WO2020059977A1 - Continuously steerable second-order differential microphone array and method for configuring same - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a secondary differential microphone array (DMA) that can be continuously steered and a method for constructing the same. Specifically, the present invention relates to a secondary differential microphone array capable of continuously steering a directional direction while having higher directivity than a primary differential microphone array, and a method for constructing the same.
- DMA secondary differential microphone array
- a typical additive microphone array needs to consider various conditions such as the physical size of the microphone device and the length of the array suitable for a real environment. Due to these constraints, there are limitations in selecting an algorithm for beamformer design.
- a differential microphone array is a structure that forms a beam using a spatial derivative of an acoustic pressure field, and can be implemented at a narrow microphone distance, making it an important option in voice communication applications. .
- the value of usability can be increased by adjusting the main lobe of the DMA in the desired direction. Due to the nature of the DMA where the main lobe is formed in the end-fire direction, in order to adjust the main lobe in a desired direction, a microphone array should be arranged in the corresponding direction. Therefore, an algorithm that can continuously steer the directional direction is required even for a fixed microphone array arrangement.
- the present invention is to provide an apparatus and a method for configuring a secondary differential microphone array to be continuously steerable, and calculating a secondary differential microphone array response steered in a given direction, so as to effectively increase the collection directivity using the microphone array do.
- the present invention is to provide a noise canceling apparatus and method for calculating a secondary differential microphone array response steered in a given direction without generating a phase difference between each of the calculated responses.
- a microphone array is configured according to a predetermined arrangement of 7 or 9 microphones, including one central microphone. Then, the secondary back-to-back cardioid responses are calculated using the input sound signals received from the respective microphones, and the unipolar response, the primary orthogonal dipole responses, and the secondary orthogonal dipole responses are calculated using the secondary back-to-back cardioid responses. Then, the secondary differential microphone array response steered by a given angle is calculated using unipolar response, primary orthogonal dipole responses, and secondary orthogonal dipole responses.
- the second DMA algorithm is used compared to the conventionally steerable primary DMA, the direction of sound collection can be further increased, and a simple microphone array composed of only 7 or 9 microphones is optional. Steering is also possible in the direction of, so it can be downsized.
- the calculated secondary DMA response is calculated. There is no phase difference between the responses, and thus there is an advantage of not having to perform an operation to correct a separate phase difference.
- FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a secondary differential microphone array 100 that can be continuously steered according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of configuring a secondary differential microphone array that can be continuously steered according to an embodiment of the present invention.
- FIG 3 is a view showing a portion of a microphone array according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a view showing a first microphone array according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a view showing a second microphone array according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a view showing a third microphone array according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a view showing beam patterns of primary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a view showing a beam pattern of unipolar response according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a view showing a beam pattern of primary orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a view showing a beam pattern of a primary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a view showing a part of a beam pattern among secondary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is a view showing a part of the beam pattern among the quadratic orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a view showing a beam pattern of a secondary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
- 14 to 17 are diagrams illustrating a beam pattern of a secondary DMA response steered according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 18 is a view showing a result of measuring a white noise gain using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 19 is a diagram showing a directional index using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a secondary differential microphone array 100 that can be continuously steered according to an embodiment of the present invention.
- the terminal 100 may include a processor 110, an input unit 120, a memory 130, a communication unit 140, and a power supply unit 150.
- the processor 110 controls the overall operation of the secondary differential microphone array 100, which is typically continuously steerable.
- the processor 110 may provide or process appropriate information or functions to a user by processing signals, data, information, etc. input or output through the following components or by driving an application program stored in the memory 130.
- the processor 110 may control at least some of the components illustrated in FIG. 1 to drive an application program stored in the memory 130. Furthermore, the processor 110 may operate by combining at least two or more of the components included in the secondary differential microphone array 100 that can be continuously steered to drive the application program.
- the processor may refer to a data processing device embedded in hardware having physically structured circuits, for example, to perform functions represented by codes or instructions included in a program.
- a data processing device embedded in hardware a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, and an application-specific integrated ASIC circuit), a field programmable gate array (FPGA), and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.
- the input unit 120 receives the ambient sound and includes a microphone array 121 composed of a plurality of fixed microphones.
- the microphone array 121 may include 7 or 9 microphones on the same plane.
- the microphone array 121 may be composed of MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) microphones. Since the MEMS microphone is small, it is possible to miniaturize the microphone array 121.
- MEMS Micro Electro-Mechanical Systems
- the microphones included in the microphone array 121 are arranged with narrow intervals, so that the lengths of the horizontal and vertical sides of the microphone array 121 may be smaller than the wavelength of the sound source in the audible frequency band.
- the memory 130 stores data supporting various functions of the secondary differential microphone array 100 that can be continuously steered.
- the memory 130 is for a plurality of applications (application programs or applications) driven in the continuously steerable secondary differential microphone array 100, for the operation of the continuously steerable secondary differential microphone array 100. Data, instructions can be stored.
- the memory 130 may separately store and store sound signals received from microphones included in the microphone array 121.
- the stored sound signals can be stored temporarily or permanently.
- the communication unit 140 may transmit and receive data to and from a device using a sound signal such as a microphone array, a speaker, or a sound signal processing device through wired or wireless communication.
- a sound signal such as a microphone array, a speaker, or a sound signal processing device through wired or wireless communication.
- the power supply 150 supplies power to each component included in the secondary differential microphone array 100 that is continuously steerable by receiving external power and internal power.
- the power supply 150 includes a battery, and the battery may be a built-in battery or a replaceable battery.
- FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of configuring a secondary differential microphone array that can be continuously steered according to an embodiment of the present invention.
- the processor 110 of the secondary differential microphone array 100 that can be continuously steered receives input sound signals through the microphone array 121 composed of a plurality of microphones (S201).
- the microphone array 121 can be classified according to the number of the plurality of microphones constituting and the arrangement thereof, and the present invention proposes a total of three microphone arrays.
- the first microphone array is composed of nine microphones, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 4.
- the second microphone array is composed of nine microphones, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 5.
- the third microphone array is composed of seven microphones, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 6.
- the continuously steerable primary DMA uses a microphone array composed of four microphones as shown in FIG. 3, but in the present invention, a microphone array composed of seven or nine microphones to continuously steer the secondary DMA To use.
- FIG 3 is a view showing a portion of a microphone array according to an embodiment of the present invention.
- a primary steerable DMA in order to configure a continuously steerable secondary DMA, a primary steerable DMA must first be constructed, which is a microphone array composed of four microphones 121_1, 121_2, 121_3 and 121_4 ( 121).
- Each of the microphones 121_1, 121_2, 121_3 and 121_4 is disposed in the same plane (eg, xy plane).
- the first microphone pair 121_1 and 121_2 is arranged on the x-axis
- the second microphone pair 121_3 and 121_4 is arranged on the y-axis. That is, the first microphone pair and the second microphone pair are disposed perpendicular to each other in the same plane.
- Each of the microphones 121_1, 121_2, 121_3, and 121_4 is arranged to be separated by an equal distance d / 2 from the origin. That is, the microphones included in each microphone pair are arranged to be separated from each other by a distance d.
- the distance d between the microphones must satisfy the condition of Equation 1 below.
- ⁇ is the wavelength of the sound source.
- the distance d between the microphones is not a distance between all microphones, but a reference of a distance between microphones that are grouped into one group or set.
- d when viewing the first microphone pair 121_1 and 121_2 as one set, d may mean a distance between the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2.
- d is the first microphone 121_1 and the central microphone. It may mean a distance between (121_0) and a distance between the central microphone (121_0) and the second microphone (121_2).
- the microphone array 121 is configured such that the distance between microphones included in the same microphone pair is much smaller than half the wavelength of the sound source to be input. For example, it may be configured to be smaller than half the wavelength of sound in the audible frequency band.
- ⁇ m is the normalized monopole response
- D 1 is the normalized 1 st- order response with the directional direction steered to ⁇ s .
- a 1,1 and a 1,2 are coefficients that determine directivity, and the sum of a 1,1 and a 1,2 is 1.
- ⁇ is the angle from the reference axis (eg, x-axis) in the microphone array plane (xy plane).
- the normalized primary DMA response in which the directional direction is steered can be expressed as a weighted sum of the normalized unipolar response and the normalized primary dipole response in which the directional direction is steered.
- the unipolar response ⁇ m ( ⁇ ) sums sound signals input from all the microphones 121_1, 121_2, 121_3, and 121_4, or the primary back-to-back cardioid. It can be composed of the sum of responses.
- ⁇ 1, x ( ⁇ ) is the primary x-axis orthogonal dipole response (or first primary orthogonal dipole response) obtained from the first microphone pair 121_1 and 121_2, and ⁇ 1, y ( ⁇ ) is the second Primary y-axis orthogonal dipole response (or second primary orthogonal dipole response) obtained from microphone pairs 121_3 and 121_4.
- the first primary orthogonal dipole response and the second primary orthogonal dipole response are as follows: [Equation 4] and [Equation 5] Can be expressed as ⁇ 0 is d / c, c is the speed of sound, and ⁇ is the angular frequency.
- the first primary orthogonal dipole response and the second primary orthogonal dipole response are as follows. Equation 6] and [Equation 7].
- ⁇ 0 is d / c
- c is the speed of sound
- ⁇ is the angular frequency.
- the first dipole response D 1 ( ⁇ , ⁇ s ) that can be steered at any angle is required.
- a secondary dipole response D 2 ( ⁇ , ⁇ s ) that can be steered at any angle is required.
- a normalized 2nd DMA response in which the directional direction according to an embodiment of the present invention is steered by ⁇ s from a reference axis (eg, x-axis) is normalized 2 nd -order DMA response) R 2 may be approximated as in [Equation 8] below.
- a 2,1 , a 2,2 and a 2,3 are coefficients for determining directivity, and the sum of a 2,1 , a 2,2 and a 2,3 is 1.
- the second dipole response is expressed as [Equation 9] to [Equation 11] using [Equation 3].
- x ( ⁇ ) is the secondary x-axis orthogonal dipole response (or first secondary quadrature dipole response) obtained from the origin microphone 121_0 and the first microphone pair 121_1 and 121_2, and ⁇ 2, y ( ⁇ ) is the secondary y-axis orthogonal dipole response (or second secondary orthogonal dipole response) obtained from the origin microphone 121_0 and the second microphone pair 121_3 and 121_4.
- Equation 9 the last term is expressed as a product of the first primary orthogonal dipole response and the second primary orthogonal dipole response.
- ⁇ 2, + q ( ⁇ ) is a second-order orthogonal dipole response in a 45-degree direction from a reference axis (x-axis), which can be referred to as a third secondary orthogonal dipole response.
- ⁇ 2, -q ( ⁇ ) is a quadratic orthogonal dipole response in the -45 degree direction from the reference axis (x-axis), which is referred to as a fourth quadratic orthogonal dipole response. You can.
- the present invention revealed that the product of two primary orthogonal dipole responses can be expressed as the difference between the third orthogonal dipole response and the fourth secondary orthogonal dipole response using the triangular law.
- the present invention can be configured to continuously steer secondary DMA by using the microphone array 121 in which additional microphones 121_5 to 121_8 are arranged in accordance with the meanings of [Equation 16] and [Equation 17]. It showed that there is. This will be described in detail with reference to FIG. 4 below.
- FIG. 4 is a view showing a first microphone array according to an embodiment of the present invention.
- the first microphone array illustrated in FIG. 4 is a microphone array corresponding to Equations 16 and 17 above.
- microphones are arranged to match the meaning of the equation derived through mathematical induction.
- the first microphone array includes nine microphones 121_0 to 121_8 in the same microphone array plane (eg, xy plane).
- the central microphone 121_0 is arranged at the origin of the microphone array.
- the first pair of microphones 121_1 and 121_2 are arranged on the x-axis
- the second pair of microphones 121_3 and 121_4 are arranged on the y-axis
- the first microphone pair and the second microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane, and the third microphone pair and the fourth microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane.
- the microphones included in each microphone pair are symmetrically arranged based on the central microphone 121_0.
- the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2 included in the first microphone pair are symmetrically arranged with respect to each other with respect to the central microphone 121_0.
- the first to fourth microphones 121_1 to 121_4 are arranged at the same distance d from the central microphone 121_0, and the fifth to eighth microphones 121_5 to 121_8 are the same distance from the central microphone 121_0. As far as it is placed.
- the secondary DMA response steered according to an embodiment of the present invention can be expressed by arranging [Equation 8] and [Equation 18] below.
- the secondary DMA response steered at an arbitrary angle may be calculated using the unipolar response, the primary dipole responses, and the secondary dipole responses obtained using the first microphone array. .
- FIG. 5 is a view showing a second microphone array according to an embodiment of the present invention.
- the second microphone array shown in FIG. 5 is a microphone array including nine microphones constructed according to an approximate equation when the assumption of [Equation 1] holds.
- the microphones 121_1 to 121_8 except the central microphone 121_0 May be disposed on concentric circles so as to be separated by the same distance d from the central microphone 121_0.
- the second microphone array includes nine microphones 121_0 to 121_8 in the same microphone array plane (eg, xy plane).
- the central microphone 121_0 is arranged at the origin of the microphone array.
- the first pair of microphones 121_1 and 121_2 are arranged on the x-axis
- the second pair of microphones 121_3 and 121_4 are arranged on the y-axis
- the first microphone pair and the second microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane, and the third microphone pair and the fourth microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane.
- the microphones included in each microphone pair are symmetrically arranged based on the central microphone 121_0.
- the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2 included in the first microphone pair are symmetrically arranged with respect to each other with respect to the central microphone 121_0.
- the first to eighth microphones 121_1 to 121_8 are disposed at the same distance d from the central microphone 121_0.
- the secondary DMA response steered at an arbitrary angle may be calculated using the unipolar response, the primary dipole responses, and the secondary dipole responses obtained using the second microphone array.
- FIG. 6 is a view showing a third microphone array according to an embodiment of the present invention.
- the third microphone array shown in FIG. 6 is a microphone array including seven microphones constructed according to an equation approximating [Equation 15].
- Equation 15 may be approximated to [Equation 26] using the approximated [Equation 20] to [Equation 25].
