, 3/4 전력 지점 또는 7/8 전력 지점 등)에서 서로 교차할 때, 인접한 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들 사이의 중첩 범위가 비교적 높을 수 있으므로, 음향-전기 변환기들에 의해 출력되는 부대역 신호들 사이의 간섭 범위를 비교적으로 높인다.
일부 실시예들에서, 특정 주파수 대역에 대해, 제한된 수의 음향-전기 변환기들이 음향-전기 변환 모듈(210)에서 허용될 수 있다. 음향-전기 변환기들이 비-언더댐핑인 것들보다 언더댐핑인 것들일 때 더 많은 음향-전기 변환기들이 음향-전기 변환 모듈(210)에 포함될 수 있다. 단지 예로서, 도 13a는 4개를 포함하는 음향-전기 변환 모듈(210)의 주파수 응답을 도시한다(4개의 파선은, 개별적으로 작동하는 경우 4개의 개별 비-언더댐핑 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들이고; 실선은 4개의 비-언더댐핑 음향-전기 변환기들의 조합의 주파수 응답이다). 일부 실시예들에서, 하나 이상의 음향-전기 변환기들이 언더댐핑 상태에 있을 때 더 많은 음향-전기 변환기들이 음향-전기 변환 모듈(210)에 있도록 허용될 수 있다. 예를 들어, 음향-전기 변환 모듈(210)은 6개 이상의 언더댐핑 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 도 13b는 6개의 언더댐핑 음향-전기 변환기들을 갖는 음향-전기 변환 모듈(210)의 주파수 응답을 도시한다.
샘플링 모듈(220)은 복수의 샘플링 유닛들(예를 들어, 도 2에 도시된 샘플링 유닛들(221, 222, 223, ... 및 224))을 포함할 수 있다. 샘플링 유닛들은 병렬로 접속될 수 있다.
샘플링 모듈(220)의 샘플링 유닛(예를 들어, 샘플링 유닛(221), 샘플링 유닛(222), 샘플링 유닛(223) 및/또는 샘플링 유닛(224))은 음향-전기 변환기와 통신할 수 있으며, 음향-전기 변환기에 의해 생성된 부대역 신호를 수신 및 샘플링하도록 구성될 수 있다. 샘플링 유닛은 부대역 전송기를 통해 음향-전기 변환기와 통신할 수 있다. 단지 예로서, 샘플링 유닛(221)은 제 1 부대역 전송기에 접속되고 그로부터 수신되는 부대역 전기 신호(2151)를 샘플링하도록 구성될 수 있고, 샘플링 유닛(222)은 제 2 부대역 전송기에 접속되고 그로부터 수신되는 부대역 전기 신호(2152)를 샘플링하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 샘플링 모듈의 샘플링 유닛(예를 들어, 샘플링 유닛(221), 샘플링 유닛(222), 샘플링 유닛(223) 및/또는 샘플링 유닛(224))은 수신되는 부대역 신호를 샘플링하고 샘플링된 부대역 신호에 기초하여 디지털 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 유닛(221), 샘플링 유닛(222), 샘플링 유닛(223) 및 샘플링 유닛(224)은 부대역 신호들을 샘플링하여 디지털 신호(2351), 디지털 신호(2352), 디지털 신호(2353) 및 디지털 신호(2354)를 각각 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 샘플링 유닛은 대역 통과 샘플링 기술을 사용하여 부대역 신호를 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 유닛은 부대역 신호의 주파수 대역에 따른 샘플링 주파수로 대역 통과 샘플링을 사용하여 부대역 신호를 샘플링하도록 구성될 수 있다. 단지 예로서, 샘플링 유닛은 부대역 신호의 주파수 대역의 대역폭의 2배 이상의 주파수 대역을 갖는 부대역 신호를 샘플링할 수 있다. 일부 실시예들에서, 샘플링 유닛은 부대역 신호의 주파수 대역의 대역폭의 2배 이상이고 부대역 신호의 주파수 대역의 대역폭의 4배 이하인 주파수 대역으로 부대역 신호를 샘플링할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대역폭 샘플링 기술 또는 저역-통과 샘플링 기술보다는 대역 통과 샘플링 기술을 사용함으로써, 샘플링 유닛은 비교적 낮은 샘플링 주파수로 부대역 신호를 샘플링하여 샘플링 프로세스의 어려움과 비용을 줄일 수 있다. 또한, 대역 통과 샘플링 기법을 사용함으로써 샘플링 프로세스에서 잡음이나 신호 왜곡이 거의 도입되지 않을 수 있다. 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 신호 처리 시스템(100)(예를 들어, 부대역 필터링 모듈(130))은 소프트웨어 프로그램을 통해 디지털 신호 처리 프로세스를 수행하여 부대역 신호들을 생성할 수 있으며, 이는 신호 처리 프로세스에서 사용되는 알고리즘들, 샘플링 프로세스에서 사용되는 샘플링 방법들 및 신호 처리 시스템(100)의 구성요소들(예를 들어, 음향-전기 변환기(110), 샘플링 모듈(120) 및/또는 부대역 필터링 모듈(130))의 구조들을 포함한 요인들로 인해 신호 왜곡들이 도입될 수 있다. 부대역 필터링 모듈(130)과 비교하여, 신호 처리 시스템(200)은 음향-전기 변환기들의 구조들 및 특성들에 기초하여 부대역 신호들을 생성할 수 있다.
샘플링 유닛은 생성된 디지털 신호를 신호 처리 모듈(240)에 전송할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디지털 신호들은 병렬 전송기들을 통해 전송될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디지털 신호들은 특정 통신 프로토콜에 따라 전송기를 통해 전송될 수 있다. 예시적인 통신 프로토콜은 AES3(audio engineering society), AES/EBU(European broadcast union), EBU(European broadcast union), ADAT(Automatic Data Accumulator and Transfer), I2S(Inter-IC Sound), TDM(Time Division Multiplexing), MIDI(Musical Instrument Digital Interface), CobraNet, Ethernet AVB(Ethernet Audio/VideoBridging), Dante, ITU(International Telecommunication Union)-T G. 728, ITU-T G. 711, ITU-T G. 722, ITU-T G. 722.1, ITU-T G. 722.1 Annex C, AAC(Advanced Audio Coding)-LD 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 디지털 신호는 CD(Compact Disc), WAVE, AIFF(Audio Interchange File Format), MPEG(Moving Picture Experts Group)-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MIDI(Musical Instrument Digital Interface), WMA(Windows Media Audio), RealAudio, VQF(Transform-domain Weighted Nterleave Vector Quantization), AMR(Adaptibve Multi-Rate), APE, FLAC(Free Lossless Audio Codec), AAC(Advanced Audio Coding) 등, 또는 이들의 조합을 포함하는 특정 포맷으로 전송될 수 있다.
신호 처리 모듈(240)은 신호 처리 디바이스(200)의 다른 구성요소들로부터 수신되는 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 모듈(240)은 샘플링 모듈(220)의 샘플링 유닛들에서 전송되는 디지털 신호들을 처리할 수 있다. 신호 처리 모듈(240)은 샘플링 모듈(220)에 저장된 정보 및/또는 데이터에 액세스할 수 있다. 다른 예로서, 신호 처리 모듈(240)은 샘플링 모듈(220)에 직접 접속되어 저장된 정보 및/또는 데이터에 액세스할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 처리 모듈(240)은, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 감소된 명령 세트 컴퓨터(RISC), 주문형 집적 회로들(ASICs), 주문형 명령-세트 프로세서(ASIP), 중앙 처리 디바이스(CPU), 그래픽 처리 디바이스(GPU), 물리 처리 디바이스(PPU), 마이크로컨트롤러 유닛, 디지털 신호 처리기(DSP), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 고급 RISC 기계(ARM), 프로그램 가능 논리 디바이스(PLD), 하나 이상의 기능들을 실행할 수 있는 임의의 회로나 처리기 등, 또는 이들의 조합들과 같은 처리기에 의해 구현될 수 있다.
신호 처리 디바이스(200)에 대한 상기 설명은 예시의 목적으로 제공될 뿐, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아님을 유념해야 한다. 통상의 기술자를 위해, 본 발명의 교시 하에 여러 변형들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 변형들 및 수정들은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다. 예를 들어, 신호 처리 디바이스(200)는 신호 처리 디바이스(200)내의 다른 구성요소들(예를 들어, 음향-전기 변환 모듈(210) 및/또는 샘플링 모듈(220))로부터 수신되는 신호들을 저장하기 위한 저장장치를 더 포함할 수 있다. 예시적인 저장장치는 대용량 저장장치, 이동식 저장장치, 휘발성 읽기 및 쓰기 메모리, 읽기 전용 메모리(ROM) 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 전송기들이 생략될 수 있다. 복수의 부대역 신호들은 적외선파, 전자파, 음파 등, 또는 이들의 조합과 같은 파동 매체에 의해 전송될 수 있다. 다른 예로서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 2, 3 또는 4개의 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 오디오 신호를 처리하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 프로세스(300)의 적어도 일부는 도 2에 도시된 신호 처리 디바이스(200) 상에서 구현될 수 있다.
310에서, 오디오 신호(205)가 검출될 수 있다. 오디오 신호(205)는 복수의 음향-전기 변환기들에 의해 검출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기들은 상이한 주파수 응답들을 가질 수 있다. 복수의 음향-전기 변환기들은 도 2에 도시된 동일한 신호 처리 디바이스(200)에 배치될 수 있다. 오디오 신호(205)는 특정 주파수 대역을 가질 수 있다.
320에서, 오디오 신호(205)에 따라 복수의 부대역 신호들이 생성될 수 있다. 복수의 부대역 신호들은 복수의 음향-전기 변환기들에 의해 생성될 수 있다. 생성된 부대역 신호들 중 적어도 2개는 상이한 주파수 대역들을 가질 수 있다. 각각의 부대역 신호는 오디오 신호(205)의 주파수 대역 내에 있는 주파수 대역을 가질 수 있다.
프로세스(300)에 관한 상기 설명은 예시의 목적으로 제공될 뿐, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아님을 유념해야 한다. 본 발명의 교시 하에 여러 변형들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 변형들 및 수정들은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않는다. 일부 실시예들에서, 프로세스(300)에서 하나 이상의 동작들이 생략될 수 있거나, 하나 이상의 추가 동작들이 추가될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(300)는 동작(320) 이후에 부대역 신호들을 샘플링하는 동작을 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도이다. 음향-전기 변환기(211)는 오디오 신호를 전기 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 음향-전기 변환기(211)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430)를 포함할 수 있다.
음향 채널 구성요소(410)는, 오디오 신호가 사운드 감지 구성요소(420)에 도달하기 전에 오디오 신호를 처리할 수 있는 음향 채널 구성요소(410)의 음향 구조에 의해 오디오 신호가 사운드 감지 구성요소(420)에 전송되는 경로에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 오디오 신호는 공기-전도-사운드 신호일 수 있고, 음향 채널 구성요소(410)의 음향 구조는 공기-전도-사운드 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 또한, 오디오 신호는 골-전도-사운드 신호일 수 있고, 음향 채널 구성요소(410)의 음향 구조는 골-전도-사운드 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 구조는 하나 이상의 챔버 구조들, 하나 이상의 파이프 구조들 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향 구조의 음향 임피던스는 검출된 오디오 신호의 주파수에 따라 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 구조의 음향 임피던스는 특정 범위 내에서 변할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 오디오 신호의 주파수 대역은 음향 구조의 음향 임피던스의 대응하는 변화들을 유발할 수 있다. 즉, 음향 구조는 검출된 오디오 신호의 부대역을 처리하는 필터로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 주로 챔버 구조를 포함하는 음향 구조는 고역 통과 필터로서 기능할 수 있고, 주로 파이프 구조를 포함하는 음향 구조는 저역 통과 필터로서 기능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 주로 챔버 구조를 포함하는 음향 구조의 음향 임피던스는 [수학식 1]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 Z는 음향 임피던스를 나타내고, ω는 각 주파수(예를 들어, 챔버 구조)를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내고, Ca는 사운드 용량을 나타내고, ρ0는 공기 밀도를 나타내고, c0는 사운드 속도를 나타내고, V0는 챔버의 등가 부피를 나타낸다.
