WO2023022365A1 - 음향 신호를 이용한 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법 - Google Patents

음향 신호를 이용한 공간 감시 장치의 음향 신호 자동 설정 방법 Download PDF

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WO2023022365A1
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sound signal
space
acoustic signal
sound
signal
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김재환
팽동국
김범수
진창주
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김재환
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/04—Frequency
    • G01H3/08—Analysing frequencies present in complex vibrations, e.g. comparing harmonics present
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Definitions

  • the present invention relates to a method for automatically setting an acoustic signal of a space monitoring device using an acoustic signal, and relates to a technology for automatically setting an acoustic signal emitted from a space monitoring device to more accurately grasp changes in physical conditions in a space to be monitored.
  • CCTVs, IR cameras, vibration detection sensors, gas detection sensors, and the like are generally applied to these various detection technologies.
  • individual sensing devices are required for each situation such as intrusion, fire, gas, etc., so many sensing devices are required to monitor various indoor space conditions, and accordingly, a lot of cost is consumed to build facilities and power Consumption is also a significant problem.
  • the frequency response sensor emits sound (sound signal) of various frequencies, receives the sound signal, analyzes the change in the sound pressure or phase spectrum of the received sound signal, and detects the movement of objects or changes in temperature in the space to be monitored. It is a device that detects
  • FIG. 1 is a graph showing an example of a sound pressure spectrum measured by a frequency response sensor at time t1
  • FIG. 2 is a graph showing a sound pressure spectrum measured at time t1 by a frequency response sensor and a sound pressure spectrum measured at t2 after t1. It's a graph
  • S the frequency shift
  • the measurement precision of the frequency shift can be improved as the difference between the maximum value (MAX) and the minimum value (MIN) of the sound pressure value that changes according to the frequency increases.
  • MAX maximum value
  • MIN minimum value
  • the measurement precision of the frequency shift can be improved as the difference between the maximum value (MAX) and the minimum value (MIN) of the sound pressure value that changes according to the frequency increases.
  • a sound pressure spectrum expressed as a generally flat curve because the difference between the maximum and minimum values of the sound pressure level is small, even if the sound pressure spectrum shifts, it is difficult to accurately measure the degree of shift. It is difficult to accurately grasp the change.
  • the spectrum is expressed as a single horizontal line because there is no change in the sound pressure value with respect to frequency, it is impossible to measure the amount of shift even if a shift in the sound pressure spectrum actually occurs. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the frequency of the emitted sound signal so that the difference between the maximum and minimum sound pressure levels has a certain value.
  • the emitted sound signal should be appropriately adjusted from the viewpoint of securing the difference between the maximum and minimum sound pressure values
  • the emitted sound signal is optimized by applying various criteria in addition to the difference between the maximum and minimum sound pressure values. can do.
  • the emitted acoustic signal is optimized by applying at least one criterion, if the arrangement of furniture or equipment in the space to be monitored is changed in that state, if the location or direction of the space monitoring device is changed, according to the change of the season Due to various factors, such as when the temperature is changed, a previously set acoustic signal may change to one that is no longer optimal. Therefore, when various factors such as the shape of the space to be monitored, the arrangement of furniture or devices, the temperature, and the position and direction of the monitoring device are changed, it is necessary to reset the emitted sound signal to an appropriate one.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and when a space situation is sensed through a space monitoring device using an acoustic signal, the shape of the target space, the installation location of the monitoring device, and the location of the monitoring device in the target space.
  • An embodiment of a method for automatically setting a sound signal of a space monitoring device includes a sound signal emitting step of emitting a sound signal to a space to be monitored; a sound signal reception step of receiving a sound signal of the target space; a frequency response measuring step of measuring a frequency response of the space based on the received acoustic signal; a sound signal reset determination step of determining whether to reset the sound signal to be emitted by determining a frequency response of the measured space based on a set determination condition; and a sound signal resetting step of changing and resetting the sound signal to be emitted according to the decision to reset the sound signal.
  • the determination condition may include at least one of measurement stability, spectrum variability, frequency resolution adequacy, or distinction from noise.
