KR20160003050A

KR20160003050A - 음원 분리를 위한 마이크로폰 어레이

Info

Publication number: KR20160003050A
Application number: KR1020157033415A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 뉴전트
Original assignee: 유니버시티 오브 서레이
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2016-01-08
Also published as: EP2992687B1; EP2992687A1; KR102172718B1; US20160080867A1; WO2014177855A1; US9774953B2

Abstract

방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템은 압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위한 각각의 압력 센서들의 어레이 및 압력 신호들을 수신하는 프로세서를 포함한다. 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지체를 포함한다. 센서들 중 2개의 센서들은 지지체의 일측면에 장착되고 적어도 제3 센서는 지지체의 대향 측면에 지지된다. 지지체와 평행한 방향으로부터 어레이에 도달하는 사운드에 의해 생기는 제1과 제2 센서 간에서 측정된 사운드 압력 차이는 제1과 제2 센서 간의 거리 및 제1과 제2 센서 간의 공간에 있는 재료의 속성에 의존한다. 지지체에 수직으로 이동하는 사운드에 의해 생기는 제1과 제3 센서 간에서 측정된 사운드 압력 차이는 제1과 제3 센서 간의 거리 및 공간에 있는 재료의 속성에 의존하며 사운드 압력 차이들이 실질적으로 동일하도록 선택된다.

Description

음원 분리를 위한 마이크로폰 어레이{MICROPHONE ARRAY FOR ACOUSTIC SOURCE SEPARATION}

본 발명은 상이한 음원들로부터 사운드들의 믹스처의 분리를 위한 시스템들, 특히 그와 같은 시스템들에서의 마이크로폰 어레이들의 설계에 관한 것이다.

뒤엉킨 믹스처들의 분리는 반사 환경들에서 다른 그와 같은 신호들의 존재에서 개개의 사운드 신호들을 추정하는 것을 목표로 한다. 사운드 믹스처들은 인클로저들에서 거의 항상 뒤엉켜 있기 때문에, 이들의 분리는 음성 인식 및 스피커 식별 문제들에 대한 유용한 전처리 단계이다. 다른 직접적인 응용 영역들은 또한 예컨대 보청기들, 원격 회의(teleconferencing), 다채널 오디오 및 음향 감시에 존재한다.

WO 2009/050487로서 공개된 우리의 초기 특허 출원은 복수의 압력 센서들을 포함하는 센서 어레이 및 센서들로부터 신호들을 수신하고 이들로부터 방향성 압력 기울기(directional pressure gradient)의 일련의 샘플값을 유도하고, 신호들의 복수의 주파수 성분들을 식별하고, 각각의 주파수 성분에 대한 관련 방향을 규정하도록 배열된 프로세서를 포함하는 복수의 소스들로부터 음향 신호들의 믹스처를 분리하기 위한 시스템을 개시한다. 시스템은 이때 소스에 의해 주파수 성분들의 서브세트를 식별하고, 그럼으로써 그 소스에 대한 음향 신호를 규정하기 위해 배열된다. 수개의 소스들에 대한 신호들이 규정될 수 있다. 3차원 소스 분리를 제공하기 위해, 센서들의 3차원 어레이, 예를 들어 4면 어레이(terahedral array)가 사용될 수 있다.

우리의 다른 초기 특허 출원 번호 PCT/GB2013/050784는 WO2009/050487의 것과 유사하지만, 제조가 용이하도록 어레이가 설계되는 시스템을 위한 마이크로폰 어레이를 개시한다. 이것은 4개의 센서들 및 2개의 대향 측면들을 가지는 지지 수단의 어레이를 형성하여 달성되고, 센서들 중 적어도 하나는 지지 수단의 각각의 측면 상에서 지지되고, 센서들은 서로 평행한 방향들을 향한다. WO2009/050487 및 PCT/GB2013/050784에 기재된 시스템들은 어레이 내의 상이한 마이크로폰들 사이에서 음파 내의 압력 기울기를 측정하여 작동하고, WO2009/050487 및 PCT/GB2013/050784에 기재된 어레이들은 어레이를 통과한 음파의 전파와 가능한 한 적게 간섭하도록 사운드가 가능한 한 마이크로폰들 사이에서 이동할 수 있게 설계되었다.

음향 압력 기울기들의 형성, 및 그럼으로써 사운드들을 로컬라이징하기 위한 PCT/GB2013/050784의 알고리즘의 능력은 동일한 평면 또는 상이한 평면들에 위치되는 마이크로폰 캡슐들 사이에 음향 배리어들 또는 다른 물체들을 삽입하여 조종될 수 있다. 그와 같은 물체들은 각각의 마이크로폰 캡슐의 방향 감도를 수정하는 효과를 가지며; 이것은 수정된 압력 기울기들로서 알고리즘에 의해 해석되고 대응적으로 상이한 입사각이 유추된다.

따라서, 본 발명은 압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열되는 압력 센서들의 어레이, 및 압력 신호들을 수신하기 위해 배열된 처리 수단을 포함하는, 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템으로서, 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하고, 센서들 중 제 1 센서 및 제 2 센서는 지지 수단의 일측면 상에 장착되어 있고 적어도 제 3 센서는 지지 수단의 대향 측면 상에 지지되어 있다. 시스템은 사운드 성분이 어레이에 도달하는 방향을 결정하도록 배열된 처리 수단을 더 포함할 수 있다. 성분은 주파수 성분일 수 있다. 처리 수단은, 방향을 결정할 때, 센서들 중 2개의 센서들 사이에서 측정된 적어도 하나의 압력 차이를 결정하도록 배열될 수 있다. 이것은 사운드 압력 차이일 수 있고, 순간 사운드 압력 차이일 수 있다.

센서들의 간격, 및 센서들 사이에 위치된 재료들은 사운드 성분의 측정 방향이 45°이하, 바람직하게는 30°이하이도록 선택될 수 있다. 이것은 360°범위에 걸쳐 임의의 방향으로부터 오는 사운드에 대한 것일 수 있고, 또는 그것은 3차원에서 임의의 방향으로부터 오는 사운드에 대한 것일 수 있다.

제 1 소정 방향, 예를 들어 지지 수단에 평행한 방향으로부터 어레이에 도달하는 사운드에 의해 생긴 제 1 센서 및 제 2 센서 사이에서 측정된 사운드 압력 차이는 제 1 및 제 2 센서들 간의 거리 또는 제 1 및 제 2 센서들 간의 재료의 속성, 또는 둘다에 의존할 수 있다. 지지 수단에 수직인 방향일 수 있는, 제 2의 소정 방향으로 이동하는 사운드에 의해 생긴 제 1 및 제 3 센서들 사이에서 측정된 사운드 압력 차이는 제 1 및 제 3 센서들 간의 거리, 또는 제 1 및 제 2 센서들 간의 공간의 재료 속성, 또는 둘다에 의존할 수 있다. 간격들, 또는 재료들, 또는 둘다는 사운드 압력 차이들이 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있다. 센서들의 간격, 또는 센서들 사이에 위치된 재료들, 또는 이들 모두는 사운드 압력 차이들이 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있다. 이것은 360°범위에 걸쳐 임의의 방향으로부터 오는 사운드에 대한 경우일 수 있고, 또는 그것은 3차원에서 임의의 방향으로부터 오는 사운드에 대한 것일 수 있다.

본 발명은 또한 압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이, 및 압력 신호들을 수신하도록 배열된 처리 수단을 포함하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템을 제공하고, 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하고, 센서들의 제 1의 것 및 제 2의 것은 지지 수단의 일측면 상에 장착되고 적어도 제 3 센서는 지지 수단의 대향 측면 상에서 지지되고, 기판의 평면에 평행한 방향에 있을 수 있는, 제 1 및 제 2 센서들 간의 간격은 기판의 평면에 수직인 방향에 있을 수 있는, 제 1 및 제 3 센서들 간의 거리보다 크다.

예를 들어 제 1 및 제 2 센서들 간의 간격은 제 1 및 제 3 센서들 간의 간격보다 적어도 10%, 또는 적어도 25%, 또는 적어도 50%, 또는 적어도 100% 클 수 있다.