일부 실시예들에서, 주로 파이프 구조를 포함하는 음향 구조의 음향 임피던스는 [수학식 2]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 Z는 음향 임피던스를 나타내고, Ma는 음량을 나타내고, ω는 음향 구조(예를 들어, 파이프 구조)의 각 주파수를 나타내고, ρ0는 공기 밀도를 나타내고, l0는 파이프의 등가 길이를 나타내고, S는 오리피스(orifice)의 단면적을 나타낸다.
챔버-파이프 구조는 사운드 용량과 음량이 직렬로 조합된 것으로, 예를 들어 헬름홀츠 공진기이며, 인덕터-커패시터(LC) 공진 회로가 형성될 수 있다. 챔버 파이프 구조의 음향 임피던스는 [수학식 3]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
[수학식 3]에 따르면, 챔버-파이프 구조는 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 대역 통과 필터의 중심 주파수는 [수학식 4]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
챔버-파이프 구조에 음향 저항 재료를 사용하면, 저항기-인덕터-커패시터(RLC) 계열 루프가 형성될 수 있으며, RLC 계열 루프의 음향 임피던스는 [수학식 5]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 Ra는 RLC 계열 루프의 음향 저항을 나타낸다. 챔버-파이프 구조는 또한 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 음향 저항 Ra의 조정은 대역 통과 필터의 대역폭을 변경할 수 있다. 대역 통과 필터의 중심 주파수는 [수학식 6]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
사운드 감지 구성요소(420)는 음향-채널 구성요소에 의해 전송된 오디오 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 사운드 감지 구성요소(420)는 오디오 신호를 전기 파라미터들의 변화들로 변환할 수 있으며, 이는 전기 신호로 구현될 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)의 구조는 다이어프램들, 플레이트들, 캔틸레버들 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 사운드 감지 구성요소(420)는 하나 이상의 다이어프램들을 포함할 수 있다. 다이어프램을 포함하는 사운드 감지 구성요소(420)의 구조에 관한 세부 사항들은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 6a 및 6b 및 그 설명). 다중 다이어프램들을 포함하는 사운드 감지 구성요소(420)의 구조에 관한 세부 사항들은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 7a 및 도 8a 및 그 설명). 사운드 감지 구성요소(420)에 포함된 다이어프램들은 병렬(예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이) 또는 직렬(예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이)로 접속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7b 및 도 7c 및 그 설명을 참조하면, 다중 다이어프램들이 병렬로 접속된 사운드 감지 구성요소(420)의 주파수 응답의 대역폭은 다이어프램을 갖는 사운드 감지 구성요소(420)의 주파수 응답의 대역폭보다 넓고 평탄할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 8b 및 그 설명을 참조하면, 다중 다이어프램들이 직렬로 접속된 사운드 감지 구성요소(420)의 주파수 응답의 대역폭은 다이어프램을 갖는 사운드 감지 구성요소(420)의 주파수 응답의 대역폭보다 날카로운 에지를 가질 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)의 재료는 플라스틱들, 금속들, 복합재들, 압전 재료들 등을 포함할 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)에 관한 더 상세한 설명은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 6a 내지 도 9d 및 그 설명).
음향 채널 구성요소(410)와 관련하여 설명된 바와 같이, 음향 채널 구성요소(410) 또는 사운드 감지 구성요소(420)는 필터로서 기능할 수 있다. 음향 채널 구성요소(410) 및 사운드 감지 구성요소(420)를 포함하는 구조도 또한 필터로서 기능할 수 있다. 구조에 대한 상세한 설명은 도 9a 및 도 9b 및 그 설명에서 찾을 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향 채널 구성요소(410) 및/또는 사운드 감지 구성요소(420)의 파라미터(들)(예를 들어, 구조 파라미터들)를 수정함으로써, 음향 채널 구성요소(410) 및 사운드 감지 구성요소(420)의 조합의 주파수 응답이 그에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 9c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 2개의 조합 구조들의 예시적인 주파수 응답들을 도시한다. 점선(931)은 음향 채널 구성요소와 사운드 감지 구성요소의 조합(또는 제 1 조합 구조로 언급됨)의 주파수 응답을 나타낸다. 음향 채널 구성요소 또는 사운드 감지 구성요소의 하나 이상의 파라미터들(예를 들어, 구조 파라미터들)이 수정되어, 제 1 조합 구조와 상이한 제 2 조합 구조를 유발할 수 있다. 실선(933)은 제 2 조합 구조의 주파수 응답을 나타낼 수 있다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 20HZ 내지 20,000HZ의 주파수 대역에서, 제 2 조합 구조의 주파수 응답(즉, 실선(933))은 제 1 조합 구조의 주파수 응답(즉, 점선(931))보다 평탄할 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향 채널 구성요소(410) 및 사운드 감지 구성요소(420)의 조합의 주파수 응답은 음향 채널 구성요소(410)의 주파수 응답 및/또는 사운드 감지 구성요소(420)의 주파수 응답과 관련될 수 있다. 예를 들어, 음향 채널 구성요소(410) 및 사운드 감지 구성요소(420)의 조합의 주파수 응답의 에지의 가파름(steepness)은 음향 채널 구성요소(410)의 주파수 응답의 차단 주파수가 사운드 감지 구성요소(420)의 주파수 응답의 차단 주파수에 가까운 정도와 관련될 수 있다. 음향 채널 구성요소(410)의 주파수 응답의 차단 주파수 및 사운드 감지 구성요소(420)의 주파수 응답의 차단 주파수가 서로 더 가까울 때, 음향 채널 구성요소(410)와 사운드 감지 구성요소(420)의 조합의 주파수 응답의 에지는 더 가파를 수 있다. 예를 들어, 도 9d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 조합 구조의 예시적인 주파수 응답을 도시한다. 파선(941)은 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답을 나타낸다. 점선(943)은 음향 채널 구성요소의 주파수 응답을 나타내고, 실선(945)은 음향 채널 구성요소와 사운드 감지 구성요소의 조합의 주파수 응답을 나타낼 수 있다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 음향 채널 구성요소의 코너 주파수(즉, 점선(943))(차단 주파수라고도 언급됨)는 사운드 감지 구성요소의 코너 주파수(즉, 파선(941))에 가깝거나 같을 수 있으며, 이는 음향 채널 구성요소와 사운드 감지 구성요소의 조합의 주파수(즉, 실선(945))가 더 가파른 에지를 가질 수 있게 한다.
일부 실시예들에서, 음향 채널 구성요소(410) 및/또는 사운드 감지 구성요소(420)의 하나 이상의 구조 파라미터들은 수정되거나 조정될 수 있다. 예를 들어, 음향 채널 구성요소(410) 및/또는 사운드 감지 구성요소(420) 내의 상이한 요소들 사이의 간격은 본 개시내용의 다른 곳에서 예시된 피드백 모듈에 의해 구동되는 모터에 의해 조정될 수 있다. 다른 예로서, 사운드 감지 구성요소(420)를 통해 흐르는 전류는 예를 들어 피드백 모듈에 의해 전송된 명령들에 따라 조정될 수 있다. 음향 채널 구성요소(410) 및/또는 사운드 감지 구성요소(420)의 하나 이상의 구조 파라미터들의 조정은 그것의 필터링 특성의 변화들을 유발할 수 있다.
회로 구성요소(430)는 전기 파라미터들(예를 들어, 전기 신호)의 변화들을 검출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로 구성요소(430)는 추가 처리를 위해 전기 신호들에 관한 하나 이상의 기능들을 수행할 수 있다. 예시적인 기능들은 증폭, 변조, 단순 필터링 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로 구성요소(430)의 하나 이상의 파라미터들을 조정함으로써, 대응하는 통과 대역들의 감도가 서로 매칭되도록 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로 구성요소들(430)은 미리 설정된 명령, 피드백 신호, 또는 제어기에 의해 전송되는 제어 신호 등, 또는 이들의 조합과 같은 조건들에 따라 하나 이상의 통과 대역들의 감도를 조정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로 구성요소들(430)은 하나 이상의 통과 대역들의 감도를 자동으로 조정할 수 있다.
도 5a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향 채널 구성요소(410)를 도시한다. 음향 채널 구성요소(410)는 하나 이상의 파이프 구조들을 포함할 수 있다. 도 5a는 3개의 예시적인 파이프 구조들, 즉 제 1 파이프 구조(501), 제 2 파이프 구조(502) 및 제 3 파이프 구조(503)를 도시한다. 각 파이프 구조는 오디오 신호를 검출하거나 수신하기 위한 전방 음향 저항 재료 및 오디오 신호에 따라 신호를 출력하기 위한 단부 음향 저항 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 파이프 구조(501)는 전방 음향 저항 재료(511) 및 단부 음향 저항 재료(512)를 포함할 수 있다. 제 2 파이프 구조(502)는 전방 음향 저항 재료(513) 및 단부 음향 저항 재료(514)를 포함할 수 있다. 제 3 파이프 구조(503)는 전방 음향 저항 재료(515) 및 단부 음향 저항 재료(516)를 포함할 수 있다. 음압 P가 제 1 파이프 구조(501), 제 2 파이프 구조(502) 및 제 3 파이프 구조(503)를 연속적으로 통과할 때, 음압 P는 음압 P3가 될 수 있다. 음향 채널 구성요소(410)(또는 음향 필터링 네트워크로 언급됨)에 대응하는 예시적인 회로가 도 5b에 도시될 수 있다.
도 5b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 5a에 도시된 음향 채널 구성요소(410)의 예시적인 등가 회로 모델을 도시한다. 회로는 제 1 저항기(541), 제 2 저항기(542), 제 3 저항기(543), 제 4 저항기(544), 제 1 인덕터(551), 제 2 인덕터(552), 제 3 인덕터(553), 제 4 인덕터(554), 제 1 커패시터(561), 제 1 커패시터(562) 및 제 3 커패시터(563)를 포함한다. 제 1 커패시터(561)의 제 1 단부는 제 1 인덕터(551)의 제 1 단부 및 제 2 저항기(542)의 제 1 단부에 접속될 수 있다. 제 1 인덕터(551)의 제 2 단부는 접속될 수 있다. 제 2 커패시터(562)의 제 1 단부는 제 2 인덕터(552)의 제 1 단부 및 제 3 저항기(543)의 제 1 단부에 접속될 수 있다. 제 2 인덕터(552)의 제 2 단부는 제 2 저항기(542)의 제 2 단부에 접속될 수 있다. 제 3 커패시터(563)의 제 1 단부는 제 3 인덕터(553)의 제 1 단부 및 제 4 저항기(544)의 제 1 단부에 접속될 수 있다. 제 3 인덕터(553)의 제 2 단부는 제 3 저항기(543)의 제 2 단부에 접속될 수 있다. 제 4 인덕터(554)의 제 1 단부는 제 4 저항기(544)의 제 2 단부에 접속될 수 있다.
도 6a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소(420)의 예시적인 기계 모델의 개략도이다. 사운드 감지 구성요소(420)의 하나 이상의 요소들은 그것에 충돌하는 오디오 신호에 따라 진동할 수 있다. 오디오 신호는 음향 채널 구성요소(410)로부터 전송될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사운드 감지 구성요소(420)의 하나 이상의 요소들의 진동은 사운드 감지 구성요소(420)의 전기 파라미터들의 변화들을 유발할 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)는 오디오 신호의 특정 주파수 대역에 민감할 수 있다. 오디오 신호의 주파수 대역은 사운드 감지 구성요소(420)의 전기 파라미터들에 대응하는 변화들을 유발할 수 있다. 즉, 사운드 감지 구성요소(420)는 오디오 신호의 부대역을 처리하는 필터로서 기능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 사운드 감지 구성요소(420)는 다이어프램일 수 있다. 도 6a는, 다이어프램(611) 및 탄성 구성요소(613)를 포함할 수 있는 예시적인 다이어프램을 도시한다. 다이어프램(611)의 제 1 지점은 탄성 구성요소(613)의 제 1 지점에 접속될 수 있다. 다이어프램(611)의 제 2 지점은 탄성 구성요소(613)의 제 2 지점에 접속될 수 있다.
