KR20220008228A - Method for automatically setting frequency of sound field sensor - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a method for automatically setting frequency of a sound field sensor includes the steps: receiving, by an acoustic receiver, a plurality of acoustic signals based on a plurality of frequency sets output from a sound generator; and measuring, by a signal processing unit, sound pressure spectrum for each of the plurality of sound signals, setting a frequency set selected from among the plurality of frequency sets as the frequency of the sound signal based on an evaluation result of evaluating a rate of change and reproducibility of each sound pressure spectrum. Thus, movement and temperature change of things can be accurately and stably detected.

Description

음장 센서의 주파수 자동 설정 방법{Method for automatically setting frequency of sound field sensor}Method for automatically setting frequency of sound field sensor

본 발명은 음장 센서와 관련된 기술로서, 더욱 상세하게는, 정밀한 측정을 위해 음장 센서(sound field sensor)에서 발생한 음향 신호의 주파수를 자동 설정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology related to a sound field sensor, and more particularly, to a technology for automatically setting the frequency of a sound signal generated from a sound field sensor for precise measurement.

최근 특정 공간 내에서 사물의 움직임은 물론 화재까지 감지할 수 있는 음장 센서에 대한 관심이 고조되고 있다.Recently, interest in sound field sensors that can detect fire as well as movement of objects in a specific space is growing.

음장 센서는 특정 공간 내에서 여러 주파수 성분들을 갖는 소리(음향 신호)를 발생시켜서, 특정 공간에 형성된 음장(sound field) 변화를 분석하는 장치이다.A sound field sensor is a device that generates a sound (acoustic signal) having various frequency components in a specific space and analyzes a change in a sound field formed in a specific space.

음장 변화 분석을 위해, 음장 센서는 마이크를 통해 수집한 여러 주파수의 소리를 음압 스펙트럼(sound pressure spectrum)으로 변환하는 디지털 신호 처리 과정을 수행한다.For sound field change analysis, the sound field sensor performs a digital signal processing process of converting sounds of various frequencies collected through a microphone into a sound pressure spectrum.

도 1은 음장 센서가 시간 t1에서 측정한 음압 스펙트럼의 예를 도시한 그래프이고, 도 2는 음장 센서가 t1에서 측정한 음압 스펙트럼과 t1 이후의 t2에서 측정한 음압 스펙트럼을 함께 도시한 그래프이다.1 is a graph showing an example of the sound pressure spectrum measured by the sound field sensor at time t1, and FIG. 2 is a graph showing the sound pressure spectrum measured by the sound field sensor at t1 and the sound pressure spectrum measured at t2 after t1.

도 1 및 2를 참조하면, 음압 스펙트럼은 가로축을 주파수로 하고, 세로축을 음압 레벨(또는 음압값)로 하는 그래프로 나타낼 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the sound pressure spectrum may be represented as a graph in which a horizontal axis is a frequency and a vertical axis is a sound pressure level (or sound pressure value).

음장 변화 분석은, 도 2에 도시된 바와 같이, 음압 스펙트럼을 나타내는 그래프의 이동량, 즉, 주파수 쉬프트량(도 2의 20)을 통해 분석될 수 있다. 따라서, 사물의 움직임 및 온도 변화의 정밀한 감지는 주파수 쉬프트량의 측정 정밀도에 달려 있다.As shown in FIG. 2 , the sound field change analysis may be analyzed through the shift amount of the graph representing the sound pressure spectrum, that is, the frequency shift amount (20 in FIG. 2 ). Therefore, the precise detection of the movement and temperature change of an object depends on the measurement precision of the frequency shift amount.

주파수 쉬프트량을 정밀하게 측정하기 위해서는, 기본적으로 음압 스펙트럼을 나태는 그래프의 변동폭(변화 정도)이 클수록 좋다.In order to accurately measure the amount of frequency shift, the larger the fluctuation range (degree of change) of the graph representing the sound pressure spectrum, the better.

만일, t1 및 t2에서 측정된 음압 스펙트럼이, 도 3에 도시된 바와 같이, 평탄(flat)한 곡선을 갖는 그래프로 나타나는 경우, 주파수 축 방향으로 이동하는 그래프의 이동량, 즉, 주파수 쉬프트량을 정밀하게 측정하는 것이 어렵다. 결국 주파수 쉬프트량의 측정 정밀도는 음압 스펙트럼의 변동폭이 클수록 유리하다.If the sound pressure spectrum measured at t1 and t2 is shown as a graph having a flat curve, as shown in FIG. 3, the amount of movement of the graph moving in the frequency axis direction, that is, the amount of frequency shift, is precisely It is difficult to measure accurately. As a result, the measurement precision of the frequency shift amount is advantageous as the fluctuation range of the sound pressure spectrum increases.

이처럼 사물의 움직임 및 온도 변화를 정밀하게 감지하기 위해서는 주파수 쉬프트량을 정밀하게 측정해야 하며, 주파수 쉬프트를 정밀하게 측정하기 위해서는 음장 센서가 큰 변동폭을 갖는 음압 스펙트럼을 측정할 필요가 있다.In order to precisely detect the movement and temperature change of an object, it is necessary to precisely measure the amount of frequency shift.