- the third microphone array is from the x-axis in the second microphone array of FIG. 5 as shown in FIG. It may be configured by excluding the seventh microphone 121_7 in the 45 degree direction and the eighth microphone 121_8 in the 135 degree direction.
- Equation 18 may be summarized as [Equation 27] using [Equation 26].
- the third microphone array includes seven microphones 121_0 to 121_6 in the same microphone array plane (eg, xy plane).
- the central microphone 121_0 is arranged at the origin of the microphone array.
- the first pair of microphones 121_1 and 121_2 are arranged on the x-axis
- the second pair of microphones 121_3 and 121_4 are arranged on the y-axis
- the first microphone pair and the second microphone pair are disposed perpendicular to each other in the same plane.
- the microphones included in each microphone pair are symmetrically arranged based on the central microphone 121_0.
- the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2 included in the first microphone pair are symmetrically arranged with respect to each other with respect to the central microphone 121_0.
- the first to sixth microphones 121_1 to 121_6 are disposed at the same distance d from the central microphone 121_0.
- the secondary DMA response steered at an arbitrary angle may be calculated using the unipolar response, the primary dipole responses, and the secondary dipole responses obtained using the third microphone array. .
- a second DMA that can be continuously steered can be configured using the first to third microphone arrays.
- the processor 110 of the continuously steerable secondary differential microphone array 100 responds to a 2nd-order back-to-back cardioid using input sound signals. Calculate them (S203).
- the unipolar response and the dipole response are configured using the secondary back-to-back cardioid responses.
- the second back-to-back cardioid responses are calculated.
- ⁇ means the direction (front or back) of the cardioid.
- the processor 110 calculates secondary back-to-back cardioid responses from the combination of each microphone pair and the central microphone 121_0.
- the processor 110 calculates the first differential signal by subtracting the zero input signal obtained from the central microphone 121_0 from the first input signal obtained from the first microphone 121_1, and the second microphone ( 121_2) to calculate the first secondary back-to-back cardioid response by subtracting the second input signal.
- the processor 110 calculates the second differential signal by subtracting the zero input signal obtained from the central microphone 121_0 from the second input signal obtained from the second microphone 121_2, and the first microphone ( 121_1) subtract the first input signal obtained to calculate a second secondary back-to-back cardioid response.
- the processor 110 calculates the third differential signal by subtracting the zero input signal obtained from the central microphone 121_0 from the third input signal obtained from the third microphone 121_3, and the fourth microphone ( 121_4) subtract the fourth input signal to calculate the third secondary back-to-back cardioid response.
- the processor 110 calculates the fourth differential signal by subtracting the zero input signal obtained from the central microphone 121_0 from the fourth input signal obtained from the fourth microphone 121_4, and the third microphone ( 121_3) to calculate the fourth secondary back-to-back cardioid response by subtracting the third input signal.
- the processor 110 calculates a fifth differential signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the fifth input signal obtained from the fifth microphone 121_5, and from the fifth differential signal to the sixth microphone ( 121_6) subtract the sixth input signal to calculate the fifth secondary back-to-back cardioid response.
- the processor 110 calculates the sixth differential signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the sixth input signal obtained from the sixth microphone 121_6, and the fifth microphone from the sixth differential signal ( The fifth input signal obtained in 121_5) is subtracted to calculate the sixth secondary back-to-back cardioid response.
- the processor 110 calculates the seventh differential signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the seventh input signal obtained from the seventh microphone 121_7, and the eighth microphone from the seventh differential signal ( 121_8) to calculate the 7th 2nd back-to-back cardioid response by subtracting the 8th input signal.
- the processor 110 calculates the eighth difference signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the eighth input signal obtained from the eighth microphone 121_8, and the seventh microphone ( Subtract the seventh input signal obtained in 121_7) to calculate the eighth secondary back-to-back cardioid response.
- the processor 110 When the processor 110 acquires input sound signals from the first microphone array or the second microphone array, the processor 110 has a total of eight secondary back-to-back cardioid responses (first to eighth second back-to-back cardioid responses) Calculate
- the processor 110 calculates a total of six secondary back-to-back cardioid responses (first to sixth second back-to-back cardioid responses).
- the processor 110 of the continuously steerable secondary differential microphone array 100 calculates a monopole response using secondary back-to-back cardioid responses (S205).
- the processor 110 may calculate a unipolar response using the calculated second back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 may calculate a unipolar response by summing all of the calculated second back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 combines the first secondary back-to-back cardioid response, the second secondary back-to-back cardioid response, the third secondary back-to-back cardioid response, and the fourth secondary back-to-back cardioid response as a single-pole response. Can be calculated.
- the processor 110 of the continuously steerable secondary differential microphone array 100 calculates primary 1st-order orthogonal dipole responses using secondary back-to-back cardioid responses (S207).
- the processor 110 may calculate primary orthogonal dipole responses using the calculated secondary back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 may calculate the primary orthogonal dipole responses by subtracting the calculated secondary back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 may calculate primary orthogonal dipole responses by subtracting each other from the calculated second back-to-back cardioid responses, which correspond to directions of the second back-to-back cardioid.
- the meaning that the directions correspond means that the directions are 180 degrees apart from each other.
- the processor 110 may calculate first orthogonal dipole responses by subtracting the first to fourth secondary back-to-back cardioid responses in the x-axis and y-axis directions from among the calculated secondary back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 may calculate the primary orthogonal dipole responses as shown in [Equation 33].
- the processor 110 calculates the first primary orthogonal dipole response by subtracting the second secondary back-to-back cardioid response from the first secondary back-to-back cardioid response, and the fourth secondary back-to-back cardioid response from the third secondary back-to-back cardioid response Subtracting, we can calculate the second primary orthogonal dipole response.
- the processor 110 of the continuously steerable secondary differential microphone array 100 calculates 2nd-order orthogonal dipole responses using secondary back-to-back cardioid responses (S209).
- the processor 110 may calculate secondary quadrature dipole responses using the calculated second-to-back cardioid responses.
- the processor 110 may calculate the secondary orthogonal dipole responses by summing the calculated secondary back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 may calculate primary orthogonal dipole responses by summing the second back-to-back cardioid responses corresponding to each other among the calculated second-to-back cardioid responses.
- the meaning that the directions correspond means that the directions are 180 degrees apart from each other.
- the processor 110 may calculate quadratic orthogonal dipole responses as shown in Equation 34 below.
- the processor 110 calculates the first second orthogonal dipole response by adding the first second back-to-back cardioid response and the second second back-to-back cardioid response, and the third second back-to-back cardioid response and the fourth second back-to-back cardioid response.
- Adds to calculate the 2nd quadrature orthogonal dipole response adds the 5th 2nd back-to-back cardioid response and the 6th 2nd back-to-back cardioid response, calculates the 3rd 2nd orthogonal dipole response, and the 7th 2nd back-to-back cardioid response 8
- the fourth quadratic orthogonal dipole response can be calculated by summing the quadratic back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 may calculate first to fourth second orthogonal dipole responses.
- the processor 110 may calculate only the first to third second orthogonal dipole responses.
- the processor 110 calculates the unipolar response, the first orthogonal dipole responses, and the second orthogonal dipole responses by combining the second back-to-back cardioid responses, thereby obtaining the second DMA response steered according to Equation (8). It is possible to solve the problem of phase mismatch of unipolar responses, primary orthogonal dipole responses, and secondary orthogonal dipole responses used for calculation.
- the continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention does not have a problem of phase mismatch between calculated responses without a process for matching phases separately.
- the processor 110 of the continuously steerable secondary differential microphone array 100 calculates a secondary DMA response steered by a given steering angle using unipolar response, primary orthogonal dipole responses, and secondary orthogonal dipole responses ( S211).
- the processor 110 may calculate a secondary DMA response steered by a given steering angle ⁇ s from a unipolar response, primary orthogonal dipole responses, and secondary orthogonal dipole responses calculated according to Equation (8).
- the steering angle ⁇ s has a range of 0 degrees to 360 degrees, and may be a value set by a user or automatically. That is, a given angle is not limited to a fixed value, but refers to an arbitrary angle from 0 to 360 degrees, so the feature of the present invention is that it can calculate a secondary DMA response steered by any desired angle. .
- the steering angle ⁇ s may mean an angle in a direction corresponding to a position of a sound source that makes a sound to be collected through the microphone array 121.
- the steering angle ⁇ s may be 30 degrees.
- the steering angle ⁇ s may be that the processor 110 analyzes the input voice signals to calculate the position or direction of the sound source, and sets the calculated position or direction angle of the sound source.
- the processor 110 may set the steering angle ⁇ s to 60 degrees when analyzing the input voice signals and determining that the current sound source direction is in the 60 degree direction based on the x-axis.
- the processor 110 when the processor 110 recognizes the user's starting word from the input voice signals, the processor 110 calculates the position or direction from which the user issued the starting word, and the steering angle ⁇ s as the calculated angle of the user's position or direction Can be set. For example, the processor 110 may set the steering angle to 90 degrees when the user analyzes input voice signals including the starting word and determines that the location where the user issues the starting word is 90 degrees based on the x-axis.
- the processor 110 may have a unipolar response, primary orthogonal dipole responses, and secondary quadrature calculated according to Equation 18 above. From the dipole responses it is possible to calculate a secondary DMA response steered by a given steering angle (or desired steering angle) ⁇ s .
- the processor 110 may include a calculated unipolar response; A primary orthogonal dipole response steered by ⁇ s calculated from the first and second primary orthogonal dipole responses; And a secondary orthogonal dipole response steered by ⁇ s calculated from the first to fourth secondary orthogonal dipole responses to calculate a secondary DMA response steered by ⁇ s .
- the processor 110 is given from the unipolar response, primary orthogonal dipole responses, and secondary orthogonal dipole responses calculated according to Equation 27 above.
- the secondary DMA response steered by the steering angle (or desired steering angle) ⁇ s can be calculated.
- the processor 110 when the structure of the microphone array 121 is a third microphone array, the processor 110 includes a calculated unipolar response; A primary orthogonal dipole response steered by ⁇ s calculated from the first and second primary orthogonal dipole responses; And a secondary orthogonal dipole response steered by ⁇ s calculated from the first to third secondary orthogonal dipole responses to calculate a secondary DMA response steered by ⁇ s .
- calculating the unipolar response (S205), calculating the primary orthogonal dipole responses (S207) and calculating the secondary orthogonal dipole responses (S209) are performed in parallel with each other or are performed The order can be reversed.
- FIG. 7 is a view showing beam patterns of primary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 shows four primary back-to-back cardioid responses obtained using the first microphone pair 121_1 and 121_2 and the second microphone pair 121_3 and 121_4.
- the primary back-to-back cardioid response in the 0 degree (x-axis) direction is the first primary back-to-back cardioid response 701
- the primary back-to-back cardioid response in the 180 degree (-x-axis) direction is the second primary back-to-back cardioid response.
- the first back-to-back cardioid response in the 270-degree (-y-axis) direction to the fourth primary back-to-back This is called cardioid response 704.
- the processor 110 calculates the first primary back-to-back cardioid response 701 by subtracting the input signal of the second microphone 121_2 from the input signal of the first microphone 121_1, and from the input signal of the second microphone 121_2.
- the second primary back-to-back cardioid response 702 may be calculated by subtracting the input signal of the first microphone 121_1.
- the processor 110 calculates the third primary back-to-back cardioid response 703 by subtracting the input signal of the fourth microphone 121_4 from the input signal of the third microphone 121_3, and inputs the fourth microphone 121_4
- the fourth primary back-to-back cardioid response 704 may be calculated by subtracting the input signal of the third microphone 121_3 from the signal.
- FIG. 8 is a view showing a beam pattern of unipolar response according to an embodiment of the present invention.
- the processor 110 may include a first primary back-to-back cardioid response 701, a second primary back-to-back cardioid response 702, and a third primary back-to-back cardioid response 703 and 4
- the unipolar response 801 can be calculated by summing all the primary back-to-back cardioid responses 704.
- FIG. 9 is a view showing a beam pattern of primary orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 9 uses the first primary orthogonal dipole response 901 in the 0 degree (x-axis) direction obtained using the first microphone pair 121_1 and 121_2 and the second microphone pair 121_3 and 121_4.
- the second primary orthogonal dipole response 902 in the 90-degree (y-axis) direction obtained is illustrated.
- the processor 110 subtracts the second primary back-to-back cardioid response 702 from the first primary back-to-back cardioid response 701 to calculate a first primary orthogonal dipole response (0 degree direction or x-axis direction, 901),
- the second primary orthogonal dipole response (90-degree direction or y-axis direction, 902) may be calculated by subtracting the fourth primary back-to-back cardioid response 704 from the third primary back-to-back cardioid response 703.
- FIG. 10 is a view showing a beam pattern of a primary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 10 illustrates a primary orthogonal dipole response in which the direction of directivity is steered 60 degrees relative to a reference axis (x-axis) using a unipolar response, a first primary orthogonal dipole response, and a second primary orthogonal dipole response.
- the processor 110 may obtain a primary orthogonal dipole response in which the direction of directivity is steered at an arbitrary angle through operations on a unipolar response, a first primary orthogonal dipole response, and a second primary orthogonal dipole response.
- FIG. 11 is a view showing a part of a beam pattern among secondary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 11 shows four secondary back-to-back cardioid responses obtained using the first microphone pair 121_1 and 121_2, the second microphone pair 121_3 and 121_4, and the central microphone 121_0.
- the second back-to-back cardioid response in the 0 degree (x-axis) direction is the first second back-to-back cardioid response 1101
- the second back-to-back cardioid response in the 180-degree (-x-axis) direction is the second second back-to-back cardioid response.
- (1102) a second back-to-back cardioid response in the 90-degree (y-axis) direction
- a third second-to-back cardioid response (1103)
- the second back-to-back cardioid response is referred to as the seventh second back-to-back cardioid response and the second back-to-back cardioid response in the direction of 315 degrees is the eighth second back-to-back cardioid response.
- the processor 110 calculates the first differential signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the first input signal obtained from the first microphone 121_1, and the first differential signal Subtract the second input signal obtained from the second microphone 121_2 to calculate the first secondary back-to-back cardioid response 1101.
