SSL(Sound Source Localization) 기술이란 무엇인가요? SSL 기술은 여러 개의 마이크 환경의 여러 지점에서 음향 신호를 측정합니다. 소리는 각기 다른 시간에 마이크에 도달합니다. 수신된 음향 신호를 처리하는 알고리즘을 적용하여 음원의 상대 방향(방위각 및 피칭각 포함), 거리 및 기타 정보를 얻습니다.
인간 귀 위치 측정
음원 위치 추정에 관해서는 인간의 귀가 어떻게 작동하는지 쉽게 생각해 볼 수 있습니다. 인간의 귀는 편측 및 양측 위치 추정 능력을 가지고 있습니다. 편측 위치 추정의 경우, 수신된 음파는 귓바퀴의 여러 부분에서 반사되어 외이도에 도달합니다. 직접 음파는 귀에 도달할 때 위상이 변하기 때문에 귓바퀴에서 간섭하여 귓바퀴 효과라고 하는 특수한 청각 효과를 생성합니다. 머리의 회전과 결합하여 음원의 위치를 감지할 수 있습니다.
양귀 위치 측정에서 왼쪽 귀와 오른쪽 귀에 수신된 신호는 이개 시간 차이(ITD)와 이개 레벨 차이(ILD)를 갖습니다. 특정 소리 위치 측정을 위해 이개 시간 차이와 이개 레벨 차이를 기반으로 위치를 결정합니다. 수평 방위각 결정은 그림 1과 같이 2차원 음향 방향 추정 문제로 수학적으로 표현할 수 있습니다.
ITD 정보는 중저주파수에서 방위각 추정에 더 큰 영향을 미치는 반면, ILD 정보는 고주파수에서 방위각 추정에 더 큰 영향을 미칩니다. 이개 효과, 머리 회전, 그리고 우선순위 효과와 결합하면 각도, 거리 및 기타 소리 정보를 더욱 정확하고 심층적으로 인식할 수 있습니다.
초음파 위치 결정 방법
초음파 위치 측정은 주로 반사 거리 측정 방법을 채택하고, 다자간 위치 측정 및 기타 방법을 통해 물체의 위치를 결정합니다. 이 시스템은 호스트와 여러 대의 수신기로 구성됩니다. 호스트는 측정 대상에 배치되고, 수신기는 고정된 실내 위치에 설치됩니다. 위치를 확인하기 위해 호스트는 동일한 주파수의 신호를 수신기로 전송합니다. 수신기에서 수신된 신호는 호스트로 반사됩니다. 에코와 송신파 사이의 시간 차이를 기반으로 거리를 계산하여 위치를 결정합니다.
음원 위치 추정은 선박 및 차량 감지, 기계(엔진, 자동차, 항공기 등)의 주요 소음원 위치 파악, 대상 선택, 통신 장비 또는 음성 인식의 간섭 억제, 기계 시스템 상태 모니터링 등에 활용될 수 있습니다.
또한, 음원 강도와 음장 정보를 추정할 수 있는 능력 덕분에 음원 위치 추정 방법은 오디오 장비 및 극장 시스템의 음향 설계, 비접촉 진동 측정, 그리고 가상 현실 오디오 시스템에 널리 활용되어 왔습니다. 메타버스, 머신 러닝, 클라우드 컴퓨팅, 그리고 온칩 전자 기술의 발전으로 음원 위치 추정 기술의 응용 가능성은 더욱 확대되고 있습니다.
초음파 위치 결정의 장점
- 센티미터 이내의 높은 정확도
- 비교적 간단한 구조, 확실한 침투성
- 강력한 간섭 방지 능력
초음파 위치 지정의 단점
- 감쇠가 커서 대규모 상황에는 적합하지 않음
- 반사 범위는 다중 경로 효과와 시야 제한에 의해 크게 영향을 받습니다.
- 하드웨어 시설에 대한 막대한 투자
초음파 위치 결정 응용 분야
- 디지털 펜에 널리 통합됨
- 해상 채굴 및 군사적 목적
- 실내 위치 지정: 감독되지 않는 작업장에서의 객체 위치 지정
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