  • the step of emitting the sound signal to the step of measuring the frequency response of the space are repeatedly performed, and the step of determining the reset of the sound signal determines the similarity between the frequency responses of a plurality of spaces repeatedly measured. Based on this, it is possible to determine whether the acoustic signal is reset by evaluating the stability of the measurement.
  • the determining step of resetting the sound signal may determine the variability of the spectrum by comparing the difference between the maximum value and the minimum value of the spectrum or the degree of scattering with a reference range in the frequency response of the measured space. It is possible to determine whether to reset the sound signal by evaluating.
  • the appropriateness of the frequency resolution is evaluated based on the slope of the spectral waveform to determine whether the acoustic signal is reset.
  • the step of determining the sound signal resetting may include comparing the frequency response of the measured space with the previously obtained frequency response of the space or the noise measured without emitting a sound signal. It is possible to determine whether the sound signal is reset by evaluating the distinction between the sound signal and the sound signal.
  • the sound signal resetting step may reset the sound signal to be emitted by adjusting at least one of a frequency at an emission start point, a frequency at an emission end point, or a sound signal emission duration for a single sound signal.
  • the resetting of the sound signal may reset the sound signal to be emitted by adjusting at least one of a frequency interval, a center frequency, and the number of frequencies in the sound signal of a complex sound including a plurality of frequency components.
  • the sound signal emission step to the frequency response measurement step are performed for each of a plurality of sound signals possessed, and the sound signal reset determination step corresponds to each sound signal.
  • the measured spatial frequency response Calculating a performance value for each acoustic signal based on at least one determination condition among stability of measurement, variability of spectrum, appropriateness of frequency resolution, and discrimination from noise existing in the target space; and comparing performance values of each sound signal to determine whether to reset the sound signal to be emitted.
  • another embodiment of the method for automatically setting a sound signal of a space monitoring device includes a sound signal emitting step of emitting a sound signal to a space to be monitored; a sound signal reception step of receiving a sound signal of the target space; an acoustic signal reset determination step of determining whether to reset the acoustic signal to be emitted by determining the received or real-time received acoustic signal based on a set determination condition; and a sound signal resetting step of changing and resetting the sound signal to be emitted according to the decision to reset the sound signal.
  • the acoustic signal can be automatically reset to reach the optimal sensing performance in consideration of various factors such as the shape of the target space, the installation position of the space monitoring device, and the arrangement change of stationary objects in the target space.
  • 1 is a graph showing an example of a sound pressure spectrum measured by a frequency response sensor at time t1.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a sound pressure spectrum measured at time t1 by a frequency response sensor and a sound pressure spectrum measured at time t2 after time t1.
  • FIG. 3 shows a flowchart of an embodiment of a method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of an embodiment of a space monitoring device for implementing a method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 5 shows a configuration diagram of an embodiment of a sound signal processing unit of a space monitoring device embodying the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of an embodiment of a sound signal reset determination process in the method for automatically setting sound signals according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of an embodiment of a condition for determining stability of measurement in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 8 shows an example of stability evaluation of measurement in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an embodiment of a condition for determining variability of a spectrum in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 10 shows an example of spectral variability evaluation in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an embodiment of a condition for determining adequacy of frequency resolution in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 12 shows an example of adequacy evaluation of the frequency resolution of a sound signal in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an embodiment of conditions for determining distinguishability from noise in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • FIG. 14 shows an example of an operation relationship of a space monitoring device for determining distinguishability from noise in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating an embodiment of a process of selecting an optimal sound signal from among a plurality of sound signals possessed in the method for automatically setting sound signals according to the present invention.
  • the acoustic signal when a space monitoring device monitors the situation of a space to be monitored using an acoustic signal, a method of automatically setting the emitted acoustic signal to be optimized for more accurate detection is proposed.
  • the acoustic signal according to the present invention Let's take a look at how to automatically set the signal.
  • a method for automatically setting a sound signal according to the present invention includes a first method for determining whether a sound signal is reset based on a frequency response of a measured space and a first method for determining whether the sound signal is reset based on the sound signal itself received in the time domain. 2 methods may be included.
