KR20240027710A - 음향 신호를 이용한 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음향 신호를 이용한 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법으로서, 감시 대상 공간의 물리적 상황 변화를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 공간 감시 장치에서 방출하는 음향 신호를 자동 설정하는 기술을 개시한다.

Description

음향 신호를 이용한 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법

본 발명은 음향 신호를 이용한 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법으로서, 감시 대상 공간의 물리적 상황 변화를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 공간 감시 장치에서 방출하는 음향 신호를 자동 설정하는 기술에 대한 것이다.

실내 공간 내의 외부인 침입, 화재 발생, 가스 누출 등을 감지하기 위해 다양한 감지 센서와 장치들이 사용되고 있다. 최근에는 IOT 기술 발달에 따라 실내 공간의 냉난방 가동 여부, 창문 개방 여부 등의 다양한 상황을 원격지에서 감지하고 그에 따른 후속 조치가 가능한 시스템이 구축되고 있다.

이러한 다양한 감지 기술에는 일반적으로 CCTV, IR 카메라, 진동 감지 센서, 가스 감지 센서 등이 적용되고 있다. 종래기술들의 경우 침입, 화재, 가스 등 각각의 상황별로 그에 따른 개별적인 센싱 장치가 요구되기에 다양한 실내 공간 상황을 감시하기 위해서는 그만큼 많은 센싱 장치가 요구되며, 그에 따라 설비 구축에 많은 비용이 소모되고 전력 소모량도 상당한 문제가 있다.

상기의 제반 문제 해결을 위해 최근에는 음향 신호를 방출하고, 수신되는 음향 신호의 변화를 기초로 실내 공간 상황을 파악하는 기술이 제시된 바 있다.

음향 신호를 기초로 공간 상황을 파악하는 장치의 하나로 주파수 응답 센서(Frequency Response Sensor)가 있다. 주파수 응답 센서는 여러 주파수의 소리(음향 신호)를 방출하고 음향 신호를 수신하여, 수신된 음향 신호의 음압 또는 위상 스펙트럼의 변화를 분석함으로써, 감시 대상 공간 내에서 사물의 움직임이나 온도의 변화 등을 감지하는 장치이다.

도 1은 주파수 응답 센서가 시간 t1에서 측정한 음압 스펙트럼의 일례를 도시하는 그래프이고, 도 2는 주파수 응답 센서가 시간 t1에서 측정한 음압 스펙트럼과 t1 이후의 t2에서 측정한 음압 스펙트럼을 함께 도시하는 그래프이다. 상기 도 2에 도시된 바와 같은 음압 스펙트럼의 시간에 따른 가로축 방향 이동, 즉 주파수 쉬프트(S)를 측정함으로써 감시 대상 공간의 온도변화를 감지할 수 있다. 따라서 감시 대상 공간의 온도 변화를 정확하게 감지하기 위해서는 주파수 쉬프트의 정밀한 측정이 중요하다.

주파수 쉬프트의 측정 정밀도는 주파수에 따라 변화하는 음압값의 최대치(MAX)와 최소치(MIN)의 차이가 클수록 향상될 수 있다. 가령, 음압 레벨의 최대값과 최소값의 차이가 작아 대체적으로 평탄(flat)한 곡선으로 표현되는 음압 스펙트럼의 경우, 음압 스펙트럼의 쉬프트가 발생되더라도 쉬프트 정도를 정확하게 측정하기 곤란하므로 이를 기초로 공간의 온도변화를 정밀하게 파악하는데 어려움이 있다. 극단적인 예로, 만약 주파수에 따른 음압값의 변화가 전혀 없어서 스펙트럼이 하나의 수평선으로 표현된다면, 실제로는 음압 스펙트럼의 쉬프트가 발생되더라도 그 쉬프트 량을 측정하는 것이 불가능하다. 그러므로 음압 레벨의 최대치와 최소치의 차이가 어느 이상의 값을 갖도록, 방출되는 음향 신호의 주파수를 적절하게 조절하여 줄 필요가 있다.

나아가서 상기에서는 음압값의 최대치와 최소치의 차이를 확보해야 한다는 관점에서, 방출되는 음향 신호를 적절히 조절해 주어야 한다고 설명하였으나, 음압값의 최대 최소치 차이 이외에도 다양한 판단 기준을 적용하여 방출되는 음향 신호를 최적화할 수 있다.

그런데 적어도 하나 이상의 판단 기준을 적용하여 방출되는 음향 신호를 최적화했다고 하더라도, 만일 그 상태에서 감시 대상 공간 내의 가구나 기기의 배치가 바뀐 경우, 공간 감시 장치의 위치나 방향이 변경된 경우, 계절의 변화에 따라서 온도가 바뀐 경우 등 다양한 요인으로 인해 기존에 설정되었던 음향 신호가 더 이상 최적 음향 신호가 아닌 것으로 바뀔 수 있다. 그러므로 감시 대상 공간의 형태, 가구나 기기들의 배치, 온도, 감시 장치의 위치와 방향 등 다양한 요인이 변경되면, 그에 맞추어 방출되는 음향 신호를 적정한 것으로 다시 설정할 필요가 있다.

상기와 같은 다양한 요인의 변화에 따라 매번 수동으로 음향 신호를 재설정하는 것은 매우 번거로운 일이고, 특히 전문가가 아닌 일반 사용자가 음향 신호를 적절한 것으로 재설정하는 것은 어려운 일이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 음향 신호를 이용하는 공간 감시 장치를 통해 공간 상황을 감지하는 경우, 대상 공간의 형태, 감시 장치의 설치 위치, 대상 공간에서의 고정적인 사물들의 배치 변경 등 다양한 요소에 맞춰서 매번 적절한 음향 신호를 재설정해야 되는 번거로움을 해소하고자 한다.

특히, 전문가가 아닌 일반 사용자가 대상 공간에 적합한 음향 신호를 직접 찾아서 재설정하기 어려운 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법의 일실시예는, 감시 대상 공간으로 음향 신호를 방출하는 음향 신호 방출 단계; 상기 대상 공간의 음향 신호를 수신하는 음향 신호 수신 단계; 수신된 음향 신호를 기초로 공간의 주파수 응답을 측정하는 공간의 주파수 응답 측정 단계; 측정된 공간의 주파수 응답을 설정된 판단 조건을 기초로 판단하여 방출할 음향 신호의 재설정 여부를 결정하는 음향신호 재설정 판단 단계; 및 음향 신호의 재설정 결정에 따라 방출할 음향 신호를 변경하여 재설정하는 음향 신호 재설정 단계를 포함할 수 있다.

일례로서, 상기 음향신호 재설정 판단 단계에서 상기 판단 조건은, 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성 또는 소음과의 구별성 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

측정의 안정성 판단 조건의 일례로서, 상기 음향 신호 방출 단계 내지 상기 공간의 주파수 응답 측정 단계를 반복적으로 수행하며, 상기 음향신호 재설정 판단 단계는, 반복적으로 측정된 복수의 공간의 주파수 응답 상호간의 유사성을 기초로 측정의 안정성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단할 수 있다.