- the processor 110 calculates the second differential signal by subtracting the zero input signal obtained from the central microphone 121_0 from the second input signal obtained from the second microphone 121_2, and the first microphone ( 121_1), the second input back-to-back cardioid response 1102 is calculated by subtracting the first input signal.
- the processor 110 calculates the third differential signal by subtracting the zero input signal obtained from the central microphone 121_0 from the third input signal obtained from the third microphone 121_3, and the fourth microphone ( 121_4) is subtracted to calculate the third secondary back-to-back cardioid response 1103.
- the processor 110 calculates the fourth differential signal by subtracting the zero input signal obtained from the central microphone 121_0 from the fourth input signal obtained from the fourth microphone 121_4, and the third microphone ( 121_3) to calculate the fourth secondary back-to-back cardioid response 1104 by subtracting the third input signal.
- the processor 110 calculates a fifth differential signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the fifth input signal obtained from the fifth microphone 121_5, and from the fifth differential signal to the sixth microphone ( 121_6) to calculate the fifth secondary back-to-back cardioid response 1105 by subtracting the sixth input signal.
- the processor 110 calculates the sixth difference signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the sixth input signal obtained from the sixth microphone 121_6, and the fifth microphone from the sixth difference signal ( 121_5), the sixth second back-to-back cardioid response 1106 is calculated by subtracting the fifth input signal.
- the processor 110 calculates a seventh difference signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the seventh input signal obtained from the seventh microphone 121_7, and the eighth microphone ( 121_8) to calculate the seventh secondary back-to-back cardioid response 1107 by subtracting the eighth input signal.
- the processor 110 calculates the eighth difference signal by subtracting the zeroth input signal obtained from the central microphone 121_0 from the eighth input signal obtained from the eighth microphone 121_8, and the seventh microphone ( The 7th input signal obtained in 121_7) is subtracted to calculate the 8th 2nd back-to-back cardioid response 1108.
- the processor 110 includes a first secondary back-to-back cardioid response 1101, a second secondary back-to-back cardioid response 1102, a third secondary back-to-back cardioid response 1103, and a fourth secondary back-to-back shown in FIG.
- the unipolar response can be calculated by summing all the cardioid responses 1104.
- FIG. 12 is a view showing a part of the beam pattern among the quadratic orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 12 shows a first quadratic orthogonal dipole response 1201 in a 0 degree (x-axis) direction obtained using the first microphone pair 121_1 and 121_2 and the central microphone 121_0, and the second microphone pair ( 121_3 and 121_4) and a second secondary orthogonal dipole response 1202 in a 90 degree (y-axis) direction obtained using the central microphone 121_0.
- the processor 110 calculates a first second orthogonal dipole response (0 degree direction or x-axis direction, 1201) by adding the first second back-to-back cardioid response 1101 and the second second back-to-back cardioid response 1102,
- the second secondary orthogonal dipole response (90-degree direction or y-axis direction, 1202) may be calculated by adding the third secondary back-to-back cardioid response 1103 and the fourth secondary back-to-back cardioid response 1104.
- the processor 110 calculates a third second orthogonal dipole response (45-degree direction) by adding the fifth second back-to-back cardioid response and the sixth second back-to-back cardioid response, and the seventh second
- the fourth second orthogonal dipole response (135 degree direction) may be calculated by adding the second back to back cardioid response and the eighth second back to back cardioid response.
- FIG. 13 is a view showing a beam pattern of a secondary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 13 shows a quadratic orthogonal dipole response in which the direction of directivity is steered 60 degrees relative to the reference axis (x-axis).
- the processor 110 is a quadratic orthogonal dipole that steers the direction of directivity at an arbitrary angle through calculations on a unipolar response, a first secondary orthogonal dipole response, a second secondary orthogonal dipole response, and a third secondary orthogonal dipole response. You can get a response.
- the processor 110 determines the direction of directionality through operations on the unipolar response, the first secondary orthogonal dipole response, the second secondary orthogonal dipole response, the third secondary orthogonal dipole response, and the fourth secondary orthogonal dipole response. Secondary orthogonal dipole responses steered at any angle can be obtained.
- the unipolar response may be calculated as a sum of four primary back-to-back cardioid responses, but may be calculated as a sum of four secondary back-to-back cardioid responses.
- the processor 110 calculates a unipolar response by summing the first secondary back-to-back cardioid response, the second secondary back-to-back cardioid response, the third secondary back-to-back cardioid response, and the fourth secondary back-to-back cardioid response, and calculates the unipolar response thus calculated. Can be used to compute the quadratic orthogonal dipole response steering at any angle.
- 14 to 17 are diagrams illustrating a beam pattern of a secondary DMA response steered according to an embodiment of the present invention.
- the beam pattern of any secondary DMA is substantially constant regardless of the steering angle.
- FIGS. 14 to 17 show the secondary DMA response in the case where the microphone array 121 has the 7-microphone structure shown in FIG. 5 above. That is, it can be confirmed that even in the 7-microphone structure having the most approximation among the embodiments of the present invention, the change in the shape of the beam pattern is very small as the steering angle is adjusted.
- FIG. 18 is a view showing a result of measuring a white noise gain using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
- WNG white noise gain
- Ideal represents the reference value of WNG
- Direct is WNG when the microphone array 121 has the 9-microphone structure shown in FIG. 3 (first microphone array)
- 9-mic Config is the microphone array 121.
- WNG, 7-mic Config in the case of having a 9-microphone structure shown in 4 (second microphone array), the case where the microphone array 121 has a 7-microphone structure shown in FIG. 5 (third microphone array) It is WNG when I have it.
- the first microphone array is a microphone array that has not been subjected to an approximation process, shows a relatively low WNG when compared to the structure of other microphone arrays, and a relatively large change in WNG with respect to a change in steering angle ( ⁇ s ). This is a result derived because the distance between the same microphones is not guaranteed.
- the second microphone array is a microphone array having a 9-microphone structure that has undergone an approximation process, maintains a consistently high WNG, and exhibits small variation in WNG with respect to a change in steering angle ⁇ s .
- the third microphone array is a microphone array having a 7-microphone structure that has been subjected to an approximation process, and generally has a high WNG, but when the steering angle ⁇ s is - ⁇ / 4 and + 3 ⁇ / 4, the WNG decreases rapidly. This is due to the omission of the dipole component in the - ⁇ / 4 direction (-45 degree direction) through the approximation process.
- the third microphone array has a loss of 2dB of WNG compared to the second microphone array at some steering angles, it is cheaper and more efficient than the microphone arrays of other structures in practical implementation because the number of microphones required for implementation is the smallest. However, if performance is a top priority, it is most effective to use a second microphone array.
- the fluctuation range of the WNG in FIG. 18 is within about 2 dB, which means that despite the change in the steering angle, the deviation of the WNG is considerably small and has excellent performance.
- FIG. 19 is a diagram showing a directional index using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
- DI directivity index
- DI is generally calculated by [Equation 35] below, and B is a beam pattern.
- [Equation 36] is an equation for calculating DI from the continuously steerable secondary DMA response according to an embodiment of the present invention.
- DI is a value obtained by dividing the power of the beam at a specific steering angle by the power of the entire beam pattern, and is an index indicating the performance of directivity.
- the continuously steerable secondary DMA composed of a first microphone array, a second microphone array, or a third microphone array according to an embodiment of the present invention all has a variation of DI within 0.1 dB.
- the directivity maintains a constant level and has excellent performance.
- the continuously steerable secondary DMA composed of the first microphone array, the second microphone array, or the third microphone array continuously maintains the secondary DMA response while maintaining the shape of the beam pattern. Steering at an angle is possible. In addition, the directionality or white noise gain fluctuation according to the steering is kept small, and high performance can be expected.
- the secondary DMA is used in comparison with the conventional continuously steerable primary DMA, there is an advantage in that steering can be continuously performed while maintaining more stable performance while being more directional.
- the above-described present invention can be embodied as computer readable codes on a medium on which a program is recorded.
- the computer-readable medium includes any kind of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include a hard disk drive (HDD), solid state disk (SSD), silicon disk drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage device. There is this.
- the computer may include a processor 180 of the terminal.
- the display device described above is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, and the above embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made. It might be.
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Abstract
Description
본 발명은 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(DMA: Differential Microphone Array) 및 그것을 구성하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 1차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이보다 지향성이 높으면서 지향성 방향을 연속적으로 스티어링할 수 있는 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이 및 그것을 구성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary differential microphone array (DMA) that can be continuously steered and a method for constructing the same. Specifically, the present invention relates to a secondary differential microphone array capable of continuously steering a directional direction while having higher directivity than a primary differential microphone array, and a method for constructing the same.
마이크로폰 어레이를 이용하여 소음원과 배경 잡음의 영향이 있는 환경에서 원하는 방향에서의 음원(Sound Source)만을 취득하고 잡음(Noise)을 저감하려는 노력이 꾸준히 시도되고 있다.Efforts have been made to continuously acquire a sound source in a desired direction and reduce noise in an environment where noise sources and background noise are affected by using a microphone array.
일반적인 애디티브(Additive) 마이크로폰 어레이는 마이크로폰 소자의 물리적인 크기와 실제 환경에 적합한 어레이 길이와 같은 여러 가지 조건을 고려해야 하며, 이러한 제약 조건들 때문에 빔포머 설계를 위한 알고리즘을 선택하는데 제한이 따르게 된다.A typical additive microphone array needs to consider various conditions such as the physical size of the microphone device and the length of the array suitable for a real environment. Due to these constraints, there are limitations in selecting an algorithm for beamformer design.
디퍼런셜 마이크로폰 어레이(DMA: Differential microphone array)란 음향 압력 필드의 공간적 도함수(Spatial derivative)를 이용하여 빔을 형성하는 구조로, 좁은 마이크로폰 소자 거리에서 구현 가능하여 음성 통신 어플리케이션에서 중요한 선택사항이 될 수 있다. DMA의 메인 로브가 원하는 방향으로 조정됨으로써 더 유용성의 가치가 증가할 수 있다. End-fire 방향으로 메인 로브가 형성되는 DMA의 특성상 원하는 방향으로의 메인 로브 조정을 위해서는 해당 방향으로 마이크로폰 어레이가 배치되어 있어야 한다. 따라서 고정된 마이크로폰 어레이 배치에 대하여도 지향성 방향을 연속적으로 스티어링 가능한 알고리즘이 필요하다. A differential microphone array (DMA) is a structure that forms a beam using a spatial derivative of an acoustic pressure field, and can be implemented at a narrow microphone distance, making it an important option in voice communication applications. . The value of usability can be increased by adjusting the main lobe of the DMA in the desired direction. Due to the nature of the DMA where the main lobe is formed in the end-fire direction, in order to adjust the main lobe in a desired direction, a microphone array should be arranged in the corresponding direction. Therefore, an algorithm that can continuously steer the directional direction is required even for a fixed microphone array arrangement.
종래에는 연속적으로 스티어링 가능한 1차 DMA 알고리즘이 소개되었고, 그에 따른 추가 연구들이 진행되었다. 일반적으로 사각 어레이 구조에서 단극(Monopole)과 2개의 직교 쌍극자(Orthogonal dipole)의 선형 조합으로 1차 DMA가 연속적으로 스티어링 가능하다. 하지만, 2차 DMA에 대하여는 기술적 어려움으로 인하여 연속적으로 스티어링할 수 없었다.In the related art, a first DMA algorithm that can be continuously steered was introduced, and additional studies were conducted accordingly. In general, in a rectangular array structure, a primary combination of a monopole and two orthogonal dipoles can continuously steer the primary DMA. However, the secondary DMA could not be continuously steered due to technical difficulties.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background art is technical information acquired by the inventor for the derivation of the present invention or acquired in the derivation process of the present invention, and is not necessarily a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.
본 발명은 마이크로폰 어레이를 이용한 집음 지향성을 효과적으로 높일 수 있도록, 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이를 연속적으로 스티어링 가능하도록 구성하고, 주어진 방향으로 스티어링된 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이 응답을 계산하는 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide an apparatus and a method for configuring a secondary differential microphone array to be continuously steerable, and calculating a secondary differential microphone array response steered in a given direction, so as to effectively increase the collection directivity using the microphone array do.
또한, 본 발명은 연산되는 각 응답들 사이의 위상 차이가 발생하지 않으면서 주어진 방향으로 스티어링된 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이 응답을 계산하는, 노이즈 캔슬링 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a noise canceling apparatus and method for calculating a secondary differential microphone array response steered in a given direction without generating a phase difference between each of the calculated responses.