변동폭이 큰 음압 스펙트럼을 측정하기 위해서는, 음장 센서가 그러한 음압 스펙트럼에 측정할 수 있는 적절한 음향 신호를 발생해야 하며, 그러한 음향 신호의 발생은 음향 신호의 주파수 설정을 통해 달성될 수 있다.In order to measure a sound pressure spectrum with a large fluctuation range, the sound field sensor needs to generate an appropriate sound signal that can be measured in the sound pressure spectrum, and generation of the sound signal can be achieved by setting the frequency of the sound signal.

그런데, 큰 변동폭을 갖는 음압 스펙트럼을 측정하도록 음장 센서의 주파수(음향 신호의 주파수)를 사전에 설정하더라도 특정 공간 내에서 설치된 음장 센서의 설치 위치가 변경되거나 특정 공간 내에서 특정 사물(예, 가구, 가전기기 등)의 배치가 변경되면, 음압 스펙트럼의 특성이 변경되기 때문에, 따라서, 음장 센서의 설치 위치가 변경되거나 특정 사물의 배치가 변경될 때마다 음장 센서의 주파수를 매번 다시 설정해야 한다.However, even if the frequency (frequency of the sound signal) of the sound field sensor is set in advance to measure the sound pressure spectrum with a large fluctuation range, the installation position of the sound field sensor installed in a specific space is changed or a specific object (eg, furniture, When the arrangement of home appliances, etc.) is changed, the characteristics of the sound pressure spectrum are changed. Therefore, whenever the installation position of the sound field sensor is changed or the arrangement of a specific object is changed, the frequency of the sound field sensor must be set again every time.

이처럼 종래에는 음장 센서의 설치 공간이 변경되거나, 그 설치 공간에서의 음장 센서의 설치 위치 또는 동일한 공간 내에서의 특정 사물의 배치가 변경될 때마다 음장 센서의 주파수(음향 신호의 주파수)를 매번 다시 설정하는 것은 번거로운 작업이다.As such, in the related art, whenever the installation space of the sound field sensor is changed, the installation position of the sound field sensor in the installation space, or the arrangement of a specific object in the same space is changed, the frequency of the sound field sensor (frequency of the sound signal) is reset every time. Setting it up is a cumbersome task.

본 발명의 목적은 음장 센서의 설치 공간이 변경되거나, 그 설치 공간 내에서의 음장 센서의 설치 위치가 변경되거나 특정 사물의 배치구조가 변경된 때마다 음장 센서의 주파수를 자동으로 설정할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for automatically setting the frequency of a sound field sensor whenever an installation space of a sound field sensor is changed, an installation location of a sound field sensor within the installation space is changed, or an arrangement structure of a specific object is changed is to do

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.The above and other objects, advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법은 음향 수신부가, 음향 발생부로부터 출력된 다수의 주파수 세트들을 기반으로 하는 다수의 음향 신호들을 수신하는 단계; 및 신호 처리부가, 상기 다수의 음향 신호들에 대한 음압 스펙트럼을 각각 측정하고, 각 음압 스펙트럼의 변화율과 재현성을 평가한 평가 결과를 기반으로 상기 다수의 주파수 세트들 중에서 선정된 주파수 세트를 상기 음향 신호의 주파수로 설정하는 단계를 포함한다.A method for automatically setting a frequency of a sound field sensor of the present invention for achieving the above object includes: receiving, by a sound receiving unit, a plurality of sound signals based on a plurality of frequency sets output from a sound generating unit; and a signal processing unit measuring a sound pressure spectrum for the plurality of sound signals, respectively, and selecting a frequency set selected from among the plurality of frequency sets based on an evaluation result of evaluating a change rate and reproducibility of each sound pressure spectrum as the sound signal and setting the frequency of

본 발명에 따르면, 음압 스펙트럼의 변화율 및 재현성(안정성)을 평가하여, 다수의 주파수 세트들 중에서 평가 결과가 가장 우수한 주파수 세트를 음장 센서(음향 신호)의 주파수를 자동으로 설정함으로써, 음장 센서가 설치된 공간의 환경 변화가 일어날 때마다 매번 음장 센서(음향 신호)의 주파수를 설정해야 하는 번거로움을 피할 수 있고, 사물의 움직임 및 온도 변화를 정밀하고 안정적으로 감지할 수 있다.According to the present invention, by evaluating the change rate and reproducibility (stability) of the sound pressure spectrum, and automatically setting the frequency set with the best evaluation result among a plurality of frequency sets, the frequency of the sound field sensor (sound signal) is installed, It is possible to avoid the hassle of setting the frequency of the sound field sensor (sound signal) every time there is a change in the environment of the space, and it is possible to accurately and reliably detect the movement of objects and changes in temperature.

도 1은 종래의 음장 센서가 시간 t1에서 측정한 음압 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 2는 종래의 음장 센서가 시간 t1에서 측정한 음압 스펙트럼과 시간 t1에 연속한 시간 t2에서 측정한 음압 스펙트럼을 함께 도시한 그래프들이다.
도 3은 종래의 음장 센서에 의해 측정된 음압 스펙트럼의 변동폭이 작은 경우에서 야기되는 문제점을 설명하기 위해 t1 및 t2에서 각각 측정한 음압 스펙트럼의 그래프들을 함께 도시한 그래프들이다.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 음장 센서의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a graph showing a sound pressure spectrum measured at a time t1 by a conventional sound field sensor.
2 is a graph showing a sound pressure spectrum measured at time t1 by a conventional sound field sensor and a sound pressure spectrum measured at time t2 consecutive to time t1 together.
3 is a graph showing graphs of the sound pressure spectrum measured at t1 and t2, respectively, in order to explain a problem caused when the fluctuation range of the sound pressure spectrum measured by the conventional sound field sensor is small.
4 is a block diagram schematically illustrating an internal configuration of a sound field sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method for automatically setting a frequency of a sound field sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명이 구현되는 양상을 이하의 바람직한 각 실시 예를 들어 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 그 외의 다른 다양한 형태로 구현될 수 있음은 자명하다. 본 명세서에서 사용된 용어 역시 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 요소가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 요소의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.The aspect in which the present invention is implemented will be described with reference to each preferred embodiment below. It is apparent that the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in other various forms within the scope of the technical spirit of the present invention. The terminology used in this specification is also intended to describe the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprise” and/or “comprising” means that the stated component, step, action and/or element is the presence of one or more other components, steps, actions and/or elements. or added.