스펙트럼의 변동성 판단 조건의 일례로서, 상기 음향신호 재설정 판단 단계는, 상기 측정된 공간의 주파수 응답에 있어서, 스펙트럼의 최대치와 최소치 간의 차이 또는 산포도(degree of scattering)를 기준 범위와 대비함으로써 스펙트럼의 변동성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단할 수 있다.

주파수 분해능의 적정성 판단 조건의 일례로서 상기 음향신호 재설정 판단 단계는, 상기 측정된 공간의 주파수 응답에 있어서, 스펙트럼 파형의 기울기를 기초로 주파수 분해능의 적정성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단할 수 있다.

소음과의 구별성 판단 조건의 일례로서, 상기 음향신호 재설정 판단 단계는, 측정된 공간의 주파수 응답을 이전에 획득된 공간의 주파수 응답 또는 음향신호를 방출하지 않고 측정된 소음과의 비교를 통해 소음과의 구별성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단할 수 있다.

나아가서 상기 음향 신호 재설정 단계는, 단일음의 음향 신호에 대하여, 방출 시작 지점의 주파수, 방출 종료 지점의 주파수 또는 음향 신호 방출 지속시간 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정할 수 있다.

또는 상기 음향 신호 재설정 단계는, 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향 신호에 대하여, 주파수 간격, 중심 주파수 또는 주파수 개수 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정할 수 있다.

한걸음 더 나아가서 보유한 복수의 음향 신호 각각에 대하여 상기 음향 신호 방출 단계 내지 상기 주파수 응답 측정 단계를 수행하며, 상기 음향 신호 재설정 판단 단계는, 각각의 음향 신호에 대응되어 측정된 공간의 주파수 응답에 있어서, 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성, 또는 상기 대상 공간에 존재하는 소음과의 구별성 중 적어도 하나 이상의 판단 조건을 기초로 각각의 음향 신호에 대한 성능치를 산출하는 단계; 및 각각의 음향 신호에 대한 성능치를 비교하여 방출할 음향 신호의 재설정 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법의 다른 일실시예는 감시 대상 공간으로 음향 신호를 방출하는 음향 신호 방출 단계; 상기 대상 공간의 음향 신호를 수신하는 음향 신호 수신 단계; 수신된 또는 실시간 수신되는 음향 신호를 설정된 판단 조건을 기초로 판단하여 방출할 음향 신호의 재설정 여부를 결정하는 음향 신호 재설정 판단 단계; 및 음향 신호의 재설정 결정에 따라 방출할 음향 신호를 변경하여 재설정하는 음향 신호 재설정 단계를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 대상 공간의 형태, 공간 감시 장치의 설치 위치, 대상 공간에서의 고정적인 사물들의 배치 변경 등 다양한 요소를 고려하여 최적의 감지 성능에 도달되도록 음향 신호를 자동적으로 재설정할 수 있게 된다.

특히, 사용자가 적절한 음향 신호를 찾기 어려운 문제를 해소하여 최적의 성능을 발휘할 수 있는 음향 신호를 자동적으로 설정할 수 있게 된다.

이러한 음향 신호의 자동 재설정을 통해 대상 공간의 상황을 보다 정밀하게 감지할 수 있다.

본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 주파수 응답 센서가 시간 t1에서 측정한 음압 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 2는 주파수 응답 센서가 시간 t1에서 측정한 음압 스펙트럼과 시간 t1 이후의 시간 t2에서 측정한 음압 스펙트럼의 일례를 함께 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에 대한 일실시예의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법을 구현하기 위한 공간 감시 장치의 실시예에 대한 구성도를 도시한다.
도 5는 본 발명을 구현하는 공간 감시 장치의 음향 신호 처리부에 대한 일실시예의 구성도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 음향 신호 재설정 판단 과정에 대한 일실시예의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 측정의 안정성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 측정의 안정성 평가의 일례를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 스펙트럼의 변동성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 스펙트럼의 변동성 평가의 일례를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 주파수 분해능의 적정성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 음향 신호의 주파수 분해능의 적정성 평가의 일례를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 소음과의 구별성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 소음과의 구별성 판단을 위한 공간 감시 장치의 동작 관계 일례를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 보유한 복수의 음향신호 중에서 최적의 음향 신호를 선택하는 과정의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

본 발명에서는 공간 감시 장치가 음향 신호를 이용하여 감시 대상 공간의 상황을 감시하는데 있어서, 보다 정확한 감지를 위해 방출하는 음향 신호가 최적화되도록 자동 설정하는 방안을 제시하는데, 이와 관련하여 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법은, 측정된 공간의 주파수 응답을 기초로 음향 신호의 재설정 여부를 판단하는 제1 방식과 타임 도메인 상에서 수신된 음향 신호 자체로 음향 신호의 재설정 여부를 판단하는 제2 방식을 포함할 수 있다.

상기 제1 방식과 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에 대한 일실시예의 흐름도를 도시한다.

공간 감시 장치(100)가 감시할 대상 공간으로 음향 신호를 방출(S100)하고, 상기 대상 공간의 음향 신호를 수신(S200)할 수 있다. 여기서 방출하는 음향 신호는 이후 대상 공간의 감시를 위해 이용되는 음향 신호가 될 수 있다. 또는 방출하는 음향 신호는 대상 공간의 소음, 대상 공간의 형태, 대상 공간에 배치된 고정적인 사물들의 배치 위치 등을 파악하기 위한 테스트 음향 신호일 수도 있다.

음향 신호는 시간에 따라 주파수가 변하는 단일음의 음향 신호일 수도 있고 또는 시간에 따라 주파수가 변하지 않는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향 신호일 수도 있으며, 시간에 따라 주파수가 변하는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향신호일 수도 있고, 단일음의 음향 신호와 복합음이 교번하는 음향 신호일 수도 있다.

공간 감시 장치(100)는 대상 공간의 음향 신호를 수신하여 공간의 주파수 응답을 측정(S300)하고 측정된 공간의 주파수 응답을 기초로 미리 설정된 판단 조건에 따라 대상 공간으로 방출할 음향 신호에 대한 재설정 여부를 판단(S400)할 수 있다. 여기서 음향 신호의 재설정 여부에 대한 판단 조건은 측정된 공간의 주파수 응답에 대한 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성, 또는 상기 대상 공간에 존재하는 소음과의 구별성 등 다양한 판단 조건이 선택적으로 또는 중첩적으로 설정될 수 있다.

대상 공간으로 방출할 음향 신호의 재설정이 필요하지 않은 경우, 공간 감시 장치(100)는 기존 음향 신호를 유지시켜 대상 공간에 대한 상황 감지를 지속할 수 있다. 만약 대상 공간으로 방출할 음향 신호의 재설정이 필요하다고 결정되는 경우, 공간 감시 장치(100)는 재설정 판단 결과를 기초로 대상 공간으로 방출할 음향 신호를 변경하여 재설정(S500)하고 변경된 음향 신호로 대상 공간에 대한 상황 감지를 수행할 수 있다.

