(57)【要約】【課題】音方向探知センサ、及びそれを含む電子装置を提供する。【解決手段】音が来る方向を探知することができる音方向探知センサ１００、及びそれを含む電子装置に係り、音方向探知センサ１００は、入力される音の方向により、選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体１１０＿ｋを含み、複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定するように構成される。【選択図】図１
2020030202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音が入力される音引き入れ口と、
前記音引き入れ口を介して入力された音が出力される音排出口と、
前記音引き入れ口と前記音排出口との間に、前記音引き入れ口に入力される音の方向により、選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体と、を含み、
前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定するように構成された音方向探知センサ。
【請求項２】
前記音方向探知センサは、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体の第１出力の第１大きさと、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体の第２出力の第２大きさとを比較し、第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、出力サイズがさらに大きい方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の音方向探知センサ。
【請求項３】
前記第１大きさ及び第２大きさは、それぞれの第１方向性振動体と第２方向性振動体との振動波動に係わる実効値であることを特徴とする請求項２に記載の音方向探知センサ。
【請求項４】
前記第１大きさ及び第２大きさを閾値と比較し、前記第１大きさと前記第２大きさとが閾値より小さければ、入力された音をノイズと決定するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の音方向探知センサ。
【請求項５】
音が入力される方向と係わりなく反応する無方向性振動体をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の音方向探知センサ。
【請求項６】
前記音方向探知センサは、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体の位相と、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体の位相とを、前記無方向性振動体の位相と比較し、第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、前記無方向性振動体の位相と最も近い位相を有する方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の音方向探知センサ。
【請求項７】
前記複数の方向性振動体と、前記無方向性振動体は、同一平面上に配列され、前記複数の方向性振動体は、前記無方向性振動体を取り囲む形態に配列されることを特徴とする請求項５に記載の音方向探知センサ。
【請求項８】
前記複数の方向性振動体は、同一平面上に配列され、前記音引き入れ口の中心と鉛直に対向する前記平面上の中心点を取り囲む形態に配列されることを特徴とする請求項１に記載の音方向探知センサ。
【請求項９】
前記複数の方向性振動体は、前記中心点に対して所定対称性を有するように配列されることを特徴とする請求項８に記載の音方向探知センサ。
【請求項１０】
前記音排出口は、前記複数の方向性振動体全体に対向するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の音方向探知センサ。
【請求項１１】
前記音排出口は、前記複数の方向性振動体それぞれと対向する複数個に具備されることを特徴とする請求項１に記載の音方向探知センサ。
【請求項１２】
前記複数の方向性振動体は、同一共振周波数を有することを特徴とする請求項１に記載の音方向探知センサ。
【請求項１３】
前記複数の方向性振動体は、互いに異なる共振周波数を有する複数の方向性振動体を含むことを特徴とする請求項１に記載の音方向探知センサ。
【請求項１４】
前記複数の方向性振動体は、それぞれが互いに異なる方向性を示す複数のサブグループにグルーピングされ、
前記複数のサブグループそれぞれに、互いに異なる共振周波数を有する複数の方向性振動体が具備されることを特徴とする請求項１３に記載の音方向探知センサ。
【請求項１５】
前記複数のサブグループ内の複数の方向性振動体は、共振周波数の大きさ順に配列されることを特徴とする請求項１４に記載の音方向探知センサ。
【請求項１６】
入力される音の方向により、選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体を利用し、音を受信する段階と、
前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体を探索する段階と、
出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定する音方向決定段階と、を含む音方向探知方法。
【請求項１７】
前記複数の方向性振動体を利用し、音を受信する段階は、それぞれの方向性振動体の振動波動に係わる実効値を計算する段階をさらに含み、
前記出力サイズは、それぞれの方向性振動体の振動波動に係わる実効値であることを特徴とする請求項１６に記載の音方向探知方法。
【請求項１８】
前記音方向決定段階は、
前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体と、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体と、を選択する段階と、
前記第１方向性振動体の第１出力の第１大きさと、前記第２方向性振動体の第２出力の第２大きさと、を比較する段階と、
前記第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、出力サイズがさらに大きい方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定する段階と、を含むことを特徴とする請求項１６に記載の音方向探知方法。
【請求項１９】
前記第１大きさと前記第２大きさとを、閾値と比較する段階と、
前記第１大きさと前記第２大きさとが閾値より小さければ、入力された音をノイズと決定する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の音方向探知方法。
【請求項２０】
音が入力される方向と係わりなく反応する無方向性振動体を利用し、音を受信する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の音方向探知方法。
【請求項２１】
前記音方向決定段階は、
前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体と、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体と、を選択する段階と、
前記第１方向性振動体の位相と前記第２方向性振動体の位相とを、前記無方向性振動体の位相と比較する段階と、