도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 음장 센서의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram schematically illustrating an internal configuration of a sound field sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 음장 센서(100)는 파워 온 스위치(110), 음향 발생부(120), 음향 수신부(130), 메모리(140) 및 신호 처리부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 3 , the sound field sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a power on switch 110 , a sound generator 120 , a sound receiver 130 , a memory 140 , and a signal processor 150 . include

파워 온 스위치(110)Power On Switch (110)

파워 온 스위치(110)는 음장 센서(100)의 동작시키기 위한 구성으로, 사용자의 스위칭 동작에 따라 음장 센서(100)를 파워 온(power on) 시킨다. The power-on switch 110 is configured to operate the sound field sensor 100 , and powers on the sound field sensor 100 according to a user's switching operation.

파워 온 스위치(110)에 의해 음장 센서(100)가 파워 온(power on)되면, 음장 센서(100) 내의 배터리(도시하지 않음)는 각 구성들(120, 130, 140, 150)로 전원을 공급함으로써, 각 구성들(120, 130, 140, 150)은 각자의 동작을 시작하게 된다.When the sound field sensor 100 is powered on by the power on switch 110 , a battery (not shown) in the sound field sensor 100 supplies power to each of the components 120 , 130 , 140 , 150 . By supplying, each of the components 120 , 130 , 140 , 150 starts their respective operations.

무엇보다도 음장 센서(100)가 파워 온(power on)되면, 신호 처리부(150)는 후술하는 음향 신호의 주파수 설정을 자동으로 시작한다. Above all, when the sound field sensor 100 is powered on, the signal processing unit 150 automatically starts setting the frequency of an acoustic signal to be described later.

음향 발생부(120)sound generator 120

음향 발생부(120)는 신호 처리부(150)의 제어에 따라 음장 센서(100)가 설치된 공간내에 주파수 세트로 이루어진 음향 신호(소리 또는 음파)를 발생시킨다(출력한다). 음향 발생부(120)는, 예를 들면, 적어도 하나의 스피커로 구현될 수 있다.The sound generator 120 generates (outputs) a sound signal (sound or sound wave) composed of a frequency set in a space in which the sound field sensor 100 is installed under the control of the signal processor 150 . The sound generator 120 may be implemented as, for example, at least one speaker.

주파수 세트는, 예를 들면, 17개의 서로 다른 주파수들을 포함하도록 구성될 수 있다. 17개의 서로 다른 주파수들은, 예를 들면, 중심주파수 4000Hz이고, 주파수 간격(span)이 4Hz인 경우, 3968Hz, 3972Hz, 3976Hz, 3980Hz, 3984Hz, 3988Hz, 3992Hz, 3996Hz, 4000Hz, 4004Hz, 4008Hz, 4012Hz, 4016Hz, 4020Hz, 4024Hz, 4028Hz, 4032Hz일 수 있다.A frequency set may be configured to include, for example, 17 different frequencies. 17 different frequencies, for example, when the center frequency is 4000Hz and the frequency span is 4Hz, 3968Hz, 3972Hz, 3976Hz, 3980Hz, 3984Hz, 3988Hz, 3992Hz, 3996Hz, 4000Hz, 4004Hz, 4008Hz, 4012Hz, 4016 Hz, 4020 Hz, 4024 Hz, 4028 Hz, 4032 Hz.

음향 수신부(130)sound receiver 130

음향 수신부(130)는 공간 내에서 발생한 음향 신호를 수신하는 장치로, 예를 들면, 적어도 하나의 마이크로 구현될 수 있다.The sound receiver 130 is a device for receiving a sound signal generated in a space, and may be implemented as, for example, at least one microphone.

메모리(140)memory(140)

메모리(140)는 신호 처리부(150)에 의해 수행되는 다양한 알고리즘들을 실행하기 위한 명령어 또는 프로그램 코드 등을 영구적으로 또는 일시적으로 저장하는 장치로서, 휘발성 및 비휘발성 메모리를 포함한다. The memory 140 is a device for permanently or temporarily storing instructions or program codes for executing various algorithms performed by the signal processing unit 150 , and includes volatile and nonvolatile memories.

또한, 메모리(140)는 신호 처리부(150)의 처리 과정에서 생성된 중간 데이터 및/또는 결과 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장할 수 있다. Also, the memory 140 may temporarily or permanently store intermediate data and/or result data generated in the process of the signal processing unit 150 .

또한, 메모리(140)는 신호 처리부(150)에 의해 수행되는 후술하는 주파수 자동 설정 과정에서 음압 스펙트럼의 변화율 및/또는 재현성(안정성)을 평가한 평가 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장할 수 있다.In addition, the memory 140 may temporarily or permanently store evaluation data obtained by evaluating the rate of change and/or reproducibility (stability) of the sound pressure spectrum in the automatic frequency setting process to be described later performed by the signal processing unit 150 .