본 발명의 일 실시 예는, 1개의 중앙 마이크로폰을 포함하여 총 7개 또는 9개의 마이크로폰들로 기설정된 배치에 따라 마이크로폰 어레이를 구성한다. 그리고, 각 마이크로폰들로부터 수신한 입력 소리 신호들을 이용하여 2차 백투백 카디오이드 응답들을 계산하고, 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들을 계산한다. 그리고, 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들을 이용하여 주어진 각도만큼 스티어링된 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이 응답을 계산한다.According to an embodiment of the present invention, a microphone array is configured according to a predetermined arrangement of 7 or 9 microphones, including one central microphone. Then, the secondary back-to-back cardioid responses are calculated using the input sound signals received from the respective microphones, and the unipolar response, the primary orthogonal dipole responses, and the secondary orthogonal dipole responses are calculated using the secondary back-to-back cardioid responses. Then, the secondary differential microphone array response steered by a given angle is calculated using unipolar response, primary orthogonal dipole responses, and secondary orthogonal dipole responses.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 종래에 스티어링 가능한 1차 DMA와 비교하여 2차 DMA 알고리즘을 이용하기 때문에 더욱 집음의 방향성을 높일 수 있으며, 단 7개 또는 9개의 마이크로폰들만으로 구성된 간단한 마이크로폰 어레이만으로도 임의의 방향으로도 스티어링이 가능하여 소형화할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, since the second DMA algorithm is used compared to the conventionally steerable primary DMA, the direction of sound collection can be further increased, and a simple microphone array composed of only 7 or 9 microphones is optional. Steering is also possible in the direction of, so it can be downsized.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 2차 백투백 카디오이드 응답들로부터 계산된 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들을 이용하여 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산하기 때문에, 연산되는 응답들 사이에 위상 차이가 발생하지 않으며, 따라서 별도의 위상 차이를 바로잡는 연산을 하지 않아도 되는 장점이 있다.In addition, according to various embodiments of the present invention, since the calculated unipolar response calculated from the secondary back-to-back cardioid responses, the primary orthogonal dipole responses and the secondary orthogonal dipole responses are calculated, the calculated secondary DMA response is calculated. There is no phase difference between the responses, and thus there is an advantage of not having to perform an operation to correct a separate phase difference.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a configuration of a secondary
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이를 구성하는 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of configuring a secondary differential microphone array that can be continuously steered according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로폰 어레이의 일부를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a portion of a microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로폰 어레이를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a first microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 마이크로폰 어레이를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a second microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제3 마이크로폰 어레이를 나타낸 도면이다.6 is a view showing a third microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차 백투백 카디오이드 응답들의 빔패턴을 나타낸 도면이다.7 is a view showing beam patterns of primary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단극 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a beam pattern of unipolar response according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차 직교 쌍극자 응답들의 빔패턴을 나타낸 도면이다.9 is a view showing a beam pattern of primary orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스티어링된 1차 직교 쌍극자 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.10 is a view showing a beam pattern of a primary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 백투백 카디오이드 응답들 중에서 일부의 빔패턴을 나타낸 도면이다.11 is a view showing a part of a beam pattern among secondary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 직교 쌍극자 응답들 중에서 일부의 빔패턴을 나타낸 도면이다.12 is a view showing a part of the beam pattern among the quadratic orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스티어링된 2차 직교 쌍극자 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.13 is a view showing a beam pattern of a secondary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
도 14 내지 17은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스티어링된 2차 DMA 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.14 to 17 are diagrams illustrating a beam pattern of a secondary DMA response steered according to an embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA을 이용하여 백색 잡음 이득을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.18 is a view showing a result of measuring a white noise gain using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA을 이용하여 지향성 인덱스를 나타낸 도면이다.19 is a diagram showing a directional index using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements are assigned the same reference numbers regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes "modules" and "parts" for the components used in the following description are given or mixed only considering the ease of writing the specification, and do not have meanings or roles distinguished from each other in themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed in the specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and technical scope of the present invention , It should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a configuration of a secondary
도 1을 참조하면, 단말기(100)는 프로세서(110), 입력부(120), 메모리(130), 통신부(140) 및 전원 공급부(150) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
프로세서(110)는 통상적으로 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(110)는 이하의 구성 요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(130)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.The
또한, 프로세서(110)는 메모리(130)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1에 도시된 구성 요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(110)는 상기 응용프로그램의 구동을 위하여, 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)에 포함된 구성 요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.In addition, the
여기서, 프로세서(processor)는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the processor may refer to a data processing device embedded in hardware having physically structured circuits, for example, to perform functions represented by codes or instructions included in a program. As an example of such a data processing device embedded in hardware, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, and an application-specific integrated ASIC circuit), a field programmable gate array (FPGA), and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.
입력부(120)는 주변의 소리를 입력 받으며, 복수의 고정된 마이크로폰들로 구성된 마이크로폰 어레이(121)를 포함한다.The
마이크로폰 어레이(121)는 동일한 평면상에 7개 또는 9개의 마이크로폰을 포함할 수 있다.The
이때, 마이크로폰 어레이(121)는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 마이크로폰들로 구성될 수 있다. MEMS 마이크로폰은 크기가 작기 때문에 마이크로폰 어레이(121)의 소형화가 가능하다.At this time, the
이때, 마이크로폰 어레이(121)에 포함된 마이크들은 간격이 서로 좁게 배치되어, 마이크로폰 어레이(121)의 가로변과 세로변의 길이가 가청 주파수대의 음원의 파장보다 작게 구성될 수 있다.At this time, the microphones included in the
메모리(130)는 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다.The
메모리(130)는 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.The
메모리(130)는 마이크로폰 어레이(121)에 포함된 마이크로폰들로부터 수신한 소리 신호들을 각각 구분하여 저장할 수 있다. 저장한 소리 신호들은 임시로 혹은 영구적으로 저장될 수 있다.The
통신부(140)는 유무선 통신을 통하여 마이크로폰 어레이, 스피커, 소리 신호 처리 장치 등의 소리 신호를 이용하는 장치에 데이터를 송수신할 수 있다.The communication unit 140 may transmit and receive data to and from a device using a sound signal such as a microphone array, a speaker, or a sound signal processing device through wired or wireless communication.
전원 공급부(150)는 프로세서(110)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(150)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.Under the control of the
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이를 구성하는 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of configuring a secondary differential microphone array that can be continuously steered according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 프로세서(110)는 복수의 마이크로폰들로 구성된 마이크로폰 어레이(121)를 통해 입력 소리 신호들을 수신한다(S201).Referring to FIG. 2, the
마이크로폰 어레이(121)는 구성하는 복수의 마이크로폰들의 개수와 그 배치에 따라 구분할 수 있으며, 본 발명에서는 총 3개의 마이크로폰 어레이를 제안한다.The
제1 마이크로폰 어레이는 9개의 마이크로폰들로 구성되며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 4와 함께 설명한다.The first microphone array is composed of nine microphones, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 4.
제2 마이크로폰 어레이는 9개의 마이크로폰들로 구성되며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 5와 함께 설명한다.The second microphone array is composed of nine microphones, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 5.
제3 마이크로폰 어레이는 7개의 마이크로폰들로 구성되며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 6과 함께 설명한다.The third microphone array is composed of seven microphones, and a detailed description thereof will be described with reference to FIG. 6.
연속적으로 스티어링 가능한 1차 DMA는 도 3에 도시된 것과 같이 4개의 마이크로폰들로 구성된 마이크로폰 어레이를 이용하나, 본 발명에서는 2차 DMA를 연속적으로 스티어링하기 위하여 7개 또는 9개의 마이크로폰들로 구성된 마이크로폰 어레이를 이용한다.The continuously steerable primary DMA uses a microphone array composed of four microphones as shown in FIG. 3, but in the present invention, a microphone array composed of seven or nine microphones to continuously steer the secondary DMA To use.
본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA(100)를 설명하기 위하여, 도 3과 함께 연속적으로 스티어링 가능한 1차 DMA에 대한 설명한다.To describe the continuously steerable
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로폰 어레이의 일부를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a portion of a microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA를 구성하기 위하여는 우선 연속적으로 스티어링 가능한 1차 DMA를 구성하여야 하며, 이는 4개의 마이크로폰들(121_1, 121_2, 121_3 및 121_4)로 구성된 마이크로폰 어레이(121)를 통하여 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3, in order to configure a continuously steerable secondary DMA, a primary steerable DMA must first be constructed, which is a microphone array composed of four microphones 121_1, 121_2, 121_3 and 121_4 ( 121).
각 마이크로폰들(121_1, 121_2, 121_3 및 121_4)은 동일한 평면(예컨대, xy평면)에 배치된다. x축에 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)이 배치되고, y축에 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)이 배치된다. 즉, 제1 마이크로폰 쌍과 제2 마이크로폰 쌍은 동일 평면에서 서로 직교하게 배치된다.Each of the microphones 121_1, 121_2, 121_3 and 121_4 is disposed in the same plane (eg, xy plane). The first microphone pair 121_1 and 121_2 is arranged on the x-axis, and the second microphone pair 121_3 and 121_4 is arranged on the y-axis. That is, the first microphone pair and the second microphone pair are disposed perpendicular to each other in the same plane.
각 마이크로폰들(121_1, 121_2, 121_3 및 121_4)은 원점으로부터 동일한 거리 d/2만큼 떨어지게 배치된다. 즉, 각 마이크로폰 쌍에 포함된 마이크로폰들은 서로 거리 d만큼 떨어지게 배치된다.Each of the microphones 121_1, 121_2, 121_3, and 121_4 is arranged to be separated by an equal distance d / 2 from the origin. That is, the microphones included in each microphone pair are arranged to be separated from each other by a distance d.
이때, DMA를 구성하기 위하여는 마이크로폰들 사이의 거리 d가 하기 [수학식 1]의 조건을 만족하여야 한다. λ는 음원의 파장이다.At this time, in order to configure the DMA, the distance d between the microphones must satisfy the condition of
다만, 여기서 마이크로폰들 사이의 거리 d는 모든 마이크로폰들 사이의 거리가 아닌, 서로 하나의 그룹 또는 세트로 묶여지는 마이크로폰들 사이의 거리의 기준을 의미한다. However, here, the distance d between the microphones is not a distance between all microphones, but a reference of a distance between microphones that are grouped into one group or set.
예컨대, 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)을 하나의 세트로 보는 경우에는, d는 제1 마이크로폰(121_1)과 제2 마이크로폰(121_2) 사이의 거리를 의미할 수 있다.For example, when viewing the first microphone pair 121_1 and 121_2 as one set, d may mean a distance between the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2.
도 4 내지 6과 같이 중앙 마이크로폰(121_0)을 포함하고, 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2) 및 중앙 마이크로폰(121_0)를 하나의 세트로 보는 경우에는, d는 제1 마이크로폰(121_1)과 중앙 마이크로폰(121_0) 사이의 거리 및 중앙 마이크로폰(121_0)과 제2 마이크로폰(121_2) 사이의 거리를 의미할 수 있다.4 to 6, when the central microphone 121_0 is included, and the first microphone pair 121_1 and 121_2 and the central microphone 121_0 are viewed as one set, d is the first microphone 121_1 and the central microphone. It may mean a distance between (121_0) and a distance between the central microphone (121_0) and the second microphone (121_2).
즉, 마이크로폰 어레이(121)는 동일한 마이크로폰 쌍에 포함된 마이크로폰들 사이의 거리가 입력 받고자 하는 음원의 파장의 반보다 훨씬 작게 구성된다. 예컨대, 가청 주파수 대역의 소리의 파장의 반보다 작게 구성될 수 있다.That is, the
상기 [수학식 1]의 조건을 충족하는 경우, 지향성 방향이 기준 축(예컨대, x축)으로부터 θs만큼 스티어링된 정규화된 1차 DMA 응답(normalized 1st-order DMA response) R1은 하기 [수학식 2]와 같이 근사하여 표현할 수 있다.When the condition of [Equation 1] is satisfied, the normalized 1 st- order DMA response R 1 in which the directional direction is steered by θ s from the reference axis (eg, the x-axis) is 1 [ Equation 2] can be approximated.
δm는 정규화된 단극 응답(normalized monopole response)이고, D1은 지향성 방향이 θs로 스티어링된 정규화된 1차 쌍극자 응답(normalized 1st-order response)이다. a1,1과 a1,2는 지향성을 결정하는 계수이며, a1,1과 a1,2의 합은 1이다. θ는 마이크로폰 어레이 평면(xy평면)에서 기준 축(예컨대, x축)으로부터의 각도이다.δ m is the normalized monopole response, and D 1 is the normalized 1 st- order response with the directional direction steered to θ s . a 1,1 and a 1,2 are coefficients that determine directivity, and the sum of a 1,1 and a 1,2 is 1. θ is the angle from the reference axis (eg, x-axis) in the microphone array plane (xy plane).
즉, 지향성 방향이 스티어링된 정규화된 1차 DMA 응답은 정규화된 단극 응답과 지향성 방향이 스티어링된 정규화된 1차 쌍극자 응답의 가중합으로 표현할 수 있다.That is, the normalized primary DMA response in which the directional direction is steered can be expressed as a weighted sum of the normalized unipolar response and the normalized primary dipole response in which the directional direction is steered.
이때, 단극 응답 δm(θ)는 직접 모든 마이크로폰들(121_1, 121_2, 121_3 및 121_4)에서 입력되는 소리 신호들을 합(sum)하거나, 1차 백투백(back-to-back) 카디오이드(cardioid)의 응답의 합으로 구성할 수 있다.At this time, the unipolar response δ m (θ) sums sound signals input from all the microphones 121_1, 121_2, 121_3, and 121_4, or the primary back-to-back cardioid. It can be composed of the sum of responses.
상기 [수학식 2]의 D1(θ, θs)는 하기 [수학식 3]과 같이 표현할 수 있다.D 1 (θ, θ s ) of [Equation 2] may be expressed as [Equation 3] below.
δ1,x(θ)는 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)으로부터 획득한 1차 x축 직교 쌍극자 응답(또는, 제1 1차 직교 쌍극자 응답)이고, δ1,y(θ)는 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)으로부터 획득한 1차 y축 직교 쌍극자 응답(또는, 제2 1차 직교 쌍극자 응답)이다.δ 1, x (θ) is the primary x-axis orthogonal dipole response (or first primary orthogonal dipole response) obtained from the first microphone pair 121_1 and 121_2, and δ 1, y (θ) is the second Primary y-axis orthogonal dipole response (or second primary orthogonal dipole response) obtained from microphone pairs 121_3 and 121_4.
도 3과 같이 마이크로폰들(121_1, 121_2, 121_3 및 121_4)이 배치된 경우에 상기 제1 1차 직교 쌍극자 응답과 상기 제2 1차 직교 쌍극자 응답은 하기 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같이 표현할 수 있다. τ0는 d/c이고, c는 음속이고, ω는 각주파수이다.When the microphones 121_1, 121_2, 121_3, and 121_4 are arranged as shown in FIG. 3, the first primary orthogonal dipole response and the second primary orthogonal dipole response are as follows: [Equation 4] and [Equation 5] Can be expressed as τ 0 is d / c, c is the speed of sound, and ω is the angular frequency.
도 4 내지 6과 같이 원점 마이크로폰(121_0)을 포함하여 마이크로폰들(121_1, 121_2, 121_3 및 121_4)이 배치된 경우에 상기 제1 1차 직교 쌍극자 응답과 상기 제2 1차 직교 쌍극자 응답은 하기 [수학식 6] 및 [수학식 7]와 같이 표현할 수 있다. τ0는 d/c이고, c는 음속이고, ω는 각주파수이다.When the microphones 121_1, 121_2, 121_3, and 121_4 including the origin microphone 121_0 are disposed as shown in FIGS. 4 to 6, the first primary orthogonal dipole response and the second primary orthogonal dipole response are as follows. Equation 6] and [Equation 7]. τ 0 is d / c, c is the speed of sound, and ω is the angular frequency.