前記第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、前記無方向性振動体の位相と最も近い位相を有する方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の音方向探知方法。
【請求項２２】
ユーザが提供する音声信号を受信する音方向探知センサと、
１以上のアプリケーションモジュールが保存されたメモリと、
前記アプリケーションモジュールを実行するプロセッサと、を含み、
前記音方向探知センサは、
音が入力される音引き入れ口と、
前記音引き入れ口を介して入力された音が出力される音排出口と、
前記音引き入れ口と前記音排出口との間に、前記音引き入れ口に入力される音の方向により、選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体と、を含み、
前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定するように構成された、事物インターネット装置。
【請求項２３】
音方向探知センサと、
前記音方向探知センサで受信した信号を、その方向性により、有効な信号であるか否かということを判断し、有効な信号である場合、それを自動車制御モジュールに伝達する有効信号抽出モジュールを含み、
前記音方向探知センサは、
音が入力される音引き入れ口と、
前記音引き入れ口を介して入力された音が出力される音排出口と、
前記音引き入れ口と前記音排出口との間に、前記音引き入れ口に入力される音の方向により、選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体と、を含み、
前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定するように構成された自動車音声インターフェース装置。
【請求項２４】
音方向探知センサと、
前記音方向探知センサでセンシングした信号が分析し、前記音方向探知センサに入射された音の方向性を判断するプロセッサと、
前記プロセッサの信号処理のためのプログラム及び前記プロセッサの実行結果が保存されるメモリと、を含み、
前記音方向探知センサは、
音が入力される音引き入れ口と、
前記音引き入れ口を介して入力された音が出力される音排出口と、
前記音引き入れ口と前記音排出口との間に、前記音引き入れ口に入力される音の方向により、選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体と、を含み、
前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定するように構成された空間録音装置。
【請求項２５】
音方向探知センサと、
全方向撮影モジュールと、
前記音方向探知センサでセンシングする方向性音波と、前記全方向撮影モジュールで撮影する全方向映像信号とが整合されるように、前記音方向探知センサと全方向撮影モジュールとを制御するプロセッサと、
前記方向性音波及び前記全方向映像信号を保存するメモリと、を含み、
前記音方向探知センサは、
音が入力される音引き入れ口と、
前記音引き入れ口を介して入力された音が出力される音排出口と、
前記音引き入れ口と前記音排出口との間に、前記音引き入れ口に入力される音の方向により、選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体と、を含み、
前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定するように構成された全方向カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音方向探知センサに係り、さらに詳細には、複数の方向性振動体を利用し、音が来る方向を探知することができる音方向探知センサ、及びそれを含む電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活家電製品、映像ディスプレイ装置、仮想現実装置、拡張現実装置、人工知能スピーカなどに装着され、音が来る方向を探知し、音声を認識することができるセンサの活用性が増大している。音方向を探知するセンサは、一般的に、多数の無指向性音響センサ（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｅｎｓｏｒ）に達する音の時間差を利用し、音が来る方向を計算する。多数の無指向性音響センサを使用する場合、時間差を感知するためには、多数の無指向性音響センサ間の距離が十分に離れていなければならない。音方向探知センサの角度分解能は、無指向性音響センサ間の距離と、サンプリング周波数とによって決定されるが、距離が長く、サンプリング周波数が大きいほど、分解能が低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５６２５６９７号明細書
【特許文献２】韓国公開特許第２０１７−００５０９０８号公報
【特許文献３】米国特許第７７１６０４４号明細書
【特許文献４】特許第３７２０７９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、複数の方向性振動体を利用し、音が来る方向を探知することができる音方向探知センサ、及びそれを含む電子装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態による音方向探知センサは、音が入力される音引き入れ口と、前記音引き入れ口を介して入力された音が出力される音排出口と、前記音引き入れ口と前記音排出口との間に、前記音引き入れ口に入力される音の方向によって選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体と、を含み、前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定するようにも構成される。
【０００６】
前記音方向探知センサは、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体の第１出力の第１大きさと、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体の第２出力の第２大きさとを比較し、第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、出力サイズがさらに大きい方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定するようにも構成される。
【０００７】
例えば、前述の第１大きさ及び第２大きさは、それぞれの第１方向性振動体と第２方向性振動体との振動波動に係わる実効値でもある。
【０００８】
前記音方向探知センサは、前述の第１大きさ及び第２大きさを閾値と比較し、前記第１大きさと前記第２大きさとが閾値より小さければ、入力された音をノイズと決定するようにも構成される。
【０００９】
前記音方向探知センサは、音が入力される方向と係わりなく反応する無方向性振動体をさらに含んでもよい。
【００１０】
前記音方向探知センサは、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体の位相と、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体の位相とを、前記無方向性振動体の位相と比較し、第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、前記無方向性振動体の位相と最も近い位相を有する方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定するようにも構成される。