발명의 실시를 위한 형태

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 음향 신호를 이용한 공간 감시 장치에서 보다 정확한 측정을 위해 방출하는 음향 신호를 자동 설정하는 방안을 개시한다.

본 발명이 적용되는 공간 감시 장치는 대상 공간으로 음향 신호를 방출하고 상기 대상 공간의 음향 신호를 수신하여 측정된 공간의 주파수 응답을 기초로 공간 상황을 파악할 수 있다.

본 발명에서 언급하는 공간의 주파수 응답(frequency response)은 다음과 같이 설명될 수 있다. 대상 공간을 일종의 폐회로로 간주하고, 여기에 입력 신호로서 음향 신호를 방출한 후, 출력 신호로서 음향 신호를 수신하는 경우, 이때 수신 음향 신호의 주파수별 음압 또는 주파수별 위상 등의 요소를 '공간의 주파수 응답'이라고 정의할 수 있다.

이러한 공간의 주파수 응답을 표현하는 일례로서, 주파수를 가로축으로 하고, 수신 음향의 음압을 세로축으로 하여 그래프로 표시할 수 있으며, 음압 요소 대신 위상 요소를 세로축에 표시할 수도 있다.

공간의 주파수 응답은 공간의 물리적 특성에 따라서 달라지므로, 공간의 주파수 응답을 이용하여 공간의 물리적 상황을 추론할 수 있고, 나아가, 공간의 주파수 응답이 변화하는 패턴을 이용하여 공간의 물리적 특성 변화를 파악할 수 있다. 이때 공간의 물리적 특성 차이에 따른 공간의 주파수 응답 차이가 클수록, 또는 공간의 물리적 특성 변화에 기인된 공간의 주파수 응답 변화량이 크게 나타날수록, 공간의 주파수 응답을 이용하여 공간의 물리적 상황을 좀 더 정밀하게 감지할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법을 구현하기 위한 공간 감시 장치의 실시예에 대한 구성도를 도시한다.

본 발명이 적용되는 공간 감시 장치(100)는, 음향 신호 방출부(110), 음향 신호 수신부(130), 음향 신호 처리부(150), 상황 판단부(170) 등을 포함할 수 있다.

음향 신호 방출부(110)는 스피커(111) 등을 포함하여 대상 공간으로 음향 신호를 방출할 수 있다. 음향 신호 방출부(110)는 시간에 따라 주파수가 변하는 단일음의 음향 신호를 방출할 수도 있고, 시간에 따라 주파수가 변하지 않는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향신호를 방출할 수도 있고, 시간에 따라 주파수가 변하는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향신호를 방출할 수도 있고, 단일음의 음향신호와 복합음이 교번하는 음향신호를 방출할 수도 있다.

또한 음향 신호 방출부(110)는 하나의 스피커를 통해 음향 신호를 방출할 수도 있고 복수의 스피커를 통해 음향 신호를 방출할 수도 있다. 복수의 스피커를 통해 음향 신호를 방출하는 경우, 동일한 음향 신호를 방출할 수도 있고 각기 다른 음향 신호를 방출할 수도 있다.

음향 신호 수신부(130)는 마이크로폰(131) 등을 포함하여 대상 공간 상의 음향 신호를 수신할 수 있다. 음향 신호 수신부(130)는 하나의 마이크로폰을 통해 음향 신호를 수신할 수도 있고 복수의 마이크로폰을 통해 음향 신호를 수신할 수도 있다. 이외에도 음향 신호 수신부(130)는 음압, 음의 세기(Sound Intensity)등을 측정할 수 있는 다양한 측정 기기를 포함할 수 있다.

음향 신호 처리부(150)는 대상 공간으로 방출할 음향 신호를 음향 신호 방출부(110)로 제공할 수 있다. 또한 음향 신호 처리부(150)는 음향 신호 수신부(130)가 수신한 음향 신호를 전달받아 대상 공간의 여러 요소를 고려하여 최적의 감지 성능을 얻을 수 있도록 방출할 음향 신호를 재설정할 수 있다.

상황 판단부(170)는 공간의 주파수 응답을 기초로 대상 공간의 상황을 판단할 수 있다. 대상 공간에서 물체 이동, 온도 변화, 공기 이동 등 다양한 상황 변화가 발생되는 경우, 이에 따라서 수신되는 음향 신호가 변화되고, 수신된 음향 신호를 이용하여 측정된 공간의 주파수 응답 또한 변동된다. 상황 판단부(170)는 측정된 공간의 주파수 응답의 변화 여부, 변화의 정도, 변화 패턴 등을 이용하여 대상 공간에 어떠한 상황 변화가 발생되었는지 파악할 수 있다.

본 발명은 상기의 공간 감시 장치를 통해 대상 공간을 감시함에 있어서 최적의 감지 성능이 발휘될 수 있도록 대상 공간으로 방출할 음향 신호를 자동 설정할 수 있다.

도 5는 본 발명을 구현하는 공간 감시 장치의 음향 신호 처리부에 대한 일실시예의 구성도를 도시한다.

음향 신호 처리부(150)는, 제어부(151), 주파수 응답 측정부(153), 재설정 판단부(155), 음향 신호 조정부(157) 등을 포함할 수 있다.

제어부(151)는 음향 신호 방출부(110)를 제어하여 대상 공간으로 음향 신호를 방출할 수 있고 음향 신호 수신부(130)를 제어하여 대상 공간 상의 음향 신호를 수신할 수 있다.

주파수 응답 측정부(153)는 음향 신호 수신부(130)에서 수신된 음향 신호를 기초로 공간의 주파수 응답을 측정할 수 있다. 주파수 응답 측정부(153)는 푸리에 변환(Fourier Transform) 알고리즘 또는 고속 푸리에 변환 알고리즘(Fast Fourier Transform)을 이용하여 수신된 음향 신호를 주파수 도메인으로 변환하여 공간의 주파수 응답을 측정할 수 있다. 일례로서, 수신된 음향 신호를 주파수 도메인의 음압값으로 변환하여 음압 스펙트럼을 측정할 수 있다.

재설정 판단부(155)는 수신된 음향 신호 또는 측정된 공간의 주파수 응답을 미리 설정된 판단 조건을 기초로 판단하여 방출할 음향 신호의 재설정 여부를 결정할 수 있다.

바람직하게는 재설정 판단부(155)는 사전에 설정된 이벤트 발생시 음향 신호의 재설정 절차를 시작할 수 있다. 일례로서, 사용자의 음향 신호 재설정 요청이 있는 경우, 공간 감시 장치(100)의 동작 개시를 위해 초기 전원이 공급되는 경우, 일정한 시간 간격의 주기가 도래하는 경우, 공간 감시 장치(100)의 동작이 불안정한 것으로 의심되는 경우, 대상 공간에 새로운 소음이 유입되는 경우, 대상 공간 상의 고정적인 물체의 배치 변화 등 공간 특성이 변경되는 경우 등 다양한 경우가 음향 신호의 재설정 여부를 판단하기 위한 이벤트로 설정될 수 있다.