  • FIG. 3 shows a flowchart of an embodiment of a method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • the space monitoring apparatus 100 may emit an acoustic signal to the target space to be monitored (S100) and receive the acoustic signal of the target space (S200).
  • the acoustic signal emitted here may be an acoustic signal used for surveillance of the target space thereafter.
  • the emitted sound signal may be a test sound signal for determining the noise of the target space, the shape of the target space, and the arrangement positions of fixed objects disposed in the target space.
  • the sound signal may be a single sound signal whose frequency changes with time or a compound sound signal including a plurality of frequency components whose frequency does not change with time, and includes a plurality of frequency components whose frequency changes with time. It may be a sound signal of a compound sound that sounds, or a sound signal in which a single sound signal and a compound sound are alternated.
  • the space monitoring apparatus 100 receives the acoustic signal of the target space, measures the frequency response of the space (S300), and resets the acoustic signal to be emitted to the target space according to a preset determination condition based on the frequency response of the measured space. Whether or not it can be determined (S400).
  • the determination condition for resetting the acoustic signal is selectively various determination conditions such as measurement stability of the frequency response of the measured space, variability of the spectrum, appropriateness of frequency resolution, or distinction from noise existing in the target space. It can be set as or overlapping.
  • the space monitoring apparatus 100 may maintain the existing acoustic signal to continue detecting the situation of the target space. If it is determined that it is necessary to reset the acoustic signal to be emitted to the target space, the space monitoring apparatus 100 changes and resets the acoustic signal to be emitted to the target space based on the reset determination result (S500), and converts the changed acoustic signal to the target space. It can perform situational detection of space.
  • the present invention discloses a method of automatically setting an acoustic signal emitted for more accurate measurement in a space monitoring apparatus using an acoustic signal.
  • a space monitoring apparatus to which the present invention is applied may emit an acoustic signal to a target space, receive an acoustic signal of the target space, and determine a spatial situation based on a measured frequency response of the space.
  • the frequency response of space referred to in the present invention can be explained as follows.
  • an acoustic signal is emitted as an input signal, and then an acoustic signal is received as an output signal. It can be defined as 'frequency response'.
  • a graph may be displayed with frequency as the horizontal axis and sound pressure of the received sound as the vertical axis, and a phase component may be displayed on the vertical axis instead of the sound pressure component.
  • the physical situation of the space can be inferred using the frequency response of the space, and furthermore, the change in the physical characteristics of the space can be measured using the changing pattern of the frequency response of the space. can figure it out At this time, as the difference in the frequency response of the space due to the difference in the physical characteristics of the space increases or the amount of change in the frequency response of the space due to the change in the physical characteristics of the space increases, the physical situation of the space can be measured more precisely using the frequency response of the space. can be perceived
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of an embodiment of a space monitoring device for implementing a method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • the space monitoring device 100 to which the present invention is applied may include a sound signal emitter 110, a sound signal receiver 130, a sound signal processor 150, a situation determination unit 170, and the like.
  • the sound signal emitter 110 may include a speaker 111 and the like to emit a sound signal to a target space.
  • the sound signal emitter 110 may emit a single sound signal whose frequency changes over time, or a complex sound sound signal including a plurality of frequency components whose frequency does not change over time.
  • An acoustic signal of a compound sound including a plurality of frequency components whose frequency changes according to the sound signal may be emitted, or an acoustic signal of alternating single sound and compound sound may be emitted.
  • the sound signal emitter 110 may emit sound signals through one speaker or through a plurality of speakers. When sound signals are emitted through a plurality of speakers, the same sound signal or different sound signals may be emitted.
  • the sound signal receiving unit 130 may receive a sound signal on the target space by including a microphone 131 or the like.
  • the sound signal receiving unit 130 may receive sound signals through one microphone or through a plurality of microphones.
  • the sound signal receiver 130 may include various measuring devices capable of measuring sound pressure, sound intensity, and the like.
  • the sound signal processor 150 may provide the sound signal to be emitted to the target space to the sound signal emitter 110 .