본 발명은 또한 압력을 나타내는 압력 신호를 출력하도록 각각 배열된 압력 센서들의 어레이, 및 압력 신호들을 수신하도록 배열된 처리 수단을 포함하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템을 제공하고, 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하고, 센서들의 제 1의 것 및 제 2의 것은 지지 수단의 일측면 상에 장착되고, 적어도 제 3 센서는 지지 수단의 대향 측면 상에서 지지되고, 지지 수단과 평행한 방향으로부터 어레이에 도달하는 사운드에 의해 생긴 제 1 센서 및 제 2 센서 사이에서 측정된 사운드 압력 차이는 제 1 및 제 2 센서들 간의 거리, 및 지지 수단에 수직으로 이동하는 사운드에 의해 생긴 제 1 및 제 3 센서들 사이에서 측정된 사운드 압력 차이에 의존하고, 제 1 센서로부터 제 3 센서로 이동하는 사운드의 감쇠는 제 1 및 제 3 센서들 간의 거리 및 제 1 및 제 2 센서들 간의 공간에 있는 재료의 속성에 의존하고, 간격들 및 재료들은 사운드 압력 차이들이 실질적으로 동일하도록 선택된다.

사운드 압력 차이들은 주파수 의존적이기 때문에, 사운드 압력 차이들은 적어도 하나의 가청 주파수에서의 것들일 수 있다. 가청 주파수 범위는 20Hz 내지 20kHz이다. 예를 들어 주파수는 1000Hz, 또는 256Hz일 수 있다. 실질적으로 동일하게 사운드 압력 차이들 중 하나는 다른 것의 50%, 또는 24%, 또는 10%, 또는 5%보다 높지 않아야 한다.

본 발명은 또한 압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이, 및 압력 신호들을 수신하도록 배열된 처리 수단을 포함하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템을 제공하고, 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하고, 센서들의 제 1의 것 및 제 2의 것은 지지 수단의 일측면 상에 장착되고 제 3 센서는 지지 수단의 대향 측면 상에 지지되고, 제 1 센서로부터 제 2 센서로 이동하는 사운드의 음향 감쇠는 제 1 센서로부터 제 3 센서로 이동하는 사운드의 음향 감쇠와 실질적으로 동일하다. 실질적으로 동일하게 감쇠들 중 하나는 다른 것의 50%, 또는 24%, 또는 10%, 또는 5%보다 높지 않아야 한다.

감쇠들, 또는 압력 차이들은 제 1 및 제 3 센서들보다 제 1 및 제 2 센서들 간에 더 큰 간격을 가짐으로써 - 여기서 제 1 및 제 2 센서들 간의 재료는 전형적으로 공기임 -, 또는 일반적으로 공기보다 더 높은 밀도 및 음향 임피던스를 가ㅈ져서 더 많은 감쇠를 제공할 배리어, 전형적으로 고체 배리어를 제 1 및 제 3 센서들 사이에 제공함으로써, 또는 하나 이상의 배리어들 및 더 큰 간격 모두에 의해 달성될 수 있다.

그러므로, 간격 및/또는 배리어 또는 배리어들은 지지 수단의 존재에 의해 생성된 방향 대칭을 보상하기 위해 적어도 부분적으로 배열될 수 있다.

시스템은 센서들 각각으로부터 압력 신호들을 수신하도록 배열된 처리 수단을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이, 및 압력 신호들을 수신하도록 배열된 처리 수단을 포함하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템을 제공하고, 센서 어레이는 2개의 대향 측면들 및 4개의 센서들을 가지는 지지 수단 - 센서들의 적어도 2개는 지지 수단의 일측면 상에서 지지됨 - , 및 센서들 중 2개의 센서들 사이에 위치되는 배리어를 포함한다.

본 발명은 또한 압력을 나타내는 압력 신호를 출력하도록 각각 배열된 압력 센서들의 어레이, 및 압력 신호들을 수신하도록 배열된 처리 수단을 포함하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템을 제공하고, 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하는 센서들 중 적어도 2개는 일 방향을 향하도록 배열되고, 시스템은 센서들 중 2개의 센서들 사이에 위치된 배리어를 구비한다. 배리어는 지지 수단의 부분을 포함할 수 있거나, 또는 별개의 구성요소일 수 있다.

각각의 경우에, 처리 수단은 압력 신호들로부터 방향 압력 기울기의 일련의 샘플값들을 유도하도록 배열될 수 있다. 처리 수단은 신호들의 복수의 주파수 성분들을 식별하고, 각각의 주파수 성분에 대한 관련 방향을 규정도록 배열될 수 있다.

처리 수단은 신호들의 복수의 주파수 성분들을 식별하고, 적어도 하나의 소스 방향을 식별하고, 소스 방향으로부터 오는 성분들 중 적어도 하나를 식별하기 위해 배열될 수 있다.

배리어는 지지 수단 상에 장착될 수 있다. 지지 수단은 평탄할 수 있다. 배리어는 평탄할 수 있고 및/또는 2개의 평행한 측면들을 가질 수 있다. 배리어, 또는 배리의 측면들은 지지 수단의 평면, 또는 측면들에 대해 수직으로 연장할 수 있다.

센서들 중 2개는 지지 수단의 측면들 중 하나 위에 지지될 수 있고 센서들 중 2개는 측면들 중 나머지 위에 지지될 수 있다. 이 경우에 2개의 배리어들이 있을 수 있고, 배리어들 각각은 지지 수단의 각각의 측면 상의 2개의 센서들 사이에 위치된다. 배리어, 또는 배리어들 각각은 사이에 위치되는 2개의 센서들 각각과 마주하는 2개의 수직 표면들을 가질 수 있다. 이들 표면들은 각각 센서가 장착되는 지지체의 표면의 평면에 대해 수직일 수 있다. 이것은 3개의 수직 표면들 사이에 규정되는 공동에 위치되어 있는 마이크로폰들 중 하나, 또는 각각이 될 수 있다.

대안으로, 센서들 중 하나는 측면들 중 하나 상에 지지될 수 있고 센서들 중 3개는 측면들 중 나머지 상에 지지될 수 있다. 이 경우에 배리어는 3개의 센서들 중 적어도 2개의 센서들 사이에 위치될 수 있다.

센서들 각각은 감지 중심 지점을 가질 수 있다. 이것은 센서가 명목상 압력을 측정하는 지점일 수 있다. 센서가 압력을 감지하기 위해 배열되는 영역의 중심일 수 있다. 예를 들어 그것은 센서의 다이어프램의 중심일 수 있다. 4개의 센서들의 감지 중심 지점들은 이들 각각이 다른 3개의 지점들 각각으로부터 등거리에 있도록 배열될 수 있다. 감지 중심 지점들은 이들이 등변등각 4면체의 코너들에 놓이도록 배열될 수 있다.

지지체의 표면 위의 배리어의 높이는 상당한 효과를 가지기에 충분할 필요가 있다. 예를 들어 배리어의 부분은 센서들 중 2개의 센서들의 감지 중심 지점들 사이에서 직선 상에 위치될 수 있다. 이것은 배리어가 지지 수단 상에 장착되지 않는 경우일 수 있다. 예를 들어 시스템은 어레이가 수용되는 하우징을 구비할 수 있다. 배리어는 하우징 상에 장착될 수 있다. 배리어와 지지 수단 사이에는 갭이 있을 수 있다.

배리어가 장착되는 것과 관계 없이, 하우징은 각각 센서들의 적어도 하나와 관련된 하나 이상의 구멍들을 가질 수 있다. 바람직하게는 4개의 구멍들이 있고, 하나의 센서들 각각과 관련된다. 구멍들은 임의의 형상으로 될 수 있고, 모두 동일한 형상으로 될 수 있고, 상이한 형상들로 될 수 있다. 구멍들은 센서들의 감지 중심 지점들보다 큰 거리만큼 이격될 수 있다. 센서들, 또는 센서들의 감지 중심 지점들이 각각 다른 3개의 센서로부터 등거리에 있고, 그러므로 또한 중심 지점으로부터 등거리에 있는 경우, 구멍들은 이들 각각이 센서를 통해 외측으로 연장하는 중심 지점으로부터 선 또는 감지 중심 지점 상에 놓이도록 배열될 수 있다. 구멍들은 또한 각각 다른 3개로부터 등거리에 있을 수 있다.