나아가서 공간 감시 장치(100)가 음향 신호를 방출하여 대상 공간에 대한 감시를 수행하는 동안, 주기적인 감시 작동 시간 대역 간의 사이 시간 대역인 미감시 시간 대역에서 음향 신호의 재설정 여부를 판단할 수도 있다. 예를 들어 1초 단위로 시간 대역을 분할하여 대상 공간 감시 작동과 음향 신호 재설정 판단을 교번하여 수행할 수도 있다.

재설정 판단부(155)는 수신된 음향 신호 또는 측정된 공간의 주파수 응답을, 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성, 또는 상기 대상 공간에 존재하는 소음과의 구별성 등의 여러 판단 조건을 기초로 판단하여 음향 신호의 재설정 여부를 결정할 수 있다. 즉 재설정 판단부(155)는 음향 신호를 수신하면서, 타임 도메인 상의 음향 신호 자체를 여러 판단 조건을 기초로 판단하여 재설정 여부를 결정할 수도 있고, 또는 수신된 음향 신호를 주파수 도메인상의 신호로 변환하여, 측정된 공간의 주파수 응답을 여러 판단 조건을 기초로 판단하여 재설정 여부를 결정할 수도 있다.

나아가서 재설정 판단부(155)는 각기 다른 복수의 음향 신호를 보유하고, 보유한 각각의 음향 신호에 대하여 판단 조건에 따른 성능치를 산출하며, 산출된 성능치를 대비하여 가장 최적의 음향 신호를 선택할 수도 있다. 이를 위해 재설정 판단부(155)는 시간에 따라 주파수가 변하는 단일음을 갖는 서로 다른 복수의 음향 신호, 시간에 따라 주파수가 변하지 않는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음을 갖는 서로 다른 복수의 음향 신호, 시간에 따라 주파수가 변하는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음을 갖는 서로 다른 복수의 음향 신호, 단일음의 음향 신호와 복합음이 교번하는 서로 다른 복수의 음향 신호를 보유할 수 있다.

음향 신호 조정부(157)는 재설정 판단부(155)의 판결 결과를 기초로 방출할 음향 신호를 조정하여 재설정할 수 있다.

방출할 음향 신호가 시간에 따라 주파수가 변하는 단일음의 음향 신호인 경우, 음향 신호 조정부(157)는 방출 시작 지점의 주파수, 방출 종료 지점의 주파수 또는 음향 신호 방출 지속시간 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정할 수 있다.

또는 방출할 음향 신호가 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향 신호인 경우, 음향 신호 조정부(157)는 주파수 간격, 중심 주파수 또는 주파수 개수 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정할 수 있다.

나아가서 재설정 판단부(155)가 각기 다른 복수의 음향 신호를 보유하고, 보유 음향 신호 중에서 최적의 성능을 갖는 음향 신호를 선택하는 경우, 음향 신호 조정부(157)는 재설정 판단부(155)로부터 선택된 음향 신호를 전달받아 이를 방출할 음향 신호로 재설정할 수도 있다.

음향 신호 조정부(157)에 의해 재설정된 음향 신호는 제어부(151)로 제공되며, 제어부(151)가 음향 신호 방출부(110)를 제어하여 대상 공간으로 재설정된 음향 신호를 방출할 수 있다.

앞서 상기 도 3의 실시예를 통해 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법을 살펴보았다.

이와 같이 본 발명에서는 대상 공간에 대한 상황 감지 성능 향상을 위해 음향 신호를 자동적으로 설정할 수 있는데, 음향 신호의 재설정 여부 판단 과정에 대하여 구체적인 실시예를 통해 살펴본다.

도 6은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 음향 신호 재설정 판단 과정에 대한 일실시예의 흐름도를 도시한다.

공간 감시 장치(100)는 수신된 음향 신호를 기초로 공간의 주파수 응답을 측정(S300)하는데, 일례로서, 수신된 음향 신호를 푸리에 변환(FT) 또는 고속 푸리에 변환(FFT)를 통해 주파수 도메인으로 변환하여 주파수 도메인 상의 공간의 주파수 응답을 측정할 수 있다.

또 다른 일례로서, 시간에 따라 주파수가 변하는 단일음의 음향 신호가 방출되는 경우, 특정 시간에는 특정 단일 주파수의 음향이 방출되는 것이므로, 공간 감시 장치(100)는 방출 시간에 따라 측정된 음압값 또는 위상값을 곧바로 방출 주파수에 따른 음압값 또는 위상값으로 변환함으로써, 공간의 주파수 응답을 측정할 수도 있다. 즉 이 경우에는 주파수에 따른 음압 값이 거의 실시간으로 측정되므로, 따로 푸리에 변환이 필요하지 않다.

앞서 설명한 바와 같이 공간의 주파수 응답은 수신된 음향 신호의 주파수별 음압 또는 주파수별 위상 등의 요소로 나타낼 수 있는데, 일례로서, 주파수를 가로축으로 하고, 음압을 세로축으로 하여 그래프로 표시할 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 공간의 주파수 응답에 대하여 주파수별 음압 변화를 나태내는 스펙트럼을 일례로 들어 설명하도록 하나, 본 발명에서 공간의 주파수 응답이 주파수별 음압 변화에 한정되는 것은 아니다.

공간의 주파수 응답이 측정(S300)되면, 이를 기초로 다양한 판단 조건으로서 측정의 안정성 판단(S410), 스펙트럼의 변동성 판단(S420), 주파수 분해능의 적정성 판단(S430), 소음과의 구별성 판단(S440)을 통해 기존 설정된 음향 신호를 유지(S450)할지 아니면 기존 설정된 음향 신호의 감지 성능이 떨어지므로 새로운 음향 신호로 재설정(S460)할지를 결정할 수 있다.

여기서 각각의 판단 조건은 수행 순서가 변경될 수도 있으며, 상황에 따라서는 특정 판단 조건만이 선택되어 음향 신호 재설정 여부가 결정될 수도 있다.

각각의 판단 조건에 대하여 실시예를 통해 좀더 자세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 재현성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.

음향 신호를 선택함에 있어서, 동일 대상 공간에서 상황 변경이 없을 경우 일정 수준 범위로 유사하게 공간의 주파수 응답이 측정되어야 공간 감시 장치의 안정성이 확보되었다고 말할 수 있다. 만약 동일 대상 공간에서 상황 변동이 없음에도 불구하고 각기 다르게 공간의 주파수 응답이 측정된다면 공간 감시 장치에 대한 신뢰성은 상실될 수 있다. 그런데 공간 감시 장치의 신뢰성 또는 측정의 안정성은, 예컨대 방출되는 음향신호의 주파수 등에 따라서 변동될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 측정의 안정성이 유지될 수 있는 음향 신호를 자동적으로 설정함으로써 공간 감시 장치의 안정성을 확보하고자 한다.