연속적으로 스티어링 가능한 1차 DMA 응답을 계산하기 위하여는 임의의 각도로 스티어링 가능한 1차 쌍극자 응답 D1(θ, θs)이 필요하듯, 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA 응답을 계산하기 위하여는 임의의 임의의 각도로 스티어링 가능한 2차 쌍극자 응답 D2(θ, θs)이 필요하다.To calculate the first DMA response that can be continuously steered, the first dipole response D 1 (θ, θ s ) that can be steered at any angle is required. A secondary dipole response D 2 (θ, θ s ) that can be steered at any angle is required.
상기 [수학식 1]의 조건을 충족하는 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지향성 방향이 기준 축(예컨대, x축)으로부터 θs만큼 스티어링된 정규화된 2차 DMA 응답(normalized 2nd-order DMA response) R2는 하기 [수학식 8]와 같이 근사하여 표현할 수 있다.When the condition of [Equation 1] is satisfied, a normalized 2nd DMA response in which the directional direction according to an embodiment of the present invention is steered by θ s from a reference axis (eg, x-axis) is normalized 2 nd -order DMA response) R 2 may be approximated as in [Equation 8] below.
a2,1, a2,2 및 a2,3은 지향성을 결정하는 계수이며, a2,1, a2,2 및 a2,3의 합은 1이다.a 2,1 , a 2,2 and a 2,3 are coefficients for determining directivity, and the sum of a 2,1 , a 2,2 and a 2,3 is 1.
2차 쌍극자 응답은 상기 [수학식 3]을 이용하여 하기 [수학식 9] 내지 [수학식 11]과 같이 표현된다.The second dipole response is expressed as [Equation 9] to [Equation 11] using [Equation 3].
δ2,x(θ)는 원점 마이크로폰(121_0) 및 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)으로부터 획득한 2차 x축 직교 쌍극자 응답(또는, 제1 2차 직교 쌍극자 응답)이고, δ2,y(θ)는 원점 마이크로폰(121_0) 및 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)으로부터 획득한 2차 y축 직교 쌍극자 응답(또는, 제2 2차 직교 쌍극자 응답)이다.δ 2, x (θ) is the secondary x-axis orthogonal dipole response (or first secondary quadrature dipole response) obtained from the origin microphone 121_0 and the first microphone pair 121_1 and 121_2, and δ 2, y (θ) is the secondary y-axis orthogonal dipole response (or second secondary orthogonal dipole response) obtained from the origin microphone 121_0 and the second microphone pair 121_3 and 121_4.
상기 [수학식 9]에서 마지막 항은 상기 제1 1차 직교 쌍극자 응답과 제2 1차 직교 쌍극자 응답의 곱으로 표현된다. 하지만, 각 마이크로폰들의 입력을 이용하여 DMA 응답을 얻은 후 그 응답을 조합할 때, 응답의 곱셈은 실제 시스템에서 구현이 불가능하다. 따라서 본 발명에서는 다른 방법으로 접근한다.In [Equation 9], the last term is expressed as a product of the first primary orthogonal dipole response and the second primary orthogonal dipole response. However, when a DMA response is obtained using the input of each microphone and the responses are combined, multiplication of the response is impossible to implement in a real system. Therefore, the present invention is approached in a different way.
상기 [수학식 9]의 마지막 항은 하기 [수학식 12] 내지 [수학식 14]을 이용하여 하기 [수학식 15] 내지 [수학식 17]로 나타낼 수 있다.The last term of [Equation 9] may be represented by [Equation 15] to [Equation 17] using [Equation 12] to [Equation 14] below.
상기 [수학식 16]으로부터 δ2,+q(θ)는 기준 축(x축)으로부터 45도 방향의 2차 직교 쌍극자 응답임을 알 수 있으며, 이는 제3 2차 직교 쌍극자 응답이라 칭할 수 있다.From [Equation 16], it can be seen that δ 2, + q (θ) is a second-order orthogonal dipole response in a 45-degree direction from a reference axis (x-axis), which can be referred to as a third secondary orthogonal dipole response.
마찬가지로, 상기 [수학식 17]으로부터 δ2,-q(θ)는 기준 축(x축)으로부터 -45도 방향의 2차 직교 쌍극자 응답임을 알 수 있으며, 이는 제4 2차 직교 쌍극자 응답이라 칭할 수 있다.Similarly, from [Equation 17], it can be seen that δ 2, -q (θ) is a quadratic orthogonal dipole response in the -45 degree direction from the reference axis (x-axis), which is referred to as a fourth quadratic orthogonal dipole response. You can.
본 발명은 삼각 법칙을 이용하여 2개의 1차 직교 쌍극자 응답들의 곱을 제3 2차 직교 쌍극자 응답과 제4 2차 직교 쌍극자 응답의 차로 표현할 수 있음을 밝힌 것이다. The present invention revealed that the product of two primary orthogonal dipole responses can be expressed as the difference between the third orthogonal dipole response and the fourth secondary orthogonal dipole response using the triangular law.
나아가, 본 발명은 [수학식 16] 및 [수학식 17]의 의미에 맞추어 추가 마이크로폰들(121_5 내지 121_8)을 배치한 마이크로폰 어레이(121)를 이용함으로써 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA를 구성할 수 있다는 것을 보인 것이다. 이에 구체적인 설명은 이하에서 도 4와 함께 설명한다.Furthermore, the present invention can be configured to continuously steer secondary DMA by using the
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로폰 어레이를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a first microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 제1 마이크로폰 어레이는 상기 [수학식 16] 및 [수학식 17]에 상응하는 마이크로폰 어레이이다. 이 마이크로폰 어레이는 수학적인 유도를 통하여 유도된 수학식의 의미에 맞도록 마이크로폰들이 배치된 것이다.The first microphone array illustrated in FIG. 4 is a microphone array corresponding to Equations 16 and 17 above. In the microphone array, microphones are arranged to match the meaning of the equation derived through mathematical induction.
도 4을 참조하면, 제1 마이크로폰 어레이는 동일한 마이크로폰 어레이 평면(예컨대, xy평면)에 9개의 마이크로폰들(121_0 내지 121_8)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the first microphone array includes nine microphones 121_0 to 121_8 in the same microphone array plane (eg, xy plane).
중앙 마이크로폰(121_0)은 마이크로폰 어레이의 원점에 배치된다.The central microphone 121_0 is arranged at the origin of the microphone array.
제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)는 x축에 배치되고, 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)는 y축에 배치되며, 제3 마이크로폰 쌍(121_5 및 121_6)은 x축으로부터 45도 방향의 직선(y=x) 위에 배치되며, 제4 마이크로폰 쌍(121_7 및 121_8)은 x축으로부터 -45도 방향의 직선(y=-x) 위에 배치된다.The first pair of microphones 121_1 and 121_2 are arranged on the x-axis, the second pair of microphones 121_3 and 121_4 are arranged on the y-axis, and the third pair of microphones 121_5 and 121_6 is a straight line in the direction of 45 degrees from the x-axis (y = x), and the fourth microphone pairs 121_7 and 121_8 are disposed on a straight line (y = -x) in the -45 degree direction from the x-axis.
즉, 제1 마이크로폰 쌍과 제2 마이크로폰 쌍은 동일 평면에서 서로 직교하게 배치되며, 제3 마이크로폰 쌍과 제4 마이크로폰 쌍은 동일 평면에서 서로 직교하게 배치된다.That is, the first microphone pair and the second microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane, and the third microphone pair and the fourth microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane.
그리고, 각 마이크로폰 쌍에 포함된 마이크로폰들은 중앙 마이크로폰(121_0)을 기준으로 대칭으로 배치된다. 예컨대, 제1 마이크로폰 쌍에 포함된 제1 마이크로폰(121_1)과 제2 마이크로폰(121_2)는 서로 중앙 마이크로폰(121_0)을 기준으로 대칭으로 배치된다.In addition, the microphones included in each microphone pair are symmetrically arranged based on the central microphone 121_0. For example, the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2 included in the first microphone pair are symmetrically arranged with respect to each other with respect to the central microphone 121_0.
제1 내지 제4 마이크로폰(121_1 내지 121_4)은 중앙 마이크로폰(121_0)으로부터 동일한 거리 d만큼 떨어져 배치되며, 제5 내지 제8 마이크로폰(121_5 내지 121_8)은 중앙 마이크로폰(121_0)으로부터 동일한 거리 만큼 떨어져 배치된다.The first to fourth microphones 121_1 to 121_4 are arranged at the same distance d from the central microphone 121_0, and the fifth to eighth microphones 121_5 to 121_8 are the same distance from the central microphone 121_0. As far as it is placed.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따라 스티어링된 2차 DMA 응답은 상기 [수학식 8]을 하기 [수학식 18]과 정리하여 표현할 수 있다.Accordingly, the secondary DMA response steered according to an embodiment of the present invention can be expressed by arranging [Equation 8] and [Equation 18] below.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 마이크로폰 어레이를 이용하여 획득한 단극 응답, 1차 쌍극자 응답들 및 2차 쌍극자 응답들을 이용하여 임의의 각도로 스티어링한 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, the secondary DMA response steered at an arbitrary angle may be calculated using the unipolar response, the primary dipole responses, and the secondary dipole responses obtained using the first microphone array. .
이하에서는 도 5와 함께, 근사화 과정을 통하여 9개의 마이크로폰들(121_0 내지 121_8)로 구성된 제2 마이크로폰 어레이에 대하여 설명한다.Hereinafter, a second microphone array composed of nine microphones 121_0 to 121_8 through an approximation process will be described with reference to FIG. 5.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 마이크로폰 어레이를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a second microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 제2 마이크로폰 어레이는 상기 [수학식 1]의 가정이 성립하는 경우에, 근사화된 수식에 따라 구성된 9개의 마이크로폰들을 포함하는 마이크로폰 어레이이다.The second microphone array shown in FIG. 5 is a microphone array including nine microphones constructed according to an approximate equation when the assumption of [Equation 1] holds.
상기 [수학식 6], [수학식 7], [수학식 10], [수학식 11], [수학식 16] 및 [수학식 17]은 하기 [수학식 19]에 따라, 하기 [수학식 20] 내지 [수학식 25]로 근사할 수 있다.[Equation 6], [Equation 7], [Equation 10], [Equation 11], [Equation 16] and [Equation 17] according to the following [Equation 19], [Equation 19] 20] to [Equation 25].
상기 근사화 과정을 통하여 상기 [수학식 20] 내지 [수학식 25]에서 각주파수 ω와 마이크로폰 사이의 거리 d에 대한 항이 제거되므로, 도 5와 같이 중앙 마이크로폰(121_0)을 제외한 마이크로폰들(121_1 내지 121_8)을 중앙 마이크로폰(121_0)으로부터 동일한 거리 d만큼 떨어지도록 동심원상에 배치할 수 있다.Through the approximation process, since the term for the distance d between the angular frequency ω and the microphone in [Equation 20] to [Equation 25] is removed, as shown in FIG. 5, the microphones 121_1 to 121_8 except the central microphone 121_0 ) May be disposed on concentric circles so as to be separated by the same distance d from the central microphone 121_0.
구체적으로, 제2 마이크로폰 어레이는 동일한 마이크로폰 어레이 평면(예컨대, xy평면)에 9개의 마이크로폰들(121_0 내지 121_8)을 포함한다.Specifically, the second microphone array includes nine microphones 121_0 to 121_8 in the same microphone array plane (eg, xy plane).
중앙 마이크로폰(121_0)은 마이크로폰 어레이의 원점에 배치된다.The central microphone 121_0 is arranged at the origin of the microphone array.
제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)는 x축에 배치되고, 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)는 y축에 배치되며, 제3 마이크로폰 쌍(121_5 및 121_6)은 x축으로부터 45도 방향의 직선(y=x) 위에 배치되며, 제4 마이크로폰 쌍(121_7 및 121_8)은 x축으로부터 -45도 방향의 직선(y=-x) 위에 배치된다.The first pair of microphones 121_1 and 121_2 are arranged on the x-axis, the second pair of microphones 121_3 and 121_4 are arranged on the y-axis, and the third pair of microphones 121_5 and 121_6 is a straight line in the direction of 45 degrees from the x-axis (y = x), and the fourth microphone pairs 121_7 and 121_8 are disposed on a straight line (y = -x) in the -45 degree direction from the x-axis.
즉, 제1 마이크로폰 쌍과 제2 마이크로폰 쌍은 동일 평면에서 서로 직교하게 배치되며, 제3 마이크로폰 쌍과 제4 마이크로폰 쌍은 동일 평면에서 서로 직교하게 배치된다.That is, the first microphone pair and the second microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane, and the third microphone pair and the fourth microphone pair are arranged perpendicular to each other in the same plane.
그리고, 각 마이크로폰 쌍에 포함된 마이크로폰들은 중앙 마이크로폰(121_0)을 기준으로 대칭으로 배치된다. 예컨대, 제1 마이크로폰 쌍에 포함된 제1 마이크로폰(121_1)과 제2 마이크로폰(121_2)는 서로 중앙 마이크로폰(121_0)을 기준으로 대칭으로 배치된다.In addition, the microphones included in each microphone pair are symmetrically arranged based on the central microphone 121_0. For example, the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2 included in the first microphone pair are symmetrically arranged with respect to each other with respect to the central microphone 121_0.
제1 내지 제8 마이크로폰(121_1 내지 121_8)은 중앙 마이크로폰(121_0)으로부터 동일한 거리 d만큼 떨어져 배치된다.The first to eighth microphones 121_1 to 121_8 are disposed at the same distance d from the central microphone 121_0.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 마이크로폰 어레이를 이용하여 획득한 단극 응답, 1차 쌍극자 응답들 및 2차 쌍극자 응답들을 이용하여 임의의 각도로 스티어링한 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, the secondary DMA response steered at an arbitrary angle may be calculated using the unipolar response, the primary dipole responses, and the secondary dipole responses obtained using the second microphone array. .