도 6b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소(420)의 예시적인 기계 모델의 개략도이다. 사운드 감지 구성요소(420)는 다이어프램일 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 다이어프램은 다이어프램(621), 감쇠 구성요소(623) 및 탄성 구성요소(625)를 포함할 수 있다. 다이어프램(621)의 제 1 단부는 감쇠 구성요소(623)의 제 1 단부와, 탄성 구성요소(625)(예를 들어, 스프링)의 제 1 단부에 접속할 수 있다. 감쇠 구성요소(623)의 제 2 단부는 고정될 수 있다. 탄성 구성요소(625)의 제 2 단부는 고정될 수 있다.
도 6c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 6a 및 도 6b에 도시된 기계 모델에 대응하는 예시적인 등가 회로 모델의 개략도이다. 회로는 저항기(631), 인덕터(633) 및 커패시터(635)를 포함할 수 있다. 인덕터(633)의 제 1 단부는 저항기(631)의 제 1 단부에 접속할 수 있다. 인덕터(633)의 제 2 단부는 제 1 단부에 접속될 수 있다. 회로는 대역 통과 필터로 작용할 수 있는 RLC 직렬 회로를 구성할 수 있다. 대역 통과 필터의 중심 주파수는 [수학식 9]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 Mm은 다이어프램의 질량을 나타내고, Km은 다이어프램의 탄성 계수를 나타내고, Rm은 다이어프램의 감쇠를 나타낸다. Rm은 RLC 직렬 회로에 의해 구현되는 필터의 대역폭을 수정하도록 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오디오 신호가 사운드 감지 구성요소(420)에 전송되는 경로에 영향을 미칠 수 있는 음향 구조, 또는 오디오 신호를 전기 신호로 변환할 수 있는 사운드 감지 구성요소(420)는 주파수 도메인과 시간 도메인 모두에서 오디오 신호에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 사운드 감지 구성요소(420)의 하나 이상의 특성들은 특정 필터링 요건들을 충족시키기 위해 사운드 감지 구성요소(420)의 재료들의 하나 이상의 비선형 시변 특성들을 조정함으로써 조정될 수 있다. 예시적인 비선형 시변 특성들은 히스테리시스 지연, 크리프(creep), 비-뉴턴적 특성들 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 7a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 사운드 감지 구성요소(420)의 기계 모델의 개략도이다. 일부 실시예들에서, 특정 필터링 특성들을 달성하기 위해 다중 사운드 감지 구성요소들이 조합될 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 기계 모델은 복수의 사운드 감지 구성요소들을 포함할 수 있다. 사운드 감지 구성요소들은 병렬로 접속될 수 있다. 각각의 사운드 감지 구성요소에 대응하는 기계 모델은 다이어프램(704), 감쇠 구성요소(721) 및 탄성 구성요소(723)를 포함할 수 있다. 개별 사운드 감지 구성요소에 관한 더 상세한 설명은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 6b 및 6c, 및 그 설명). 일부 실시예들에서, 다중 사운드 감지 구성요소들을 포함하는 사운드 감지 구성요소(420)는 다중-피크 필터링, 다중-중심-주파수 필터링, 또는 다중-대역 통과 필터링을 수행할 수 있다.
도 7b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들에 대응하는 예시적인 주파수 응답들을 도시한다. 사운드 감지 구성요소(420)는 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소를 포함한다. 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소는 병렬로 접속될 수 있다. 제 1 사운드 감지 구성요소의 중심 주파수는 제 2 감지 구성요소의 중심 주파수와 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 7b에 도시된 바와 같이, 점선(701)은 제 1 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답을 나타내고, 파선(702)은 제 2 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답을 나타낸다. 실선(703)은 제 1 사운드 감지 구성요소와 제 2 사운드 감지 구성요소의 조합의 주파수 응답을 나타낼 수 있다. 제 1 사운드 감지 구성요소와 제 2 사운드 감지 구성요소의 조합의 주파수 응답(즉, 실선(703))의 대역폭은 제 1 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답(즉, 점선(701)) 또는 제 2 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답(즉, 파선(702))보다 넓고 평탄하다.
일부 실시예들에서, 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답들은 서로 교차할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답들은 절반-전력 지점 근처에 있지 않은 주파수 지점에서 교차할 수 있다. 도 10a 내지 10c 및 그 설명과 관련하여 설명된 바와 같이, 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들이 절반-전력 지점(들) 근처 또는 그 지점에서 교차할 때, 음향-전기 변환기들을 포함하는 음향-전기 변환 모듈(210)의 주파수 응답은 그 내부의 음향-전기 변환기들이 절반-전력 지점(들) 근처나 그 지점에서 교차하지 않을 때 음향-전기 변환 모듈(210)보다 평탄할 수 있다. 그러나, 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소가 동일한 사운드 감지 구성요소(420)에 배치되고, 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답들의 중첩이 벡터들의 중첩일 수 있기 때문에, 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소의 출력 위상들이 고려되어야 한다. 따라서, 제 1 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답과 제 2 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답이 절반-전력 지점에 가깝지 않은 주파수 지점에서 교차할 때, 제 1 사운드 감지 구성요소와 제 2 사운드 감지 구성요소의 조합의 주파수 응답은 절반-전력 지점 근처 또는 그 지점의 주파수 지점에서 교차하는 주파수 응답을 갖는 2개의 사운드 감지 구성요소들의 조합보다 평탄하고 넓을 수 있다.
도 7c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들의 예시적인 주파수 응답들을 도시한다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 사운드 감지 구성요소(420)는 병렬로 접속된 제 1 사운드 감지 구성요소, 제 2 사운드 감지 구성요소 및 제 3 사운드 감지 구성요소를 포함할 수 있다. 제 1 사운드 감지 구성요소, 제 2 사운드 감지 구성요소 및 제 3 사운드 감지 구성요소는 언더댐핑 사운드 감지 구성요소들일 수 있으며, 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소, 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소 및 제 3 언더댐핑 사운드 감지 구성요소로 각각 언급될 수 있다. 각 사운드 감지 구성요소의 중심 주파수는 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 7c에 도시된 바와 같이, 점선(711), 파선(712) 및 일점쇄선(713)은 각각 제 1 사운드 감지 구성요소, 제 2 사운드 감지 구성요소 및 제 3 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답들을 나타낸다. 실선(714)은 제 1 사운드 감지 구성요소, 제 2 사운드 감지 구성요소 및 제 3 사운드 감지 구성요소의 조합의 주파수 응답을 나타낼 수 있다. 제 1 사운드 감지 구성요소, 제 2 사운드 감지 구성요소 및 제 3 사운드 감지 구성요소의 조합의 주파수 응답(즉, 실선(714))의 대역폭은 제 1 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답(즉, 점선(711) 또는 제 4 주파수 응답으로 언급됨), 제 2 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답(즉, 파선(712) 또는 제 5 주파수 응답으로 언급됨), 또는 제 3 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답(즉, 일점쇄선(713), 또는 제 6 주파수 응답으로 언급됨)보다 넓고 평탄하다.
제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 중심 주파수(또는 제 5 중심 주파수로 언급됨)는 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 중심 주파수(또는 제 4 중심 주파수로 언급됨)보다 높고, 제 3 언더댐핑 사운드-감지 구성요소의 중심 주파수(또는 제 6 중심 주파수로 언급됨)는 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 중심 주파수보다 높다.
일부 실시예들에서, 제 4 주파수 응답 및 제 5 주파수 응답은 제 4 주파수 응답의 절반-전력 지점과 제 5 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처에 있는 지점에서 교차한다. 즉, 제 4 주파수 응답과 제 5 주파수 응답은 전력 레벨이 -5dB 이상 -1dB 이하인 지점에서 교차한다.
도 7b와 관련하여 설명된 바와 같이, 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소 및 제 3 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답들이 절반-전력 지점 근처에 있지 않은 주파수 지점들에서 교차할 수 있는 경우, 제 1 사운드 감지 구성요소 및 제 2 사운드 감지 구성요소 및 제 3 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답들은 절반-전력 지점 근처 또는 그 지점의 주파수 지점들에서 교차하는 주파수 응답을 갖는 3개의 사운드 감지 구성요소들의 조합보다 평탄하고 넓을 수 있다.
도 8a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소(420)에 대응하는 예시적인 기계 모델의 개략도이다. 사운드 감지 구성요소(420)에 대응하는 기계 모델은 복수의 사운드 감지 구성요소들을 포함할 수 있다. 복수의 사운드 감지 구성요소들은 직렬로 접속될 수 있다. 예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 사운드 감지 구성요소(420)는 2개의 사운드 감지 구성요소들을 포함할 수 있고, 각각은 다이어프램(811), 감쇠 구성요소(815) 및 탄성 구성요소(813)를 포함할 수 있다. 오디오 신호(음압은 P)가 다이어프램(811)에 도달해서 사운드 감지 구성요소(420)가 전기 신호(도시안됨)를 생성하도록 할 수 있다. 개별 사운드 감지 구성요소에 관한 더 상세한 설명은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 6b 및 6c, 및 그 설명).
도 8b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 사운드 감지 구성요소들에 대응하는 예시적인 주파수 응답들을 도시한다. 실선(821)은 하나의 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답을 나타낸다. 점선(823)은 직렬로 접속된 2개의 사운드 감지 구성요소들의 조합의 주파수 응답을 나타낸다. 파선(825)은 직렬로 접속된 3개의 사운드 감지 구성요소들의 조합의 주파수 응답을 나타낸다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 사운드 감지 구성요소들의 수는 이들이 배치된 음향-변환 디바이스의 주파수 응답에 영향을 미칠 수 있다. 직렬로 접속된 3개의 사운드 감지 구성요소들의 조합의 주파수 응답(즉, 파선(825))은 직렬로 접속된 2개의 사운드 감지 구성요소들의 조합의 주파수 응답(즉, 파선(823))보다 가파른 에지를 가질 수 있다. 직렬로 접속된 2개의 사운드 감지 구성요소들의 조합의 주파수 응답(즉, 파선(823))은 하나의 사운드 감지 구성요소의 주파수 응답(즉, 실선(821))보다 가파른 에지를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 많은 감지 구성요소들이 동일한 음향-변환 디바이스에 배치될 때, 음향-변환 디바이스의 차수가 늘어날 수 있다.
일부 실시예들에서, 3개의 사운드 감지 구성요소들이 직렬로 접속될 수 있다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 사운드 감지 구성요소는 하위 차단 주파수 및 상위 차단 주파수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 3개의 사운드 감지 구성요소들 중 임의의 중심 주파수는 3개의 사운드 감지 구성요소들의 하위 차단 주파수 중 가장 작은 차단 주파수보다 클 수 있고, 3개의 사운드 감지 구성요소들의 상위 차단 주파수들 중 가장 큰 차단 주파수 이하일 수 있다.
도 9a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향 채널 구성요소와 사운드 감지 구성요소의 조합 구조를 도시한다. 구조는 전방 챔버와 후방 챔버를 갖는 다이어프램 마이크로폰으로 구현될 수 있다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 오디오 신호(음압은 P)가 먼저 음향 저항 재료를 포함할 수 있는 음향 채널 구성요소의 사운드 홀(915)에 도달한 다음, 다이어프램(914) 및 사운드 감지 구성요소의 후방 챔버에 도달할 수 있다. P는 오디오 신호에 의해 유발된 마이크로폰의 음압이고, S는 다이어프램의 유효 영역이다. 음향 채널 구성요소에 관한 더 상세한 설명은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 5a 및 5b 및 그 설명). 사운드 감지 구성요소에 대한 더 상세한 설명은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 6a 내지 도 6c 및 그 설명).