어레이 중심 지점로부터 멀어지는 방향, '바람직한(preferred)' 방향에서의 사운드들의 감쇠는 바람직하게는 임의의 수직 방향에서보다 바람직한 방향에서 적어도 ldB 낮고, 더욱 바람직하게는 그것에 대해 적어도 2dB 낮고, 또는 심지어 3dB 낮다. 이것은 바람직하게는 음향 범위의 모든 사운드들에 대해서 이지만, 단지 하나의 주파수, 예를 들어 250Hz에서 일 수 있다.

시스템은 복수의 소스들로부터 음향 신호들의 믹스처를 분리하기 위해 배열될 수 있고, 또는 그것은 단지 하나 이상의 선택된 방향들로부터 사운드들을 수신하기 위해 배열되는 지향성 청취 시스템일 수 있다.

센서들 각각은 중심 축선을 가질 수 있다. 중심 축선은 센서가 적어도 회전 대칭도를 가지는 축선일 수 있다. 중심 축선은 센서의 중심을 통하는 선일 수 있고, 센서가 향하는 방향으로 연장할 수 있다. 센서는 지지 수단에 가장 가까운 후면, 및 상기 방향을 향하는, 후면과 대향하는 전면을 가질 수 있다. 지지 수단의 일측면 상의 2 또는 3개의 센서들은 서로 평행할 수 있다. 예를 들어 이들 중심 축선들은 서로 평행할 수 있고, 또는 이들은 동일 방향을 향할 수 있다. 표면들 각각 위에 2개의 센서들이 있는 경우, 지지 수단의 다른 측면 상의 2개의 센서들은 또한 서로 평행할 수 있다.

처리 수단은 일련의 시간 윈도들을 규정하고, 각각의 시간 윈도에 대해:

a) 압력 신호들로부터 측정 방향 압력 기울기의 일련의 샘플값들을 발생하고;

b) 압력 신호들의 상이한 주파수 성분들을 식별하고;

c) 각각의 주파수 성분에 대해 관련 방향을 규정하고;

d) 주파수 성분들 및 이들의 관련 방향들로부터 소스들 중 하나에 대해 분리된 신호를 발생하기 위해 배열될 수 있다.

처리 수단은 압력 함수의 일련의 값들을 압력 신호들로부터 규정하기 위해 배열될 수 있다. 방향 함수는 소스의 분리된 신호를 발생하기 위해 압력 함수에 적용될 수 있다. 예를 들어, 압력 함수는 하나 이상의 전방향 압력 센서들로부터 발생될 수 있는, 압력 신호들일 수 있고 또는 이들로부터 유도될 수 있고, 또는 압력 함수는 하나 이상의 압력 기울기들일 수 있고 또는 이들로부터 유도될 수 있다.

분리된 신호는 전기 신호일 수 있다. 분리된 신호는 관련 음향 신호를 규정할 수 있다. 분리된 신호는 대응하는 음향 신호를 발생하기 위해 사용될 수 있다.

관련 방향은 압력 기울기 샘플값들로부터 결정될 수 있다.

주파수 성분들의 방향들은 방향 함수가 얻어지는 확률 분포를 형성하기 위해 결합될 수 있다.

방향 함수는 단일 소스로부터의 확률 분포를 각각 포함하는 소스 성분들의 세트를 포함하도록 확율 분포를 모델링하여 얻어질 수 있다.

확율 분포는 또한 균일한 밀도 성분을 포함하도록 모델링될 수 있다.

소스 성분들은 측정된 강도 벡터 방향 분포로부터 수치적으로 추정될 수 있다.

소스 성분들 각각은 각각 가능한 이산값들의 세트로부터 선택될 수 있는 빔폭 및 방향을 가질 수 있다.

방향 함수는 방향의 함수로서 변하고 그 주파수와 관련된 방향에 의존하는 전방향 압력 신호의 각각의 주파수 성분에 적용되는 가중 계수를 규정할 수 있다.

시스템은 임의의 조합으로, 단지 첨부 도면들을 참조하여 예로서 기재될 본 발명의 바람직한 실시예들의 임의의 하나 이상의 특징들을 더 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 개략도이고;
도 2는 도 1의 시스템의 부분을 형성하는 마이크로폰 어레이의 다이어그램이고;
도 3은 알려진 마이크로폰 어레이에서의 마이크로폰들의 배향의 개략도이고;
도 4는 도 2의 어레이에서의 마이크로폰들의 배향의 개략도이고;
도 5는 도 2 및 4의 마이크로폰 어레이의 사시도이고;
도 6은 도 5에 나타내지 않은 배리어들을 나타내는 도 5의 어레이의 다이어그램이고;
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로폰 어레이의 다이어그램이고;
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로폰 어레이의 다이그램이고;
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 마이크로폰 어레이의 다이어그램이고;
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 마이크로폰 어레이를 구비하는 폰 유닛의 정면도이고;
도 10a는 도 10의 폰의 배면도이고;
도 11은 도 10의 부분의 확대이고;
도 11은 도 10a의 부분의 확대이고;
도 12a 및 12b는 도 11의 선들 A-A 및 B-B에 따른 단면들이고;
도 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f는 폰 케이싱에서의 상이한 형상의 구멍들을 갖는 도 10의 실시예에 대한 수정들을 나타내고;
도 14는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 마이크로폰 어레이의 개략도이고;
도 15는 도 14의 어레이의 개략 측면도이고;
도 16은 도 14의 어레이의 개략 평면도이고;
도 17은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 어레이를 통한 단면도이고;
도 18은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 어레이를 통한 단면도이고;
도 19는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 어레이를 통한 단면도이고;
도 20은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 어레이를 통한 단면도이고;
도 21a 및 21b는 배리어들이 없는 시스템 및 배리어들을 갖는 동일한 시스템에 대한 실제 각도의 함수로서 음원의 추론 방향(각도)을 나타내는 플롯들이고;
도 22a는 도 6의 마이크로폰 어레이에 대응하는 마이크로폰 어레이의 개략 정면도이고;
도 22b는 도 22a의 마이크로폰 어레이의 개략 평면도이고;
도 23a는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 마이크로폰 어레이의 개략 정면도이고;
도 23b는 도 23a의 마이크로폰 어레이의 개략 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 오디오 소스 분리 시스템은 마이크로폰 어레이(10), 마이크로폰 어레이로부터 오디오 신호들을 수신하고 이들을 처리하기 배열된 처리 시스템, 이 경우에 퍼스널 컴퓨터(12), 및 처리된 오디오 신호들에 기초하여 사운드들을 발생하기 위해 배열된 스피커 시스템(14)을 포함한다. 마이크로폰 어레이(10)는 36개의 공칭 소스 위치들(16)의 원의 중심에 위치된다. 사운드 소스들(18)은 이들 위치들 중 어느 하나에 배치될 수 있고 시스템은 소스 위치들(16) 각각으로부터 사운드들을 분리하기 위해 배열된다. 명백히 실제 시스템에 있어서 사운드 소스 위치들은 다양한 방식들로 이격될 수 있다.

도 2를 참조하면, 마이크로폰 어레이(10)는 측면 길이(d)의 정육면체의 4개의 비인접 코너들에 대응하고 각각이 다른 3개로부터 등거리에 있는 위치들에서 배치된 4개의 마이크로폰들(120a, 120b, 120c, 120d)을 포함한다. 이러한 기하학은 4면 마이크로폰 어레이를 형성한다.

정육면체의 중심에 대해 수평면 상의 방향

으로부터 도달하는 평면파를 고려하자. 만약 이러한 평면파로 인해 중심에서의 압력이

이면, 이때 4개의 마이크로폰들(120a, 120b, 120c, 120d)에 의해 기록된 압력 신호들(pa, pb, pc, pd)은

로서 기록될 수 있고,

여기서 k는 k = 2π/λ로서 파장 λ와 관련된 파수이고, j는 허수 단위이고 d는 정육면체의 하나의 측면의 길이이다. 이들 4개의 압력 신호들을 이용하여, B-포맷 신호들,

및

은:

및

로서 얻어질 수 있다.