【００１１】
前記複数の方向性振動体と、前記無方向性振動体は、同一平面上に配列され、前記複数の方向性振動体は、前記無方向性振動体を取り囲む形態にも配列される。
【００１２】
前記複数の方向性振動体は、同一平面上に配列され、前記音引き入れ口の中心と鉛直に対向する前記平面上の中心点を取り囲む形態にも配列される。
【００１３】
前記複数の方向性振動体は、前記中心点に対して所定対称性を有するようにも配列される。
【００１４】
前記音排出口は、前記複数の方向性振動体全体に対向するようにも形成される。
【００１５】
前記音排出口は、前記複数の方向性振動体それぞれと対向する複数個にも具備される。
【００１６】
前記複数の方向性振動体は、同一共振周波数を有することができる。
【００１７】
前記複数の方向性振動体は、互いに異なる共振周波数を有する複数の方向性振動体を含んでもよい。
【００１８】
前記複数の方向性振動体は、それぞれが互いに異なる方向性を示す複数のサブグループにグルーピングされ、前記複数のサブグループそれぞれに、互いに異なる共振周波数を有する複数の方向性振動体が具備されてもよい。
【００１９】
前記複数のサブグループ内の複数の方向性振動体は、共振周波数の大きさ順にも配列される。
【００２０】
また、他の実施形態による音方向探知方法は、入力される音の方向によって選択的に１以上が反応するように配列された複数の方向性振動体を利用して音を受信する段階と、前記複数の方向性振動体のうち、出力サイズが最小である方向性振動体を探索する段階と、出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定する音方向決定段階と、を含んでもよい。
【００２１】
前記複数の方向性振動体を利用して音を受信する段階は、それぞれの方向性振動体の振動波動に係わる実効値を計算する段階をさらに含み、前記出力サイズは、それぞれの方向性振動体の振動波動に係わる実効値でもある。
【００２２】
前記音方向決定段階は、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体と、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体と、を選択する段階と、前記第１方向性振動体の第１出力の第１大きさと、前記第２方向性振動体の第２出力の第２大きさと、を比較する段階と、前記第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、出力サイズがさらに大きい方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定する段階と、をさらに含んでもよい。
【００２３】
前記音方向探知方法は、前記第１大きさと前記第２大きさとを、閾値と比較する段階と、前記第１大きさと前記第２大きさとが閾値より小さければ、入力された音をノイズと決定する段階と、をさらに含んでもよい。
【００２４】
前記音方向探知方法は、音が入力される方向と係わりなく反応する無方向性振動体を利用して音を受信する段階をさらに含んでもよい。
【００２５】
前記音方向決定段階は、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０゜である第１位置に配置された第１方向性振動体と、前記出力サイズが最小である方向性振動体に対して、−９０゜である第２位置に配置された第２方向性振動体と、を選択する段階と、前記第１方向性振動体の位相と前記第２方向性振動体の位相とを、前記無方向性振動体の位相と比較する段階と、前記第１方向性振動体と第２方向性振動体とのうち、前記無方向性振動体の位相と最も近い位相を有する方向性振動体の配置方向を、音が入力される方向と決定する段階と、をさらに含んでもよい。
【００２６】
他の実施形態による事物インターネット装置は、ユーザが提供する音声信号を受信する音方向探知センサと、１以上のアプリケーションモジュールが保存されたメモリと、前記アプリケーションモジュールを実行するプロセッサと、を含んでもよい。
【００２７】
さらに他の実施形態による自動車音声インターフェース装置は、音方向探知センサと、前記音方向探知センサで受信した信号を、その方向性により、有効な信号であるか否かということを判断し、有効な信号である場合、それを自動車制御モジュールに伝達する有効信号抽出モジュールを含んでもよい。
【００２８】
さらに他の実施形態による空間録音装置は、音方向探知センサと、前記音方向探知センサでセンシングした信号を分析し、前記音方向探知センサに入射された音の方向性を判断するプロセッサと、前記プロセッサの信号処理のためのプログラム及び前記プロセッサの実行結果が保存されるメモリと、を含んでもよい。
【００２９】
さらに他の実施形態による全方向カメラは、音方向探知センサと、全方向撮影モジュールと、前記音方向探知センサでセンシングする方向性音波と、前記全方向撮影モジュールで撮影する全方向映像信号とが整合されるように、前記音方向探知センサと全方向撮影モジュールとを制御するプロセッサと、前記方向性音波及び前記全方向映像信号を保存するメモリと、を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図である。
【図２】図１に図示された音方向探知センサに係わるＡ−Ａ’断面図である。
【図３Ａ】図１に図示された音方向探知センサに具備された複数の方向性振動体のうち１つの構造を詳細に示す断面図である。
【図３Ｂ】図１に図示された音方向探知センサに具備された複数の方向性振動体のうち１つの構造を詳細に示す平面図である。
【図４】他の実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図である。
【図５】図４に図示された音方向探知センサに係わるＡ−Ａ’断面図である。
【図６】複数の方向性振動体のうち一部を例示し、方向性振動体の動作原理及び指向性利得特性を示す図面である。
【図７】複数の方向性振動体のうち、２個の方向性振動体の指向性特性を例示的に示すグラフである。
【図８】一方向から音が入力されたとき、音方向探知センサに具備された全ての方向性振動体の出力を示すグラフである。
【図９Ａ】多様な状況において、音の入力方向による複数の方向性振動体の出力を示すグラフである。
【図９Ｂ】多様な状況において、音の入力方向による複数の方向性振動体の出力を示すグラフである。
【図９Ｃ】多様な状況において、音の入力方向による複数の方向性振動体の出力を示すグラフである。
【図９Ｄ】多様な状況において、音の入力方向による複数の方向性振動体の出力を示すグラフである。
【図１０】一実施形態による音方向探知方法を示すフローチャートである。
【図１１】一実施形態による音方向探知センサを利用し、音の方向を探知する実験を行うための実験構成を示す図面である。
【図１２】単一トーン（ｓｉｎｇｌｅ  ｔｏｎｅ）音源で実験した結果を示すグラフである。
【図１３】音楽音源で実験した結果を示すグラフである。
【図１４】他の実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図である。
【図１５】さらに他の実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図である。
【図１６】図１５に図示された音方向探知センサに係わるＡ−Ａ’断面図である。
【図１７】一方向から音が入力されたとき、１つの無方向性振動体、及び互いに対向する２個の方向性振動体の振動位相を例示的に示すグラフである。