  • the sound signal processor 150 may receive the sound signal received by the sound signal receiver 130 and reset the sound signal to be emitted so as to obtain optimal sensing performance in consideration of various factors of the target space.
  • the context determination unit 170 may determine the context of the target space based on the frequency response of the space. When various situations such as object movement, temperature change, and air movement occur in the target space, the received acoustic signal is changed accordingly, and the frequency response of the space measured using the received acoustic signal is also changed. The situation determining unit 170 may determine what kind of situation change has occurred in the target space by using whether or not the frequency response of the measured space has changed, the degree of change, and the change pattern.
  • the present invention in monitoring the target space through the above space monitoring device, it is possible to automatically set an acoustic signal to be emitted to the target space so that optimal sensing performance can be exhibited.
  • FIG. 5 shows a configuration diagram of an embodiment of a sound signal processing unit of a space monitoring device embodying the present invention.
  • the sound signal processing unit 150 may include a control unit 151, a frequency response measuring unit 153, a reset determining unit 155, a sound signal adjusting unit 157, and the like.
  • the controller 151 may control the sound signal emitter 110 to emit a sound signal to the target space and control the sound signal receiver 130 to receive a sound signal on the target space.
  • the frequency response measurer 153 may measure the frequency response of a space based on the sound signal received by the sound signal receiver 130 .
  • the frequency response measuring unit 153 may measure the frequency response of a space by transforming the received acoustic signal into a frequency domain using a Fourier transform algorithm or a fast Fourier transform algorithm.
  • a sound pressure spectrum may be measured by converting a received sound signal into a sound pressure value in a frequency domain.
  • the reset determining unit 155 may determine whether to reset the acoustic signal to be emitted by determining the received acoustic signal or the measured frequency response of the space based on a preset determination condition.
  • the reset determination unit 155 may start a reset procedure of the sound signal when a preset event occurs.
  • a preset event occurs when there is a user's request to reset the sound signal, when initial power is supplied to start the operation of the space monitoring device 100, and when a period of a certain time interval arrives, the operation of the space monitoring device 100 Various cases can be set as events to determine whether to reset the sound signal, such as when it is suspected to be unstable, when new noise enters the target space, when spatial characteristics change, such as a change in the arrangement of a fixed object in the target space. there is.
  • the space monitoring apparatus 100 emits a sound signal to monitor the target space, it may be determined whether the sound signal is reset in an unmonitored time band, which is a time band between periodic monitoring operation time bands.
  • the target space monitoring operation and the sound signal reset determination may be alternately performed by dividing the time band by 1 second unit.
  • the reconfiguration determination unit 155 determines the frequency response of the received acoustic signal or the measured space under various conditions such as stability of measurement, variability of spectrum, appropriateness of frequency resolution, or distinction from noise existing in the target space. It is possible to determine whether or not to reset the sound signal by determining based on. That is, while receiving the sound signal, the reset determination unit 155 may determine whether to reset the sound signal itself on the time domain based on various judgment conditions, or convert the received sound signal into a signal on the frequency domain, Whether or not to reset may be determined by determining the frequency response of the measured space based on various determination conditions.
  • the reset determining unit 155 may hold a plurality of different sound signals, calculate a performance value according to a determination condition for each of the retained sound signals, and select the most optimal sound signal by comparing the calculated performance values.
  • the reset determination unit 155 includes a plurality of different sound signals having a single sound whose frequency changes over time, a plurality of different sound signals having a complex sound including a plurality of frequency components whose frequency does not change over time, A plurality of different sound signals having a complex sound including a plurality of frequency components whose frequency changes with time, and a plurality of different sound signals in which a single sound signal and a complex sound are alternated may be stored.
  • the sound signal adjusting unit 157 may adjust and reset the sound signal to be emitted based on the judgment result of the reset determining unit 155 .
  • the sound signal adjusting unit 157 adjusts at least one of the frequency at the emission start point, the frequency at the emission end point, or the duration of the emission of the sound signal.
  • the acoustic signal to be emitted can be reset.