만약 kd≪ 1이고, 즉 마이크로폰들이 파장에 비해 서로 가까이 위치된 때, 관계들

및

,

을 이용하여 나타낼 수 있다.

음향 입자 속도,

, 순간 강도, 및 강도 벡터,

의 방향은 p_x, p_y, 및 p_w로부터 얻어질 수 있다.

어레이 내의 마이크로폰들(120a, 120b, 120c, 120d)은 근접하여 떨어져 있으므로, 평면파 추정이 입사파들에 대해 안전하게 만들어질 수 있고 이들의 방향들이 계산될 수 있다. 만약 동시 활성 사운드 신호들이 짧은 시간-주파수 윈도들에서 방향에 있어서 중첩하지 않으면, 강도 벡터들의 방향들은 주 반사들에 의해 무작위로 이동된 사운드 소스들의 것들에 대응한다.

B-포맷 신호들, 및 위에 기재된 계산들이 마이크로폰들의 각각의 쌍들 간의 압력의 순간 차이, 및 그러므로 마이크로폰들의 이들 쌍들 간의 각각의 방향들에서의 측정된 순간 압력 기울기들에 기초하는 것이 이해될 것이다.

강도 벡터 방향들을 이용하여 음장을 평면파들로 분해하여 소스들의 철저한 분리가 기재될 것이다. 이것은 본질적으로 N개의 가능한 방향들을 취하는 것, 및 소스들의 가능한 위치들을 표시하는, 이들 가능한 방향들 중 어느 방향으로부터 소리가 오는지를 식별하는 것을 포함한다.

짧은 시간-주파수 윈도에서, 압력 신호

는 사운드 소스들의 수와는 독립적으로, 모든 방향들로부터 도달하는 압력파들의 합으로서 기재될 수 있다. 이때, 방향 μ로부터 도달하는 평면파

의 대략 근사(crude approximation)가 공간 필터링

에 의해

로서 얻어질 수 있고,

여기서

는 가우스 함수(Gaussian function)의 원형 등가(circular equivalent)인 본 미제스 함수(von Mises function)에 의해 규정되는 방향성 필터이다.

공간 필터링은, 각각의 가능한 소스 방향 또는 '보는 방향(look direction)'에 대해, 각각의 주파수 성분을 보는 방향과 주파수 성분이 오는 것처럼 검출되는 방향 간의 차이에 의해 변하는 팩터(필터에 의해 규정된)로 승산하는 것을 포함한다.

철저한 분리, 즉 N개의 가능한 소스 방향들의 전체 세트 간의 혼합의 분리를 위해, N개의 방향성 필터들이 2π/Ν 구간들에 의해 변경된 보는 방향들(μ)과 함께 사용된다. 이후, 공간 필터링은 각각의 시간-주파수 성분에 대해 크기(N)의 행 벡터(

)를 산출한다:

여기서

이다.

이러한 벡터의 원소들은 Ν개의 가능한 소스 방향들 각각으로부터 오는 것처럼 검출되는 주파수 성분의 비로서 고려될 수 있다.

이러한 방법은 예컨대 중첩-부가 기술(overlap-add technique)에 의한 블록-기반 처리를 의미한다. 기록 신호들은 윈도되고, 즉 시간 기간들 또는 같은 길이의 윈도들로 분할되고, 주파수 영역으로 변환되고 그 후 각각의 샘플은 (9)에서와 같이 처리된다. 이들은 이후 시간-영역으로 다시 변환되고, 매칭 윈도 함수(matching window function)에 의해 윈도되고, 중첩되고 블록 영향들을 제거하기 위해 부가된다.

도 2의 4면 마이크로폰 어레이의 3D 대칭으로 인해, z축에 따른 압력 기울기,

가 또한 계산될 수 있고 강도 벡터들의 수평 및 수직 방향들 모두를 추정하기 위해 사용된다.

3D에서의 능동적 강도(active intensity)는:

로서 기재될 수 있다.

이후, 강도의 수평 및 수직 방향들,

및

은, 각각,

에 의해 얻어질 수 있다.

3D 케이스로의 본 미제스 분포(von Mises distribution)의 확장(extension)은

로서 규정되는 피서 분포(Fisher distribution)를 낳고,

여기서

및

는 수평 및 수직 구면 극좌표들이고

는 집중 파라미터(concentration parameter)이다. 이러한 분포는 또한 본 미제스-피서 분포로서 알려져 있다.

Φ(수평면 상에서)에 대해, 이러한 분포는 단순한 본 미제스 분포로 환원된다.

3D로 소스들의 분리를 위해, 방향성 함수가 수평 및 수직 강도 벡터 방향들 모두를 고려하여 공간 필터링을 가능하게 하는 이러한 함수를 이용하여 얻어진다.

일단 공간 필터링이 수행되면, 하나의 선택된 방향들로부터 수신된 사운드가 선택될 수 있고, 예를 들어, 스피커 시스템(14)을 통해 재생될 수 있다.

어레이의 마이크로폰들이 전방향으로서 불리는 형태로 될지라도, 이들은 일반적으로 이들이 특정 방향을 향하는 것으로 고려될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 전형적으로 각각의 마이크로폰은 일반적으로 평탄할 수 있고, 형상이 원형 또는 사각형일 수 있는 다이어프램의 표면인 감지 표면을 가지며, 그러므로, 기하학적 중심을 가진다. 이것은 명목상 압력을 측정하는 지점인 센서의 중심 지점을 형성한다. 그 중심 지점으로부터 및 감지 표면에 수직인 선은 마이크로폰의 중심 축선으로서 간주될 수 있고 마이크로폰이 대향하는 방향으로 연장한다. 도 3을 참조하면, 알려진 4면 마이크로폰 어레이에서, 마이크로폰들은 이들 각각이 4면체의 중심인 공통 중심 지점으로부터 떨어져 마주하도록 배열된다. 그러나, 도 4를 참조하면, 이러한 실시예에서 어레이의 4개의 마이크로폰들(120a, 120b, 120c, 120d)은 2개의 쌍들로 배열된다. 각각의 쌍에서, 쌍을 이루는 2개의 마이크로폰들은 서로 동일한 방향으로 배열되고, 그 결과 이들 모두는 이들의 2개의 중심 지점들 간의 가상 선에 수직인, 도 4에 화살표들로 나타낸 것과 같이, 동일한 방향을 향하고 있다. 마이크로폰들의 2개의 쌍들은 반대 방향들을 향하고, 각각의 쌍은 일반적으로 다른 쌍으로부터 떨어져 마주하고 있다. 서로에 대한 어레이에서의 마이크로폰들(120a, 120b, 120c, 120d)의 위치들은 4면의 어레이에서와 동일하고 각각의 마이크로폰의 중심 지점은 다른 3개의 마이크로로폰 각각의 중심 지점들로부터 동일한 거리에 있다.

도 5를 참조하면, 마이크로폰 어레이(120)는 대향 측면들 상에 2개의 대향 지지면들(132, 134)을 가지는 평면 지지 부재(130)로서 구성된다. 지지 부재(130)는 납작하고 등변등각이기 때문에, 2개의 표면들(132, 134)은 서로 평행하다. 마이크로폰들(120a, 120c)의 하나의 쌍은 표면들(132) 중 하나의 표면들 위에 장착되고 마이크로폰들(120b, 120d)의 다른 쌍은 표면들(134) 중 다른 표면들 위에 장착된다. 마이크로폰들(120a, 120b, 120c, 120d) 각각은 MEMS 마이크로폰이고 다이어프램(142)이 위에 형성되는 본체(140)를 포함한다. 본체는 지지 부재(130)에 직접 부착되는 후면 및 다이어프램(142)이 형성되는 정면을 가진다. 다이어프램(142)은 원형이고 그래서 위에 기재한 것과 같이 그것의 기하학적 중심에 중심 지점(143)을 가진다. 다이어프램은 또한 중심 지점을 통해 연장하고 다이어프램의 평면에 수직인 중심 축선(144)에 대해 회전 대칭을 가진다. 중심 축선은 마이크로폰이 향하는 방향으로 연장한다. 마이크로폰들(120a, 120c)의 제 1 쌍은 이들 모두가 지지 부재(130)의 평면에 대해 수직인 동일 방향을 향하도록 장착되고, 마이크로폰들(120b, 120d)의 제 2 쌍은 이들이 반대 방향을 향하도록 장착된다. 제 1 쌍에서의 2개의 마이크로폰들의 다이어프램 중심들 간의 간격은 제 2 쌍에서의 2개의 마이크로폰들의 다이어프램 중심들 간의 간격과 동일하고, 마이크로폰 중심 지점들 각각은 다른 3개의 마이크로폰들과 등거리에 있도록 선택된다.