도 9b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 9a에 도시된 조합 구조의 예시적인 회로의 개략도이다. 회로에서, 저항기(922)(저항이 S2Ra임) 및 인덕터(923)(인덕턴스가 S2Ma임)는 사운드 홀(sound hole)의 음향 저항 및 음량을 나타낼 수 있다. 커패시터(924)(커패시턴스가 S2Ca1임)는 전방 챔버의 음향 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 커패시터(928)(커패시턴스가 Ca2/S2임)는 후방 챔버의 음향 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 저항기(925)(저항이 Rm임), 인덕터(926)(인덕턴스가 Mm임) 및 커패시터(927)(커패시턴스가 Cm임)는 각각 다이어프램의 저항, 다이어프램의 질량 및 다이어프램의 탄성 계수를 나타낼 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 음향-전기 변환 모듈들의 주파수 응답들을 도시한다. 도 10a, 도 10b, 도 10c는 각각 제 1 음향-전기 변환 모듈, 제 2 음향-전기 변환 모듈 및 제 3 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답들을 도시한다. 제 1 음향-전기 변환 모듈, 제 2 음향-전기 변환 모듈 및 제 3 음향-전기 변환 모듈 각각은 3개의 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 제 1 음향-전기 변환 모듈은 변환기(1), 변환기(2) 및 변환기(3)를 포함할 수 있다. 변환기(1)의 주파수 응답은 절반-전력 지점 근처에 있지 않은 주파수 지점에서 변환기(2)의 주파수 응답과 교차하고, 변환기(2)의 주파수 응답은 절반-전력 지점 근처에 있지 않은 주파수 지점에서 변환기(3)의 주파수 응답과 교차한다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 제 1 음향-전기 변환 모듈은 변환기(4)(예를 들어, 제 1 음향-전기 변환기), 변환기(5)(예를 들어, 제 2 음향-전기 변환기) 및 변환기(6)(예를 들어, 제 3 음향-전기 변환기)을 포함할 수 있다. 변환기(4)는 제 1 주파수 대역폭을 갖고, 변환기(5)는 제 1 주파수 대역폭과 상이한 제 2 주파수 대역폭을 갖는다. 제 2 주파수 대역폭은 제 1 주파수 대역폭보다 크고, 변환기(5)의 중심 주파수는 변환기(4)의 중심 주파수보다 높다. 변환기(6)의 중심 주파수는 변환기(5)의 중심 주파수보다 높다.
변환기(4)의 주파수 응답은 절반-전력 지점 근처의 주파수 지점에서 변환기(5)의 주파수 응답과 교차하고, 변환기(5)의 주파수 응답은 절반-전력 지점 근처의 주파수 지점에서 변환기(6)의 주파수 응답과 교차한다. 예를 들어, 변환기(4)의 주파수 응답과 변환기(5)의 주파수 응답은 변환기(4)의 주파수 응답의 절반-전력 지점과 변환기(5)의 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처에 있는 지점에서 교차한다. 도시된 바와 같이, 변환기(4)의 주파수 응답과 변환기(5)의 주파수 응답은 전력 레벨이 -5dB 이상 -1dB 이하인 지점에서 교차한다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 제 1 음향-전기 변환 모듈은 변환기(7), 변환기(8) 및 변환기(9)를 포함할 수 있다. 변환기(7)의 주파수 응답은 절반-전력 지점 근처에 있지 않은 주파수 지점에서 변환기(8)의 주파수 응답과 교차하고, 변환기(8)의 주파수 응답은 절반-전력 지점 근처에 있지 않은 주파수 지점에서 변환기(9)의 주파수 응답과 교차한다. 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 제 2 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답은 제 1 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답보다 평탄할 수 있고, 제 3 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답은 제 2 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답보다 인접한 채널들로부터 더 많은 간섭을 나타낸다. 하기에 예시된 설명은 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답과 음향-전기 변환 모듈의 음향-전기 변환기들이 서로 교차하는 위치 사이의 관계를 예시하기 위해 제공될 수 있다.
음향-전기 변환기들의 주파수 응답들은 특정 주파수 지점들에서 서로 교차할 수 있어서, 주파수 응답들 사이에 특정 중첩 범위를 유발한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 중첩 범위는 주파수 응답들이 서로 교차하는 주파수 지점과 관련된다. 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들의 중첩은 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들에 의해 생성되는 전기 신호들을 출력하도록 구성된 인접 채널들에서 간섭들을 유발할 수 있다. 일부 경우에, 중첩 범위가 클수록, 간섭이 많을 수 있다. 음향-전기 변환기들의 응답 주파수들의 중심 주파수들 및 대역폭들은 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들 중 더 좁은 중첩 범위를 획득하도록 조정될 수 있다.
예를 들어, 음향-전기 변환 모듈(210)은 다중 1차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 음향-전기 변환기들 각각의 중심 주파수는 특정 중첩 범위들을 달성하기 위해 그 구조 파라미터들을 조정함으로써 조정될 수 있다. 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 2개의 주파수 응답들 사이의 중첩 범위는 음향-전기 변환기들에 의해 출력되는 부대역 신호들 사이의 간섭 범위와 관련될 수 있다. 이상적인 시나리오에서는, 인접한 2개의 음향-전기 변환기들의 2개의 주파수 응답들 사이에 중첩 범위가 없다. 그러나 실제로는 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 2개의 주파수 응답들 사이에는 특정 중첩 범위가 존재할 수 있으며, 이는 2개의 음향-전기 변환기들에 의해 출력되는 부대역 신호들의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 2개의 주파수 응답들 사이에 비교적 작은 중첩 범위가 있는 경우, 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 조합의 주파수 응답은 중첩 범위 내에서 감소할 수 있다. 특정 주파수 대역에서 주파수 응답의 감소는 주파수 대역의 전력 레벨 감소를 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 주파수 응답들이 -5dB보다 작은 전력 레벨을 가진 주파수 지점에서 교차할 때 2개의 주파수 응답들 사이의 중첩 범위는 비교적 작은 것으로 간주될 수 있다. 인접한 2개의 음향-전기 변환기들의 2개의 주파수 응답들 사이에 비교적 큰 중첩 대역이 존재하는 경우, 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 조합의 주파수 응답은 중첩 범위 내에서 증가할 수 있다. 특정 주파수 대역에서 주파수 응답의 증가는 다른 주파수 범위들에 비해 주파수 대역에서 더 높은 전력 레벨을 나타낼 수 있다. 2개의 주파수 응답들 사이의 중첩 범위는 주파수 응답들이 -1dB보다 큰 전력 레벨을 가진 주파수 지점에서 교차할 때 비교적 작은 것으로 간주될 수 있다. 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들이 절반-전력 지점 근처 또는 그 지점에서 교차할 때, 각 음향-전기 변환기의 주파수 응답은 특정 주파수 대역들에서 에너지의 손실이나 반복이 없는 방식으로 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 조합의 주파수 응답들에 기여할 수 있으며, 이는 인접한 2개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들 사이에 적절한 중첩 대역을 유발할 수 있다. 2개의 인접한 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들은 주파수 응답이 -5dB 이상 -1dB 이하인 전력 레벨을 가진 주파수 지점에서 교차할 때 절반-전력 지점 근처 또는 그 지점에서 교차하는 것으로 간주될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개의 인접한 음향-전기 변환기들 중 적어도 하나의 음향-전기 변환기의 구조 파라미터들을 조정함으로써, 2개의 인접한 음향-전기 변환기들 중 적어도 하나의 음향-전기 변환기의 중심 주파수 및 주파수 대역폭이 조정될 수 있어서, 그에 따라 음향-전기 변환기들 사이에 조정된 중첩 영역들을 유발한다.
도 12는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 차수들의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들을 도시한다. 음향-전기 변환 모듈(210)은 복수의 음향-전기 변환기들을 포함한다. 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들은 중첩될 수 있어서, 음향-전기 변환 모듈(210)에서 인접한 신호 처리 채널들 사이에 간섭을 도입할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 실선(1201)은 1차 음향-전기 변환기의 주파수 응답을 나타내고, 점선(1202)은 2차 음향-전기 변환기의 주파수 응답을 나타내고, 일점쇄선(1204)은 4차 음향-전기 변환기의 주파수 응답을 나타낸다. 4차 음향-전기 변환기의 주파수 응답(즉, 일점쇄선(1204))의 대역 통과 에지는 2차 음향-전기 변환기의 주파수 응답(즉, 점선(1202))보다 가파를 수 있다. 2차 음향-전기 변환기의 주파수 응답(즉, 점선(1202))의 대역 통과 에지는 1차 음향-전기 변환기의 주파수 응답(즉, 실선(1201))보다 가파를 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기의 차수가 높을수록, 음향-전기 변환기의 대역 통과 에지의 기울기가 커질 수 있다. 이론적 분석에 따르면, 1차 음향-전기 변환기의 대역 통과 에지의 기울기는 6dB/oct일 수 있고, 음향-전기 변환기의 차수가 1차씩 증가될 때, 대역 통과 에지의 기울기는 6dB/oct만큼 증가할 수 있다. 따라서, 음향-전기 변환 모듈(210)에서 다차 음향-전기 변환기를 사용하면, 더 많은 음향-전기 변환기가 그 내부에 포함시킬 수 있으며, 이는 일반적으로 검출된 오디오 신호의 주파수 대역의 더 넓은 커버리지를 확보하는 것이 바람직하다.
일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들은 언더댐핑 대역 통과 음향-전기 변환기들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 언더댐핑 대역 통과 음향-전기 변환기는 음향-전기 변환기의 주파수 응답에서 공진 피크 근처에서 비-언더댐핑 대역 통과 음향-전기 변환기보다 가파른 기울기를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 주파수 대역에서 허용되는 음향-전기 변환기들의 최대 수는 대역 통과 음향-전기 변환기들의 필터링 특성들에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들이 특정 주파수 범위에 대해 절반-전력 지점들에서 서로 교차하는 경우, 하나의 음향-전기 변환 모듈(210)에 포함되도록 허용될 수 있는 특정 차수의 음향-전기 변환기들의 최대 수는 [표 1]에서 알 수 있다:
예를 들어, 주파수 대역 20Hz 내지 20kHz에 대해, 음향-전기 변환 모듈(210)은 10개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)에서 하나 이상의 음향-전기 변환기를 언더댐핑 상태로 조정함으로써, 음향-전기 변환 모듈(210)은 더 큰 차수를 가질 수 있다. 그러나, [표 1]은 예시 및 설명을 위한 목적일 뿐, 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아님을 명백히 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 다양한 변경들, 개선들 및 수정들이 발생할 수 있으며, 본 명세서에 명시적으로 언급되지는 않아도 통상의 기술자에게 의도된다. 이러한 변경들, 개선들 및 수정들은 본 개시내용에 의해 제안되도록 의도되고 본 개시내용의 예시적인 실시예들의 사상 및 범위 내에 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 복수의 제 1 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 10개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 1차 음향-전기 변환기들은 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 20개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 2차 음향-전기 변환기들은 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 30개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 3차 음향-전기 변환기들은 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 40개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 4차 음향-전기 변환기들은 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 8개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 1차 음향-전기 변환기들은 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 13개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 2차 음향-전기 변환기들은 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 19개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 3차 음향-전기 변환기들은 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 26개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 4차 음향-전기 변환기들은 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 4개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 1차 음향-전기 변환기들은 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 8개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 2차 음향-전기 변환기들은 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 12개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 3차 음향-전기 변환기들은 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)은 15개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함하고, 각각의 4차 음향-전기 변환기들은 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응한다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환 모듈들의 주파수 응답들을 도시한다. 도 13a는 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(1)로 언급됨)의 주파수 응답을 도시한다. 도 13b는 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(2)로 언급됨)의 주파수 응답을 예시한다. 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(1)의 음향-전기 변환기(들)는 비-언더댐핑 음향-전기 변환기들이고, 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(1)의 음향-전기 변환기(들)는 언더댐핑 음향-전기 변환기들이다. 도 13a 및 도 13b에서 알 수 있는 바와 같이, 음향-전기 변환기들이 비-언더댐핑 음향-전기 변환기들보다는 언더댐핑 음향-전기 변환기들일 때 더 많은 음향-전기 변환기들이 음향-전기 변환 모듈에 포함될 수 있다. 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(1) 및 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(2)은 4개의 1차 대역 통과 음향-전기 변환기들 및 6개의 1차 대역 통과 음향-전기 변환기들을 각각 포함한다. 도 13a의 실선은 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(1)의 주파수 응답을 나타낸다. 도 13a의 점선들은 각각 4개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들을 나타낸다. 도 13b의 실선은 1차 대역 통과 음향-전기 변환 모듈(2)의 주파수 응답을 나타낸다. 도 13b의 6개의 점선들은 각각 6개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈은 지정된 필터링 효과를 달성하도록 구성된 필터로 간주될 수 있다. 일부 실시예들에서, 필터는 1차 필터 또는 다차 필터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 필터는 선형 또는 비선형 필터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 필터는 시변 또는 비-시변 필터(non-time-varying filter)일 수 있다. 필터는 공진 필터, 로엑스 함수 필터(Roex function filter), 감마톤 필터, 감마처프 필터(Gamachirp filter) 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈은 감마톤 필터일 수 있다. 구체적으로, 음향-전기 변환 모듈에서 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들의 대역폭들은 상이할 수 있다. 또한, 더 높은 중심 주파수를 갖는 음향-전기 변환기는 더 큰 대역폭을 갖도록 설정될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기의 중심 주파수 fc는 [수학식 1]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
[수학식 1]
여기서 fH는 차단 주파수를 나타내고, α는 중첩 인자를 나타낸다.