  • the sound signal adjusting unit 157 may reset the sound signal to be emitted by adjusting at least one of a frequency interval, a center frequency, or the number of frequencies. there is.
  • the sound signal adjusting unit 157 selects the sound signal selected from the reset determination unit 155. It may receive a signal and reset it into an acoustic signal to be emitted.
  • the sound signal reset by the sound signal adjuster 157 is provided to the control unit 151, and the control unit 151 may control the sound signal emitter 110 to emit the reset sound signal to the target space.
  • FIG. 6 is a flowchart of an embodiment of a sound signal reset determination process in the method for automatically setting sound signals according to the present invention.
  • the spatial monitoring apparatus 100 measures the frequency response of the space based on the received acoustic signal (S300).
  • the received acoustic signal is converted into a frequency domain through a Fourier transform (FT) or fast Fourier transform (FFT). Transformation can measure the frequency response of a space in the frequency domain.
  • FT Fourier transform
  • FFT fast Fourier transform
  • the space monitoring device 100 measures the sound pressure value or By converting the phase value directly into a sound pressure value or a phase value according to the emission frequency, the frequency response of the space can be measured. That is, in this case, since the sound pressure value according to the frequency is measured almost in real time, a separate Fourier transform is not required.
  • the frequency response of space can be represented by elements such as sound pressure by frequency or phase by frequency of the received acoustic signal. As an example, it can be displayed as a graph with frequency as the horizontal axis and sound pressure as the vertical axis.
  • the frequency response of a space is not limited to a change in sound pressure for each frequency.
  • each determination condition may be changed, and depending on circumstances, only a specific determination condition may be selected to determine whether to reset the sound signal.
  • FIG. 7 shows a flowchart of an embodiment of a reproducibility determination condition in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • the stability of the space monitoring device is secured only when the frequency response of the space is similarly measured within a certain level range. If the frequency response of each space is measured differently even though there is no situation change in the same target space, the reliability of the space monitoring device may be lost.
  • the reliability of the space monitoring device or the stability of measurement may vary depending on, for example, the frequency of the emitted acoustic signal. Therefore, in the present invention, it is intended to secure the stability of the space monitoring device by automatically setting an acoustic signal capable of maintaining the stability of measurement.
  • the space monitoring device 100 emits acoustic signals to the target space as many times as the set number of measurements (S110), receives the acoustic signals of the target space (S210), and calculates the frequency response of the space for each acoustic signal.
  • a spectrum may be obtained by measuring (S310).
  • the stability of the measurement of the acoustic signal to be emitted may be evaluated (S415) by analyzing the correlation or similarity between the respective frequency response spectra (S413).
  • FIG. 8 shows a sound pressure spectrum as a spatial frequency response.
  • the first sound pressure spectrum 211 as shown in (a) of FIG. 8 and the second sound pressure spectrum 212 as shown in (b) of FIG. 8 are acquired by repeatedly emitting and receiving the same sound signal into the target space. Suppose the case is
  • the degree of similarity is determined by analyzing the correlation between the first sound pressure spectrum 211 and the second sound pressure spectrum 212, it can be evaluated that they are similar to a reference value or more, so that measurement stability can be satisfied.
  • the selected acoustic signal may be determined as an acoustic signal suitable for monitoring the target space.
  • the first sound pressure spectrum 211 as shown in (a) of FIG. 8 and the third sound pressure spectrum as shown in (c) of FIG. 8 ( 213) is obtained.
  • the selected acoustic signal may be determined as an acoustic signal unsuitable for monitoring the target space, and the space monitoring apparatus 100 may perform a resetting process of the acoustic signal.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an embodiment of a condition for determining variability of a spectrum in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • the sound pressure spectrum As the frequency response of a space, it is possible to determine the temperature change in the space to be monitored by measuring the frequency shift in the sound pressure spectrum. The larger the , the better it can be. If the difference between the maximum and minimum values of the sound pressure value is too small and the sound pressure spectrum appears as a flat curve, it is difficult to accurately measure the frequency shift. Therefore, in the sound pressure spectrum, it is necessary to select an acoustic signal in which a difference between a maximum value and a minimum value of sound pressure is greater than or equal to a certain level.