이하에서는 도 6과 함께, 근사화 과정을 통하여 7개의 마이크로폰들(121_0 내지 121_6)로 구성된 제3 마이크로폰 어레이에 대하여 설명한다.Hereinafter, a third microphone array composed of seven microphones 121_0 to 121_6 through an approximation process will be described with reference to FIG. 6.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제3 마이크로폰 어레이를 나타낸 도면이다.6 is a view showing a third microphone array according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 제3 마이크로폰 어레이는 상기 [수학식 15]를 근사화하는 수식에 따라 구성된 7개의 마이크로폰들을 포함하는 마이크로폰 어레이이다.The third microphone array shown in FIG. 6 is a microphone array including seven microphones constructed according to an equation approximating [Equation 15].
상기 [수학식 15]는 상기 근사된 [수학식 20] 내지 [수학식 25]를 이용하여 하기 [수학식 26]로 근사할 수 있다.[Equation 15] may be approximated to [Equation 26] using the approximated [Equation 20] to [Equation 25].
상기 근사화 과정을 통하여 상기 [수학식 26]에서 제4 2차 쌍극자 응답 δ2,-q에 대한 항이 제거되므로, 제3 마이크로폰 어레이는 도 6과 같이 도 5의 제2 마이크로폰 어레이에서 x축으로부터 -45도 방향의 제7 마이크로폰(121_7)과 135도 방향의 제8 마이크로폰(121_8)을 제외하여 구성될 수 있다.Since the term for the fourth quadratic dipole response δ 2, -q in [Equation 26] is removed through the approximation process, the third microphone array is from the x-axis in the second microphone array of FIG. 5 as shown in FIG. It may be configured by excluding the seventh microphone 121_7 in the 45 degree direction and the eighth microphone 121_8 in the 135 degree direction.
이 경우, 상기 [수학식 18]은 상기 [수학식 26]을 이용하여 하기 [수학식 27]과 같이 정리할 수 있다.In this case, [Equation 18] may be summarized as [Equation 27] using [Equation 26].
구체적으로, 제3 마이크로폰 어레이는 동일한 마이크로폰 어레이 평면(예컨대, xy평면)에 7개의 마이크로폰들(121_0 내지 121_6)을 포함한다.Specifically, the third microphone array includes seven microphones 121_0 to 121_6 in the same microphone array plane (eg, xy plane).
중앙 마이크로폰(121_0)은 마이크로폰 어레이의 원점에 배치된다.The central microphone 121_0 is arranged at the origin of the microphone array.
제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)는 x축에 배치되고, 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)는 y축에 배치되며, 제3 마이크로폰 쌍(121_5 및 121_6)은 x축으로부터 45도 방향의 직선(y=x) 위에 배치된다.The first pair of microphones 121_1 and 121_2 are arranged on the x-axis, the second pair of microphones 121_3 and 121_4 are arranged on the y-axis, and the third pair of microphones 121_5 and 121_6 is a straight line in the direction of 45 degrees from the x-axis (y = x).
즉, 제1 마이크로폰 쌍과 제2 마이크로폰 쌍은 동일 평면에서 서로 직교하게 배치된다.That is, the first microphone pair and the second microphone pair are disposed perpendicular to each other in the same plane.
그리고, 각 마이크로폰 쌍에 포함된 마이크로폰들은 중앙 마이크로폰(121_0)을 기준으로 대칭으로 배치된다. 예컨대, 제1 마이크로폰 쌍에 포함된 제1 마이크로폰(121_1)과 제2 마이크로폰(121_2)는 서로 중앙 마이크로폰(121_0)을 기준으로 대칭으로 배치된다.In addition, the microphones included in each microphone pair are symmetrically arranged based on the central microphone 121_0. For example, the first microphone 121_1 and the second microphone 121_2 included in the first microphone pair are symmetrically arranged with respect to each other with respect to the central microphone 121_0.
제1 내지 제6 마이크로폰(121_1 내지 121_6)은 중앙 마이크로폰(121_0)으로부터 동일한 거리 d만큼 떨어져 배치된다.The first to sixth microphones 121_1 to 121_6 are disposed at the same distance d from the central microphone 121_0.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제3 마이크로폰 어레이를 이용하여 획득한 단극 응답, 1차 쌍극자 응답들 및 2차 쌍극자 응답들을 이용하여 임의의 각도로 스티어링한 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, the secondary DMA response steered at an arbitrary angle may be calculated using the unipolar response, the primary dipole responses, and the secondary dipole responses obtained using the third microphone array. .
이상에서는 제1 내지 제3 마이크로폰 어레이를 이용하여 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA를 구성할 수 있음을 설명하였다. In the above, it has been described that a second DMA that can be continuously steered can be configured using the first to third microphone arrays.
다시 도2에 대한 설명으로 돌아오면, 연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 프로세서(110)는 입력 소리 신호들을 이용하여 2차 백투백 카디오이드(2nd-order back-to-back cardioid) 응답들을 계산한다(S203).Returning to the description of FIG. 2 again, the
본 발명에서는 다른 차수의 응답(출력)을 결합하는 과정에서 발생할 수 있는 위상 불일치 문제를 해결하기 위하여 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 단극 응답과 쌍극자 응답들을 구성한다. 이를 위하여, 2차 백투백 카디오이드 응답들을 계산한다.In the present invention, in order to solve the phase mismatch problem that may occur in the process of combining the response (output) of different orders, the unipolar response and the dipole response are configured using the secondary back-to-back cardioid responses. To this end, the second back-to-back cardioid responses are calculated.
2차 백투백 카디오이드 응답들은 하기 [수학식 28] 내지 [수학식 31]과 같이 계산될 수 있다.Secondary back-to-back cardioid responses can be calculated as [Equation 28] to [Equation 31] below.
상기 [수학식 28] 내지 [수학식 31]에서 ±는 카디오이드의 방향(앞쪽 또는 뒤쪽)을 의미한다. In [Equation 28] to [Equation 31], ± means the direction (front or back) of the cardioid.
는 기준 축(x축) 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제1 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is a secondary back-to-back cardioid response in the direction of the reference axis (x-axis), and is referred to as a first secondary back-to-back cardioid response.
는 기준 축(x축)으로부터 180도 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제2 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is a second back-to-back cardioid response from the reference axis (x-axis) 180 degrees, and is referred to as a second second back-to-back cardioid response.
는 기준 축(x축)으로부터 90도 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제3 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is a second back-to-back cardioid response in a 90 degree direction from a reference axis (x-axis), and is called a third second back-to-back cardioid response.
는 기준 축(x축)으로부터 270도 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제4 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is a secondary back-to-back cardioid response from the reference axis (x-axis) in the direction of 270 degrees, and is referred to as a fourth secondary back-to-back cardioid response.
는 기준 축(x축)으로부터 45도 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제5 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is the second back-to-back cardioid response in the direction of 45 degrees from the reference axis (x-axis), and is referred to as the fifth second back-to-back cardioid response.
는 기준 축(x축)으로부터 225도 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제6 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is a secondary back-to-back cardioid response from the reference axis (x-axis) in the direction of 225 degrees, and is referred to as a sixth secondary back-to-back cardioid response.
는 기준 축(x축)으로부터 135도 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제7 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is a secondary back-to-back cardioid response from the reference axis (x-axis) in the direction of 135 degrees, and is referred to as a seventh secondary back-to-back cardioid response.
는 기준 축(x축)으로부터 315도 방향으로의 2차 백투백 카디오이드 응답으로, 제8 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다. Is a secondary back-to-back cardioid response in the direction of 315 degrees from the reference axis (x-axis), and is referred to as an eighth secondary back-to-back cardioid response.
따라서, 상기 [수학식 28] 내지 [수학식 31]에 따르면, 프로세서(110)는 각 마이크로폰 쌍과 중앙 마이크로폰(121_0)의 조합으로부터 2차 백투백 카디오이드 응답들을 계산한다.Accordingly, according to Equations 28 to 31, the
프로세서(110)는 제1 마이크로폰(121_1)에서 획득한 제1 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제1 차분 신호를 계산하고, 제1 차분 신호에서 제2 마이크로폰(121_2)에서 획득한 제2 입력 신호를 빼서 제1 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)는 제2 마이크로폰(121_2)에서 획득한 제2 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제2 차분 신호를 계산하고, 제2 차분 신호에서 제1 마이크로폰(121_1)에서 획득한 제1 입력 신호를 빼서 제2 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)는 제3 마이크로폰(121_3)에서 획득한 제3 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제3 차분 신호를 계산하고, 제3 차분 신호에서 제4 마이크로폰(121_4)에서 획득한 제4 입력 신호를 빼서 제3 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)는 제4 마이크로폰(121_4)에서 획득한 제4 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제4 차분 신호를 계산하고, 제4 차분 신호에서 제3 마이크로폰(121_3)에서 획득한 제3 입력 신호를 빼서 제4 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)는 제5 마이크로폰(121_5)에서 획득한 제5 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제5 차분 신호를 계산하고, 제5 차분 신호에서 제6 마이크로폰(121_6)에서 획득한 제6 입력 신호를 빼서 제5 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)는 제6 마이크로폰(121_6)에서 획득한 제6 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제6 차분 신호를 계산하고, 제6 차분 신호에서 제5 마이크로폰(121_5)에서 획득한 제5 입력 신호를 빼서 제6 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)는 제7 마이크로폰(121_7)에서 획득한 제7 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제7 차분 신호를 계산하고, 제7 차분 신호에서 제8 마이크로폰(121_8)에서 획득한 제8 입력 신호를 빼서 제7 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)는 제8 마이크로폰(121_8)에서 획득한 제8 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제8 차분 신호를 계산하고, 제8 차분 신호에서 제7 마이크로폰(121_7)에서 획득한 제7 입력 신호를 빼서 제8 2차 백투백 카디오이드 응답을 계산한다.The
프로세서(110)가 제1 마이크로폰 어레이 또는 제2 마이크로폰 어레이로부터 입력 소리 신호들을 획득하는 경우에는, 프로세서(110)는 총 8개의 2차 백투백 카디오이드 응답들(제1 내지 제8 2차 백투백 카디오이드 응답)을 계산한다.When the
프로세서(110)가 제3 마이크로폰 어레이로부터 입력 소리 신호들을 획득하는 경우에는, 프로세서(110)는 총 6개의 2차 백투백 카디오이드 응답들(제1 내지 제6 2차 백투백 카디오이드 응답)을 계산한다.When the
연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 프로세서(110)는 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 단극(monopole) 응답을 계산한다(S205).The
프로세서(110)는 계산한 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 단극 응답을 계산할 수 있다.The
이때, 프로세서(110)는 계산된 모든 2차 백투백 카디오이드 응답들을 합하여 단극 응답을 계산할 수 있다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 하기 [수학식 32]과 같이 제1 2차 백투백 카디오이드 응답, 제2 2차 백투백 카디오이드 응답, 제3 2차 백투백 카디오이드 응답 및 제4 2차 백투백 카디오이드 응답을 합하여 단극 응답을 계산할 수 있다.At this time, the
연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 프로세서(110)는 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 1차 직교 쌍극자(1st-order orthogonal dipole) 응답들을 계산한다(S207).The
프로세서(110)는 계산한 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 1차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다.The
이때, 프로세서(110)는 계산된 2차 백투백 카디오이드 응답들을 서로 빼서 1차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 계산된 2차 백투백 카디오이드 응답들 중에서 서로 방향이 대응되는 2차 백투백 카디오이드 응답들끼리 서로 빼서 1차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다. 방향이 대응된다는 것의 의미는 방향이 서로 180도 차이난다는 것을 의미한다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 계산된 2차 백투백 카디오이드 응답들 중에서, x축 및 y축 방향의 제1 내지 제4 2차 백투백 카디오이드 응답들을 서로 빼서 1차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 하기 [수학식 33]와 같이 1차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 제1 2차 백투백 카디오이드 응답에서 제2 2차 백투백 카디오이드 응답을 빼서 제1 1차 직교 쌍극자 응답을 계산하고, 제3 2차 백투백 카디오이드 응답에서 제4 2차 백투백 카디오이드 응답을 빼서 제2 1차 직교 쌍극자 응답을 계산할 수 있다.At this time, the
연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 프로세서(110)는 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 2차 직교 쌍극자(2nd-order orthogonal dipole) 응답들을 계산한다(S209).The
프로세서(110)는 계산한 2차 백투백 카디오이드 응답들을 이용하여 2차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다.The
이때, 프로세서(110)는 계산된 2차 백투백 카디오이드 응답들을 서로 합해서 2차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 계산된 2차 백투백 카디오이드 응답들 중에서 서로 방향이 대응되는 2차 백투백 카디오이드 응답들끼리 서로 합해서 1차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다. 방향이 대응된다는 것의 의미는 방향이 서로 180도 차이난다는 것을 의미한다.In this case, the
이때, 프로세서(110)는 하기 [수학식 34]과 같이 2차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 제1 2차 백투백 카디오이드 응답과 제2 2차 백투백 카디오이드 응답을 합해서 제1 2차 직교 쌍극자 응답을 계산하고, 제3 2차 백투백 카디오이드 응답과 제4 2차 백투백 카디오이드 응답을 합해서 제2 2차 직교 쌍극자 응답을 계산하고, 제5 2차 백투백 카디오이드 응답과 제6 2차 백투백 카디오이드 응답을 합해서 제3 2차 직교 쌍극자 응답을 계산하고, 제7 2차 백투백 카디오이드 응답과 제8 2차 백투백 카디오이드 응답을 합해서 제4 2차 직교 쌍극자 응답을 계산할 수 있다.At this time, the
이때, 프로세서(110)는 마이크로폰 어레이(121)가 제1 마이크로폰 어레이 또는 제2 마이크로폰 어레이의 구조를 갖는 경우, 제1 내지 제4 2차 직교 쌍극자 응답들을 계산할 수 있다In this case, when the
이때, 프로세서(110)는 마이크로폰 어레이(121)가 제3 마이크로폰 어레이의 구조를 갖는 경우, 제1 내지 제3 2차 직교 쌍극자 응답들만을 계산할 수 있다.At this time, when the
이와 같이, 프로세서(110)가 2차 백투백 카디오이드 응답들을 조합하여 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들을 계산함으로써, 상기 [수학식 8]에 따라 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산하는데 이용되는 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들의 위상 불일치 문제를 해결할 수 있다.In this way, the
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA는 별도로 위상을 일치시키기 위한 과정을 없이도 계산된 응답들 사이의 위상 불일치 문제가 없다.Therefore, the continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention does not have a problem of phase mismatch between calculated responses without a process for matching phases separately.