도 6을 참조하면, 배리어(150)는 지지 부재(130)의 일측면 상에서 2개의 센서들(120c, 120d) 사이에 제공되고, 추가의 배리어(152)는 지지 부재(130)의 다른 측 상에서 2개의 센서들(120a, 120c) 사이에 제공된다. 배리어들 각각은 그것이 사이에 위치되는 2개의 센서들(120a, 120b, 또는 120c, 120d) 사이에 대칭으로 위치된다. 배리어들(150, 152)은 실질적으로 평탄하고 평면이고 그러므로 서로 수직이고 모두 지지 부재(130)에 대해 수직이다. 비록 센서들이 도 6에서 상당한 높이로 도시되지 않았지만, 센서들(120c, 120d)의 중심들은 지지 부재(130)의 표면 위의 특정 높이에 있다. 배리어들(150, 152)은 지지 부재(130)로부터 센서들(120c, 120d, 또는 120a, 120b)의 중심들 위에 있는 높이까지 연장한다.

도 7을 참조하면, 추가의 실시예에 있어서, 배리어(150)는 그것이 분리하는 센서들(120a, 120c)의 2개의 중심 지점들 사이의 선에 수직이 되지 않도록 배향된다.

도 8을 참조하면, 추가의 실시예에 있어서, 도 6의 배리어들(150, 152) 각각은 한쌍의 배리어들(160, 162)로 대체된다. 각각의 측면 상의 2개의 배리어들(160, 162)은 서로 평행하지만, 어긋난 평면들에 있고, 지지 부재의 다른 측 상의 2개의 배리어들에 수직이다. 배리어들의 각각의 쌍 사이에는 갭(163)이 있지만, 이것은 2개의 센서들(164a, 164c)이 분리되는 이들의 중심 지점들 사이에서 직선 경로를 개방한 채로 두지 않는다.

하나의 실시예에 있어서, 배리어들(160, 162) 중 하나 또는 둘다는 전자 컴포넌트들, 예를 들어 커패시터들 예컨대 전해 커패시터들로 구성될 수 있다. DC-차단 커패시터들은 MEMS 또는 전자 마이크로폰 캡슐들로부터의 전자 신호들을 결합할 필요가 있고 유리하게는 캡슐의 구동 전압 핀(Vdd) 가까이에 위치되어야 한다. 이것은 위에 기재한 음향 효과를 생성하는 배리어를 형성하기 위해, 도 8에 나타낸 것과 같이 마이크로폰 캡슐 주위에 커패시터들을 의도적으로 위치시키거나, 또는 상이한 위치에서 사용한다.

도 9를 참조하면, 추가의 실시예에서 도 7의 플랫 배리어(150)는 센서들(174a, 174c) 각각과 마주하는 2개의 상호 수직인 표면들(170a, 170b)을 가지는 배리어(170)에 의해 대체된다. 표면들(170a, 170b)은 또한 모두 센서들(174a, 174c)이 장착되는 지지 부재의 표면들에 수직이다. 그러므로, 각각의 센서(174a, 174c)는 3개의 상호 수직인 표면들에 의해 형성되는 공동에 위치된다.

도 10 및 11을 참조하면, 본 발명의 추가의 실시예에 있어서, 모바일 폰(200)은, 도 5를 참조하여 위에 기재되고 도 11, 12a 및 12b에 더 상세히 나타낸 것과 같이, 폰 위의 프로세서(도시되지 않음), 변형 가능 버튼(201), 및 지지 부재(204) 위에 장착되는 4개의 마이크로폰들(202a, 202b)을 포함하는 마이크로폰 어레이를 포함하는 사운드 수신 시스템을 구비한다. 폰은 또한 서로 평행하고, 마이크로폰들(202a, 202b)을 갖는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB), 도시되지 않은 프로세서, 및 그 위에 장착되는 다른 전자 컴포넌트들의 형태인, 지지 부재(204)에 평행한 전 및 후벽들(208, 210)을 가지는 케이싱 또는 하우징(206)을 포함한다. 마이크로폰 어레이(202)는 전 및 후벽들(208, 210) 사이에서 하우징(206) 내에 위치되고, 푸쉬 버튼(201)은 그것 및 그것의 주위의 베젤(203) 위에서 연장한다. 이 케이스에서의 배리어들(212, 214)은 하우징(206)의 부분으로서 형성되고 이들의 내측 단부들이 지지 부재(204)와 각각 접촉하는 전 및 후벽들(208, 210)로부터 내측으로 돌출한다. 각각의 전 및 후벽들은 그것을 통하는 2개의 구멍들(216, 217, 218, 219)을 가지며, 하나는 배리어(212, 214)의 각각의 측면 상에 있다. 전벽(208)의 구멍들(216, 218) 각각은 전벽(208)의 평행한 표면들에 수직인 측벽들을 가지며, 모떼기된 사각형의 대각선으로 대향하는 쿼터들(quarters)을 형성하는 길다란 만곡 슬롯들 형태로 되어 있다. 도 11a에 나타낸 것과 같이, 후벽(210)의 2개의 구멍들(217, 219)은 동일한 크기 및 형상이고 도 11의 정면에서 보았을 때, 이들은 동일한 모떼기된 사각형의 나머지 2개의 쿼터들을 형성하도록 위치된다. 구멍들 각각은 마이크로폰들(202a, 202b, 202c, 202d)의 각각에 가장 가깝고 구멍들은 각각 각각의 마이크로폰들으로부터 동일한 거리에 있다. 구멍들의 정확한 형상 및 위치, 및 각각의 마이크로폰 및 그것의 각각의 개구 사이의 에어 갭의 깊이는 각각의 마이크로폰의 필요한 마이크로폰 지향성 및 그럼으로써 전체 마이크로폰 어레이 성능을 얻기 위해 변할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 4개의 구멍들이 서로 동일한 형상으로 되어 있고 마이크로폰 어레이에 대해 대칭으로 배열되어 있다는 사실은 시스템의 성능을 개선하는 것을 돕는다.

도 12a 및 12b에서 알 수 있는 것과 같이, 4개의 마이크로폰들이 대칭으로 배열되고 이들이 등거리에 있는 마이크로폰 어레이의 중심 지점(220)은 지지 부재(204)의 중간 및 배리어들(212, 214)의 중심 평면에 위치된다. 중심 지점, 및 마이크로폰들(202a, 202d) 중 2개의 중심 지점들(223a, 223d)을 통과하는 하나의 선(222)은 또한 구멍들(216, 217) 중 2개를 통해 연장하고, 중심 지점 및 다른 2개의 마이크로폰들( 202b, 202c) 중 2개의 중심 지점들(223b, 223c)을 통과하는 다른 선(224)은 또한 구멍들(218, 219)의 다른 2개를 통해 연장한다. 여기서, 구멍만을 통과하는 것은, 각각의 구멍에 대해, 선이 구멍의 측벽들에 의해 형성되는 체적 및 하우징의 벽(208, 210)의 평행한 표면들의 평면들을 통과할 것을 필요로 한다.