【図１８】他の実施形態による音方向探知方法を概略的に示すフローチャートである。
【図１９】一実施形態による事物インターネット（ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  ｔｈｉｎｇｓ）装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２０】図１９に図示された事物インターネット装置が日常生活に適用される動作を例示的に示す図面である。
【図２１】一実施形態による自動車音声インターフェース装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２２】一実施形態による自動車音声インターフェース装置が自動車に適用された動作を例示的に示す図面である。
【図２３】一実施形態による空間録音（ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２４】一実施形態による全方向カメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付された図面を参照し、音方向探知センサ、及びそれを含む電子装置について詳細に説明する。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を指し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭さ及び便宜さから誇張されてもいる。また、以下に説明される実施形態は、ただ例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から、多様な変形が可能である。また、以下で説明する層構造において、「上部」や「上」と記載された表現は、接触して真上にあるものだけではなく、非接触で上にあるものも含んでもよい。
【００３２】
図１は、一実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図である。図２は、図１に図示された音方向探知センサに係わるＡ−Ａ’断面図である。図１及び図２を参照すれば、一実施形態による音方向探知センサ１００は、音（ｓｏｕｎｄ）が入力される音引き入れ口（ｉｎｌｅｔ）１３４、音引き入れ口１３４を介して入力された音が排出される音排出口（ｏｕｔｌｅｔ）１３５、音引き入れ口１３４と音排出口１３５との間に配列された複数の方向性振動体１１０＿ｋを含んでもよい。ここで、複数の方向性振動体１１０＿ｋの個数をＮとするとき、ｋは、１からＮまでの整数である。
【００３３】
方向性振動体１１０＿ｋの個数Ｎにより、音方向探知センサ１００の物理的な角度分解能が決定される。例えば、音方向探知センサ１００の物理的分解能は、３６０゜／Ｎとも表現される。音方向探知センサ１００は、複数の方向性振動体１１０＿ｋそれぞれの出力サイズを比較し、入射する音の方向を探知することができ、相互比較する方向性振動体１１０＿ｋの個数が多くなるほど、さらに高い各分解能の獲得が可能である。
【００３４】
複数の方向性振動体１１０＿ｋは、音引き入れ口１３４に入力される音の方向により、選択的に、１以上が反応するように配列される。複数の方向性振動体１１０＿ｋは、音引き入れ口１３４周囲を取り囲む形態にも配列される。複数の方向性振動体１１０＿ｋは、互いに重なることなしに平面的に配列され、音引き入れ口１３４に対して、複数の方向性振動体１１０＿ｋ全体が露出されるようにも配列される。複数の方向性振動体１１０＿ｋは、図１に図示されているように、同一平面上にも配列される。また、複数の方向性振動体１１０＿ｋは、音引き入れ口１３４の中心軸（例えば、Ｚ−軸方向）と鉛直に対向する前記平面上の中心点Ｃを取り囲む形態にも配列される。図１においては、複数の方向性振動体１１０＿ｋが、中心点Ｃを円形に取り囲むように図示されているが、それは、単に例示的なものである。複数の方向性振動体１１０＿ｋ配列は、それに限定されるものではなく、中心点Ｃに対して、所定対称性を有する多様な形態にも配列される。例えば、複数の方向性振動体１１０＿ｋは、多角形や楕円形の軌跡をなす形態にも配列される。
【００３５】
音排出口１３５は、複数の方向性振動体１１０＿ｋの個数と同一個数に設けられ、複数の方向性振動体１１０＿ｋのそれぞれと対向するようにも配置される。音引き入れ口１３４と音排出口１３５との大きさや形状は、特別に制限されるものではなく、複数の方向性振動体１１０＿ｋを同一程度に露出させることができる任意の大きさと形状とを有することができる。
【００３６】
音引き入れ口１３４と音排出口１３５との形成のために、音引き入れ口１３４と音排出口１３５との形状に対応する開口が形成されたケース１３０が使用されもする。ケース１３０は、音響を遮断することができる多様な材質からもなる。例えば、ケース１３０は、アルミニウムのような材質が使用されもする。ケース１３０に形成された音引き入れ口１３４と音排出口１３５は、図１に図示された形状に限定されるものではない。
【００３７】
ケース１３０の内部には、複数の方向性振動体１１０＿ｋを支持し、複数の方向性振動体１１０＿ｋが音に反応して振動する空間を提供する支持部１２０が配置されもする。支持部１２０は、図１に図示されているように、基板に貫通ホールＴＨを形成してもなされる。複数の方向性振動体１１０＿ｋは、支持部１２０に一端が支持され、貫通ホールＴＨと対向するようにも配置される。貫通ホールＴＨは、方向性振動体１１０＿ｋが外力によって振動する空間を提供し、それを満足する限り、形状や大きさは、特別に限定されるものではない。支持部１２０は、シリコン基板など多様な材質によっても形成される。
【００３８】
図３Ａは、図１に図示された音方向探知センサ１００に具備された複数の方向性振動体１１０＿ｋのうち１つの構造を詳細に示す断面図であり、図３Ｂは、図１に図示された音方向探知センサ１００に具備された複数の方向性振動体１１０＿ｋのうち１つの構造を詳細に示す平面図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、方向性振動体１１０＿ｋは、支持部１２０に固定される固定部１０、音波に反応して稼動される稼動部３０、及び稼動部３０の動きをセンシングする感知部２０を含んでもよい。方向性振動体１１０＿ｋは、また、稼動部３０に、所定質量ｍを提供するための質量体４０をさらに含んでもよい。
【００３９】
稼動部３０は、例えば、弾性フィルムからもなる。該弾性フィルムは、長さＬ、幅Ｗを有することができ、質量体４０の質量ｍのように、方向性振動体１１０＿ｋの共振特性を決める要素になる。該弾性フィルムとしては、シリコン、金属、ポリマーなどの材質が使用されもする。
【００４０】
感知部２０は、稼動部３０の動きをセンシングするセンサ層を含んでもよい。感知部２０は、例えば、圧電素子を含んでもよい。その場合、感知部２０は、電極層、圧電物質層及び電極層が積層された構造を有することができる。該圧電物質としては、例えば、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＰＺＴ、ＺｎＳｎＯ３、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（フッ化ビニリデン・三フッ化エチレン）（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））、ＡｌＮまたはＰＭＮ−ＰＴなどが使用されもする。電極層として、金属材料やそれ以外にも、多様な導電性材料が使用されもする。
【００４１】