신호 처리부(150)signal processing unit 150

신호 처리부(150)는 주변 구성들(110, 120, 130 및 140)을 동작을 제어 및 관리하는 장치로서, 예를 들면, 적어도 하나의 프로세서(CPU) 또는 이를 포함하도록 구성된 마이컴 등일 수 있다.The signal processing unit 150 is a device for controlling and managing the operation of the peripheral components 110 , 120 , 130 and 140 , and may be, for example, at least one processor (CPU) or a microcomputer configured to include the same.

신호 처리부(150)는 다수의 주파수 세트들 중에서 음압 스펙트럼의 변화율 및/또는 재현성(안정성)을 평가하여 선정된 주파수 세트로 음향 신호의 주파수를 자동으로 설정하고, 설정된 주파수의 음향 신호를 특정 공간 내에 발생시키도록 음향 발생부(120)를 제어한다. The signal processing unit 150 evaluates the rate of change and/or reproducibility (stability) of the sound pressure spectrum among a plurality of frequency sets to automatically set the frequency of the sound signal to the selected frequency set, and sets the sound signal of the set frequency in a specific space. The sound generating unit 120 is controlled to generate the sound.

다수의 주파수 세트들은 중심 주파수 및/또는 주파수 간격이 다른 서로 다른 주파수 세트들로서, 이러한 다수의 주파수 세트들 중에서 음압 스펙트럼의 변화율 및/또는 재현성(안정성)의 평가 결과를 기반으로 특정 주파수 세트를 선정하는 주파수 자동 설정 과정에서 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.The plurality of frequency sets are different frequency sets with different center frequencies and/or frequency intervals, and a specific frequency set is selected based on the evaluation result of the rate of change and/or reproducibility (stability) of the sound pressure spectrum among the plurality of frequency sets. The automatic frequency setting process will be described later with reference to FIG. 5 .

신호 처리부(150)는 음향 발생부(120)에 의해 특정 공간으로 출력된 음향 신호를 음향 수신부(130)를 통해 수신하고, 그 수신된 음향 신호에 대한 음압 스펙트럼을 계산한다. The signal processing unit 150 receives the sound signal output to a specific space by the sound generating unit 120 through the sound receiving unit 130 , and calculates a sound pressure spectrum for the received sound signal.

신호 처리부(150)는 푸리에 변환(Fourier Transform: FT) 또는 고속 푸리에 변환 알고리즘(Fast Fourier Transform: FFT)을 이용하여 수신된 음향 신호에 대한 음압 스펙트럼을 측정(계산)한다. 여기서, 음압 스펙트럼은 주파수에 대한 다수의 음압 레벨(값)들을 포함하는 데이터일 수 있다. The signal processing unit 150 measures (calculates) the sound pressure spectrum of the received sound signal using a Fourier transform (FT) or a fast Fourier transform algorithm (FFT). Here, the sound pressure spectrum may be data including a plurality of sound pressure levels (values) with respect to frequency.

신호 처리부(150)는 측정된 음압 스펙트럼을 분석하여 특정 공간 내에서의 사물의 움직임 및 온도 변화를 감시하는 감시 동작을 수행한다. 예를 들면, 도 1 내지 3에서 설명한 바와 같이, 시간 t1에서 측정된 음압 스펙트럼과 시간 t2에서 측정된 음압 스펙트럼의 차이(예, 주파수 쉬프트량)를 계산하여, 사물의 움직임 및 온도 변화를 분석할 수 있다.The signal processing unit 150 analyzes the measured sound pressure spectrum and performs a monitoring operation to monitor the movement and temperature change of an object in a specific space. For example, as described in FIGS. 1 to 3, by calculating the difference (eg, frequency shift amount) between the sound pressure spectrum measured at time t1 and the sound pressure spectrum measured at time t2, the movement and temperature change of an object can be analyzed. can

이하, 도 5를 참조하여, 음장 센서(100)가 감시 동작을 시작하기에 앞서 진행하는 음향 신호의 주파수 자동 설정 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5 , a process for automatically setting a frequency of an acoustic signal performed before the sound field sensor 100 starts a monitoring operation will be described in detail.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method for automatically setting a frequency of a sound field sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 자동 설정 방법은 다수의 후보 주파수 세트들 중에서 음압 스펙트럼의 변화율과 재현성(안정성)에 대한 평가 결과가 가장 우수한 후보 주파수 세트를 선정하여 이를 음향 신호의 주파수로 설정하며, 이때, 다수의 후보 주파수 세트들 각각에 포함된 주파수 성분들은 서로 다른 중심 주파수 및/또는 서로 다른 주파수 간격을 갖는 것으로 가정한다.Referring to FIG. 5 , the frequency automatic setting method according to an embodiment of the present invention selects a candidate frequency set having the best evaluation result for the rate of change and reproducibility (stability) of the sound pressure spectrum from among a plurality of candidate frequency sets, It is set as the frequency of the signal, and in this case, it is assumed that frequency components included in each of the plurality of candidate frequency sets have different center frequencies and/or different frequency intervals.

먼저, S510에서, 음장 센서(100)가 파워 온 된다.First, in S510 , the sound field sensor 100 is powered on.