마이크로폰들(202a, 202b, 202c, 202d) 각각의 감도는 점선들(230a, 230b, 230c, 230d)로서 도 12a 및 12b에 도시된다. 특히, 센서(223a, 223b, 223c, 223d)의 감지 중심 지점으로부터의 임의의 방향에서의 선의 거리는 지지체 및 배리어 및 다른 물체들에 기인한 방향이 존재하는 점에서 마이크로폰의 감도를 표시한다. 방향에서의 감도는 여기서 그 방향으로부터 오는 사운드의 감쇠의 반전이다. 그러므로, 이 경우에 구멍(216, 217, 218, 219)을 통한 어레이 중심 지점으로부터 떨어진 ('바람직한(preferred)') 방향에서의 감쇠는 수직 방향에서의 감쇠보다 상당히 작다는 것을 알 수 있다. 감쇠는 임의의 수직 방향에서보다 바람직한 방향에서 적어도 ldB낮은 것이 바람직하게고 그것은 적어도 2dB보다 낮은 또는 3dB보다 낮은 것이 더 바람직하다.

도 13a 내지 13f를 참조하면, 여러 다른 실시예들에서, 시스템의 기본 배열은 도 12a 및 12b에 도시된 것과 같지만, 구멍들의 형상은 상이하다. 도 13a의 실시예에 있어서, 구멍들은 단순한 타원 형상이고, 선들(222, 224)의 등가물로부터 약간 어긋나 있다. 도 13b의 실시예에 있어서, 구멍들은 또한 단순한 타원 형상으로 되어 있지만, 또 선들(222, 224)의 등가물들 상에 위치된다. 도 13c의 실시예에 있어서, 구멍들은 직사각형이고, 선들(222, 224)의 등가물 상에 위치되지만, 이들과 정렬되도록 배향되지 않는다. 도 13d, e 및 f의 실시예에 있어서, 구멍들은 여러 상이한 형상들로 되어 있고 모두는 선들(222, 224)의 등가물과 정렬되도록 배향된다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 추가의 실시예의 시스템의 부분을 형성하는 마이크로폰 어레이는 또한 이들 각각의 중심 지점이 3개의 다른 것들의 중심 지점들로부터 등거리에 있도록 이격된 4개의 마이크로폰들(520a, 520b, 520c, 520d)을 포함한다. 그러나, 이 경우에, 마이크로폰들(520a, 520b, 520c) 중 3개의 그룹 모두는 동일한 방향을 향하고 있고, 하나의 나머지 마이크로폰(520d)은 반대 방향을 향하고 있다. 3개의 마이크로폰들(520a, 520b, 520c)의 그룹은 공통 평면에 놓이고, 이들이 향하는 방향은 그 평면에 대해 수직이고 일반적으로 다른 제 4 마이크로폰(520d)으로부터 서로 떨어져 있다. 제 4 마이크로폰(520d)은 다른 3개의 마이크로폰(520a, 520b, 520c)의 공통 평면으로부터 떨어져 마주한다.

도 15를 참조하면, 도 14의 어레이는 3개의 마이크로폰들(520a, 520b, 520c)이 지지 부재(530)의 일 표면 상에 장착되고, 다른 마이크로폰(520d)이 지지 부재(530)의 대향 표면 상에 장착되는 것을 제외하고, 도 5의 것과 유사한 방식으로 구성된다. 어레이는 전 및 후벽들(542, 544)을 가지는 폰 하우징(540) 상에 장착되고, 구멍(546a, 546b, 546c, 546d)은 각각의 마이크로폰을 위한 하우징(540)에 제공된다. 다른 실시예들에서와 같이, 구멍들 각각은 각각의 마이크로폰들에 아주 가까이 있고 그것들과 정렬된다. 이 경우에, 이것은 후벽(544)에 3개의 구멍들을 필요로 하고, 각각은 다른 2개로부터 등거리에 있고 마이크로폰들 자체들보다 더 떨어져 있고, 하나는 마이크로폰(546d) 바로 위의 전벽(542)에 있다. 배리어(550)는 어레이의 뒤쪽에 있는 3개의 그룹에 있는 인접한 마이크로폰들의 각각의 쌍 사이에 제공된다. 도 16으로부터 가장 잘 알 수 있는 것과 같이, 이들 3개의 배리어들 각각은 그것이 분리하는 2개의 마이크로폰들의 감지 중심 지점들 사이의 선에 수직으로 배열되고 이들 2개의 중심 지점들로부터 등거리에 있다.

도 12a 및 12b의 것과 유사한 어레이의 측면 돌출을 나타내는 도 17을 참조하면, 4개의 마이크로폰들(620a, 620b, 620c, 620d)은 지지 부재(630)의 대향 측면들 상에 장착되고 지지 부재의 각각의 측면 상의 2개의 마이크로폰들은 배리어(650)에 의해 분리되고, 구멍들(646a, 646b, 646c, 646d)은 하우징에 제공되고 하나는 각각의 마이크로폰을 위해 제공된다. 점선들은 마이크로폰들의 지향성을 나타낸다.

도 18을 참조하면, 추가의 실시예에 있어서, 배리어들(750)은 마이크로폰들(720a, 720b, 720c, 720d)이 매립되는 재료의 고체 블록으로 형성되고 구멍들은 재료의 블록 내에 형성되는 채널들(746a, 746b, 746c, 746d)로서 형성된다. 이 경우에, 채널들은 서로 같은 길이로 되어 있고, 각각은 마이크로폰 중심 지점으로부터 선들(222, 224)에 등가인 선을 따라 어레이 중심 지점을 통해 연장한다.

도 19의 실시예는 도 17의 것과 유사하지만, 폰 하우징의 벽들은 마이크로폰들(820a, 820b, 820c, 820d)의 어레이 위에서 연장하지 않고, 그래서 마이크로폰들 각각에 대해 별도의 구멍들은 없다. 그러나, 배리어들(850)은 응답의 대칭을 제공하기 위해 존재한다.

도 20의 실시예에 있어서, 도 18에서와 같이, 마이크로폰들(920a, 920b, 920c, 920d)은 또한 배리어들(50)을 형성하는 재료의 블록에 매립되고, 이 경우에, 각각의 마이크로폰 중심 지점으로부터 블록을 통해 외측으로 연장하는 2개의 채널들이 있고, 하나(946a)는 마이크로폰이 향하고 있는 방향에 있고 하나(946b)는 그것에 수직으로 있다.

숙련된 사람은 물론 일부 배열들에서 배리어들이 바람직하지 않은 결과들을 갖는 헬름홀츠(Helmholtz) 공동을 생성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 숙련된 사람은 동일하게 실제 시스템에서 일어나는 이러한 것을 회피할 수 있을 것이다.

예들로 나타낸 2개의 배리어들은 더 제한된 지향성이 요구되는 일부 경우들에 있어서는, 하나의 배리어로 충분할 수 있다는 것이 기재한다.

도 21a 및 21b를 참조하면, 실험에서, 도 8에서와 같이 배열된 마이크로폰 어레이가, 먼저 마이크로폰들 사이에 어떠한 배리어들도 없이, 이후 PCB 위에서 높이 4mm의 플라스틱으로 형성된 배리어들(161, 162)을 갖는, 도 1을 참조하여 기재된 시스템에서 사용되었다. 배리어들이 없는 구성에 대한 결과들은 도 21a에 도시되어 있고, 시스템은 90° 및 270°주위에서 즉 PCB의 평면에 대해 가까운 방향들을 명확히 구분할 수 있었다는 것을 알 수 있다. 배리어들이 삽입되면, 결과들은 도 21b에 나타낸 것과 같았고, 90° 및 270° 주위의 각도들로부터 사운드들을 정밀하게 구분하기 위한 시스템의 능력이 크게 개선된 것을 알 수 있다. 알 수 있는 것과 같이, 이 경우에, 측정 각도, 즉 소스의 측정 방향과 진정한 방향 간의 각도의 에러는 어디에서도 30 °보다 크지 않다. 이것은

도 22a 및 22b를 참조하면, 본 발명의 추가의 실시예에 따른 마이크로폰 어레이에 있어서, 기판(1030)은 2개의 대향하는 평행한 표면들을 가지며, 2개의 마이크로폰들(1020a, 1020b)은 하나 위에 장착되고 2개의 추가의 마이크로폰들(1020c, 1020d)은 다른 것 위에 장착된다. 제 1 배리어(1050)는 제 1의 2개의 마이크로폰들(1020a, 1020b) 사이에 제공되고, 제 2 배리어(1052)는 제 2의 2개의 마이크로폰들(1020c, 1020d) 사이에 제공된다. 이러한 실시예에서 2개의 배리어들은 서로 평행다. 위에 기재된 것과 같이, 그리고 위에 기재한 실시예들에서의 경우처럼, 배리어들(1052, 1054)은 사운드의 임의의 주어진 주파수에 대해, 이들은 기판(1030)과 동일한 감쇠 효과를 가지도록 배열된다. 이것은 만약 사운드가 기판(1030)의 면을 가로질러 이동하면, 기판의 일측면 상의 2개의 마이크로폰들(1020a, 1020b) 간의 압력 차이(pl-p2)가, 사운드가 기판의 평면에 수직으로, 즉 기판을 통해 이동할 때, 기판의 대향 측면들 상의 2개의 마이크로폰들(1020a, 1020c) 간의 압력 차이(pl-p3)와 동일하다는 것을 의미한다. 압력비들의 면에서, 이것은 도 22a 및 22b의 횡방향 및 수직방향 케이스들 각각에 대해 p2/pl = p3/pl인 것을 의미한다.