方向性振動体１１０＿ｋの幅、厚みのような具体的な数値は、方向性振動体１１０＿ｋに対して所望する共振周波数を考慮して決定することができる。例えば、それぞれの方向性振動体１１０＿ｋは、およそ数μｍないし数百μｍの幅、数μｍ以下の厚み、及びおよそ数ｍｍ以下の長さを有するが、それに限定されるものではない。そのような微細サイズの方向性振動体１１０＿ｋは、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）工程によっても作製される。
【００４２】
方向性振動体１１０＿ｋは、外部信号に反応し、Ｚ−方向に沿って上下で振動し、変位ｚに比例する出力を示すことになる。変位ｚは、次の運動方程式による。
【００４３】
【数１】
2020030202.tif 000003
【００４４】
ここで、ｃは、ダンピング係数（ｄａｍｐｉｎｇ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であり、ｋは、弾性係数である。そして、Ｆ０ｃｏｓ  ωｔは、外力（ｄｒｉｖｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）であり、方向性振動体１１０＿ｋに入射される信号による作用を示す。ｋ値は、稼動部３０の物性と形状とによって決定される。
【００４５】
方向性振動体１１０＿ｋは、共振周波数ｆ０を中心周波数にし、所定バンド幅を有する周波数応答特性を示す。中心周波数ｆ０は、次の通りである。
【００４６】
【数２】
2020030202.tif 000004
【００４７】
そのように、音方向探知センサ１００に具備された方向性振動体１１０＿ｋは、設計された中心周波数を中心にする所定帯域の周波数を有する音を感知することができる。従って、中心周波数設計において、与えられた環境において、活用性が高い周波数帯域を選択し、選択された周波数帯域に合うように、方向性振動体１１０＿ｋを具現することができる。
【００４８】
一実施形態による音方向探知センサ１００は、各位置に具備された方向性振動体１１０＿ｋがいずれも同一である（すなわち、均一である）共振周波数を有するように、同一長さにも設定される。しかし、必ずしもそれに限定されるものではなく、複数の方向性振動体１１０＿ｋが、互いに異なる（すなわち、均一ではない）共振周波数を有するように変形することも可能である。
【００４９】
また、図４は、他の実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図であり、図５は、図４に図示された音方向探知センサに係わるＡ−Ａ’断面図である。図４及び図５を参照すれば、音方向探知センサ１０１は、音が入力される音引き入れ口１３４、音引き入れ口１３４を介して入力された音が排出される音排出口１３７、及び音引き入れ口１３４と音排出口１３７との間に配列された複数の方向性振動体１１０＿ｋを含んでもよい。ここで、複数の方向性振動体１１０＿ｋの個数をＮとするとき、ｋは、１からＮまでの整数である。
【００５０】
図４及び図５に図示された音方向探知センサ１０１は、音排出口１３７の形状において、図１及び図２に図示された音方向探知センサ１００と違いがあり、残り構成は、実質的に同一である。例えば、音排出口１３７は、複数の方向性振動体１１０＿ｋに対して個別的に設けられるものではなく、１つの音排出口１３７が、複数の方向性振動体１１０＿ｋに対して共有される形態を有する。言い換えれば、１つの音排出口１３７が、複数の方向性振動体１１０＿ｋ全体と対向することができる。図４及び図５に図示された音排出口１３７の大きさは、例示的なものであり、音排出口１３７の大きさは、それより小さくともよい。
【００５１】
音引き入れ口１３４と音排出口１３７との形成のために、音引き入れ口１３４と音排出口１３７との形状に対応する開口が形成されたケース１３１が使用されもする。音排出口１３７の大きさは、特定されない。例えば、複数の方向性振動体１１０＿ｋに対して、音引き入れ口１３４向かい側の空間がいずれも開かれた形態にもなる。そのように開かれた空間が、音排出口１３７として機能することができる。
【００５２】
前述の実施形態による音方向探知センサ１００，１０１において、複数の方向性振動体１１０＿ｋのうち、方向性のある音が入射される経路に置かれている１以上の方向性振動体１１０＿ｋが音に反応して振動することになる。例えば、図２に図示されているように、まる１の経路に音が入力されれば、その経路上に置かれた、方向性振動体１１０＿１を含み、それと隣接した１以上の方向性振動体が振動することができる。また、まる２の経路に音が入力されれば、その経路上に置かれた、方向性振動体１１０＿９を含み、それと隣接した１以上の方向性振動体が振動することができる。従って、入射された音の方向による複数の方向性振動体１１０＿ｋの出力を考慮し、入射された音の方向を知ることができる。
【００５３】
図６は、複数の方向性振動体１１０＿ｋのうち一部を例示し、方向性振動体１１０＿ｋの動作原理及び指向性利得特性を示す。図６を参照すれば、複数の方向性振動体Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれは、音引き入れ口１３４を中心にする円の半径方向の指向角を有する単位音響センサになる。それぞれの単位音響センサの指向性利得曲線は、８字（ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｅｉｇｈｔ）形態になる。そのような指向性利得曲線により、音方向探知センサ１００，１０１は、全ての方向から入力される信号（例えば、音波）に対して、選択的に反応する方向性振動体１１０＿ｋの出力が重畳（ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ）されて形成された出力を有することになる。
【００５４】
一方、それぞれの方向性振動体１１０＿ｋは、その配置位置によって好む角度があり、それを、主要方向（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）という。出力形成において、主要方向の音については、大きく、それ以外の方向の音については、小さく寄与する。従って、あらゆる任意の方向から入射された音に対して、複数の方向性振動体１１０＿ｋそれぞれの出力サイズを単純に比較することにより、入射された音の方向を推定することができる。
【００５５】
図７は、複数の方向性振動体１１０＿ｋのうち、２個の方向性振動体の指向性特性を例示的に示すグラフである。図７において、６４個の方向性振動体１１０＿ｋが、１つの平面上で円形に配列されており、それぞれの方向性振動体１１０＿ｋは、音引き入れ口１３４の中心と鉛直に対向する前記平面上の中心点Ｃに向けて整列されていると仮定した。図７を参照すれば、１８０°角度に配置された第１方向性振動体Ｃｈ０１は、１８０°と０°との方向から入射する音に対して、最大の出力を有し、−９０°と＋９０°との方向から入射する音に対して、最小の出力を有する８字形利得特性を示す。特に、１８０°方向から入射する音に対する出力が、０°方向から入射する音に対する出力より微細に大きい。また、＋９０°方向に配置された第１７方向性振動体Ｃｈ１７は、＋９０°と−９０°との方向から入射する音に対して、最大の出力を有し、０°と１８０°との方向から入射する音に対して、最小の出力を有する８字形利得特性を示す。特に、＋９０°方向から入射する音に対する出力が、−９０°方向から入射する音に対する出力より微細に大きい。
【００５６】
また、図８は、一方向から音が入力されたとき、音方向探知センサ１００，１０１に具備された全ての方向性振動体１１０＿ｋの出力を示すグラフである。図８において、６４個の方向性振動体１１０＿ｋが配列されており、第１方向性振動体の長手方向に沿って、第１方向性振動体に向けて音が入射すると仮定した。図８を参照すれば、第１方向性振動体近辺と、第１方向性振動体の反対側に配置された第３３方向性振動体近辺とで、出力のピークが形成される。そして、第１方向性振動体の＋９０°方向に配置された第１７方向性振動体近辺と、第１方向性振動体の−９０°方向に配置された第４９方向性振動体近辺とで、出力が最小になる。特に、第３３方向性振動体近辺で出力が最も大きい。