음향-전기 변환기의 대역폭 B는 [수학식 2]에 따라 다음과 같이 설정될 수 있다:
[수학식 2]
도 14a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기(211)의 개략도이다. 음향-전기 변환기(211)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430)를 포함할 수 있다.
음향 채널 구성요소(410)는 2차 구성요소(1450)를 포함할 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)는 2차 대역 통과 다이어프램(1421) 및 닫힌 챔버(1422)를 포함할 수 있다. 회로 구성요소(430)는 커패시턴스 검출 회로(1431)를 포함할 수 있고, 및 증폭 회로(1432)를 포함할 수 있다.
음향-전기 변환기(211)는 2개의 공동부들(cavities)을 갖는 공기-전도 음향-전기 변환기일 수 있다. 2차 대역 통과 다이어프램(1421)의 다이어프램은 다이어프램 표면 상에 오디오 신호에 의해 유발된 음압 변화를 다이어프램의 기계적 진동으로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 커패시턴스 검출 회로(1431)는 다이어프램의 진동에 의해 유발된 다이어프램과 플레이트 사이의 커패시턴스 변화를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 증폭 회로(1432)는 출력 전압의 진폭을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 사운드 홀은 제 1 챔버에 제공될 수 있고, 사운드 홀에는 필요에 따라 음향 저항 재료가 제공될 수 있다. 제 2 챔버가 닫힐 수 있다. 사운드 홀과 주변 공기의 음향 임피던스는 유도성일 수 있다. 저항 재료는 음향 임피던스를 가질 수 있다. 제 1 챔버는 용량성 음향 임피던스를 가질 수 있다. 제 2 챔버는 용량성 음향 임피던스를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 제 1 챔버는 또한 전방 챔버로 언급될 수 있고, 제 2 챔버는 후방 챔버로 언급될 수 있다.
도 14b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14a에 도시된 음향-전기 변환기의 예시적인 음향력 발생기의 개략도이다.
음향력 발생기는 오디오 신호(1401)를 검출할 수 있고, 제 1 챔버(1404) 및 제 2 챔버(1406)를 포함할 수 있다. 제 1 챔버(1404)는 사운드 홀(1402)과 사운드 홀(1402)에 내장된 사운드 저항 재료(1403)를 포함할 수 있다. 제 1 챔버(1404) 및 제 2 챔버(1406)는 다이어프램(1407)에 의해 분리될 수 있다. 다이어프램(1407)은 탄성 구성요소(1408)를 접속할 수 있다.
도 14c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14b에 도시된 음향력 발생기의 예시적인 구조의 개략도이다. 도 14c에 도시된 바와 같이, 음압 P는 사운드 홀(1410)에 내장된 음향 저항 재료(1409)를 통과할 수 있다. 음압 P는 다이어프램(1412)의 진동으로 변환될 수 있다. 마이크로폰에 도달하는 음압을 선호하고, Ra1은 음향 재료(1409)의 사운드 저항을 나타내고, Ma1은 사운드 홀(1410) 근처의 질량을 나타내고, Ca1은 제 1 챔버의 사운드 용량을 나타내고, S는 다이어프램(1412)의 유효 면적을 나타내고, Rm은 다이어프램(1412)의 감쇠를 나타내고, Mm은 다이어프램(1412)의 질량을 나타내고, Km은 다이어프램(1412)의 탄성 계수를 나타내고 Ca2는 제 1 챔버의 사운드 용량을 나타낸다.
도 14d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 14b 및 도 14c에 도시된 구조의 예시적인 회로의 개략도이다. 회로에서 저항기(1415)(저항이 S2Ra임) 및 인덕터(1416)(인덕턴스가 S2Ma임)는 사운드 홀(1410)의 음향 저항 및 음향 질량을 나타낼 수 있다. 커패시터(1421)(커패시턴스가 S2Ca1임)는 제 1 챔버(1404)의 음향 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 커패시터(1420)(커패시턴스가 Ca2/S2임)는 제 2 챔버(1406)의 음향 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 저항기(1417)(저항이 Rm임), 인덕터(1418)(인덕턴스가 Mm임) 및 커패시터(1419)(커패시턴스가 Cm임)는 다이어프램(1407)의 저항, 다이어프램(1407)의 질량 및 다이어프램(1407)의 탄성 계수를 각각 나타낼 수 있다.
회로에서, 회로 전류는 다이어프램(1412)의 진동 속도에 대응한다. 진동 속도 vMm은 [수학식 10]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 ω는 음향 구조(예를 들어, 도 14c에 도시된 음향력 구조)의 각 주파수를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내고, Z1은 저항기(1415) 및 인덕터(1416)의 음향 임피던스를 나타내고, Z2는 저항기(1417), 인덕터(1418), 커패시터(1419) 및 커패시터(1420)의 음향 임피던스를 나타내고, P, S, Ra1, Ma1 및 Ca1에 대한 설명은 도 14c 및 그 설명에서 찾을 수 있고, A는 [수학식 11]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 ω는 음향 구조(예를 들어, 도 14c에 도시된 음향력 구조)의 각 주파수를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내며, Rm, Mm, Km 및 Ca2에 대한 설명은 도 14c 및 그 설명에서 찾을 수 있다.
또한, 시스템에 의해 출력되는 커패시턴스 변화는 다이어프램과 플레이트 사이의 거리와 관련이 있고, 다이어프램과 플레이트 사이의 거리는 다이어프램의 변형(다이어프램의 변위)과 관련이 있다. 따라서 다이어프램의 변위는 [수학식 12]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 P, S, Ra1, Ma1 및 Ca1에 대한 설명은 도 14c 및 그 설명에서 찾을 수 있다.
시스템의 전달 함수는 [수학식 13]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 ω는 음향 구조(예를 들어, 도 14c에 도시된 음향력 구조)의 각 주파수를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내며, Ra1, Ma1 및 Ca1에 대한 설명은 도 14c 및 그 설명에서 찾을 수 있다.
라플라스 변환을 수행함으로써 전달 함수는 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서,
그 결과, 사운드 홀과 제 1 챔버 코퍼레이트의 조합은 다차 대역 통과 필터(예를 들어, 2차 대역 통과 필터)로서 기능할 수 있고, 닫힌 챔버인 제 2 챔버와 다이어프램의 조합은 2차 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 음향 감지 요소로서 기능할 수 있는 다이어프램은 오디오 신호를 다이어프램과 플레이트 사이의 커패시턴스 변화로 변환할 수 있다. 일부 실시예들에서, 4차 시스템은 음향 채널 구성요소와 음향-감지 구성요소를 조합하여 형성될 수 있다.
상술한 구성에 따라 구성된 음향-전기 변환기는 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 필터링 특성들이 상이한 복수의 음향-전기 변환기들이 음향-전기 변환 모듈(210)에서 설정되어, 오디오 신호에 따라 복수의 부대역 신호들을 생성할 수 있는 필터 그룹을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기는 음향-전기 변환기의 다이어프램 및 음향 저항 재료의 감쇠의 조정을 통해 비언더댐핑 상태로 조정될 수 있다. 각 음향-전기 변환기의 주파수 대역폭은 중심 주파수가 증가할 때 증가하도록 설정될 수 있다.
도 15는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한다. 음향-전기 변환 모듈은 11개의 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 도 15의 11개의 점선들은 개별적인 11개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들을 나타낸다. 도 15의 실선은 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답을 나타낼 수 있다. 상술한 바와 같이, 각각이 오디오 신호에 대한 대역 통과 필터로서 기능할 수 있는 다중 음향-전기 변환기들은 동일한 음향-전기 변환 모듈에 배치되어, 오디오 신호에 따라 부대역 신호들을 생성할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 11개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들은 사람의 귀 20Hz 내지 20kHz의 가청 주파수 대역을 커버할 수 있으며, 20Hz 내지 10kHz의 주파수 대역만이 도 15에 도시된다. 11개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들은 -1dB 내지 -5dB 범위의 에너지와 주파수 지점에서 교차할 수 있으며, 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답은 ±1dB 이내의 전력 레벨 변동을 가질 수 있다.
도 16a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기(211)의 개략도이다. 음향-전기 변환기(211)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430)를 포함할 수 있다. 음향 채널 구성요소(410)는 2차 구성요소(1610)를 포함할 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)는 다차 대역 통과 다이어프램(1621) 및 닫힌 챔버(1622)일 수 있다. 회로 구성요소(430)는 커패시턴스 검출 회로(1631) 및 증폭 회로(1632)를 포함할 수 있다.
음향-전기 변환기(211)는 2개의 공동부들을 갖는 공기-전도 음향-전기 변환기일 수 있다. 다차 대역 통과 다이어프램(1621)의 다이어프램은 다이어프램 표면 상에 오디오 신호(205)에 의해 유발된 음압 변화를 다이어프램의 기계적 진동으로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 커패시턴스 검출 회로(1631)는 다이어프램의 진동에 의해 유발되는 다이어프램과 플레이트 사이의 커패시턴스 변화를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 증폭 회로(1632)는 출력 전압을 적절한 진폭으로 조정하기 위해 사용될 수 있다. 사운드 홀은 제 1 챔버에 제공될 수 있고, 사운드 홀에는 필요에 따라 음향 저항 재료가 제공될 수 있다. 제 2 챔버는 닫힐 수 있다.
도 16b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 16a에 도시된 음향-전기 변환기의 예시적인 음향력 발생기의 개략도이다.
도 14a와 관련하여 설명된 바와 같이, 사운드 홀이 있는 제 1 챔버는 2차 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다이어프램은 구성된 진동 시스템으로 구성된다. 다이어프램 및 제 2 챔버(또는 닫힌 챔버로 칭해짐)를 포함하는 시스템은 고차(2차보다 큰) 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 16b에 도시된 음향-전기 변환기는 도 14a에 도시된 음향-전기 변환기보다 높은 차수를 가질 수 있다.
도 17은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도이다.
음향-전기 변환기(211)는 음향 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430)를 포함할 수 있다. 음향 감지 구성요소(420)는 2차 대역 통과 캔틸레버(1721)를 포함할 수 있다. 회로 구성요소(430)는 검출 회로(1731) 및 증폭 회로(1732)를 포함할 수 있다.
캔틸레버(cantilever)는 캔틸레버에 전송되는 오디오 신호들을 획득하여 캔틸레버 재료의 전기 파라미터들의 변경들을 유발할 수 있다. 오디오 신호는 공기-전도 신호, 골-전도 신호, 수력 오디오 신호, 기계적 진동 신호 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 캔틸레버 재료는 압전 재료를 포함할 수 있다. 압전 재료는 압전 세라믹 또는 압전 폴리머들을 포함할 수 있다. 압전 세라믹은 PZT를 포함할 수 있다. 검출 회로(1731)는 캔틸레버 재료의 전기 신호들의 변화들을 검출할 수 있다. 증폭 회로(1732)는 전기 신호들의 진폭들을 조정할 수 있다.
캔틸레버에 대응하는 회로(도 6c의 다이어프램에 대응하는 회로와 유사함)에 따르면, 캔틸레버의 임피던스는 [수학식 20]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 Z는 캔틸레버의 임피던스를 나타내고, ω는 음향 구조(예를 들어, 캔틸레버)의 각 주파수를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내고, R은 캔틸레버의 감쇠를 나타내고, M은 캔틸레버의 질량을 나타내고, K는 캔틸레버의 탄성 계수를 나타낸다.
일부 실시예들에서, 캔틸레버는 2차 시스템으로서 기능할 수 있으며, 각 주파수는 [수학식 21]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 ω0은 각 주파수를 나타내고, M은 캔틸레버의 질량을 나타내고, K는 캔틸레버의 탄성 계수를 나타낸다.