도 22a 및 22b의 배열에서, 모든 방향들으로부터 오는 사운드들에 대해 대칭 방식으로 어레이가 응답하게 하는 기판의 평면에 평행 및 수직인 2개의 수직 방향들에서 사운드의 같은 감쇠와 마이크로폰들의 같은 간격의 조합이다. 그러나, 기판에 평행한 방향에서 감쇠를 증가시키기 위해 배리어를 이용하는 것보다, 이것을 달성하기 위해 마이크로폰들의 간격을 사용하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 23a 및 23b를 참조하면, 본 발명의 추가의 실시예에 있어서, 기판(1130)은 2개의 대향하는 평행한 표면들을 가지며, 2개의 마이크로폰들(1120a, 1120b)은 하나 위에 장착되고 2개의 추가의 마이크로폰들(1120c, 1120d)은 다른 것 위에 장착된다. 이 경우에 기판의 일측면 상의 2개의 마이크로폰들(1120a, 1120b) 간의 거리는 다른 측면 상의 2개의 마이크로폰들(1120c, 1120d) 간의 거리와 동일하고, 정면도에서 보았을 때, 즉 도 23a에서와 같이 기판의 평면에 수직에서 보았을 때, 사각형을 형성하기 위한 4개의 마이크로폰들이 보여진다. 그러므로, 4개의 마이크로폰들은 기판(130)의 표면들과 평행한 2개의 사각형 면들을 갖는 직육면체의 4개의 비인접 코너들에 있다. 직육면체의 가장 짧은 측면들의 길이인, 기판의 평면에 수직인 방향에서의 마이크로폰들의 간격(L₃₁)은 직육면체의 긴 측면들의 길이인, 기판의 평면에 평행한 2개의 방향들에서의 마이크로폰들 간의 가장 짧은 간격(L₂₁)보다 짧다.

기판이 진정으로 평면의 시트 재료인 경우, 기판 평면에 수직 및 평행한 방향들이 명확히 규정된 것이다. 덜 고른 지지 부재들에 대해, 기판 또는 지지 부재의 평면에 평행 및 수직인 방향들을 명확하게 규정하기 위해, 그 평면은 기판의 일측면 상의 2개의 센서들(1120a, 1120b)의 감지 중심 지점들 간의 선에 평행하고 기판의 대향 측면 상의 2개의 센서들(1120c, 1120d)의 감지 중심 지점들 간의 선에 평행하고 이들 선들로부터 등거리에 있는 기하학적 평면(1121)인 것으로 간주될 수 있다.

설명의 목적을 위해, 사운드 압력은, 그것이 다음 식에 따라 2개의 마이크로폰들(ml, m2) 사이에 이동하기 때문에 거리에 따라 변할 수 있는 것으로 가정될 수 있다:

여기서:

α는 장애물들어 없는 자유 공간에서의 사운드 압력 감소의 자연적 비율(natural rate )이고;

L₂₁는 압력파 이동의 방향에서의 2개의 마이크로폰들(ml, m2) 간의 물리적 간격이고;

β₂₁는 ml과 m2 사이에 놓인 배리어에 의해 제공되는 압력파 감쇠이다.

이것은 짧은 거리들에 걸쳐 유효한 근사치이다.

마이크로폰들이 모두 정육면체의 코너들에서 서로 등거리에 있는 실시예들에 대해,

L₂₁ = L₃₁ = L이고, 그래서

, 및

이고

여기서 L은 정육면체의 측면의 길이이다.

이후 p2/pl = p3/pl을 달성하기 위해, 즉 횡방향 및 수직방향 사운드 방향들 모두에 대한 감쇠를 얻기 위해, β₂₁ = β₃₁을 달성할 필요가 있다. 이것은 위에 기재한 실시예들에서 기판에 대해 배리어를 매칭하여 달성될 수 있다.

그러나, 동일한 효과가 L₂₁ 및 L₃₁을 변화시켜, 즉 마이크로폰들의 간격을 변경하여 달성될 수 있다.

도 23a 및 23b에 나타낸 경우에 있어서, L₂₁ 및 L₃₁은:

이도록 선택된다.

여기서 p2/pl_trans는, 사운드가 기판의 표면에 대해 횡방향으로 또는 기판의 표면에 평행하게 이동할 때 기판의 동일한 측면 상의 마이크로폰들에서의 압력들의 비이고,

p3/pl_perp는, 사운드가 기판의 표면에 수직으로 이동할 때 기판의 대향 측면들 상의 마이크로폰들에서의 압력들의 비이고, 그러므로

이다.

이것은, 마이크로폰들 간의 분리 거리와 이들 간의 임의의 물리적 배리어들의 결합 효과가 기판의 평면에 수직 및 평행하게 이동하는 사운드에 대해 동일하도록 마이크로폰 어레이의 응답의 회전 대칭이 마이크로폰들을 물리적으로 분리하여 개선될 수 있다는 것을 의미한다.

배리어들이 기판의 동일 측면 상에서 마이크로폰들 사이에 제공되고 단지 마이크로폰들의 간격이 조정될 수 있는 경우, 대칭은

을 만들어 달성된다.

도 23a 및 23b를 참조하면, 그 실시예의 마이크로폰 간격은 이동 통신 디바이스에 사용하기 매우 적합하다는 것이 이해될 것이다. 그와 같은 디바이스들은 정면 상에 스크린을 갖는 디바이스의 전후를 형성하는 2개의 큰 평행한 표면들을 가져서 통상적으로 비교적 얇다. 도 23a 및 23b의 마이크로폰 어레이는 전후 표면들과 평행하고 이들 사이에 있는 기판을 갖는 그와 같은 원격통신 디바이스 내에 수용될 수 있고, 그 결과 2개의 마이크로폰들(1120a, 1120b)은 정면 아래에서, 정면과 기판 사이에 있고, 다른 2개의 마이크로폰들(1120c, 1120d)은 후면 아래에서, 후면과 기판 사이에 있다. 위에 기재한 실시예들에 의한 것과 같이, 기판, 또는 지지 부재는 디바이스의 다른 전자 컴포넌트들을 보유하는 PCB를 포함할 수 있다. 이러한 배열에 있어서, 앞의 2개의 마이크로폰들(1120a, 1120b) 간의 간격은 전후 간의 간격보다 적어도 100%클 수 있다.

위에 기재한 센서들의 상이한 물리적 배열들 각각은 식 (1) 내지 (13)을 참조하여 위에 기재한 처리 방법들 중 어느 하나에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

위에 기재한 시스템들은 소스 분리를 위해, 즉 상이한 위치들에서 복수의 소스들 각각으로부터 오는 사운드 믹스처의 성분들을 식별하기 위해 배열된다. 그러나, 다른 실시예들에서 시스템들은 단지 단일 방향으로부터 사운드의 성분들을 식별하기 위해 배열될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이것은 지향성 청취 디바이스들에서 유용할 수 있다.