  • the sound signal when the sound signal is emitted to the target space and the sound signal is received and the measured sound pressure spectrum has a sound pressure width greater than or equal to a reference range, it may be determined that the sound signal has spectrum variability. Conversely, if the sound pressure value of the measured sound pressure spectrum changes slightly below the reference range depending on the frequency, it is determined that the variability of the spectrum is insufficient, and such an acoustic signal is not suitable for detecting a spatial situation.
  • the accuracy of the space monitoring device can be improved by automatically setting the acoustic signal so that the variability of the spectrum exceeds a certain level.
  • the space monitoring apparatus 100 identifies the maximum and minimum values in the spectrum for the frequency response of the measured space (S421). In addition, the difference between the maximum value and the minimum value is calculated (S423) and the variability of the spectrum of the sound signal to be emitted can be evaluated (S427) through comparison with the reference range (S425).
  • FIG. 10 shows a sound pressure spectrum as a spatial frequency response.
  • a fourth sound pressure spectrum 221 as shown in (a) of FIG. 10 is obtained by emitting and receiving a sound signal into a target space.
  • the difference value appears as H1.
  • the difference value H1 satisfies the set reference range, Volatility can be satisfied.
  • the selected acoustic signal may be determined as an acoustic signal suitable for surveillance of the target space.
  • the fifth sound pressure spectrum 222 as shown in FIG. 10(b) is acquired by emitting and receiving a sound signal into the target space.
  • the difference value appears as H2. If the difference value H2 does not satisfy the set standard range, the spectrum volatility cannot be met.
  • the selected acoustic signal may be determined as an acoustic signal unsuitable for monitoring the target space, and the space monitoring apparatus 100 may perform a resetting process of the acoustic signal.
  • the difference between the maximum and minimum values of the spectral sound pressure values was used as a criterion for determining the variability of the spectrum. (degree of scattering) may be a criterion for determining spectrum volatility.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an embodiment of a condition for determining adequacy of frequency resolution in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • an error may be included in the measurement of the frequency response of the space.
  • the resolution of a frequency refers to the distance between a specific frequency and the closest distinguishable frequency. If the frequency response of a space is measured by emitting an acoustic signal of a complex sound including a plurality of frequency components, the measured sound pressure spectrum can be expressed as an integer number of frequencies as shown in FIG. 10. In this case, the interval between frequencies This could soon become resolution.
  • the measured sound pressure spectrum may be displayed as a curve rather than as an integer number of dots.
  • the resolution is determined according to performance of parts constituting the monitoring device, operating conditions of the monitoring device, or data processing conditions.
  • the sound signal may be recorded using a specific sampling rate.
  • the sampling rate may affect the resolution.
  • the spectrum may be expressed using a 'moving average' technique. At this time, the resolution may be determined according to the size of the section for calculating the moving average value.
  • the frequency response of the space can be accurately measured only when the acoustic signal is changed so that the frequency resolution is appropriate.
  • the spectrum in (a) of FIG. 12 can be represented by 20 points using, for example, 20 frequencies.
  • the spectrum in (b) of FIG. 12 in order to be able to express the spectrum as shown in (b) of FIG. 12 properly, it must be expressed with 200 points using, for example, 200 frequencies, and thus the frequency interval or frequency resolution must be that narrow.
  • the appropriateness of the frequency resolution may be evaluated and the acoustic signal may be reset accordingly. If the frequency resolution is evaluated as not appropriate, the center frequency may be changed and the appropriateness of the frequency resolution may be re-evaluated at another frequency band, or the resolution (eg, frequency interval) may be adjusted while leaving the center frequency unchanged.
  • the evaluation of the appropriateness of the frequency resolution can be determined based on the slope of the spectrum (the numerator is the frequency width and the denominator is the sound pressure width). For example, if one sound pressure spectrum is expressed as sound pressure values (vertical axis coordinate values) for N frequencies (horizontal axis coordinate values) having a frequency interval d, if the average of the absolute value of the slope of the spectrum is small, that is, the above If the spectrum is flat as shown in (a) of FIG. 12, the shape of the spectrum can be appropriately expressed even if the frequency interval d is large. On the other hand, as the average of the absolute values of the slopes of the spectrum increases, that is, as the number of peaks in the spectrum increases as shown in FIG. .