연속적으로 스티어링 가능한 2차 디퍼런셜 마이크로폰 어레이(100)의 프로세서(110)는 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들을 이용하여 주어진 스티어링 각도만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산한다(S211).The
프로세서(110)는 상기 [수학식 8]에 따라 계산된 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들로부터 주어진 스티어링 각도 θs만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.The
스티어링 각도 θs는 0도에서 360도의 범위를 가지며, 사용자의 설정에 의하여 또는 자동으로 설정된 값일 수 있다. 즉, 주어진 각도는 고정된 값으로 한정하는 것이 아닌, 0도부터 360도까지의 임의의 각도를 의미하며, 따라서 본 발명의 특징은 임의의 원하는 각도만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다는 것이다.The steering angle θ s has a range of 0 degrees to 360 degrees, and may be a value set by a user or automatically. That is, a given angle is not limited to a fixed value, but refers to an arbitrary angle from 0 to 360 degrees, so the feature of the present invention is that it can calculate a secondary DMA response steered by any desired angle. .
이때, 스티어링 각도 θs는 마이크로폰 어레이(121)를 통하여 집음하고자 하는 소리를 내는 음원의 위치에 상응하는 방향의 각도를 의미할 수 있다. 예컨대, x축을 기준으로 30도 방향에 음원이 있는 경우, 스티어링 각도 θs는 30도일 수 있다.In this case, the steering angle θ s may mean an angle in a direction corresponding to a position of a sound source that makes a sound to be collected through the
이때, 스티어링 각도 θs는 프로세서(110)가 입력 음성 신호들을 분석하여 음원의 위치 또는 방향을 계산하고, 계산된 음원의 위치 또는 방향의 각도로 설정한 것일 수 있다. 예컨대, 프로세서(110)는 입력 음성 신호들을 분석하여 현재 음원의 방향이 x축을 기준으로 60도 방향에 있는 것으로 판단한 경우, 스티어링 각도 θs를 60도로 설정할 수 있다.At this time, the steering angle θ s may be that the
이때, 프로세서(110)는 입력 음성 신호들로부터 사용자의 기동어를 인식하는 경우에, 사용자가 기동어를 발했던 위치 또는 방향을 계산하고, 계산된 사용자의 위치 또는 방향의 각도로 스티어링 각도 θs를 설정할 수 있다. 예컨대, 프로세서(110)는 사용자가 기동어가 포함된 입력 음성 신호들을 분석하여 사용자가 기동어를 발한 위치가 x축을 기준으로 90도라고 판단한 경우, 스티어링 각도를 90도로 설정할 수 있다.At this time, when the
이때, 마이크로폰 어레이(121)의 구조가 제1 마이크로폰 어레이 또는 제2 마이크로폰 어레이인 경우, 프로세서(110)는 상기 [수학식 18]에 따라 계산된 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들로부터 주어진 스티어링 각도(또는 원하는 스티어링 각도) θs만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.At this time, when the structure of the
구체적으로, 마이크로폰 어레이(121)의 구조가 제1 마이크로폰 어레이 또는 제2 마이크로폰 어레이인 경우, 프로세서(110)는 계산된 단극 응답; 제1 및 제2 1차 직교 쌍극자 응답들로부터 계산된 θs만큼 스티어링된 1차 직교 쌍극자 응답; 및 제1 내지 제4 2차 직교 쌍극자 응답들로부터 계산된 θs만큼 스티어링된 2차 직교 쌍극자 응답을 가중합하여 θs만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.Specifically, when the structure of the
이때, 마이크로폰 어레이(121)의 구조가 제3 마이크로폰 어레이인 경우, 프로세서(110)는 상기 [수학식 27]에 따라 계산된 단극 응답, 1차 직교 쌍극자 응답들 및 2차 직교 쌍극자 응답들로부터 주어진 스티어링 각도(또는 원하는 스티어링 각도) θs만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.At this time, when the structure of the
구체적으로, 마이크로폰 어레이(121)의 구조가 제3 마이크로폰 어레이인 경우, 프로세서(110)는 계산된 단극 응답; 제1 및 제2 1차 직교 쌍극자 응답들로부터 계산된 θs만큼 스티어링된 1차 직교 쌍극자 응답; 및 제1 내지 제3 2차 직교 쌍극자 응답들로부터 계산된 θs만큼 스티어링된 2차 직교 쌍극자 응답을 가중합하여 θs만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산할 수 있다.Specifically, when the structure of the
선택적 실시 예에서, 단극 응답을 계산하는 단계(S205), 1차 직교 쌍극자 응답들을 계산하는 단계(S207) 및 2차 직교 쌍극자 응답들을 계산하는 단계(S209)는 서로 병렬적으로 수행되거나 그 수행되는 순서가 서로 바뀔 수 있다.In an optional embodiment, calculating the unipolar response (S205), calculating the primary orthogonal dipole responses (S207) and calculating the secondary orthogonal dipole responses (S209) are performed in parallel with each other or are performed The order can be reversed.
본 발명에 따르면, 7개의 마이크로폰들 혹은 9개의 마이크로폰들만으로 구성된 마이크로폰 어레이를 이용하여 임의의 각도 θs만큼 스티어링된 2차 DMA 응답을 계산할 수 있는 장점이 있으며, 기존의 1차 DMA에 비하여 더욱 높은 지향성을 가져 성능이 더욱 우수하다.According to the present invention, there is an advantage of calculating a secondary DMA response steered by an arbitrary angle θ s using a microphone array composed of only 7 microphones or 9 microphones, and has higher directivity than the existing primary DMA The performance is more excellent.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차 백투백 카디오이드 응답들의 빔패턴을 나타낸 도면이다.7 is a view showing beam patterns of primary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 7은 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)과 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)을 이용하여 획득한 4개의 1차 백투백 카디오이드 응답들을 도시한다.Specifically, FIG. 7 shows four primary back-to-back cardioid responses obtained using the first microphone pair 121_1 and 121_2 and the second microphone pair 121_3 and 121_4.
이하에서, 0도(x축) 방향의 1차 백투백 카디오이드 응답을 제1 1차 백투백 카디오이드 응답(701), 180도(-x축) 방향의 1차 백투백 카디오이드 응답을 제2 1차 백투백 카디오이드 응답(702), 90도(y축) 방향의 1차 백투백 카디오이드 응답을 제3 1차 백투백 카디오이드 응답(703), 및 270도(-y축) 방향의 1차 백투백 카디오이드 응답을 제4 1차 백투백 카디오이드 응답(704)이라 칭한다.Hereinafter, the primary back-to-back cardioid response in the 0 degree (x-axis) direction is the first primary back-to-back
프로세서(110)는 제1 마이크로폰(121_1)의 입력 신호에서 제2 마이크로폰(121_2)의 입력 신호를 빼서 제1 1차 백투백 카디오이드 응답(701)을 계산하고, 제2 마이크로폰(121_2)의 입력 신호에서 제1 마이크로폰(121_1)의 입력 신호를 빼서 제2 1차 백투백 카디오이드 응답(702)을 계산할 수 있다.The
마찬가지로, 프로세서(110)는 제3 마이크로폰(121_3)의 입력 신호에서 제4 마이크로폰(121_4)의 입력 신호를 빼서 제3 1차 백투백 카디오이드 응답(703)을 계산하고, 제4 마이크로폰(121_4)의 입력 신호에서 제3 마이크로폰(121_3)의 입력 신호를 빼서 제4 1차 백투백 카디오이드 응답(704)을 계산할 수 있다.Similarly, the
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단극 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a beam pattern of unipolar response according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 프로세서(110)는 도 7에 도시된 제1 1차 백투백 카디오이드 응답(701), 제2 1차 백투백 카디오이드 응답(702), 제3 1차 백투백 카디오이드 응답(703) 및 제4 1차 백투백 카디오이드 응답(704)을 모두 합하여 단극 응답(801)을 계산할 수 있다.Referring to FIG. 8, the
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차 직교 쌍극자 응답들의 빔패턴을 나타낸 도면이다.9 is a view showing a beam pattern of primary orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 9는 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2)을 이용하여 획득하는 0도(x축) 방향의 제1 1차 직교 쌍극자 응답(901)과 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4)을 이용하여 획득하는 90도(y축) 방향의 제2 1차 직교 쌍극자 응답(902)을 도시한다.Specifically, FIG. 9 uses the first primary
프로세서(110)는 제1 1차 백투백 카디오이드 응답(701)에서 제2 1차 백투백 카디오이드 응답(702)을 빼서 제1 1차 직교 쌍극자 응답(0도 방향 또는 x축 방향, 901)을 계산하고, 제3 1차 백투백 카디오이드 응답(703)에서 제4 1차 백투백 카디오이드 응답(704)을 빼서 제2 1차 직교 쌍극자 응답(90도 방향 또는 y축 방향, 902)을 계산할 수 있다.The
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스티어링된 1차 직교 쌍극자 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.10 is a view showing a beam pattern of a primary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 10은 단극 응답, 제1 1차 직교 쌍극자 응답 및 제2 1차 직교 쌍극자 응답을 이용하여 지향성의 방향이 기준 축(x축)을 기준으로 60도 스티어링된 1차 직교 쌍극자 응답을 도시한다.Specifically, FIG. 10 illustrates a primary orthogonal dipole response in which the direction of directivity is steered 60 degrees relative to a reference axis (x-axis) using a unipolar response, a first primary orthogonal dipole response, and a second primary orthogonal dipole response. City.
프로세서(110)는 단극 응답, 제1 1차 직교 쌍극자 응답 및 제2 1차 직교 쌍극자 응답에 대한 연산을 통하여 지향성의 방향을 임의의 각도로 스티어링한 1차 직교 쌍극자 응답을 획득할 수 있다.The
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 백투백 카디오이드 응답들 중에서 일부의 빔패턴을 나타낸 도면이다.11 is a view showing a part of a beam pattern among secondary back-to-back cardioid responses according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 11은 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2), 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4) 및 중앙 마이크로폰(121_0)을 이용하여 획득한 4개의 2차 백투백 카디오이드 응답들을 도시한다.Specifically, FIG. 11 shows four secondary back-to-back cardioid responses obtained using the first microphone pair 121_1 and 121_2, the second microphone pair 121_3 and 121_4, and the central microphone 121_0.
이하에서, 0도(x축) 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제1 2차 백투백 카디오이드 응답(1101), 180도(-x축) 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제2 2차 백투백 카디오이드 응답(1102), 90도(y축) 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제3 2차 백투백 카디오이드 응답(1103), 및 270도(-y축) 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제4 2차 백투백 카디오이드 응답(1104)이라 칭한다.Hereinafter, the second back-to-back cardioid response in the 0 degree (x-axis) direction is the first second back-to-
또한, 비록 도 11에는 도시되지 않았지만, 45도 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제5 2차 백투백 카디오이드 응답, 225도 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제6 2차 백투백 카디오이드 응답, 135도 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제7 2차 백투백 카디오이드 응답, 및 315도 방향의 2차 백투백 카디오이드 응답을 제8 2차 백투백 카디오이드 응답이라 칭한다.In addition, although not shown in FIG. 11, the second back-to-back cardioid response in the 45 degree direction, the fifth second back-to-back cardioid response in the 45 degree direction, and the second back-to-back cardioid response in the 225 degree direction, the sixth second back-to-back cardioid response, 135 degree direction The second back-to-back cardioid response is referred to as the seventh second back-to-back cardioid response and the second back-to-back cardioid response in the direction of 315 degrees is the eighth second back-to-back cardioid response.