이어, S520에서, 신호 처리부(150)가 다수의 주파수 세트들 중에서 임의로 선정한 하나의 주파수 세트에 포함된 주파수 성분들로 이루어진 음향 신호에 대한 음압 스펙트럼(또는 음압 스펙트럼 데이터)를 측정(계산)한다. Next, in S520 , the signal processing unit 150 measures (calculates) a sound pressure spectrum (or sound pressure spectrum data) of an acoustic signal composed of frequency components included in one frequency set arbitrarily selected from among a plurality of frequency sets.

예를 들면, 음향 발생부(120)가 신호 처리부(150)가 임의로 지정한 하나의 주파수 세트로 이루어진 음향 신호를 감시 대상에 해당하는 공간으로 출력하고, 음향 수신부(130)가 그 음향 신호를 수신하여 신호 처리부(150)로 전달한다. 그러면, 신호 처리부(150)는 그 음향 신호에 대한 푸리에 변환(FT 또는 FFT)을 수행하여 음압 스펙트럼을 측정한다.For example, the sound generating unit 120 outputs a sound signal composed of one frequency set arbitrarily designated by the signal processing unit 150 to a space corresponding to the monitoring target, and the sound receiving unit 130 receives the sound signal. It is transmitted to the signal processing unit 150 . Then, the signal processing unit 150 measures the sound pressure spectrum by performing a Fourier transform (FT or FFT) on the sound signal.

이어, S530에서, 신호 처리부(150)가 측정한 음압 스펙트럼을 메모리(140)에 기록한다.Next, in S530 , the sound pressure spectrum measured by the signal processing unit 150 is recorded in the memory 140 .

이어, S540에서, 신호 처리부(150)가 임의의 주파수 세트로 이루어진 음향 신호에 대해 S520 및 S530을 N(여기서, N은 2이상의 자연수)회 반복 수행한다. 여기서, 반복 수행 횟수는 음장 센서(100)의 처리 성능(프로세서의 처리 성능)을 고려하여 적절히 설계될 수 있으며, 예를 들면, 10회 일 수 있다.Next, in S540, the signal processing unit 150 repeatedly performs S520 and S530 N (here, N is a natural number greater than or equal to 2) with respect to the sound signal having an arbitrary frequency set. Here, the number of repetitions may be appropriately designed in consideration of the processing performance of the sound field sensor 100 (processing performance of the processor), and may be, for example, 10 times.

이어, S550에서, 신호 처리부(150)가 S520 및 S530을 N회 반복 수행하여 획득한 N개의 음압 스펙트럼들의 평균 변화율과 재현성(안정성)을 평가한다.Next, in S550, the signal processing unit 150 evaluates the average rate of change and reproducibility (stability) of the N sound pressure spectra obtained by repeatedly performing S520 and S530 N times.

상기 N개의 음압 스펙트럼들의 평균 변화율은 각 음압 스펙트럼의 변화율을 계산하여 획득한 N개 변화율들을 N으로 나눈 평균일 수 있다.The average rate of change of the N sound pressure spectra may be an average obtained by dividing N rates of change obtained by calculating the rate of change of each sound pressure spectrum by N.

각 음압 스펙트럼의 변화율은 각 음압 스펙트럼을 나타내는 그래프의 변동폭 또는 변동 정도(degree of variation)를 의미한다. The rate of change of each sound pressure spectrum means a variation width or degree of variation of a graph representing each sound pressure spectrum.

음압 스펙트럼의 변화율을 계산하는 이유는 도 1 내지 3에서 설명한 바와 같이 주파수 쉬프트량의 정밀한 측정을 위해 음압 스펙트럼을 나타내는 그래프(또는 음압 스펙트럼 패턴)의 변동폭(변동 정도)이 얼마나 큰지를 평가하기 위함이다.The reason for calculating the rate of change of the sound pressure spectrum is to evaluate how large the fluctuation range (degree of change) of the graph (or sound pressure spectrum pattern) representing the sound pressure spectrum for precise measurement of the amount of frequency shift as described in FIGS. .

일 실시 예에서, 음압 스펙트럼의 변화율 계산은, 가장 간단한 계산 방법으로서, 음압 스펙트럼을 나타내는 음압값들 중에서 가장 큰 음압값과 가장 낮은 음압값의 차이값을 계산한 것일 수 있다.In an embodiment, the calculation of the rate of change of the sound pressure spectrum is the simplest calculation method, and may be calculated by calculating a difference value between the largest sound pressure value and the lowest sound pressure value among sound pressure values representing the sound pressure spectrum.

다른 실시 예에서, 음압 스펙트럼의 변화율 계산은, 음압 스펙트럼을 구성하는 음압값들에 대한 평균, 표준 편차 및 분산값 중에서 적어도 하나의 값을 이용하여 변동 계수(coefficient of variation: CV)를 계산하는 것일 수 있다. In another embodiment, the calculation of the rate of change of the sound pressure spectrum is to calculate a coefficient of variation (CV) by using at least one of an average, standard deviation, and variance value for sound pressure values constituting the sound pressure spectrum. can

변동 계수는, 예를 들면, 아래의 식으로 나타낼 수 있다.The coefficient of variation can be expressed, for example, by the following formula.

[수학식 1][Equation 1]

변동 계수(CV) = 100 × 표준편차/평균Coefficient of Variation (CV) = 100 × standard deviation/mean

예를 들어, 음압값들의 평균이 50이고, 표준편차가 4인 경우, 위 수학식 1에 따르면, 변동 계수(CV)는 8이다. 변동 계수가 클수록 주파수 쉬프트량을 정밀하게 측정하는데 적합한 음압 스펙트럼일 수 있다.For example, when the average of the sound pressure values is 50 and the standard deviation is 4, according to Equation 1 above, the coefficient of variation (CV) is 8. As the coefficient of variation increases, it may be a sound pressure spectrum suitable for precisely measuring the amount of frequency shift.