【００５７】
結果として、複数の方向性振動体１１０＿ｋにおいて、音が入射する側に配置された方向性振動体の出力が最も大きく、音が入射する方向の±９０°角度に配置された方向性振動体の出力が最も小さい。従って、出力が最大である方向性振動体、または出力が最小である方向性振動体を利用し、入力される音の方向を探知することができると予想される。しかし、周辺のノイズ状況と、入力される音の大きさとにより、音の入力角度と、最大値を有する方向性振動体の位置とが互いに異なりもする。
【００５８】
例えば、図９Ａないし図９Ｄは、多様な状況において、音の入力方向による複数の方向性振動体１１０＿ｋの出力を示すグラフである。図９Ａないし図９Ｄにおいて、矢印は、音の実際入力方向である。図９Ａ及び図９Ｃの場合、音が実際に入力される方向と、出力が最大である方向性振動体の配置方向とが異なるということが分かる。従って、最大値を有する方向性振動体の位置情報を利用する場合、音方向探知の正確度が低下してしまう。
【００５９】
一方、図７、図８、及び図９Ａないし図９Ｄのグラフを見れば、入射する音の大きさや周辺ノイズ状況と係わりなく、音が入射する方向に対して、±９０°角度に配置された方向性振動体の出力が常時最小になるということが分かる。従って、本実施形態によれば、複数の方向性振動体１１０＿ｋの出力を比較し、出力が最小である方向性振動体の位置を特定し、その位置において、±９０°方向を音が入力された方向を決定する。その後、＋９０°方向に配置された方向性振動体の出力サイズと、−９０°方向に配置された方向性振動体の出力サイズとを比較し、最終的に音が入力された方向を決定することができる。
【００６０】
例えば、図１０は、一実施形態による音方向探知方法を示すフローチャートである。図１０を参照し、本実施形態による音方向探知方法についてさらに具体的に説明する。
【００６１】
まず、段階（Ｓ１０）において、音方向探知センサ１００，１０１は、複数の方向性振動体１１０＿ｋを利用し、音方向探知センサ１００，１０１に入力される音波を受信する。例えば、音引き入れ口１３４から音が入力されれば、音の大きさと方向とにより、複数の方向性振動体１１０＿ｋの稼動部３０が、それぞれ異なる振幅で振動することになる。そして、それぞれの稼動部３０の振動波動に対応し、それぞれの感知部２０が電圧を発生させる。
【００６２】
感知部２０（図３Ａ）で発生する電圧は、交流電圧である。従って、複数の方向性振動体１１０＿ｋの正確な出力を求めるために、段階（Ｓ１１）において、時間ドメイン（ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ）において、複数の方向性振動体１１０＿ｋのそれぞれに対して、交流電圧の実効値（ＲＭＳ：ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ）を計算する。そして、複数の方向性振動体１１０＿ｋの実効値で表現されたそれぞれの出力サイズを保存する。そのために、音方向探知センサ１００，１０１は、実効値計算や数値比較などを行うための演算器１４１（図１１）、及び複数の方向性振動体１１０＿ｋの出力サイズを保存するためのメモリ１４２（図１１）を含む制御回路１４０（図１１）をさらに含んでもよい。
【００６３】
その後、段階（Ｓ１２）において、演算器１４１（例えば、プロセッサ）は、メモリ１４２に保存された複数の方向性振動体１１０＿ｋの出力サイズの値を比較し、出力サイズが最小である方向性振動体を探索する。例えば、単純に、出力サイズの数値のみを比較し、そのうち最小の数値を有する１つの方向性振動体を選択することができる。または、隣接して集まっている方向性振動体の出力サイズが、既定の偏差範囲内において最小値グループを形成する場合、最小値グループを構成する方向性振動体のうち、最も真ん中に位置する方向性振動体を選択することもできる。他の例において、図８に図示されているように、互いに向かい側に配置された複数の方向性振動体が、２個の最小値グループを形成するという点を考慮することもできる。例えば、２個の最小値グループ内において、互いに１８０°方向に配置された方向性振動体の対を構成し、出力サイズの和が最小である方向性振動体の対を選択することもできる。
【００６４】
そのように選択された出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定することができる。例えば、出力サイズが最小である方向性振動体の角度位置に対して、＋９０°または−９０°が、音が入力される方向である。段階（Ｓ１３）において、演算器１４１は、段階（Ｓ１２）において選択された方向性振動体の角度位置に対して、＋９０°方向に配置された方向性振動体の実効値と、−９０°方向に配置された方向性振動体の実効値とを比較する。
【００６５】
前述のように、出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０°方向と−９０°方向とのうち音が大きい側を、音が入力される方向と決定することができる。従って、段階（Ｓ１４）において、演算器１４１は、段階（Ｓ１３）において、実効値がさらに大きいと判定された方向性振動体を選択する。
【００６６】
その後、段階（Ｓ１５）において、最終的に選択された方向性振動体の出力サイズ、すなわち、実効値を、既定の閾値と比較する。もし最終的に選択された方向性振動体の出力サイズが閾値より小さければ、制御回路１４０は、入力された音を、単純なノイズと見なし、段階（Ｓ１０）の動作に戻る。しかし、もし最終的に選択された方向性振動体の出力サイズが閾値より大きければ、制御回路１４０は、段階（Ｓ１６）において、入力された音を有意味であると見なし、最終的に選択された方向性振動体の角度、位置を、音が入力された方向と決定する。そのように決定された音の方向情報は、後述するように、多様な電子装置でも利用される。
【００６７】
図１１は、一実施形態による音方向探知センサ１０１を利用し、音の方向を探知する実験を行うための実験構成を示す。図１１には、図４及び図５に図示された音方向探知センサ１０１が使用されているように図示されたが、図１及び図２に図示された音方向探知センサ１００を使用することもできる。音方向探知センサ１０１は、図１１に図示されているように、実効値計算や数値比較などを行うための演算器１４１と、複数の方向性振動体１１０＿ｋの出力サイズを保存するためのメモリ１４２と、を具備する制御回路１４０を含んでもよい。また、６４個の方向性振動体１１０＿ｋを有する音方向探知センサ１０１が使用された。図１１を参照すれば、０°、３０°、６０°及び９０°の位置に、それぞれ音源１、音源２、音源３及び音源４を配置し、音源１、音源２、音源３及び音源４において、順次に選択された１つの音源が音を出力し、制御回路１４０は、図９で説明した音方向探知方法で音の入力方向を決定した。
【００６８】
図１２は、単一トーン（ｓｉｎｇｌｅ  ｔｏｎｅ）音源で実験した結果を示すグラフである。例えば、音源１、音源２、音源３及び音源４は、一定時間の間、５００Ｈｚのトーンが同一である音を、順次に回りながら出力し、制御回路１４０は、音が感知されるたびに、音の方向を測定した。図１２を参照すれば、単一トーンに対して、非常に正確に音の方向を探知する可能性があることが分かる。例えば、単一トーンに対して、標準偏差は、約０．８゜であった。
【００６９】