  • the spectrum is expressed as sound pressure values for N frequencies, there are N-1 absolute values p of the sound pressure difference between adjacent frequencies, and the sum of all N-1 p values is the window width d*( Divided by N-1), this becomes the average of the absolute values of the slopes of the spectral waveform.
  • the spectrum is expressed as a curve, the sum of the absolute values of differences between the maximum and minimum values of a plurality of peaks present in the spectrum is divided by the window width, and this becomes the average of the absolute values of the slopes of the spectrum.
  • the space monitoring apparatus 100 grasps the window for the frequency response of the measured space (S431) and grasps the slope of the spectral waveform (S433). ) to calculate the average value of the absolute value of the slope (S435).
  • the appropriateness of the frequency resolution may be evaluated (S439) by comparing the calculated average value with the reference range (S437).
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an embodiment of conditions for determining distinguishability from noise in the method for automatically setting a sound signal according to the present invention.
  • the frequency response of the obtained space cannot accurately reflect the physical state of the space to be monitored. Occurs. Therefore, a sound signal needs to be set to avoid a noise section existing in the target space.
  • each spatial monitoring device when a plurality of space monitoring devices are installed in the target space, when acoustic signals having frequencies close to each other are emitted, the acoustic signals emitted from different space monitoring devices may function as noise. Therefore, it is necessary to set each spatial monitoring device to emit acoustic signals of different frequencies.
  • the present invention it is possible to set a sound signal capable of avoiding a noise section by identifying noise in the target space and evaluating the distinction between the sound signal to be emitted and the noise.
  • (a) of FIG. 13 is a case of using the frequency response of a space in which reliability is secured in advance.
  • the space monitoring apparatus 100 may extract (S441a) the frequency response of the space measured in a noise-free state and the reliability is secured when determining the difference from the noise.
  • the frequency response of the space measured by emitting and receiving the acoustic signal at the present time can be compared with the frequency response of the space in a reliability secured state (S443a) to evaluate the degree of noise inflow and distinction (S445a). .
  • (b) of FIG. 13 is a case in which interference between a sound signal and noise is determined while alternately performing a period in which the sound signal is emitted and a period in which the sound signal is not emitted.
  • the space monitoring device 100 measures the acoustic signal of the target space in the S section while operating by alternating between the S section emitting a sound signal and the N section not emitting a sound signal, and measuring the sound signal of the target space in the N section. Noise in the space is measured (S441a).
  • the acoustic signal measured in the S section and the noise measured in the N section can be compared to determine the degree of frequency interference (S443a) and to evaluate the difference from the noise (S445a).
  • the selected acoustic signal may be determined as a suitable acoustic signal for surveillance of the target space.
  • the mutual frequency band of the sound signal and the noise is equal to a certain level or more, interference occurs between the sound signal and the noise, so the selected sound signal may be determined as an sound signal not suitable for monitoring the target space, and the space monitoring device (100 ) may perform a reset process of the sound signal.
  • the space monitoring device 100 may reset the sound signal according to the evaluation of the various determination conditions described above.
  • the acoustic signal to be emitted can be reset by adjusting at least one of the frequency of the emission start point, the frequency of the emission end point, or the duration of the acoustic signal emission. there is.
  • the spatial monitoring apparatus 100 when the spatial monitoring apparatus 100 resets the acoustic signal of a complex sound including a plurality of frequency components, the acoustic signal to be emitted may be reset by adjusting at least one of a frequency interval, a center frequency, and the number of frequencies.
  • the space monitoring device 100 may retain a plurality of sound signals and select the most optimal sound signal by evaluating each sound signal based on a judgment condition.
  • FIG. 15 shows a flowchart of an embodiment of a process of selecting an optimal sound signal from among a plurality of sound signals possessed.
  • the space monitoring apparatus 100 may select one of the sound signals it has (S610), emit the selected sound signal to the target space, and receive the sound signal of the target space (S620).