측정의 안정성을 판단하기 위해 공간 감시 장치(100)는 설정된 측정 횟수만큼 대상 공간으로 음향 신호를 방출(S110)하고 대상 공간의 음향 신호를 수신(S210)하며 각각의 음향 신호마다 공간의 주파수 응답을 측정(S310)하여 스펙트럼을 얻을 수 있다. 각각의 주파수 응답 스펙트럼 간의 상관 관계 또는 유사성을 분석(S413)하여 방출할 음향 신호에 대한 측정의 안정성을 평가(S415)할 수 있다.

측정의 안정성에 대한 일례로서, 도 8을 참고하여 설명하는데, 상기 도 8은 공간의 주파수 응답으로서 음압 스펙트럼을 나타낸다.

대상 공간으로 동일한 음향 신호의 방출과 수신을 반복적으로 수행하여 상기 도 8의 (a)와 같은 제1 음압 스펙트럼(211)과 상기 도 8의 (b)와 같은 제2 음압 스펙트럼(212)이 획득된 경우를 가정한다.

제1 음압 스펙트럼(211)과 제2 음압 스펙트럼(212)에 대한 상관 관계를 분석하여 유사 정도를 파악하면 기준치 이상으로 유사하다고 평가될 수 있으므로 측정의 안정성이 충족될 수 있다. 선택된 음향 신호에 대하여 반복적으로 측정의 안정성 평가를 통해 일정 수준으로 측정의 안정성이 충족되는 경우, 선택된 음향 신호는 대상 공간의 감시에 적합한 음향 신호로 결정될 수 있다.

이와 다른 경우로서 대상 공간으로 동일한 음향 신호의 방출과 수신을 반복적으로 수행하여 상기 도 8의 (a)와 같은 제1 음압 스펙트럼(211)과 상기 도 8의 (c)와 같은 제3 음압 스펙트럼(213)이 획득된 경우를 가정한다.

제1 음압 스펙트럼(211)과 제3 음압 스펙트럼(213)에 대한 상관 관계를 분석하여 유사 정도를 파악하면 기준치 이하로서 비유사하다고 평가될 수 있으므로 측정의 안정성이 충족될 수 없다. 이러한 경우 선택된 음향 신호는 대상 공간의 감시에 적합하지 않은 음향 신호로 결정될 수 있으며, 공간 감시 장치(100)는 음향 신호의 재설정 과정을 수행할 수 있다.

이와 같이 대상 공간으로 방출할 음향 신호에 대한 반복적인 측정의 안정성 평가를 통해 대상 공간의 감시에 적합한 음향 신호 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 음향 신호를 재설정할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 스펙트럼의 변동성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.

가령, 공간의 주파수 응답으로서 음압 스펙트럼을 예로 들자면, 음압 스펙트럼에서 주파수 쉬프트를 측정하여 감시 대상 공간의 온도변화 파악이 가능한데, 주파수 쉬프트의 측정 정밀도는 주파수에 따라 변화하는 음압값의 최대치와 최소치의 차이가 클수록 향상될 수 있다. 만약 음압값의 최대치와 최소치 간의 차이가 너무 작아 음압 스펙트럼이 평탄한 곡선으로 나타나는 경우, 주파수 쉬프트를 정밀하게 측정하는 것이 어렵다. 그러므로 음압 스펙트럼에서 음압값의 최대치와 최소치가 일정 수준 이상으로 차이가 나타나는 음향 신호를 선택할 필요가 있다.

음향 신호를 선택함에 있어서, 음향 신호를 대상 공간으로 방출하고 음향신호를 수신하여 이를 기초로 측정한 음압 스펙트럼이 기준 범위 이상의 음압 폭을 갖는 경우 스펙트럼의 변동성을 가진 것으로 판단될 수 있다. 이와 반대로 측정된 음압 스펙트럼의 음압값이 주파수에 따라서 기준 범위 미만으로 미미하게 변화되는 경우, 이는 스펙트럼의 변동성이 부족한 것으로 판단되며, 이러한 음향 신호는 공간 상황 감지에 적합하지 않다.

본 발명에서는 스펙트럼의 변동성이 일정 수준 이상이 되도록 음향 신호를 자동 설정함으로써 공간 감시 장치의 정확성을 향상시킬 수 있다. 도 9를 참조하여 살펴보면, 스펙트럼의 변동성을 판단하기 위해 공간 감시 장치(100)는 측정된 공간의 주파수 응답에 대한 스펙트럼에서 최대치와 최소치를 파악(S421)한다. 그리고 최대치와 최소치 간의 차이를 산출(S423)하여 이를 기준 범위와의 대비(S425)를 통해 방출할 음향 신호에 대한 스펙트럼의 변동성을 평가(S427)할 수 있다.

스펙트럼의 변동성 평가에 대한 일례로서, 도 10을 참고하여 설명하는데, 상기 도 10은 공간의 주파수 응답으로서 음압 스펙트럼을 나타낸다.

대상 공간으로 음향 신호를 방출하고 수신하여 상기 도 10의 (a)와 같은 제4 음압 스펙트럼(221)이 획득된 경우를 가정한다. 제4 음압 스펙트럼(221)에서 음압값의 최대치 MAX와 최소치 MIN을 파악하고 최대치 MAX와 최소치 MIN 간의 차이값을 산출하면 차이값은 H1으로 나타나는데, 차이값 H1이 설정된 기준 범위를 만족하는 경우 스펙트럼의 변동성이 충족될 수 있다. 선택된 음향 신호에 대한 스펙트럼의 변동성이 충족되는 경우, 선택된 음향 신호는 대상 공간의 감시에 적합한 음향 신호로 결정될 수 있다.

이와 다른 경우로서 대상 공간으로 음향 신호를 방출하고 수신하여 상기 도 10의 (b)와 같은 제5 음압 스펙트럼(222)이 획득된 경우를 가정한다. 제5 음압 스펙트럼(222)에서 음압값의 최대치 MAX와 최소치 MIN을 파악하고 최대치 MAX와 최소치 MIN 간의 차이값을 산출하면 차이값은 H2로 나타나는데, 차이값 H2가 설정된 기준 범위를 만족하지 못하는 경우 스펙트럼의 변동성이 충족될 수 없다. 이러한 경우 선택된 음향 신호는 대상 공간의 감시에 적합하지 않은 음향 신호로 결정될 수 있으며, 공간 감시 장치(100)는 음향 신호의 재설정 과정을 수행할 수 있다.

상기에서는 스펙트럼의 변동성을 판단하는 기준으로 스펙트럼 음압값의 최대치와 최소치의 차이값을 이용하였는데, 그 외에도 음압값의 분산, 표준편차, 평균편차(mean deviation), 사분편차(quartile deviation)와 같은 산포도(degree of scattering) 등이 스펙트럼의 변동성을 판단하는 기준이 될 수도 있다.