また、図１３は、音楽（ｍｕｓｉｃ）音源で実験した結果を示すグラフである。例えば、音源１、音源２、音源３及び音源４は、一定時間の間、音楽音を、順次に回りながら出力した。図１３を参照すれば、音楽音源についても、比較的正確に音の方向を探知する可能性があることが分かる。例えば、音楽音源に対して、標準偏差は、約４．９゜であった。
【００７０】
従って、６４個の方向性振動体１１０＿ｋを有する小型のコンパス型音方向探知センサ１００，１０１でもっても、約６゜以内の優秀な角度分解能を達成することができる。さらに、方向性振動体１１０＿ｋの個数を増加させ、角度分解能をさらに向上させることができ、方向性振動体１１０＿ｋの個数により、所望する角度分解能を具現することが可能である。そのような音方向探知センサ１００，１０１は、小型化が可能であるので、小型電子製品に有用に利用される。また、音方向探知センサ１００，１０１は、複数の方向性振動体１１０＿ｋにおいて、振動が最も弱い方向性振動体を利用し、音の入射方向を探知するために、入力される音の大きさと、周辺のノイズとによる影響を受けることが少ない。
【００７１】
音楽音源については、多様な共振周波数を有する方向性振動体１１０＿ｋの組み合わせを利用し、角度分解能を向上させることができる。例えば、図１４は、さらに他の実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図である。音方向探知センサ１０２は、複数のサブグループＳＧ＿１，ＳＧ＿２，ＳＧ＿３，ＳＧ＿４を含む。複数のサブグループＳＧ＿１，ＳＧ＿２，ＳＧ＿３，ＳＧ＿４は、それぞれ互いに異なる方向性を代表することができるように、方位が隣接した方向性振動体を所定個数にまとめても形成される。例えば、第１サブグループＳＧ＿１ないし第４サブグループＳＧ＿４は、互いに９０゜ずつ違いがある４個の分面の方向を代表することができる。
【００７２】
また、本実施形態による音方向探知センサ１０２は、共振周波数が互いに異なる方向性振動体１１０＿１＿ｋ，１１０＿２＿ｋ，１１０＿３＿ｋ，１１０＿４＿ｋを含む点において、前述の実施形態と違いがある。例えば、各サブグループＳＧ＿１，ＳＧ＿２，ＳＧ＿３，ＳＧ＿４は、一定範囲の周波数を有するように長さに変化を与えた方向性振動体１１０＿１＿ｋ，１１０＿２＿ｋ，１１０＿３＿ｋ，１１０＿４＿ｋを含んでもよい。そのような音方向探知センサ１０２の場合、６４方位ではなく、物理的４方位を有する代わりに、各サブグループＳＧ＿１，ＳＧ＿２，ＳＧ＿３，ＳＧ＿４内での周波数帯域は、単一共振帯域ではなく、可聴帯域全体に広げることができる。
【００７３】
第１サブグループＳＧ＿１は、中心角９０゜範囲の円周に沿って配列された複数の方向性振動体１１０＿１＿ｋを含み、第２サブグループＳＧ＿２は、次の中心角９０゜範囲の円周に沿って配列された複数の方向性振動体１１０＿２＿ｋを含み、第３サブグループＳＧ＿３は、その次の中心角９０゜範囲の円周に沿って配列された複数の方向性振動体１１０＿３＿ｋを含み、第４サブグループＳＧ＿４は、その次の中心角９０゜範囲の円周に沿って配列された複数の方向性振動体１１０＿４＿ｋを含む。
【００７４】
第ｉサブグループＳＧ＿ｉ（ｉは、１から４までの整数）に含まれる方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋ（ｋは、１からＮまでの整数）は、所定周波数範囲Δｆの音を感知することができるように、それぞれの共振周波数が設定される。隣接した方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋの共振周波数間隔は、サブグループＳＧ＿ｉに含まれた方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋの個数Ｎ、及び周波数範囲Δｆを考慮して決定することができる。
【００７５】
各サブグループＳＧ＿ｉ内の複数の方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋは、共振周波数の大きさ順にも配列される。また、大きさ順に配列される方向は、複数のサブグループＳＧ＿ｉ内でいずれも同じである。例えば、図１４に図示されているように、それぞれサブグループＳＧ＿ｉ内において、時計回り方向に沿って、方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋの長さがだんだんと長くなる順に、方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋが配列されもする。ただし、それに限定されるものではなく、反時計回り方向に、方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋの長さがだんだんと長くなる順にも配列され、または、一部サブグループＳＧ＿ｉにおいては、時計回り方向に、他のサブグループＳＧ＿ｊ（ｊ≠ｉ）においては、反時計回り方向に配列されることも可能である。
【００７６】
共振周波数が互いに異なる複数の方向性振動体を具備する前述の音方向探知センサ１０２において、方向性振動体の配列は、前述の説明に限定されるものではない。各サブグループにおいて、方向性振動体の配列間隔、例えば、周波数間隔や空間間隔は、同一ではなく、また、例えば、隣接した方向性振動体間のカップリングを考慮した多様な配列方式が適用されもする。
【００７７】
図１５は、さらに他の実施形態による音方向探知センサの概略的な構成を示す平面図であり、図１６は、図１５に図示された音方向探知センサに係わるＡ−Ａ’断面図である。図１５及び図１６を参照すれば、音方向探知センサ１０３は、音が入力される方向と係わりなく反応する無方向性振動体１１５をさらに含んでもよい。図１５及び図１６に図示された音方向探知センサ１０３の残り構成は、図４及び図５に図示された音方向探知センサ１０１の構成と同一である。
【００７８】
無方向性振動体１１５は、例えば、音排出口１３７内にも配置され、複数の方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋと同一平面上に位置することができる。その場合、複数の方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋは、無方向性振動体１１５を取り囲む形態にも配列される。しかし無方向性振動体１１５が配置される位置は、必ずしもそれに限定されるものではなく、多様な他の位置に無方向性振動体１１５を配置することもできる。例えば、ケース１３１の外部に、無方向性振動体１１５が位置することもできる。
【００７９】
無方向性振動体１１５は、方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋと異なり、全ての方向から入力される音に対して、ほぼ同一である出力を有することができる。そのために、無方向性振動体１１５は、円形薄膜の形態を有することができる。無方向性振動体１１５が音排出口１３７内に配置される場合、円形の無方向性振動体１１５の中心と、音排出口１３７の中心点とが一致するように、無方向性振動体１１５が配置されもする。
【００８０】
一方、無方向性振動体１１５の出力は、音の入力方向と係わりなく一定であるが、無方向性振動体１１５の振動位相は、音が入力される方向によっても異なる。例えば、図１６に概略的に図示されているように、無方向性振動体１１５の振動位相は、方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋのうち、音が入力される方向に配置された方向性振動体１１０＿１の振動位相と同一である。また、無方向性振動体１１５の振動位相は、方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋのうち音が入力される方向と反対方向に配置された方向性振動体１１０＿９の位相と反対でもある。