120a, 120b, 120c, 120d: 마이크로폰
130: 평면 지지 부재 140: 본체
142: 다이어프램 150, 152: 배리어

Claims

압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이; 및
상기 압력 신호를 수신하기 위해 배열된 처리 수단;을 포함하고,
상기 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하고,
상기 센서들 중 제1 센서와 제2 센서는 상기 지지 수단의 일측면에 장착되고, 적어도 제3 센서는 상기 지지 수단의 대향 측면에 지지되며,
상기 지지 수단과 평행한 방향으로부터 상기 어레이에 도달하는 사운드에 의해 생기는, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 사이에서 측정된 사운드 압력 차이는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 거리 및 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 공간에 있는 재료의 속성에 의존하고,
상기 지지 수단에 수직으로 이동하는 사운드에 의해 생기는, 상기 제1 센서와 상기 제3 센서 사이에서 측정된 사운드 압력 차이는 상기 제1 센서와 상기 제3 센서 간의 거리 및 상기 제1 센서와 상기 제3 센서 간의 공간에 있는 재료의 속성에 의존하며,
상기 사운드 압력 차이들이 실질적으로 동일하도록 선택되는, 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 사운드 압력 차이는,
적어도 하나의 가청 주파수의 사운드에 의해 생기는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 사운드 압력 차이는,
1000Hz 또는 256Hz의 사운드에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사운드 압력 차이 중 하나는,
다른 것보다 50%, 바람직하게는 25%, 더욱 바람직하게는 10% 이상 높지 않은 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사운드 압력 차이 중 하나는,
다른 것보다 5% 이상 높지 않은 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 상기 간격은,
상기 제1 센서와 상기 제3 센서 간의 상기 거리보다 먼 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
배리어(barrier)는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이; 및
상기 압력 신호를 수신하기 위해 배열된 처리 수단;을 포함하고,
상기 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하고,
상기 센서들 중 제1 센서와 제2 센서는 상기 지지 수단의 일측면에 장착되고, 적어도 제3 센서는 상기 지지 수단의 대향 측면에 지지되며,
기판의 평면에 평행한 방향에서의 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 간격은 상기 기판의 상기 평면에 수직인 방향에서의 상기 제1 센서와 상기 제3 센서 간의 거리보다 큰, 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 수단은,
서로 평행한 2개의 대향 측면들을 가지는 실질적으로 평면인 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 센서들 중 제4 센서는,
상기 지지 수단의 상기 대향 측면 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제2 센서와 상기 제3 센서 간의 간격은 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들 각각은 감지 중심 지점을 가지고, 상기 4개의 센서들의 상기 감지 중심 지점들은 가상 직육면체(imaginary retangular cuboid)의 비인접 코너들에 배열되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제12항에 있어서,
각각의 센서는 다이어프램(diaphragm)을 포함하고, 상기 감지 중심 지점은 상기 다이어프램의 기하학적 중심인 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 일 방향을 향하고(face in one direction), 상기 제2 센서와 상기 제3 센서는 반대 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 수단은 상기 부재의 대향 측면들 상에 있는 2개의 표면들을 갖는 평탄 부재(flat member)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제 15 항에 있어서,
모든 4개의 센서들의 상기 다이어프램들은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
정면 및 후면을 가지고, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 구비하는 디바이스로서, 상기 마이크로폰들 각각은 상기 면들 중 하나에 수직으로 면하는, 디바이스.
방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템에 있어서,
압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이; 및
상기 압력 신호를 수신하기 위해 배열된 처리 수단;을 포함하고,
상기 센서 어레이는 4개의 센서들을 지지하는 지지 수단을 포함하고,
적어도 2개의 센서들은 한 방향을 향하도록 배열되고,
상기 시스템은,
상기 2개의 센서들 사이에 위치된 배리어를 포함하는, 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제18항 또는 제7항에 있어서,
상기 배리어는 상기 지지 수단 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 지지 수단은 서로 평행한 2개의 대향 측면들을 가지는 실질적으로 평면인 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배리어는 실질직으로 평면인 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배리어는 상기 센서들 중 하나와 각각 마주하는 2개의 평행한 측면들을 가지는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 배리어, 또는 상기 배리어의 상기 측면들은 상기 지지 수단의 상기 평면, 또는 상기 측면들에 대해 수직으로 연장하는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어레이가 위치되는 하우징;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제24항에 있어서,
상기 하우징은 그 안에 규정되는 4개의 구멍들을 가지며, 하나는 상기 센서들 중 각각과 연관되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제25항에 있어서,
상기 센서들은,
각각의 감지 지점들에서 압력을 감지하기 위해 배열되고,
상기 감지 지점들은,
서로 및 중심 지점으로부터 등거리에 있고, 상기 구멍들은 이들 각각이 상기 감지 지점들의 각각의 지점을 통해 상기 중심 지점으로부터 밖으로 연장하는 선 상에 놓이도록 배열되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이; 및
상기 압력 신호를 수신하기 위해 배열된 처리 수단;을 포함하고,
상기 센서 어레이는 지지 수단 및 상기 지지 수단 상에 지지되는 4개의 센서들을 포함하며,
적어도 두 개의 센서들은 서로 평행하게 배향되고, 상기 센서들은 각각의 감지 지점들에서 압력을 감지하도록 배열되며,
상기 감지 지점들은 서로 및 중심 지점으로부터 등거리에 있고, 인클로저(enclosure)는 상기 어레이 주위로 연장하며, 상기 센서들의 각각의 센서와 각각 연관된 4개의 구멍들을 규정하고, 상기 상기 구멍들은 이들 각각이 상기 감지 지점들의 각각의 감지 지점들을 통해 상기 중심 지점으로부터 밖으로 연장하는 선 상에 놓이도록 배열되는, 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들 중 2개의 센서들은 일방향을 향하고, 상기 센서들 중 2개의 센서들은 반대 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들 중 3개의 센서들은 일 방향을 향하고, 상기 센서들 중 하나는 상기 반대 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 또는 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 수단은 서로 평행한 2개의 표면들을 가지며, 상기 표면들 각각은 그 위에 장착되는 상기 센서들 중 적어도 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 수단은 상기 부재의 대향 측면들 상에 있는 상기 2개의 표면들을 갖는 평탄 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들 각각은 감지 중심 지점을 가지며, 상기 4개의 센서들의 상기 감지 중심 지점들은 이들 각각이 다른 3개의 지점들 각각으로부터 등거리에 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제32항에 있어서,
각각의 센서는 다이어프램을 포함하고, 상기 감지 중심은 상기 다이어프램의 기하학적 중심인 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제32항 또는 제33항에 있어서,
모든 4개의 센서들의 상기 다이어프램들은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
정면 및 후면을 가지고, 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 구비하는 디바이스로서, 상기 마이크로폰들 각각은 상기 면들 중 하나에 수직으로 향하는, 디바이스.
압력을 나타내는 압력 신호를 출력하기 위해 각각 배열된 압력 센서들의 어레이; 및
상기 압력 신호를 수신하기 위해 배열된 처리 수단;을 포함하고,
상기 센서 어레이는 2개의 대향 측면들 및 4개의 센서들을 가지는 지지 수단, 센서들 중 적어도 2개는 상기 지지 수단의 일측면 상에 지지되고, 상기 센서들 중 2개 사이에 위치되는 배리어를 포함하는, 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제18항 또는 제36항, 또는 그의 종속항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배리어는 전자 컴포넌트에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
제18항, 제36항 또는 제37항에 있어서,
상기 배리어의 부분은 상기 센서들 중 2개의 상기 감지 중심 지점들 사이의 직선 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 방향 선택적 사운드 수신을 위한 시스템.
첨부 도면들 중 도 1, 2, 5 및 6을 참조하여 실질적으로 본원에 기재된 시스템.
첨부 도면들 중 도 10, 10a, 11, 11a, 12a 및 12b를 참조하여 실질적으로 본원에 기재된 시스템.
첨부 도면들 중 도 14 내지 16을 참조하여 실질적으로 본원에 기재된 시스템.
첨부 도면들 중 도 17, 도 18, 도 19, 도 20, 도 22 또는 도 23을 참조하여 실질적으로 본원에 기재된 시스템.