이와 같이 대상 공간으로 방출할 음향 신호에 대한 스펙트럼의 변동성 평가를 통해 대상 공간의 감시에 적합한 음향 신호 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 음향 신호를 재설정할 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 주파수 분해능의 적정성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.

음향 신호를 선택함에 있어서, 앞서 설명한 스펙트럼의 변동성을 충족하더라도 음향 신호에 대한 주파수 분해능의 적정성이 충족되지 못할 경우 공간의 주파수 응답 측정에 오류가 포함될 수 있다.

주파수의 분해능이란 특정 주파수와 구별이 가능한 가장 인접한 주파수와의 간격을 말한다. 만일 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향 신호를 방출하여 공간의 주파수 응답을 측정할 경우, 측정된 음압 스펙트럼은 상기 도 10에서와 같이 정수 개의 주파수로 표현될 수 있는데, 이 경우 주파수 사이의 간격이 곧 분해능이 될 수 있다.

만약 방출 음향이, 단일 주파수가 시간에 따라서 직선적으로 변하는 싸인 스윕(sine sweep) 형태라면, 측정되는 음압 스펙트럼이 정수개의 점으로 표시되는 것이 아니라, 곡선으로 표시될 수 있다. 그런데 설령 스펙트럼이 곡선으로 표현된다고 하더라도, 실제로는 특정 주파수와 가장 인접한 주파수를 구별할 수 있는 능력으로서의 분해능은 존재한다. 이 경우 분해능은 감시 장치를 구성하는 부품들의 성능이나, 감시 장치의 동작 조건 또는 데이터 처리 조건 등에 따라서 결정된다. 예컨대, 음향 신호 수신 단계에서 특정한 샘플링 레이트(sampling rate)를 사용하여 음향 신호를 기록할 수 있는데, 이 경우 샘플링 레이트가 분해능에 영향을 미칠 수 있다. 또는 예컨대 측정된 음압 스펙트럼에서 불필요한 노이즈를 제거하기 위한 방법으로 '이동평균' 기법을 사용하여 스펙트럼을 표현할 수 있는데, 이때 이동평균값을 연산하는 구간의 크기에 따라서 분해능이 결정될 수 있다.

만약 스펙트럼의 주파수 대역(윈도우) 내에 너무 많은 수의 피크가 존재하는 경우, 충분한 분해능이 확보되지 않으면, 그 스펙트럼을 정확히 표현할 수 없다. 이러한 경우 주파수 분해능이 적절해지도록 음향 신호를 변경하여야 공간의 주파수 응답을 정확하게 측정할 수 있다.

일례로서, 도 12의 (a)와 (b)를 비교하여 설명하면, 두 경우는 모두 음압의 최대 최소값 차이, 즉 스펙트럼의 변동성은 같지만, 상기 도 12의 (a)는 스펙트럼이 상대적으로 평탄하고, 즉 윈도우 내에 피크의 개수가 적고, 반면에 상기 도 12의 (b)는 윈도우 내에 피크의 개수가 많다. 그러므로 상기 도 12의 (a)에서 스펙트럼은, 예컨대 20개의 주파수를 사용해서 20개의 점으로 표현할 수 있다. 그러나 상기 도 12의 (b)와 같은 스펙트럼을 제대로 표현할 수 있으려면, 예컨대 200개의 주파수를 사용해서 200개의 점으로 표현해야 하고, 따라서 주파수 간격 또는 주파수 분해능이 그만큼 좁아야 한다.

본 발명에서는 주파수 분해능의 적정성을 평가하고 그에 맞춰서 음향 신호를 재설정할 수 있다. 만일 주파수 분해능이 적정하지 않은 것으로 평가되었다면, 중심 주파수를 바꾸어서 다른 대역의 주파수에서 주파수 분해능의 적정성을 다시 평가하거나, 또는 중심 주파수는 그대로 둔 채 분해능(예컨대 주파수 간격) 자체를 조절할 수 있다.

일례로서 주파수 분해능의 적정성에 대한 평가는 스펙트럼의 기울기(분자는 주파수폭, 분모는 음압폭)를 기초로 판단할 수 있다. 예를 들어서 하나의 음압 스펙트럼을 주파수 간격 d를 갖는 N 개의 주파수(가로축 좌표값)에 대한 음압값(세로축 좌표값)으로 표현하는 경우, 만약 스펙트럼의 기울기의 절대값의 평균이 작다면, 즉 상기 도 12의 (a)와 같이 스펙트럼이 평평하다면, 주파수 간격 d가 크더라도 스펙트럼의 모양이 적절히 표현될 수 있다. 반면에 스펙트럼의 기울기의 절대값의 평균이 클수록, 즉, 상기 도 12의 (b)와 같이 스펙트럼에 많은 개수의 피크가 있을수록 주파수 간격 d가 충분히 좁아져야만, 그 스펙트럼을 온전하게 표현할 수 있게 된다.

스펙트럼이 N 개의 주파수에 대한 음압값으로 표현될 경우, 인접 주파수 사이의 음압값의 차이의 절대값 p는 N-1 개가 존재하게 되는데, N-1 개의 p를 모두 더한 값을 윈도우 폭 d*(N-1)로 나누면, 이것이 스펙트럼 파형의 기울기 절대값의 평균이 된다. 한편, 스펙트럼이 곡선으로 표현되는 경우라면, 스펙트럼에 존재하는 다수의 피크들에 대해서 극대값과 극소값의 차이의 절대값을 모두 더한 수치를 윈도우 폭으로 나누면 이것이 스펙트럼의 기울기의 절대값의 평균이 된다.

상기 도 11을 참조하면, 주파수 분해능의 적정성 평가를 통해 음향 신호를 선택하기 위해 공간 감시 장치(100)는 측정된 공간의 주파수 응답에 대한 윈도우를 파악(S431)하고 스펙트럼 파형의 기울기를 파악(S433)하여 기울기 절대값의 평균치를 산출(S435)한다. 그리고 산출된 평균치를 기준 범위와 대비(S437)하여 주파수 분해능의 적정성을 평가(S439)할 수 있다.

이와 같이 대상 공간으로 방출할 음향 신호에 대한 주파수 분해능의 적정성 평가를 통해 대상 공간의 감시에 적합한 음향 신호 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 음향 신호를 재설정할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 음향 신호 자동 설정 방법에서 소음과의 구별성 판단 조건의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.

대상 공간에 존재하는 소음과 방출되는 음향 신호가 일정 수준 이상으로 유사하여 음향 신호와 소음 간에 간섭이 발생되는 경우, 획득된 공간의 주파수 응답이 감시 대상 공간의 물리적 상태를 정확하게 반영할 수 없다는 문제가 발생한다. 그러므로 대상 공간 내에 존재하는 소음 구간을 회피할 수 있도록 음향 신호가 설정될 필요가 있다.