전술한 바와 같이, 프로세서(110)는 제1 마이크로폰(121_1)에서 획득한 제1 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제1 차분 신호를 계산하고, 제1 차분 신호에서 제2 마이크로폰(121_2)에서 획득한 제2 입력 신호를 빼서 제1 2차 백투백 카디오이드 응답(1101)을 계산한다.As described above, the
프로세서(110)는 제2 마이크로폰(121_2)에서 획득한 제2 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제2 차분 신호를 계산하고, 제2 차분 신호에서 제1 마이크로폰(121_1)에서 획득한 제1 입력 신호를 빼서 제2 2차 백투백 카디오이드 응답(1102)을 계산한다.The
프로세서(110)는 제3 마이크로폰(121_3)에서 획득한 제3 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제3 차분 신호를 계산하고, 제3 차분 신호에서 제4 마이크로폰(121_4)에서 획득한 제4 입력 신호를 빼서 제3 2차 백투백 카디오이드 응답(1103)을 계산한다.The
프로세서(110)는 제4 마이크로폰(121_4)에서 획득한 제4 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제4 차분 신호를 계산하고, 제4 차분 신호에서 제3 마이크로폰(121_3)에서 획득한 제3 입력 신호를 빼서 제4 2차 백투백 카디오이드 응답(1104)을 계산한다.The
프로세서(110)는 제5 마이크로폰(121_5)에서 획득한 제5 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제5 차분 신호를 계산하고, 제5 차분 신호에서 제6 마이크로폰(121_6)에서 획득한 제6 입력 신호를 빼서 제5 2차 백투백 카디오이드 응답(1105)을 계산한다.The
프로세서(110)는 제6 마이크로폰(121_6)에서 획득한 제6 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제6 차분 신호를 계산하고, 제6 차분 신호에서 제5 마이크로폰(121_5)에서 획득한 제5 입력 신호를 빼서 제6 2차 백투백 카디오이드 응답(1106)을 계산한다.The
프로세서(110)는 제7 마이크로폰(121_7)에서 획득한 제7 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제7 차분 신호를 계산하고, 제7 차분 신호에서 제8 마이크로폰(121_8)에서 획득한 제8 입력 신호를 빼서 제7 2차 백투백 카디오이드 응답(1107)을 계산한다.The
프로세서(110)는 제8 마이크로폰(121_8)에서 획득한 제8 입력 신호에서 중앙 마이크로폰(121_0)에서 획득한 제0 입력 신호를 빼서 제8 차분 신호를 계산하고, 제8 차분 신호에서 제7 마이크로폰(121_7)에서 획득한 제7 입력 신호를 빼서 제8 2차 백투백 카디오이드 응답(1108)을 계산한다.The
또한, 프로세서(110)는 도 11에 도시된 제1 2차 백투백 카디오이드 응답(1101), 제2 2차 백투백 카디오이드 응답(1102), 제3 2차 백투백 카디오이드 응답(1103) 및 제4 2차 백투백 카디오이드 응답(1104)을 모두 합하여 단극 응답을 계산할 수 있다.In addition, the
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 직교 쌍극자 응답들 중에서 일부의 빔패턴을 나타낸 도면이다.12 is a view showing a part of the beam pattern among the quadratic orthogonal dipole responses according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 12는 제1 마이크로폰 쌍(121_1 및 121_2) 및 중앙 마이크로폰(121_0) 이용하여 획득하는 0도(x축) 방향의 제1 2차 직교 쌍극자 응답(1201)과, 제2 마이크로폰 쌍(121_3 및 121_4) 및 중앙 마이크로폰(121_0)을 이용하여 획득하는 90도(y축) 방향의 제2 2차 직교 쌍극자 응답(1202)을 도시한다.Specifically, FIG. 12 shows a first quadratic
프로세서(110)는 제1 2차 백투백 카디오이드 응답(1101)과 제2 2차 백투백 카디오이드 응답(1102)을 합하여 제1 2차 직교 쌍극자 응답(0도 방향 또는 x축 방향, 1201)을 계산하고, 제3 2차 백투백 카디오이드 응답(1103)과 제4 2차 백투백 카디오이드 응답(1104)을 합하여 제2 2차 직교 쌍극자 응답(90도 방향 또는 y축 방향, 1202)을 계산할 수 있다.The
또한, 도 12에는 도시되지 않았지만, 프로세서(110)는 제5 2차 백투백 카디오이드 응답과 제6 2차 백투백 카디오이드 응답을 합하여 제3 2차 직교 쌍극자 응답(45도 방향)을 계산하고, 제7 2차 백투백 카디오이드 응답과 제8 2차 백투백 카디오이드 응답을 합하여 제4 2차 직교 쌍극자 응답(135도 방향)을 계산할 수 있다.Also, although not shown in FIG. 12, the
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스티어링된 2차 직교 쌍극자 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.13 is a view showing a beam pattern of a secondary orthogonal dipole response steered according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 13은 지향성의 방향이 기준 축(x축)을 기준으로 60도 스티어링된 2차 직교 쌍극자 응답을 도시한다.Specifically, FIG. 13 shows a quadratic orthogonal dipole response in which the direction of directivity is steered 60 degrees relative to the reference axis (x-axis).
프로세서(110)는 단극 응답, 제1 2차 직교 쌍극자 응답, 제2 2차 직교 쌍극자 응답 및 제3 2차 직교 쌍극자 응답에 대한 연산을 통하여 지향성의 방향을 임의의 각도로 스티어링한 2차 직교 쌍극자 응답을 획득할 수 있다.The
또한, 프로세서(110)는 단극 응답, 제1 2차 직교 쌍극자 응답, 제2 2차 직교 쌍극자 응답, 제3 2차 직교 쌍극자 응답 및 제4 2차 직교 쌍극자 응답에 대한 연산을 통하여 지향성의 방향을 임의의 각도로 스티어링한 2차 직교 쌍극자 응답을 획득할 수 있다.In addition, the
여기서, 단극 응답은 4개의 1차 백투백 카디오이드 응답들의 합으로 계산된 것일 수도 있지만, 4개의 2차 백투백 카디오이드 응답들의 합으로 계산된 것일 수 있다.Here, the unipolar response may be calculated as a sum of four primary back-to-back cardioid responses, but may be calculated as a sum of four secondary back-to-back cardioid responses.
프로세서(110)는 제1 2차 백투백 카디오이드 응답, 제2 2차 백투백 카디오이드 응답, 제3 2차 백투백 카디오이드 응답 및 제4 2차 백투백 카디오이드 응답을 합하여 단극 응답을 계산하고, 이렇게 계산된 단극 응답을 이용하여 임의의 각도로 스티어링된 2차 직교 쌍극자 응답을 계산할 수 있다.The
도 14 내지 17은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스티어링된 2차 DMA 응답의 빔패턴을 나타낸 도면이다.14 to 17 are diagrams illustrating a beam pattern of a secondary DMA response steered according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 제안하는 알고리즘을 이용하여 스티어링한 경우, 어떠한 2차 DMA의 빔패턴이든 스티어링된 빔패턴이 스티어링 각도에 상관없이 거의 일정하다는 것을 확인할 수 있다. When steering using the algorithm proposed in the present invention, it can be confirmed that the beam pattern of any secondary DMA is substantially constant regardless of the steering angle.
상기 [수학식 8], [수학식 18] 또는 [수학식 27]에서 에서 각 요소의 가중치(a1,1, a1,2, a1,3)를 조절함으로써 여러 형태의 빔으로도 조정할 수 있는데, 도 14 내지 17은 a2,1=-1/5, a2,2= 2/5, a2,3=4/5인 2차 하이퍼-카디오이드를 기준 축(x축)으로부터 θs=0°, 45°, 135° 및 225°만큼 메인 로브를 조정하였을 때의 응답을 도시한 것이다.In [Equation 8], [Equation 18], or [Equation 27], by adjusting the weights (a 1,1 , a 1,2 , a 1,3 ) of each element, it can be adjusted to various types of beams 14 to 17, a 2,1 = -1 / 5, a 2,2 = 2/5, a 2,3 = 4/5, the second hyper-cardioid from the reference axis (x axis) θ The response when the main lobe was adjusted by s = 0 °, 45 °, 135 ° and 225 ° is shown.
특히, 도 14 내지 17은 마이크로폰 어레이(121)가 상기 도 5에 도시된 7-마이크로폰 구조를 갖는 경우에서의 2차 DMA 응답을 나타낸 것이다. 즉, 본 발명의 일 실시 예 중에서 가장 근사를 많이 한 7-마이크로폰 구조에 대하여도 스티어링 각도를 조정함에 따른 빔패턴 모양의 변화가 매우 적음을 확인할 수 있다.In particular, FIGS. 14 to 17 show the secondary DMA response in the case where the
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA을 이용하여 백색 잡음 이득을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.18 is a view showing a result of measuring a white noise gain using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
도 18은 마이크로폰 어레이(121)에서의 d = 20mm일 때, 2차 카디오이드의 1KHz 고정 주파수 경우 대한 백색 잡음 이득(WNG: White Nois Gain)을 나타내며, x축은 스티어링 각도(θs)이고, y축은 WNG이다. FIG. 18 shows a white noise gain (WNG) for a 1KHz fixed frequency case of a secondary cardioid when d = 20 mm in the
Ideal은 WNG의 기준 값을 나타내며, Direct는 마이크로폰 어레이(121)가 도 3에 도시된 9-마이크로폰 구조를 갖는 경우(제1 마이크로폰 어레이)의 WNG, 9-mic Config는 마이크로폰 어레이(121)가 도 4에 도시된 9-마이크로폰 구조를 갖는 경우(제2 마이크로폰 어레이)의 WNG, 7-mic Config는 마이크로폰 어레이(121)가 도 5에 도시된 7-마이크로폰 구조를 갖는 경우(제3 마이크로폰 어레이)를 갖는 경우의 WNG이다.Ideal represents the reference value of WNG, Direct is WNG when the
제1 마이크로폰 어레이는 근사화 과정을 거치지 않은 마이크로폰 어레이이며, 다른 마이크로폰 어레이의 구조와 비교했을 때 상대적으로 낮은 WNG을 보이고 있고, 스티어링 각도(θs)의 변화에 대하여 WNG에 상대적으로 큰 변화가 나타난다. 이는 동일한 마이크로폰 간 거리를 보장하고 있지 않기 때문에 도출된 결과이다.The first microphone array is a microphone array that has not been subjected to an approximation process, shows a relatively low WNG when compared to the structure of other microphone arrays, and a relatively large change in WNG with respect to a change in steering angle (θ s ). This is a result derived because the distance between the same microphones is not guaranteed.
반면에, 제2 마이크로폰 어레이는 근사화 과정을 거진 9-마이크로폰 구조를 갖는 마이크로폰 어레이이며, 일관적으로 높은 WNG을 유지하고 있고, 스티어링 각도(θs)의 변화에 대하여 WNG의 변동이 작게 나타난다.On the other hand, the second microphone array is a microphone array having a 9-microphone structure that has undergone an approximation process, maintains a consistently high WNG, and exhibits small variation in WNG with respect to a change in steering angle θ s .
제3 마이크로폰 어레이는 근사화 과정을 거친 7-마이크로폰 구조를 갖는 마이크로폰 어레이이며, 대체로 높은 WNG을 갖지만, 스티어링 각도(θs)가 -π/4와 +3ð/4일 때에는 WNG이 급격하게 감소한다. 이는 근사화 과정을 통해 -ð/4 방향(-45도 방향)의 쌍극자 성분을 생략한 것이 원인이 된다.The third microphone array is a microphone array having a 7-microphone structure that has been subjected to an approximation process, and generally has a high WNG, but when the steering angle θ s is -π / 4 and + 3ð / 4, the WNG decreases rapidly. This is due to the omission of the dipole component in the -ð / 4 direction (-45 degree direction) through the approximation process.
비록 제3 마이크로폰 어레이는 일부 스티어링 각도에서 제2 마이크로폰 어레이에 비하여 2dB의 WNG의 손실이 있지만, 구현에 필요한 마이크로폰의 개수가 가장 적기 때문에 실질적인 구현에서 다른 구조의 마이크로폰 어레이에 비하여 저렴하고 효율적이다. 하지만, 성능을 가장 우선시하는 경우라면 제2 마이크로폰 어레이를 이용하는 것이 가장 효과가 좋다.Although the third microphone array has a loss of 2dB of WNG compared to the second microphone array at some steering angles, it is cheaper and more efficient than the microphone arrays of other structures in practical implementation because the number of microphones required for implementation is the smallest. However, if performance is a top priority, it is most effective to use a second microphone array.
특히, 도 18에서의 WNG의 변동 폭이 약 2dB 이내인데, 이는 스티어링 각도의 변화에도 불구하고 WNG의 상당히 편차가 적으며 우수한 성능을 가짐을 의미한다.In particular, the fluctuation range of the WNG in FIG. 18 is within about 2 dB, which means that despite the change in the steering angle, the deviation of the WNG is considerably small and has excellent performance.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA을 이용하여 지향성 인덱스를 나타낸 도면이다.19 is a diagram showing a directional index using a continuously steerable secondary DMA according to an embodiment of the present invention.
도 19는 마이크로폰 어레이(121)에서의 d = 20mm일 때, 2차 카디오이드의 1KHz 고정 주파수 경우 대한 지향성 인덱스(DI: Directivity Index)를 나타내며, x축은 스티어링 각도(θs)이고, y축은 DI이다. FIG. 19 shows a directivity index (DI) for a 1KHz fixed frequency case of a secondary cardioid when d = 20mm in the
DI는 일반적으로 하기 [수학식 35]으로 계산하며, B는 빔패턴이다. 하기 [수학식 36]은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA 응답으로부터 DI를 계산하는 식이다.DI is generally calculated by [Equation 35] below, and B is a beam pattern. The following [Equation 36] is an equation for calculating DI from the continuously steerable secondary DMA response according to an embodiment of the present invention.
DI는 특정 스티어링 각도에서의 빔의 파워를 전체 빔패턴의 파워로 나눈 값으로, 지향성의 성능을 나타내는 지표이다.DI is a value obtained by dividing the power of the beam at a specific steering angle by the power of the entire beam pattern, and is an index indicating the performance of directivity.
도 19을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로폰 어레이, 제2 마이크로폰 어레이 또는 제3 마이크로폰 어레이로 구성된 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA는 모두 DI의 변동폭이 0.1dB 이내이다. Referring to FIG. 19, the continuously steerable secondary DMA composed of a first microphone array, a second microphone array, or a third microphone array according to an embodiment of the present invention all has a variation of DI within 0.1 dB.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 7개의 마이크 또는 9개의 마이크만으로 전 방위에 대한 연속적인 스티어링 가능한 2차 DMA를 구성하더라도 지향성이 일정한 수준을 유지하여 우수한 성능을 가진다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, even if a continuous steering secondary DMA for all directions is configured with only 7 microphones or 9 microphones, the directivity maintains a constant level and has excellent performance.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로폰 어레이, 제2 마이크로폰 어레이 또는 제3 마이크로폰 어레이로 구성된 연속적으로 스티어링 가능한 2차 DMA는, 2차 DMA 응답을 빔패턴의 모양을 유지하면서 연속적인 각도로 스티어링 가능하다. 또한, 스티어링에 따른 지향성이나 백색잡음이득의 변동이 작게 유지되어 높은 성능을 기대할 수 있다.As described above, the continuously steerable secondary DMA composed of the first microphone array, the second microphone array, or the third microphone array according to an embodiment of the present invention continuously maintains the secondary DMA response while maintaining the shape of the beam pattern. Steering at an angle is possible. In addition, the directionality or white noise gain fluctuation according to the steering is kept small, and high performance can be expected.
따라서, 종래의 연속적으로 스티어링 가능한 1차 DMA과 비교하여 2차 DMA를 이용하므로 보다 지향성이 좋으면서도 안정적인 성능을 유지하면서 연속적으로 스티어링이 가능한 장점이 있다.Accordingly, since the secondary DMA is used in comparison with the conventional continuously steerable primary DMA, there is an advantage in that steering can be continuously performed while maintaining more stable performance while being more directional.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 프로세서(180)를 포함할 수도 있다.The above-described present invention can be embodied as computer readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer-readable medium includes any kind of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include a hard disk drive (HDD), solid state disk (SSD), silicon disk drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage device. There is this. In addition, the computer may include a
상기와 같이 설명된 디스플레이 장치는 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The display device described above is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, and the above embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made. It might be.
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