  • the space monitoring apparatus 100 may measure the frequency response of the space based on the received sound signal (S630) and evaluate the corresponding sound signal according to the determination condition (S640).
  • the determination condition may include at least one of the above-described stability of measurement, variability of spectrum, appropriateness of frequency resolution, or distinction from noise.
  • the space monitoring apparatus 100 may select another sound signal again according to whether some or all of the plurality of sound signals possessed are terminated (S650) and repeatedly evaluate the sound signal according to the judgment condition.
  • the space monitoring apparatus 100 may perform evaluation by extracting acoustic signals having center frequencies spaced apart at regular intervals from among a plurality of acoustic signals possessed.
  • the plurality of sound signals possessed by the space monitoring device 100 include a plurality of different sound signals composed of a single sound whose frequency changes over time, and different sound signals composed of a plurality of complex sounds including a plurality of frequency components whose frequency does not change over time. It may be various types of sound signals, such as a plurality of sound signals, a plurality of different sound signals composed of compound sounds including a plurality of frequency components whose frequency changes with time, and a plurality of different sound signals in which a single sound and a compound sound are alternated.
  • the space monitoring apparatus 100 may evaluate a plurality of sound signals and select the most optimal sound signal (S660).
  • the stability and spectrum of measurement of the frequency response of the space measured corresponding to each sound signal Calculate a performance value for each sound signal based on at least one determination condition among variability of frequency resolution, appropriateness of frequency resolution, or distinction from noise, and compare the calculated performance values for each sound signal to determine the optimal sound signal.
  • the final performance value is calculated by multiplying or adding the evaluation values according to the evaluation of each judgment condition for each sound signal, or the weight is assigned to each determination condition and the evaluation value according to the evaluation of each determination condition is multiplied in consideration of the weight.
  • the summed final performance value can be calculated.
  • an optimal sound signal may be determined by comparing final performance values of each of the plurality of sound signals.
  • the space monitoring device 100 resets the acoustic signal to be emitted as the selected optimal acoustic signal ( S670) can be done.
  • the space monitoring apparatus 100 may perform monitoring of the target space by resetting the sound signal to be optimal for monitoring the target space among the plurality of sound signals possessed.
  • the frequency response of the measured space that is, the spectrum expressed on the frequency domain
  • the sound signal itself can be used to determine whether the sound signal is received on the time domain.
  • a second method for determining whether to reset may be applied.
  • the second method may be applied to an acoustic signal of a complex sound including a plurality of frequency components, but for convenience, the following description will be made based on the case of using a single sound signal whose frequency changes with time.
  • the second method determines an acoustic signal received for a certain period of time or an acoustic signal in the time domain received in real time according to criteria such as stability of measurement, variability of spectrum, adequacy of frequency resolution, and discrimination from noise. It is possible to determine whether to reset the acoustic signal.
  • the stability of the measurement it is possible to evaluate the stability of the measurement by determining the similarity between the acoustic signals in the time domain received repeatedly a predetermined number of times, and based on this, it is possible to determine whether the acoustic signal is reset. there is.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the sound pressure received in real time in the time domain may be determined, and the variability of the spectrum may be evaluated by comparing the difference with a reference range.
  • the appropriateness of the frequency resolution may be evaluated by determining the slope of the sound pressure change received for a certain time in the time domain and comparing it with a reference range.
  • distinction from noise may be evaluated by comparing the received sound signal with a sound signal obtained by previously receiving it or comparing it with noise received in a section in which no sound signal is emitted.
  • the determination step does not necessarily have to be made after measuring the frequency response of the space through the first method, and in some cases, the frequency of the space Whether or not the sound signal is reset may be determined by evaluating the sound signal itself on the time domain received after receiving the sound signal according to the second method or in real time without going through a response measurement process based on a criterion.
  • the acoustic signal can be automatically reset to reach the optimal detection performance in consideration of various factors such as the shape of the target space, the installation location of the space monitoring device, and the change in the arrangement of fixed objects in the target space.

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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.
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.
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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