N개의 음압 스펙트럼들의 재현성(안정성)은 N개의 음압 스펙트럼들이 얼마나 유사한지를 나타내는 정도이다. 음향 신호의 주파수를 설정할 때, 음압 스펙트럼의 변화율 외에 한가지 더 고려해야할 사항은 음압 스펙트럼의 재현성이다.The reproducibility (stability) of the N sound pressure spectra is a degree indicating how similar the N sound pressure spectra are. When setting the frequency of the sound signal, one more consideration besides the rate of change of the sound pressure spectrum is the reproducibility of the sound pressure spectrum.

음장 센서가 특정 공간에 설치되는 경우, 특정 주파수에서 음압 스펙트럼의 패턴이 불안정해질 수 있다. 여기서, 음압 스펙트럼의 패턴이 불안정하다는 것은 서로 다른 시간에 측정된 음압 스펙트럼들을 나태는 패턴 형상들의 유사도가 낮음을 의미한다.When the sound field sensor is installed in a specific space, the pattern of the sound pressure spectrum at a specific frequency may become unstable. Here, the unstable pattern of the sound pressure spectrum means that the similarity of pattern shapes representing sound pressure spectra measured at different times is low.

음압 스펙트럼을 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 가로축을 주파수로 하고, 세로축을 음압값으로 하는 2차원 평면 상에서 표현할 때, 도 2에 도시된 바와 같이, t1 시점에서 측정한 음압 스펙트럼이 t2 시점에서 쉬프팅하더라도 그 패턴 형상은 그대로 유지될 때, 그 음장 센서에 의해 측정된 음압 스펙트럼은 안정적이라고 말할 수 있다. 안정성이 낮은 음압 스펙트럼은 주파수 쉬프트량의 정밀한 측정을 방해하는 요소이다.When the sound pressure spectrum is expressed on a two-dimensional plane with the horizontal axis as frequency and the vertical axis as sound pressure values as shown in FIGS. 1 to 3, as shown in FIG. 2, the sound pressure spectrum measured at time t1 is It can be said that the sound pressure spectrum measured by the sound field sensor is stable when the pattern shape is maintained even after shifting from the . A sound pressure spectrum with low stability is a factor that prevents accurate measurement of the frequency shift amount.

N개의 음압 스펙트럼들의 재현성(안정성)은 N개의 음압 스펙트럼들 간의 상관 관계를 나타내는 상관 계수(Correlation coefficient)값의 계산을 통해 확인할 수 있다.The reproducibility (stability) of the N sound pressure spectra may be confirmed through calculation of a correlation coefficient value indicating a correlation between the N sound pressure spectra.

상관 계수(Correlation coefficient)값의 계산은, 예를 들면, 피어슨 상관 계수(Pearson correlation coefficient), 스피어만 상관 계수((Spearman correlation coefficient)) 등이 이용될 수 있다. For the calculation of the correlation coefficient value, for example, a Pearson correlation coefficient, a Spearman correlation coefficient, or the like may be used.

다시, S550으로 돌아가서, 신호 처리부(150)는 N개의 음압 스펙트럼들에 대한 평균 변화율과 재현성(상관 계수값)을 평가하여 그 평가 결과에 대응하는 평가 지수를 계산할 수 있다.Again, returning to S550, the signal processing unit 150 may calculate an evaluation index corresponding to the evaluation result by evaluating the average rate of change and reproducibility (correlation coefficient value) for the N sound pressure spectra.

예를 들면, 신호 처리부(150)는 평균 변화율 및 재현성(상관 계수값)과 평가 지수 사이의 맵핑 관계를 나타내는 테이블 이용하여, N개의 음압 스펙트럼들에 대한 평균 변화율로부터 제1 평가 지수를 계산하고, N개의 음압 스펙트럼들에 대한 재현성(상관 계수값)으로부터 제2 평가 지수를 계산할 수 있다.For example, the signal processing unit 150 calculates the first evaluation index from the average rate of change for the N sound pressure spectra using a table indicating the mapping relationship between the average rate of change and reproducibility (correlation coefficient value) and the evaluation index, A second evaluation index may be calculated from the reproducibility (correlation coefficient value) for the N sound pressure spectra.

이후, 신호 처리부(150)는 제1 및 제2 평가 지수에 대한 연산 과정을 통해 최종 평가 지수를 계산할 수 있다. 여기서, 연산 과정은, 예를 들면, 덧셈 연산 또는 곱셈 연산 등일 수 있다.Thereafter, the signal processing unit 150 may calculate a final evaluation index through an operation process for the first and second evaluation indices. Here, the operation process may be, for example, an addition operation or a multiplication operation.

이어, S560에서, 신호 처리부(150)는, S550에서 계산된 최종 평가 지수를 이용하여 S520에서 지정한 임의의 주파수 세트에 대한 패스(PASS) 처리 여부를 판단한다. Next, in S560 , the signal processing unit 150 determines whether to process a pass for an arbitrary frequency set designated in S520 using the final evaluation index calculated in S550 .