또한 대상 공간 내에 다수의 공간 감시 장치가 설치된 경우, 상호 근접한 주파수의 음향 신호를 방출하면 서로 다른 공간 감시 장치에서 방출한 음향 신호는 소음으로 기능할 수 있다. 그러므로 각각의 공간 감시 장치마다 서로 다른 주파수의 음향 신호를 방출하도록 설정할 필요가 있다.

본 발명에서는 대상 공간 내의 소음을 파악하고 방출할 음향 신호와 소음 간의 구별성을 평가하여 소음 구간을 회피할 수 있는 음향 신호를 설정할 수 있다.

소음과의 구별성을 판단하기 위한 과정을 상기 도 13의 (a)와 (b)에 나타난 2가지 일례를 들어 설명한다.

하나의 일례로서, 상기 도 13의 (a)는 사전에 신뢰성이 확보된 공간의 주파수 응답을 이용하는 경우이다. 공간 감시 장치(100)는 소음이 없는 상태에서 측정되어 신뢰성이 확보된 공간의 주파수 응답을 보유한 상태에서 소음과의 구별성 판단시 이를 추출(S441a)할 수 있다.

그리고 현재 시점에서 음향 신호를 방출하고 수신하여 측정된 공간의 주파수 응답을 신뢰성이 확보된 상태에서의 공간의 주파수 응답과 대비(S443a)하여 소음의 유입 정도와 구별성을 평가(S445a)할 수 있다.

다른 일례로서, 상기 도 13의 (b)는 음향 신호의 방출 구간과 음향 신호의 미방출 구간을 교번하여 수행하면서 음향 신호와 소음과의 간섭성을 파악하는 경우이다. 공간 감시 장치(100)는 도 14에 도시된 바와 같이 음향 신호를 방출하는 S 구간과 음향 신호를 방출하지 않는 N 구간을 교번하여 동작하면서 S 구간에서 대상 공간의 음향 신호를 측정하고 N 구간에서 대상 공간의 소음을 측정(S441a)한다. 그리고 S 구간에서 측정한 음향 신호와 N 구간에서 측정한 소음을 대비하여 주파수 간섭 정도를 파악(S443a)하고 소음과의 구별성을 평가(S445a)할 수 있다.

만약 음향 신호와 소음이 상호 주파수 대역이 동일하지 않다면 선택된 음향 신호는 대상 공간의 감시에 적합한 음향 신호로 결정될 수 있다. 이와 반대로 음향 신호와 소음이 상호 주파수 대역이 일정 수준 이상으로 동일하다면 음향 신호와 소음 간에 간섭이 발생되므로 선택된 음향 신호는 대상 공간의 감시에 적합하지 않은 음향 신호로 결정될 수 있으며, 공간 감시 장치(100)는 음향 신호의 재설정 과정을 수행할 수 있다.

이와 같이 대상 공간으로 방출할 음향 신호에 대한 소음과의 구별성 평가를 통해 대상 공간의 감시에 적합한 음향 신호 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 음향 신호를 재설정할 수 있다.

상기에서 살펴본 다양한 판단 조건을 평가하여 그 결과에 따라 공간 감시 장치(100)는 음향 신호를 재설정할 수 있다.

공간 감시 장치(100)가 단일음의 음향 신호를 재설정하는 경우에는, 방출 시작 지점의 주파수, 방출 종료 지점의 주파수 또는 음향 신호 방출 지속시간 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정할 수 있다.

또한 공간 감시 장치(100)가 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향 신호를 재설정하는 경우에는, 주파수 간격, 중심 주파수 또는 주파수 개수 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정할 수 있다.

나아가서 본 발명에서 공간 감시 장치(100)는 복수의 음향 신호를 보유하고 각각의 음향 신호마다 판단 조건을 기초로 평가하여 가장 최적의 음향 신호를 선택할 수도 있다.

이와 관련하여 도 15는 보유한 복수의 음향신호 중에서 최적의 음향 신호를 선택하는 과정의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.

공간 감시 장치(100)는 보유한 음향 신호 중 하나를 선택(S610)하고 선택된 음향 신호를 대상 공간으로 방출하여 대상 공간의 음향 신호를 수신(S620)할 수 있다.

공간 감시 장치(100)는 수신된 음향 신호를 기초로 공간의 주파수 응답을 측정(S630)하여 판단 조건에 따른 해당 음향 신호를 평가(S640)할 수 있다. 여기서 판단 조건은 앞서 설명한 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성 또는 소음과의 구별성 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

그리고 공간 감시 장치(100)는 보유한 복수의 음향 신호 중 일부 또는 전부에 대한 판단 종료 여부(S650)에 따라 다시 다른 음향 신호를 선택하여 반복적으로 판단 조건에 따라 음향 신호를 평가할 수 있다. 일례로서, 공간 감시 장치(100)는 보유한 복수의 음향 신호 중 중심 주파수가 일정 간격씩 이격된 음향 신호를 추출하여 평가를 수행할 수 있다.

여기서 공간 감시 장치(100)가 보유한 복수의 음향 신호는 시간에 따라 주파수가 변하는 단일음으로 구성된 각기 다른 복수의 음향 신호, 시간에 따라 주파수가 변하지 않는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음으로 구성된 각기 다른 복수의 음향신호, 시간에 따라 주파수가 변하는 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음으로 구성된 각기 다른 복수의 음향신호, 단일음과 복합음이 교번하는 각기 다른 복수의 음향신호 등 다양한 형태의 음향 신호일 수 있다.

공간 감시 장치(100)는 복수의 음향 신호를 평가하여 가장 최적의 음향 신호를 선택(S660)할 수 있는데, 일례로서 각각의 음향 신호에 대응되어 측정된 공간의 주파수 응답에 대한 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성 또는 소음과의 구별성 중 적어도 하나 이상의 판단 조건을 기초로 각각의 음향 신호에 대한 성능치를 산출하고 각각의 음향 신호에 대하여 산출된 성능치를 대비하여 최적의 음향 신호를 결정할 수 있다. 일례로서, 음향 신호마다 각각의 판단 조건 평가에 따른 평가치들을 곱하거나 더하여 최종 성능치를 산출하거나 또는 각각의 판단 조건별로 가중치를 부여하고 각각의 판단 조건 평가에 따른 평가치에 가중치를 고려하여 곱하거나 합산한 최종 성능치를 산출할 수 있다. 그리고 복수의 음향 신호 각각의 최종 성능치를 대비하여 최적의 음향 신호가 결정될 수 있다.

만약 선택된 최적의 음향 신호가 기존 방출하던 음향 신호일 경우 음향 신호를 재설정할 필요가 없으나, 기존 방출하던 음향 신호와 다른 경우 공간 감시 장치(100)는 선택된 최적의 음향 신호로 방출할 음향 신호를 재설정(S670)할 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 공간 감시 장치(100)는 보유한 복수의 음향 신호 중 해당 대상 공간의 감시에 최적인 음향 신호로 재설정하여 대상 공간의 감시를 수행할 수 있다.