캔틸레버 진동은 각 주파수의 공진 피크를 가질 수 있다. 따라서 캔틸레버를 사용하여 오디오 신호가 필터링될 수 있다. 또한, 절반-전력 지점에서 필터 대역폭이 계산될 때, 대응하는 차단 주파수는 [수학식 22] 및 [수학식 23]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 R은 캔틸레버의 감쇠를 나타내고, M은 캔틸레버의 질량을 나타내고, K는 캔틸레버의 탄성 계수를 나타낸다.
캔틸레버 필터링의 품질 계수(하기에서 Q로 언급됨)는 [수학식 24]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 R은 캔틸레버의 감쇠를 나타내고, M은 캔틸레버의 질량을 나타내고, K는 캔틸레버의 탄성 계수를 나타낸다.
캔틸레버 필터의 각 주파수(중심 주파수)가 결정된 후, 감쇠 R을 조정하여 캔틸레버 필터링의 품질 계수 Q가 변경될 수 있음을 알 수 있다. 감쇠 R이 작을수록 품질 계수 R이 커지고, 필터 대역폭이 좁을수록 필터 주파수 응답 곡선이 급격하다.
도 18은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 음향-전기 변환 모듈의 예시적인 주파수 응답을 도시한다.
음향-전기 변환기는 19개의 음향-전기 변환기들을 포함할 수 있다. 도 18에서 19개의 파선들은 각각 19개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들을 나타낼 수 있다. 도 18의 실선은 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답을 나타낼 수 있다. 상술 한 바와 같이, 각각이 오디오 신호에 대한 대역 통과 필터로서 기능할 수 있는 복수의 음향-전기 변환기들이 동일한 음향-전기 변환 모듈에 배치되어, 오디오 신호에 따라 부대역 신호들을 생성할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 19개의 음향-전기 변환기들의 주파수 응답들은 300Hz 내지 4000Hz의 주파수 대역을 커버할 수 있다. 음향-전기 변환 모듈의 주파수 응답은 ±1dB 이내의 전력 레벨 변동을 가질 수 있다.
도 19a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기의 개략도이다. 음향-전기 변환기(211)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430)를 포함할 수 있다. 음향 채널 구성요소(410)는 2차 전송 부구성요소(1910)를 포함할 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)는 다차 대역 통과 캔틸레버(1921)일 수 있다. 회로 구성요소(430)는 검출 회로(1931), 필터 회로(1932) 및 증폭 회로(1933)를 포함할 수 있다.
캔틸레버는 오디오 신호를 획득하고 캔틸레버 재료의 전기 파라미터들을 변경시킬 수 있다. 오디오 신호는 공기-전도 신호, 골-전도 신호, 수력 오디오 신호, 기계적 진동 신호 등을 포함할 수 있다. 캔틸레버 재료는 압전 재료를 포함할 수 있다. 압전 재료는 압전 세라믹 또는 압전 폴리머들을 포함할 수 있다. 압전 세라믹은 PZT를 포함할 수 있다. 검출 회로(1931)는 캔틸레버 재료의 전기 신호들의 변화들을 검출할 수 있다. 증폭 회로(1933)는 전기 신호들의 진폭을 조정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 서스펜션 구조는 탄성 부재를 통해 베이스와 접속되고, 골-전도 오디오 신호들의 진동이 서스펜션 구조에 작용한다. 서스펜션 구조와 대응하는 탄성 부재는 진동을 캔틸레버로 전달하고 오디오 신호를 전송하기 위한 음향 채널을 구성할 수 있으며, 이는 2차 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 서스펜션 구조에 부착된 캔틸레버는 2차 대역 통과 필터로도 기능할 수 있다.
도 19b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 캔틸레버의 개략도이다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 캔틸레버(1902)는 탄성 구성요소(1903)에 접속될 수 있다. 탄성 구성요소(예를 들어, 탄성 구성요소(1903))에 도달하는 오디오 신호는 탄성 구성요소의 진동을 유발할 수 있다. 탄성 구성요소는 진동들을 캔틸레버(1902)로 전달할 수 있다. 탄성 구성요소 및 캔틸레버(1902)는 동일한 음향-전기 변환 모듈(210)에 배치될 수 있으며, 이는 2차 대역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 캔틸레버는 오디오 신호(1900)를 획득할 수 있고 캔틸레버 재료의 전기 파라미터들에 변화들을 유발할 수 있다.
도 19c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사운드 감지 구성요소(420)에 대응하는 예시적인 기계 모델의 개략도이다. 기계 모델은 제 1 캔틸레버(1902), 제 2 캔틸레버(1901), 제 1 탄성 구성요소(1908), 제 2 탄성 구성요소(1909), 제 1 감쇠 구성요소(1905) 및 제 2 감쇠 구성요소(1907)를 포함할 수 있다. 제 2 탄성 구성요소(1909)의 단부는 고정될 수 있다. 제 2 감쇠 구성요소(1907)의 단부는 고정될 수 있다.
도 19d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 도 19c에 도시된 기계 모델들의 예시적인 회로의 개략도이다.
입력된 신호에 대한 시스템의 임피던스(하기에서 Z로 칭해짐)는 [수학식 25]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 ω는 음향 구조(예를 들어, 캔틸레버)의 각 주파수를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내고, Z1은 제 2 캔틸레버(1901)의 임피던스를 나타내고, Z2는 제 1 캔틸레버(1902)의 임피던스를 나타내고, R1은 제 2 캔틸레버(1901)의 음향 저항을 나타내고, R2는 제 1 캔틸레버(1902)의 음향 저항을 나타내고, M1은 제 2 캔틸레버(1901)의 질량을 나타내고, M2는 제 1 캔틸레버(1902)의 질량을 나타내고, K1은 제 2 캔틸레버(1901)의 탄성 계수를 나타내고, K2는 제 1 캔틸레버(1902)의 탄성 계수를 나타낸다.
회로에서 전류의 진폭은 캔틸레버 M2의 진동 속도에 대응할 수 있다; 따라서 캔틸레버 M2의 진동 속도 vM2는 [수학식( 26] 및 [수학식 27]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 F는 수신된 오디오 신호의 음력(sound force)을 나타내고, ω는 음향 구조(예를 들어, 캔틸레버)의 각 주파수를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내고, Z1은 제 2 캔틸레버(1901)의 음향 임피던스를 나타내고, Z2는 제 1 캔틸레버(1902)의 음향 임피던스를 나타내고, R1은 제 2 캔틸레버(1901)의 음향 저항을 나타내고, R2는 제 1 캔틸레버(1902)의 음향 저항을 나타내고, M1은 제 2 캔틸레버(1901)의 질량을 나타내고, M2는 제 2 캔틸레버(1901)의 질량을 나타내고, K1은 제 2 캔틸레버(1901)의 탄성 계수를 나타내고, K2는 제 1 캔틸레버(1902)의 탄성 계수를 나타낸다.
일부 실시예들에서, 오디오 신호 하의 캔틸레버의 변위 sM2는 [수학식 28] 및 [수학식 29]에 따라 다음과 같이 결정될 수 있다:
여기서 F는 수신된 오디오 신호의 음력을 나타내고, ω는 음향 구조(예를 들어, 캔틸레버)의 각 주파수를 나타내고, j는 단위 허수를 나타내고, R1은 제 2 캔틸레버(1901)의 음향 저항을 나타내고, R2는 제 1 캔틸레버(1902)의 음향 저항을 나타내고, M1은 제 2 캔틸레버(1901)의 질량을 나타내고, M2는 제 2 캔틸레버(1901)의 질량을 나타내고, K1은 제 2 캔틸레버(1901)의 탄성 계수를 나타내고, K2는 제 1 캔틸레버(1902)의 탄성 계수를 나타낸다.
라플라스 변환을 수행함으로써 전달 함수는 다음과 같이 표현될 수 있고:
여기서,
전달 함수로부터 이것이 4차 시스템임이고, 상기 설정 방법에 의해 대역 통과 필터의 차수가 증가될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 필터 회로(1932)가 회로 구성요소(430)에 추가되어 대응하는 전기 신호가 필터링될 수 있다. 상기 설정은 오디오 신호에 대한 사운드-전기 변환기의 필터링 주파수 응답 에지의 기울기가 커지고 필터링 효과가 더 좋아지게 할 수 있다.
도 20a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환 모듈(210)의 개략도이다.
음향-전기 변환 모듈(210)은 복수의 음향-전기 변환기들을 이용하여 오디오 신호에 따라 부대역 신호들을 생성할 수 있다. 음향-전기 변환기들은 대역 통과 필터들로서 기능할 수 있다. 처리될 상이한 주파수 대역들에 대해, 대응하는 음향-전기 변환기들은 상이한 주파수 응답들을 갖도록 설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환 모듈(210)의 음향-전기 변환기들의 대역폭들은 상이할 수 있다. 음향-전기 변환기의 대역폭은 중심 주파수와 함께 증가하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향-전기 변환기는 고차 음향-전기 변환기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 저-중간 주파수 대역에 대해, 대응하는 음향-전기 변환기는 고차 협대역일 수 있다. 중간-고 주파수 대역에서 음향-전기 변환기는 고차 광대역일 수 있다.
도 20a에 도시된 바와 같이, 음향-전기 변환 모듈(210)은 중간-고 주파수 대역에서 하나 이상의 고차 광대역 음향-전기 변환기들(예를 들어, 고차 광대역 음향-전기 변환기(2011, 2012 등))을 포함할 수 있고, 저-중간 주파수 대역에서 하나 이상의 고차 협대역 음향-전기 변환기들(예를 들어, 고차 협대역 음향-전기 변환기(2013, 2014 등))을 포함할 수 있다.
음향-전기 변환 모듈(210)은 오디오 신호(205)를 획득하고, 복수의 부대역 전기 신호들, 예를 들어 부대역 전기 신호들(2021, 2022, 2023,…, 2024)을 출력할 수 있다.
도 20b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 고차 협대역 음향-전기 변환기의 개략도이다.
도 20b에 도시된 바와 같이, 고차 협대역 음향-전기 변환기(2013)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430)를 포함할 수 있다.
사운드 감지 구성요소(420)는 복수의 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들(예를 들어, 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들(2010, 2030,…, 2050)을 포함할 수 있다. 복수의 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들은 직렬로 접속될 수 있다. 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들의 중심 주파수들은 동일하거나 서로 가까울 수 있다. 직렬로 접속된 다중 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들은 사운드-감지 구성요소(420)의 필터링 특성들의 차수를 증가시킬 수 있다. 각각의 사운드-감지 부구성요소는 대역폭을 감소시키고 협대역 필터링을 달성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 변환기는 고차 협대역 음향-전기 변환기로서 기능할 수 있다. 도 20b에 도시된 바와 같이, 고차 협대역 음향-전기 변환기(2013)는 오디오 신호(205)를 획득하고 오디오 신호(205)에 기초하여 부대역 전기 신호(450)를 출력할 수 있다.
도 20c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 고차 광대역 음향-전기 변환기의 개략도이다.
도 20c에 도시된 바와 같이, 고차 광대역 음향-전기 변환기(2011)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430)를 포함할 수 있다. 사운드 감지 구성요소(420)는 복수의 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들(예를 들어, 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소(2020, 2040,…, 2060))를 포함할 수 있다. 복수의 언더댐핑 사운드 감지 부구성요소들은 병렬로 접속될 수 있다. 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들의 중심 주파수들은 상이할 수 있다. 다중 언더댐핑 사운드-감지 부구성요소들의 병렬 접속은 사운드-감지 구성요소(420)의 대역폭을 넓힐 수 있다. 일부 실시예들에서, 고차 협대역 음향-전기 변환기(2011)는 고차 광대역 음향-전기 변환기로서 기능할 수 있다. 도 20c에 도시된 바와 같이, 고차 협대역 음향-전기 변환기(2011)는 오디오 신호(205)를 획득하고 이에 따라 부대역 전기 신호(450)를 출력할 수 있다.
도 21a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스(2100)의 개략도이다. 신호 처리 디바이스(2100)는 음향-전기 변환 모듈(210), 복수의 샘플링 모듈들(예를 들어, 샘플링 유닛들(221, 222, 223,…, 224)), 피드백 분석 모듈(230)(또는 피드백 모듈로 언급됨) 및 신호 처리 모듈(240)을 포함할 수 있다. 음향-전기 변환 모듈(210)은 복수의 음향-전기 변환기들(예를 들어, 음향-전기 변환기(211, 212, 213,…, 214))을 포함할 수 있다.