예를 들면, 최종 평가 지수가 사전에 설정한 기준 지수 이상인 경우, S520에서 지정한 임의의 주파수 세트는 적절한 주파수 세트로 판단하여 패스로 처리하고, 반대인 경우, 적절하지 못한 주파수 세트로 판단하여 페일(FAIL)로 처리한다.For example, if the final evaluation index is greater than or equal to the preset reference index, the arbitrary frequency set specified in S520 is determined as an appropriate frequency set and processed as a pass, and in the opposite case, it is determined as an inappropriate frequency set and fails ( FAIL).

이어, S570에서, 임의의 주파수 세트가 패스로 처리된 경우, 신호 처리부(150)는 패스 처리된 상기 임의의 주파수 세트를 음향 신호의 주파수 세트로 설정한다. Next, in S570 , when an arbitrary frequency set is processed as a pass, the signal processing unit 150 sets the pass-processed arbitrary frequency set as a frequency set of the sound signal.

신호 처리부(150)는 음장 센서(100)가 파워 오프된 후 다시 파워 온 된 경우, 상기 설정된 주파수 세트로 이루어진 음향 신호를 이용하여 감시 동작을 수행하도록 상기 설정된 주파수 세트를 나타내는 정보를 메모리에 기록할 수 있다.When the sound field sensor 100 is powered off and then powered on again, the signal processing unit 150 records information indicating the set frequency set in the memory to perform a monitoring operation using the sound signal comprising the set frequency set. can

이어, S580에서, 신호 처리부(150)는 음향 발생부(120)의 출력을 제어하여, 상기 설정된 주파수 세트로 이루어진 음향 신호를 이용하여 감시 동작을 시작한다.Subsequently, in S580 , the signal processing unit 150 controls the output of the sound generating unit 120 to start a monitoring operation using the sound signal composed of the set frequency set.

한편, S560에서, 상기 임의의 주파수 세트가 페일 처리된 경우, 단계는 S590으로 이동하고, S590에서, 신호 처리부(150)는 상기 임의의 주파수 세트를 다른 임의의 주파수 세트로 변경한 후, S520 내지 S560의 일련 단계들을 반복 수행한다. On the other hand, in S560, if the arbitrary frequency set is failed processing, the step moves to S590, and in S590, the signal processing unit 150 changes the arbitrary frequency set to another arbitrary frequency set, and then, from S520 to S520. The series of steps of S560 are repeatedly performed.

이상 설명한 바와 같이, 다수의 주파수 세트들 중에서 평가 결과가 가장 우수한 주파수 세트로 음향 신호의 주파수를 자동으로 설정함으로써, 음장 센서가 설치된 공간의 환경 변화가 일어날 때마다 매번 음장 센서(음향 신호)의 주파수를 설정해야 하는 번거로움을 피할 수 있고, 사물의 움직임 및 온도 변화를 정밀하고 안정적으로 감지할 수 있다.As described above, by automatically setting the frequency of the sound signal to the frequency set with the best evaluation result among a plurality of frequency sets, the frequency of the sound field sensor (sound signal) every time an environmental change in the space where the sound field sensor is installed occurs. It is possible to avoid the hassle of setting the .

이러한 본 발명에 따른 음장 센서(100)는 CCTV나 자동차 블랙박스 등의 보안 카메라 등에 적용될 수 있고, 인터넷전화, 스마트폰, 스마트 TV, 스마트 자동차, 인터폰, AI 스피커 등을 포함한 스마트 가전, 및 지능형 금고 등과 같은 다양한 기기는 물론, 어군 탐지기와 같은 어선 장비와 자율주행 자동차 또는 로봇 분야에 적용될 수 있다.The sound field sensor 100 according to the present invention can be applied to a security camera such as a CCTV or a car black box, etc. It can be applied to various devices such as, of course, fishing boat equipment such as fish finders, and autonomous vehicles or robots.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, although specific embodiments have been described, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.

예를 들면, 도 5의 S550에서는 N개의 음압 스펙트럼들의 평균 변화율에 대한 평가와 N개의 음압 스펙트럼들의 재현성에 대한 평가를 모두(병렬적으로) 수행하는 것으로 설명하고 있으나, 선택적으로 수행할 수도 있다.For example, in S550 of FIG. 5 , the evaluation of the average rate of change of the N sound pressure spectra and the evaluation of the reproducibility of the N sound pressure spectra are all described as being performed (in parallel), but may be selectively performed.

또한, 본 발명의 실시 예에서는, N개의 음압 스펙트럼들의 평균 변화율에 대한 평가를 수행하는 것으로 설명하고 있지만, 하나의 음압 스펙트럼으로부터 계산된 변화율에 대한 평가로 대체될 수 있다. 이 경우, N개의 변화율들에 대한 평균을 계산하는 과정은 생략될 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, although it has been described that the evaluation of the average rate of change of N sound pressure spectra is performed, the evaluation of the rate of change calculated from one sound pressure spectrum may be substituted. In this case, the process of calculating the average of the N change rates may be omitted.

또한, 본 발명의 실시 예에서는, 하나의 주파수 세트에 대한 음향 스펙트럼의 평가를 진행한 후, 그 평가 결과에 따라 하나의 주파수 세트가 페일 처리된 경우, 다음 주파수 세트에 대한 음향 스펙트럼의 평가를 진행하는 방식으로 설명하고 있으나, 이와는 다르게, 모든 주파수 세트들에 대한 평가를 완료한 후, 그 평가 결과들 중에서 가장 우수한 평가 결과를 보이는 주파수 세트를 자동 설정할 수도 있다. 이 경우, 도 5의 S560 및 S570은 전체 단계들에서 생략될 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, after the evaluation of the acoustic spectrum for one frequency set is performed, when one frequency set is failed according to the evaluation result, the evaluation of the acoustic spectrum for the next frequency set is performed However, alternatively, after the evaluation of all frequency sets is completed, a frequency set showing the best evaluation result among the evaluation results may be automatically set. In this case, steps S560 and S570 of FIG. 5 may be omitted from all steps.