상기에서는 측정된 공간의 주파수 응답을 이용하여 하나 이상의 판단 기준으로 음향 신호의 재설정 여부를 판단하는 상기 제1 방식에 대한 사례를 설명하였다. 그런데 음향 신호의 재설정 여부를 판단하기 위해서 위에서 살펴본 상기 제1 방식과 같이 측정된 공간의 주파수 응답, 즉 주파수 도메인 상에서 표현된 스펙트럼을 이용할 수도 있지만, 타임 도메인 상에서 수신된 음향 신호 자체를 이용하여 음향 신호의 재설정 여부를 판단하는 제2 방식이 적용될 수도 있다.

상기 제2 방식은 복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향신호에 적용될 수도 있으나, 편의상, 이하에서는 시간에 따라 주파수가 변하는 단일음의 음향 신호를 사용하는 경우를 기준으로 설명한다.

이러한 상기 제2 방식은, 일정 시간 동안 수신된 음향 신호 또는 실시간 수신되는 타임 도메인 상의 음향 신호를 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성, 소음과의 구별성 등의 판단 기준에 따라 판단하여 음향 신호의 재설정 여부를 결정할 수 있다.

예를 들어, 측정의 안정성을 판단하기 위해, 기설정된 횟수만큼 반복하여 수신된 타임 도메인 상의 음향 신호들 상호간의 유사성을 판단함으로써 측정의 안정성을 평가하고, 이를 바탕으로 음향 신호 재설정 여부를 판단할 수 있다.

일례로서, 스펙트럼의 변동성을 판단하기 위해, 타임 도메인 상에서 실시간 수신되는 음압 등의 최대치와 최소치의 차이를 파악하고 이를 기준 범위와 대비하여 스펙트럼의 변동성을 평가할 수도 있다.

다른 일례로서, 주파수 분해능의 적정성을 판단하기 위해, 타임 도메인 상에서 일정 시간 동안 수신된 음압 변동 기울기를 파악하여 이를 기준 범위와 대비함으로써 주파수 분해능의 적정성을 평가할 수 있다.

또 다른 일례로서, 수신된 음향 신호를 이전에 수신하여 획득된 음향 신호와 비교하거나 또는 음향 신호를 방출하지 않는 구간에서 수신된 소음과 비교함으로써 소음과의 구별성을 평가할 수 있다.

이와 같이 다양한 판단 기준을 기초로 음향 신호의 재설정 여부를 판단할 때, 그 판단 단계가 반드시 상기 제1 방식을 통한 공간의 주파수 응답을 측정한 이후에 이루어질 필요는 없고, 경우에 따라서는 공간의 주파수 응답 측정 과정을 거치지 않고 상기 제2 방식에 따라 음향 신호를 수신한 이후 또는 실시간으로 수신되는 타임 도메인 상의 음향 신호 자체를 판단 기준에 기초하여 평가함으로써 음향 신호의 재설정 여부를 판단할 수도 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면 대상 공간의 형태, 공간 감시 장치의 설치 위치, 대상 공간에서의 고정적인 사물들의 배치 변경 등 다양한 요소를 고려하여 최적의 감지 성능에 도달하도록 음향 신호를 자동적으로 재설정할 수 있게 된다.

특히, 사용자가 적절한 음향 신호를 찾기 어려운 문제를 해소하여 최적의 성능을 발휘할 수 있는 음향 신호를 자동적으로 설정할 수 있게 된다. 이러한 음향 신호의 자동 재설정을 통해 대상 공간의 상황을 보다 정확하게 감지할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 감시 대상 공간으로 음향 신호를 방출하는 음향 신호 방출 단계;
   상기 대상 공간의 음향 신호를 수신하는 음향 신호 수신 단계;
   수신된 음향 신호를 기초로 공간의 주파수 응답을 측정하는 공간의 주파수 응답 측정 단계;
   측정된 공간의 주파수 응답을 설정된 판단 조건을 기초로 판단하여 방출할 음향 신호의 재설정 여부를 결정하는 음향신호 재설정 판단 단계; 및
   음향 신호의 재설정 결정에 따라 방출할 음향 신호를 변경하여 재설정하는 음향 신호 재설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 음향신호 재설정 판단 단계에서 상기 판단 조건은,
   측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성 또는 소음과의 구별성 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 음향 신호 방출 단계 내지 상기 공간의 주파수 응답 측정 단계를 반복적으로 수행하며,
   상기 음향신호 재설정 판단 단계는,
   반복적으로 측정된 복수의 공간의 주파수 응답 상호간의 유사성을 기초로 측정의 안정성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 음향신호 재설정 판단 단계는,
   상기 측정된 공간의 주파수 응답에 있어서, 스펙트럼의 최대치와 최소치 간의 차이 또는 산포도(degree of scattering)를 기준 범위와 대비함으로써 스펙트럼의 변동성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 음향신호 재설정 판단 단계는,
   상기 측정된 공간의 주파수 응답에 있어서, 스펙트럼 파형의 기울기를 기초로 주파수 분해능의 적정성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 음향신호 재설정 판단 단계는
   측정된 공간의 주파수 응답을 이전에 획득된 공간의 주파수 응답 또는 음향신호를 방출하지 않고 측정된 소음과의 비교를 통해 소음과의 구별성을 평가하여 음향 신호 재설정 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 음향 신호 재설정 단계는,
   단일음의 음향 신호에 대하여, 방출 시작 지점의 주파수, 방출 종료 지점의 주파수 또는 음향 신호 방출 지속시간 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 음향 신호 재설정 단계는,
   복수의 주파수 성분을 포함하는 복합음의 음향 신호에 대하여, 주파수 간격, 중심 주파수 또는 주파수 개수 중 적어도 하나 이상을 조정하여 방출할 음향 신호를 재설정하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   보유한 복수의 음향 신호 각각에 대하여 상기 음향 신호 방출 단계 내지 상기 주파수 응답 측정 단계를 수행하며,
   상기 음향 신호 재설정 판단 단계는,
   각각의 음향 신호에 대응되어 측정된 공간의 주파수 응답에 대하여, 측정의 안정성, 스펙트럼의 변동성, 주파수 분해능의 적정성 또는 상기 대상 공간에 존재하는 소음과의 구별성 중 적어도 하나 이상의 판단 조건을 기초로 각각의 음향 신호에 대한 성능치를 산출하는 단계; 및
   각각의 음향 신호에 대한 성능치를 대비하여 방출할 음향 신호의 재설정 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.
10. 감시 대상 공간으로 음향 신호를 방출하는 음향 신호 방출 단계;
    상기 대상 공간의 음향 신호를 수신하는 음향 신호 수신 단계;
    수신된 또는 실시간 수신되는 음향 신호를 설정된 판단 조건을 기초로 판단하여 방출할 음향 신호의 재설정 여부를 결정하는 음향 신호 재설정 판단 단계; 및
    음향 신호의 재설정 결정에 따라 방출할 음향 신호를 변경하여 재설정하는 음향 신호 재설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법.

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