도 21a에 도시된 바와 같이, 음향-전기 변환 모듈(210)은 오디오 신호(205)를 획득하여, 복수의 부대역 전기 신호들(예를 들어, 부대역 전기 신호들(2152, 2152, 2153,…, 2154))을 출력할 수 있다.
복수의 음향-전기 변환기 각각은 오디오 신호(205)를 부대역 전기 신호로 변환하여 대응하는 부대역 전기 신호를 출력할 수 있다.
복수의 샘플링 모듈들 각각은 대응하는 부대역 전기 신호를 샘플링하고, 부대역 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여, 디지털 신호를 출력할 수 있다.
피드백 분석 모듈(230)은 복수의 샘플링 모듈들에 의해 전송되는 복수의 디지털 신호들을 획득할 수 있다. 피드백 분석 모듈(230)은 부대역 전기 신호에 대응하는 각각의 디지털 신호를 분석하고, 복수의 피드백 신호들(예를 들어, 피드백 신호들(1, 2, 3,…, N))을 출력하고, 각각의 피드백 신호를 대응하는 음향-전기 변환기에 전송할 수 있다. 대응하는 음향-전기 변환기는 피드백 신호에 기초하여 파라미터들을 조정할 수 있다.
신호 처리 모듈(240)은 피드백 분석 모듈(230)에 의해 전송되는 복수의 디지털 신호들(예를 들어, 디지털 신호들(2355, 2356, 2357, 2358))을 획득할 수 있다. 디지털 신호들의 전송 모드는 상이한 병렬 라인들을 통해 별도로 출력되거나 특정 전송 프로토콜에 따라 한 라인을 공유할 수 있다.
도 21b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 음향-전기 변환기(211)의 개략도이다. 음향-전기 변환기(211)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420), 회로 구성요소(430) 및 피드백 처리 구성요소(460)를 포함할 수 있다.
피드백 처리 구성요소(460)는 피드백 분석 모듈(230)로부터 피드백 신호(470)를 획득하여 음향-전기 변환기(211)의 파라미터들을 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 피드백 처리 구성요소(460)는 음향 채널 구성요소(410), 사운드 감지 구성요소(420) 및 회로 구성요소(430) 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 피드백 처리 구성요소(460)는 전기 기계 제어 시스템을 사용하여 음향 채널 구성요소(410)의 필터링 특성을 조정하기 위해 음향 채널 구성요소의 파라미터(예를 들어, 크기, 위치 및 접속 방식)를 조정할 수 있다. 예시적인 전기 기계 제어 시스템은 공압 메커니즘, 모터 구동 메커니즘, 유압 액추에이터 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 피드백 처리 구성요소(460)는 전기 기계적 제어 시스템들을 사용하여 사운드-감지 구성요소의 필터링 특성들을 조정하기 위해 사운드-감지 구성요소(420)의 파라미터들(예를 들어, 크기, 위치 또는 접속 방식)을 조정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 피드백 처리 구성요소(460)는 회로 구성요소(430)를 조정하기 위해 회로 구성요소(430)에 직접 결합되는 피드백 회로를 포함할 수 있다.
도 22는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스(2200)의 개략도이다. 신호 처리 디바이스(2200)는 음향-전기 변환 모듈(210), 복수의 샘플링 유닛들(예를 들어, 샘플링 유닛들(221, 222, 222,…, 224)), 피드백 분석 모듈(230) 및 신호 처리 모듈(240)을 포함할 수 있다.
음향-전기 변환 모듈(210)은 복수의 음향-전기 변환기들(예를 들어, 음향-전기 변환기들(211, 212, 213,…, 214))을 포함할 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 음향-전기 변환 모듈(210)은 오디오 신호(205)를 획득하여 복수의 부대역 전기 신호들(예를 들어, 부대역 전기 신호들(2152, 2152, 2153,…, 2154))을 출력할 수 있다.
복수의 음향-전기 변환기 각각은 오디오 신호(205)를 대응하는 부대역 전기 신호로 변환하고 대응하는 부대역 전기 신호를 출력할 수 있다. 복수의 샘플링 유닛들 각각은 대응하는 부대역 전기 신호를 샘플링하고, 부대역 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여, 디지털 신호를 출력할 수 있다.
신호 처리 모듈(240)은 복수의 샘플링 유닛들에 의해 전송되는 복수의 디지털 신호들(예를 들어, 디지털 신호들(2351, 2352, 2353, 2354))을 획득할 수 있다. 디지털 신호들은 상이한 병렬 라인들을 통해 별도로 출력되거나 특정 전송 프로토콜에 따라 한 라인을 공유할 수 있다.
피드백 분석 모듈(230)은 신호 처리 모듈(240)에 의해 전송되는 복수의 디지털 신호들(예를 들어, 디지털 신호들(2355, 2357, 2358))을 획득할 수 있다. 피드백 분석 모듈(230)은 부대역 전기 신호에 대응하는 각 디지털 신호를 분석하고, 복수의 피드백 신호들(예를 들어, 피드백 신호들(1, 2, 3,…, N))을 출력하여, 각 피드백 신호를 대응하는 음향-전기 변환기에 전송할 수 있다. 대응하는 음향-전기 변환기는 피드백 신호에 기초하여 그 파라미터들을 조정할 수 있다.
신호 처리 디바이스(2200)의 음향-전기 변환기(211)는 신호 처리 디바이스(2100)의 음향-전기 변환기(211)와 유사할 수 있다. 신호 처리 디바이스(2200)의 음향-전기 변환기(211)에 관한 더 상세한 설명은 본 개시내용의 다른 곳에서 찾을 수 있다(예를 들어, 도 21b 및 그 설명).
도 23은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스(2300)의 개략도이다. 신호 처리 디바이스(2300)는 음향-전기 변환 모듈(210), 복수의 대역 통과 샘플링 모듈들(예를 들어, 대역 통과 샘플링 모듈들(2321, 2322, 2323,…, 2324)) 및 신호 처리 모듈(240)을 포함할 수 있다.
음향-전기 변환 모듈(210)은 복수의 음향-전기 변환기들(예를 들어, 음향-전기 변환기들(211, 212, 213,…, 214))을 포함할 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 음향-전기 변환 모듈(210)은 오디오 신호(205)를 획득하여 복수의 부대역 전기 신호들을 출력할 수 있다. 복수의 음향-전기 변환기 각각은 오디오 신호(205)를 대응하는 부대역 전기 신호로 변환하여 대응하는 부대역 전기 신호로 출력할 수 있다. 복수의 대역 통과 샘플링 모듈들 각각은 대응하는 부대역 전기 신호를 샘플링하고, 부대역 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여, 디지털 신호를 출력할 수 있다. 신호 처리 모듈(240)은 복수의 대역 통과 샘플링 모듈들에 의해 전송되는 복수의 디지털 신호들을 획득할 수 있다.
도 24는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 처리 디바이스(2400)의 개략도이다. 음향-전기 변환 모듈(210)은 하나 이상의 공기-전도 음향-전기 변환기(2410)(예를 들어, 공기-전도 음향-전기 변환기(2415, 2416 및 2417)) 및 하나 이상의 골-전도 음향-전기 변환기들(2420)(예를 들어, 골-전도 음향-전기 변환기(2418, 2419))을 포함할 수 있다. 공기-전도 음향-전기 변환기는 검출된 오디오 신호를 하나 이상의 부대역 전기 신호들로 분해할 수 있다. 골-전도 음향-전기 변환기는 검출된 오디오 신호를 하나 이상의 부대역 전기 신호들로 분해할 수 있다.
공기-전도 음향-전기 변환기들은 오디오 신호를 검출하고 복수의 부대역 전기 신호들을 출력할 수 있다. 각각의 공기-전도 음향-전기 변환기는 대응하는 부대역 전기 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 공기-전도 음향-전기 변환기(2415, 2517, 2418)는 각각 오디오 신호를 검출하고 이에 따라 부대역 전기 신호들(2421, 2422, 2423)을 출력할 수 있다.
골-전도 음향-전기 변환기들은 오디오 신호를 검출하고 복수의 부대역 전기 신호들을 출력할 수 있다. 각각의 골-전도 음향-전기 변환기는 대응하는 부대역 전기 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 골-전도 음향-전기 변환기(2418 및 2419)는 각각 오디오 신호를 검출하고 이에 따라 부대역 전기 신호들(2424 및 2415)을 출력할 수 있다.
일부 실시예들에서, 동일한 주파수 대역에서, 골-전도 음향-전기 변환기에 의해 출력되는 부대역 전기 신호는 공기-전도 음향-전기 변환기에 의해 출력되는 부대역 전기 신호들의 신호-대-잡음비(SNR)를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 공기-전도 음향-전기 변환기(2416)에 의해 생성된 부대역 전기 신호(2422)는 골-전도 음향-전기 변환기(2418)에 의해 생성된 부대역 전기 신호(2424)를 중첩할 수 있다. 부대역 전기 신호(2424)는 부대역 전기 신호(2422)에 대해 더 높은 SNR을 갖는다. 공기-전도 음향-전기 변환기(2417)에 의해 출력되는 부대역 전기 신호(2423)는 골-전도 음향-전기 변환기(2419)에 의해 출력되는 부대역 전기 신호(2425)를 중첩할 수 있다. 부대역 전기 신호(2425)는 부대역 전기 신호(2423)보다 높은 SNR을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 공기-전도 음향-전기 변환기(2401)는 골-전도 음향-전기 변환기(2402)에 의해 출력되는 부대역 전기 신호들에 의해 커버될 수 없는 주파수 대역을 보충하기 위해 사용될 수 있다.
도 25는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 신호 변조 프로세스를 도시하는 개략도이다. 도 25에 도시된 바와 같이, 부대역 전기 신호는 주파수 도메인 엔벨로프(2501)를 포함할 수 있다.
각 부대역 전기 신호는, 중심 주파수(2502)에 대한 반송파로서 대응하는 중심 주파수 신호에 의해 변조되는 주파수 도메인 엔벨로프(주파수 도메인 엔벨로프(2501)와 동일함)를 갖는 신호(또는 변조 신호로 언급됨)로 간주될 수 있다. 즉, 부대역 전기 신호는 2개의 부분들을 포함할 수 있다. 한 부분은 변조 신호로서 주파수 도메인 엔벨로프(주파수 도메인 엔벨로프(2501)와 동일함)를 갖는 신호이고, 다른 부분은 반송파로서 중심 주파수(중심 주파수(2502)와 동일함)를 갖는 신호이다.
부대역 전기 신호의 주요 정보는 주파수 도메인 엔벨로프에 집중된다. 따라서 부대역 전기 신호가 샘플링될 때, 주파수 도메인 엔벨로프가 효과적으로 샘플링되고 샘플링 주파수가 부대역 전기 신호 대역폭의 2배 이상임을 확인하는 것이 필요하다. 샘플링 후, 주파수(중심 주파수(2502)와 동일함)를 갖는 제 2 신호는 반송파로 사용되어 부대역 전기 신호를 복원할 수 있다. 따라서, 대역 통과 샘플링 모듈을 사용하여 부대역 전기 신호가 샘플링될 수 있다. 구체적으로, 샘플링 주파수는 대역폭의 2배 이상이고 대역폭의 4배 이하일 수 있다. 샘플링 주파수 fs는 [수학식 34]에 따라 다음과 같이 설정된다:
[수학식 34]
여기서, fB는 부대역 전기 신호의 대역폭을 나타내고,
[수학식 35]
여기서 f0은 부대역 전기 신호의 중심 주파수를 나타내고, r2는 r1보다 작은 가장 큰 정수이다.
본 개시내용에 설명된 다양한 모듈들, 유닛들 및 그 기능들을 구현하기 위해, 컴퓨터 하드웨어 플랫폼들이 본 명세서에 설명된 요소들 중 하나 이상에 대한 하드웨어 플랫폼(들)으로 사용될 수 있다. 사용자 인터페이스 요소들이 있는 컴퓨터는 개인용 컴퓨터(PC) 또는 기타 유형의 워크 스테이션 또는 단말 디바이스를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터는 적절하게 프로그래밍된 경우 서버 역할을 할 수도 있다.