그러므로 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, it should be defined not only by the claims, but also by the claims and equivalents of the present invention.

Claims (6)

음향 수신부가, 음향 발생부로부터 출력된 다수의 주파수 세트들을 기반으로 하는 다수의 음향 신호들을 수신하는 단계; 및
신호 처리부가, 상기 다수의 음향 신호들에 대한 음압 스펙트럼을 각각 측정하고, 각 음압 스펙트럼의 변화율과 재현성을 평가한 평가 결과를 기반으로 상기 다수의 주파수 세트들 중에서 선정된 주파수 세트를 상기 음향 신호의 주파수로 설정하는 단계
를 포함하는 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법.receiving, by the sound receiving unit, a plurality of sound signals based on the plurality of frequency sets output from the sound generating unit; and
A signal processing unit measures a sound pressure spectrum for each of the plurality of sound signals, and selects a frequency set selected from among the plurality of frequency sets based on an evaluation result of evaluating the rate of change and reproducibility of each sound pressure spectrum of the sound signal Steps to set by frequency
A method for automatically setting a frequency of a sound field sensor comprising a. 제1항에서,
상기 음압 스펙트럼의 변화율은,
상기 음압 스펙트럼을 주파수를 가로축으로 하고, 음압값을 세로축으로 하는 2차원 평면에서 표현할 때, 상기 음압 스펙트럼을 나타내는 음압값들의 변화율인 것인 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법.In claim 1,
The rate of change of the sound pressure spectrum is,
When the sound pressure spectrum is expressed in a two-dimensional plane with the frequency as the horizontal axis and the sound pressure value as the vertical axis, it is the rate of change of the sound pressure values representing the sound pressure spectrum. 제1항에서,
상기 음압 스펙트럼의 재현성은,
상기 임의의 주파수 세트의 음향 신호에 대해, N회 반복 측정된 음압 스펙트럼들 사이의 상관 관계인 것인 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법.In claim 1,
The reproducibility of the sound pressure spectrum is,
The method for automatically setting the frequency of the sound field sensor is the correlation between the sound pressure spectra measured N times for the sound signal of the arbitrary frequency set. 제1항에서,
상기 선정된 주파수 세트를 상기 음향 신호의 주파수로 설정하는 단계는,
상기 음압 스펙트럼의 변화율을 계산하는 단계;
상기 음압 스펙트럼의 재현성으로서, 상기 임의의 주파수 세트의 음향 신호에 대해, N회 반복 측정된 음압 스펙트럼들 사이의 상관 관계를 나타내는 상관 계수값을 계산하는 단계;
상기 계산된 변화율에 대한 제1 평가 지수를 산출하고, 상기 계산된 상관 계수값에 대한 제2 평가 지수를 산출하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 평가 지수를 연산하여 획득한 최종 평가 지수에 따라 상기 다수의 주파수 세트들 중에서 선정된 주파수 세트를 상기 음향 신호의 주파수로 설정하는 단계
를 포함하는 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법.In claim 1,
Setting the selected frequency set as the frequency of the sound signal comprises:
calculating a rate of change of the sound pressure spectrum;
calculating, as the reproducibility of the sound pressure spectrum, a correlation coefficient value representing a correlation between sound pressure spectra measured N times for the sound signal of the arbitrary frequency set;
calculating a first evaluation index for the calculated change rate, and calculating a second evaluation index for the calculated correlation coefficient value; and
Setting a frequency set selected from among the plurality of frequency sets as the frequency of the sound signal according to the final evaluation index obtained by calculating the first and second evaluation indices
A method for automatically setting a frequency of a sound field sensor comprising a. 제4항에서,
상기 음압 스펙트럼의 변화율을 계산하는 단계는,
상기 음압 스펙트럼을 나타내는 음압값들 중에서 최저 음압값과 최고 음압값 사이의 차이를 상기 음압 스펙트럼의 변화율로 계산하는 단계인 것인 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법.In claim 4,
Calculating the rate of change of the sound pressure spectrum comprises:
The method of automatically setting the frequency of the sound field sensor is the step of calculating a difference between the lowest sound pressure value and the highest sound pressure value among the sound pressure values representing the sound pressure spectrum as a rate of change of the sound pressure spectrum. 제4항에서,
상기 음압 스펙트럼의 변화율을 계산하는 단계는,
상기 음압 스펙트럼을 나타내는 음압값들의 평균 및 표준 편차를 이용하여 상기 음압 스펙트럼의 변화율로 계산하는 단계인 것인 음장 센서의 주파수 자동 설정 방법.In claim 4,
Calculating the rate of change of the sound pressure spectrum comprises:
The method of automatically setting the frequency of the sound field sensor is the step of calculating the rate of change of the sound pressure spectrum using the average and standard deviation of the sound pressure values representing the sound pressure spectrum.
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KR20150114373A (en) * 2014-03-31 2015-10-12 한국전자통신연구원 Appartus and method for monitoring security using variation of correlation coefficient pattern in sound field spectra
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