이렇게 기본 개념들을 설명하였지만, 통상의 기술자에게는 이 상세한 개시내용을 읽은 후, 상술한 상세한 개시내용이 예로서 제시될 뿐 제한하려는 것이 아님을 명백히 알 수 있다. 다양한 변경들, 개선들 및 수정들이 발생할 수 있고, 본 명세서에 명시적으로 언급되지는 않아도 통상의 기술자에게 의도된다. 이러한 변경들, 개선들 및 수정들은 본 개시내용에 의해 제안되도록 의도된 것이고 본 개시내용의 예시적인 실시예들의 사상 및 범위 내에 있다.
또한, 특정 용어가 본 개시내용의 실시예들을 설명하기 위해 사용되었다. 예를 들어, 용어들 "일 실시예(one embodiment)", "실시예(an embodiment)" 및/또는 "일부 실시예들(some embodiments)"은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서의 다양한 부분들에서 "실시예", "일 실시예" 또는 "대안적인 실시예(alternative embodiment)"에 대한 둘 이상의 참조들이 반드시 모두 동일한 실시 예를 언급하는 것은 아니라는 것이 강조되고 인식되어야 한다. 또한, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 적절하게 조합될 수 있다.
또한, 통상의 기술자는 본 개시내용의 양태들이 임의의 새롭고 유용한 프로세스, 기계, 제조 또는 재료의 구성, 또는 그것의 새롭고 유용한 개선을 포함하는 다수의 특허 가능한 수준들 또는 맥락에서 본 명세서에서 예시되고 설명될 수 있음을 알 것이다. 따라서, 본 개시내용의 양태들은 전적으로 하드웨어, 전적으로 소프트웨어(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함)로 구현될 수 있거나, 본 명세서에서 모두 일반적으로 "유닛", "모듈" 또는 "시스템"으로 언급될 수 있는 하드웨어 구현과 소프트웨어를 결합하여 구현될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 양태들은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드가 구현된 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체들에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 신호 매체는 예를 들어 기저 대역에서 또는 반송파의 일부로서 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드가 내장된 전파 데이터 신호를 포함할 수 있다. 이러한 전파 신호는 전자기, 광학 등, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함하는 다양한 형태들 중 임의의 것을 취할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 신호 매체는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 아니고 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 신호 매체 상에 구현되는 프로그램 코드는 무선, 유선, 광섬유 케이블, RF 등, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함하는 임의의 적절한 매체를 사용하여 전송될 수 있다.
본 개시내용의 양태들에 대한 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 자바(Java), 스칼라(Scala), 스몰토크(Smalltalk), 에펠(Eiffel), 제이드(JADE), 에메랄드(Emerald), C++, C#, VB. NET, 파이썬(Python) 등과 같은 객체-지향 프로그래밍 언어, "C" 프로그래밍 언어, 비주얼 베이직(Visual Basic), 포트란(Fortran) 2003, 펄(Perl), 코볼(COBOL) 2002, PHP, ABAP와 같은 기존 절차 프로그래밍 언어들, 파이썬, 루비(Ruby) 및 그루비(Groovy)와 같은 동적 프로그래밍 언어들 또는 기타 프로그래밍 언어들을 포함하는 하나 이상의 프로그래밍 언어들의 임의의 조합으로 작성될 수 있다. 프로그램 코드는 전체적으로 사용자의 컴퓨터 상에서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터 상에서, 독립형 소프트웨어 패키지로서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터 상에서, 부분적으로 원격 컴퓨터 상에서, 또는 전체적으로 원격 컴퓨터나 서버 상에서 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 근거리 통신망(LAN) 또는 원거리 통신망(WAN)을 포함한 임의 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 접속될 수 있거나, 외부 컴퓨터(예를 들어, 인터넷 서비스 제공업체를 이용한 인터넷을 통해)에 대한 접속이 이루어질 수 있거나, 또는 클라우드 컴퓨팅 환경에서 또는 서비스로서의 소프트웨어(SaaS: Software as a Service)와 같은 서비스로 제공될 수 있다.
또한, 처리 요소들 또는 시퀀스들의 나열된 순서, 또는 숫자들, 문자들 또는 기타 표시들의 사용은 청구 범위에 명시될 수 있는 경우를 제외하고 청구된 프로세스들 및 방법들을 임의의 순서로 제한하려는 것이 아니다. 상기 개시내용이 현재 개시내용의 다양하고 유용한 실시예들로 간주되는 것으로 다양한 예들을 통해 논의하지만, 그러한 세부 사항은 단지 그 목적을 위한 것이며, 첨부된 청구 범위가 개시된 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 반대로 개시된 실시예들의 사상 및 범위 내에 있는 수정들 및 배치들을 포함하려는 것임을 이해한다. 예를 들어, 상술한 다양한 구성요소들의 구현이 하드웨어 디바이스에서 구현될 수 있지만, 기존 서버 또는 모바일 디바이스 상에 설치하는 것과 같은 소프트웨어 전용 솔루션으로 구현될 수도 있다.
유사하게, 본 개시내용의 실시예들에 대해 상술한 설명에서, 하나 이상의 다양한 실시예들의 이해를 돕는 개시내용을 간소화하기 위해 다양한 특징들이 때때로 단일 실시예, 도면 또는 그 설명에서 함께 그룹화된다는 것을 알아야 한다. 그러나, 이 개시내용의 방법은 청구된 주제가 각 청구 범위에 명시적으로 언급된 것보다 많은 특징들을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 청구된 주제는 하나의 상술한 실시예의 모든 특징들보다 적을 수 있다.
Claims (38)
- 오디오 신호를 처리하는 디바이스에 있어서,
제 1 주파수 응답을 갖는 제 1 음향-전기 변환기로서,
상기 오디오 신호를 검출하고;
상기 제 1 음향-전기 변환기에 의해 상기 검출된 오디오 신호에 따라 제 1 부대역 신호를 생성하도록 구성된, 상기 제 1 음향-전기 변환기; 및
상기 제 1 주파수 응답과 상이한 제 2 주파수 응답을 갖는 제 2 음향-전기 변환기로서,
상기 오디오 신호를 검출하고;
상기 제 2 음향-전기 변환기에 의해 상기 검출된 오디오 신호에 따라 제 2 부대역 신호를 생성하도록 구성된, 상기 제 2 음향-전기 변환기를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기는 제 1 주파수 폭을 가지고, 상기 제 2 음향-전기 변환기는 상기 제 1 주파수 폭과 상이한 제 2 주파수 폭을 가지는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 주파수 폭은 상기 제 1 주파수 폭보다 크고, 상기 제 2 음향-전기 변환기의 제 2 중심 주파수가 상기 제 1 음향-전기 변환기의 제 1 중심 주파수보다 높은, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 디바이스는 제 3 음향-전기 변환기를 더 포함하고,
상기 제 3 음향-전기 변환기의 제 3 중심 주파수가 상기 제 2 음향-전기 변환기의 상기 제 2 중심 주파수보다 높은, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 주파수 응답 및 상기 제 2 주파수 응답은 상기 제 1 주파수 응답의 절반-전력 지점(half-power point) 및 상기 제 2 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처의 지점에서 교차하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 주파수 응답 및 상기 제 2 주파수 응답은 상기 제 1 주파수 응답의 절반-전력 지점 및 상기 제 2 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처인 지점에서 교차하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기에 접속되고 상기 제 1 부대역 신호를 샘플링하여 제 1 샘플링된 부대역 신호를 생성하도록 구성된 제 1 샘플링 모듈; 및
상기 제 2 음향-전기 변환기에 접속되고 상기 제 2 부대역 신호를 샘플링하여 제 2 샘플링된 부대역 신호를 생성하도록 구성된 제 2 샘플링 모듈을 더 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 샘플링 모듈 또는 상기 제 2 샘플링 모듈 중 적어도 하나는 대역 통과 샘플링 모듈인, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기 또는 상기 제 2 음향-전기 변환기 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된 피드백 모듈을 더 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 피드백 모듈은 상기 제 1 샘플링된 부대역 신호 또는 상기 제 2 샘플링된 부대역 신호 중 적어도 하나에 따라 상기 제 1 음향-전기 변환기 또는 상기 제 2 음향-전기 변환기 중 적어도 하나를 조정하도록 구성되는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 샘플링된 부대역 신호 및 상기 제 2 샘플링된 부대역 신호를 각각 처리하여 제 1 처리된 부대역 신호 및 제 2 처리된 부대역 신호를 생성하도록 구성된 처리 모듈을 더 포함하고, 상기 피드백 모듈은 상기 제 1 처리된 부대역 신호 또는 상기 제 2 처리된 부대역 신호에 따라 상기 제 1 음향-전기 변환기 또는 상기 제 2 음향-전기 변환기 중 적어도 하나를 조정하도록 구성되는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기는 상기 오디오 신호에 따라 전기 신호를 생성하도록 구성된 사운드 감지 구성요소 및 음향 채널 구성요소를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 12 항에 있어서,
상기 음향 채널 구성요소는 2차 구성요소를 포함하고, 상기 사운드 감지 구성요소는 다차 대역 통과 다이어프램(multi-order bandpass diaphragm)을 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 13 항에 있어서,
상기 다차 대역 통과 다이어프램은 2차 대역 통과 다이어프램을 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 12 항에 있어서,
상기 음향 채널 구성요소는 2차 대역 통과 캔틸레버(second-order bandpass cantilever)를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 15 항에 있어서,
상기 2차 대역 통과 캔틸레버는 압전 캔틸레버를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기는 1차 대역 통과 필터를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기는 다차 대역 통과 필터를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 18 항에 있어서,
상기 다차 대역 통과 필터는 2차 대역 통과 필터, 4차 대역 통과 필터 또는 6차 대역 통과 필터를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기는 감마톤 필터(Gamatone filter)를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 10개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 1차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 20개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 2차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 30개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 3차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 40개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 4차 음향-전기 변환기는 폭이 20kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 8개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 1차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 13개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 2차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 19개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 3차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 26개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 4차 음향-전기 변환기는 폭이 8kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 4개 이하의 1차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 1차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 8개 이하의 2차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 2차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 12개 이하의 3차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 3차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 15개 이하의 4차 음향-전기 변환기들을 포함하며, 각 4차 음향-전기 변환기는 폭이 4kHz 이하인 주파수 대역에 대응하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기는 공기-전도 음향-전기 변환기이고, 상기 제 2 음향-전기 변환기는 골-전도 음향-전기 변환기(bone-conduction acoustic-electric transducer)인, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 음향-전기 변환기는 고차 광대역 음향-전기 변환기이고, 상기 제 2 음향-전기 변환기는 고차 협대역 음향-전기 변환기인, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 34 항에 있어서,
상기 고차 광대역 음향-전기 변환기는 병렬로 접속된 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소(underdamping sound sensitive components)를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 35 항에 있어서,
상기 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소들은 제 4 주파수 응답을 갖는 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소, 제 5 주파수 응답을 갖는 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소, 및 제 6 주파수 응답을 갖는 제 3 언더댐핑 사운드 감지 구성요소를 포함하고,
상기 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 제 5 중심 주파수가 상기 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 제 4 중심 주파수보다 높고, 상기 제 3 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 제 6 중심 주파수가 상기 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소의 상기 제 5 중심 주파수보다 높으며,
상기 제 4 주파수 응답 및 상기 제 5 주파수 응답은 상기 제 4 주파수 응답의 절반-전력 지점 및 상기 제 5 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처의 지점에서 교차하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 35 항에 있어서,
상기 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소들은 제 4 주파수 응답을 갖는 제 1 언더댐핑 사운드 감지 구성요소, 및 제 5 주파수 응답을 갖는 제 2 언더댐핑 사운드 감지 구성요소를 포함하고,
상기 제 4 주파수 응답 및 상기 제 5 주파수 응답은 상기 제 4 주파수 응답의 절반-전력 지점 및 상기 제 5 주파수 응답의 절반-전력 지점 근처의 지점에서 교차하는, 오디오 신호 처리 디바이스. - 제 34 항에 있어서,
상기 고차 협대역 음향-전기 변환기는 직렬로 접속된 복수의 언더댐핑 사운드 감지 구성요소를 포함하는, 오디오 신호 처리 디바이스.
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