【００８１】
図１７は、一方向から音が入力されたとき、１つの無方向性振動体１１５、及び互いに対向する２個の方向性振動体１１０＿１，１１０＿９の振動位相を例示的に示すグラフである。例えば、方向性振動体１１０＿１と方向性振動体１１０＿９とが互いに対向して配置されており、方向性振動体１１０＿１から方向性振動体１１０＿９への方向から音が入力されると仮定する。それにより、図１７に図示されているように、方向性振動体１１０＿１の振動位相は、方向性振動体１１０＿９の振動位相と１８０°反対である。そして、無方向性振動体１１５の振動位相は、方向性振動体１１０＿１の振動位相と同一であり、方向性振動体１１０＿９の振動位相と１８０°反対である。
【００８２】
従って、無方向性振動体１１５の振動位相と、方向性振動体１１０＿ｉ＿ｋの振動位相とを参照し、音が入力される方向を探知することも可能である。例えば、図１８は、他の実施形態による音方向探知方法を概略的に示すフローチャートである。
【００８３】
まず、図１８に図示された段階（Ｓ２０）ないし段階（Ｓ２２）は、図１０を参照して説明した段階（Ｓ１０）ないし段階（Ｓ１２）と同一である。従って、段階（Ｓ２０）ないし段階（Ｓ２２）については、簡略に説明する。段階（Ｓ２０）において、音方向探知センサ１０３は、複数の方向性振動体１１０＿ｋを利用し、音方向探知センサ１０３に入力される音波を受信する。段階（Ｓ２１）において、時間ドメインにおいて、複数の方向性振動体１１０＿ｋのそれぞれに対して、交流電圧の実効値（ＲＭＳ）を計算する。そして、複数の方向性振動体１１０＿ｋの実効値で表現されたそれぞれの出力サイズを、メモリ１４２に保存する。段階（Ｓ２２）において、演算器１４１は、メモリ１４２に保存された複数の方向性振動体１１０＿ｋの出力サイズの値を比較し、出力サイズが最小である方向性振動体を探索する。
【００８４】
そのように選択された出力サイズが最小である方向性振動体の配置方向に垂直方向を、音が入力される方向と決定することができる。例えば、出力サイズが最小である方向性振動体の角度位置に対して、＋９０°または−９０°が、音が入力される方向である。段階（Ｓ２３）において、演算器１４１は、段階（Ｓ２２）において選択された方向性振動体の角度位置に対して、＋９０°方向に配置された方向性振動体の振動位相と、−９０°方向に配置された方向性振動体の振動位相とを、無方向性振動体１１５の振動位相と比較する。例えば、＋９０°方向に配置された方向性振動体の振動波形と、−９０°方向に配置された方向性振動体の振動波形とに、無方向性振動体１１５の振動波形を合算することができる。そのとき、補強干渉により、結果としての波形が大きくなれば、無方向性振動体１１５の振動位相と同一であると判断することができ、相殺干渉により、結果としての波形が小さくなれば、無方向性振動体１１５の振動位相と反対であると判断することができる。それ以外にも、多様な方式で、振動位相を比較することが可能である。
【００８５】
前述のように、出力サイズが最小である方向性振動体に対して、＋９０°方向と−９０°方向とのうち無方向性振動体１１５の振動位相と同一振動位相を有する側を、音が入力される方向と決定することができる。従って、段階（Ｓ２４）において、演算器１４１は、無方向性振動体１１５の振動位相と同一振動位相を有する方向性振動体を選択することができる。または、演算器１４１は、無方向性振動体１１５の振動位相にさらに近くの振動位相を有する方向性振動体を選択することができる。
【００８６】
その後、段階（Ｓ２５）において、最終的に選択された方向性振動体の実効値を、既定の閾値と比較する。もし最終的に選択された方向性振動体の出力サイズが閾値より小さければ、制御回路１４０は、入力された音を単純なノイズと見なし、段階（Ｓ２０）の動作に戻ることができる。しかし、もし最終的に選択された方向性振動体の出力サイズが閾値より大きければ、制御回路１４０は、段階（Ｓ２６）において、入力された音を有意味であると見なし、最終的に選択された方向性振動体の角度位置を、音が入力された方向と決定することができる。
【００８７】
前述のように、周辺ノイズのような多様な状況により、方向性振動体１１０＿ｋの最大出力サイズが異なりもする。図１０で説明した方法を利用する場合、状況によっては、音の入力方向を１８０°反対に判断する可能性もある。一方、振動位相を参照すれば、ノイズがある環境においても、音の入力方向をさらに正確に決定することが可能である。
【００８８】
以上で説明した実施形態による音方向探知センサ１００，１０１，１０２，１０３は、多様な電子装置にも適用される。音方向探知センサ１００，１０１，１０２，１０３は、チップソリューション（ｃｈｉｐ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）形態のセンサにも具現され、モバイル機器、ＩＴ、家電、自動車などの分野において、音源追跡、ノイズ除去、空間録音（ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）などを行うことができ、パノラマ撮影、拡張現実（ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  ｒｅａｌｉｔｙ）、バーチャルリアリティ（ｖｉｒｔｕａｌ  ｒｅａｌｉｔｙ）の分野などにも活用可能である。
【００８９】
以下では、前述の音方向探知センサ１００，１０１，１０２，１０３を活用する電子装置について説明する。
【００９０】
図１９は、一実施形態による事物インターネット（ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  ｔｈｉｎｇｓ）装置の概略的な構成を示すブロック図であり、図２０は、図１９に図示された事物インターネット装置が日常生活に適用される動作を例示的に示す。
【００９１】
事物インターネット装置２００は、ユーザが提供する音声信号を受信する音方向探知センサ２１０、音方向探知センサ２１０で受信した信号を入力変数として使用する１以上のアプリケーションモジュール２３２が保存されたメモリ２３０、アプリケーションモジュール２３２を実行するプロセッサ２２０を含む。事物インターネット装置２００は、また通信部２５０を含んでもよい。
【００９２】
事物インターネット装置２００は、回転または移動のような駆動が可能な駆動機器２４０をさらに含んでもよい。駆動機器２４０は、音方向探知センサ２１０で受信した信号を入力変数にして実行されたアプリケーションモジュール２３２の実行結果により、既定方向に回転または移動の駆動が制御される。回転や移動の方向は、例えば、音方向探知センサ２１０でセンシングした音の方向に向かうか、あるいはそれを回避する方向でもある。駆動機器２４０は、アプリケーションモジュール２３２の実行結果をユーザに出力することができる出力機能を有するようにも具現される。駆動機器２４０は、例えば、スピーカやディスプレイのような出力装置でもある。音方向探知センサ２１０においては、前述の実施形態による音方向探知センサ１００，１０１，１０２，１０３のうちいずれか一つ、またはそれが変形、組み合わされた構造が採用されてもよい。
【００９３】
プロセッサ２２０は、事物インターネット装置２００の全般的な動作を制御することができる。音方向探知センサ２１０、駆動機器２４０、通信部２５０の動作を制御することができ、関連制御信号を活用し、メモリ２３０に保存されたプログラムを実行することができる。メモリ２３０には、また、制御信号により、て駆動機器２４０を所定方向に回転または移動させるようにプログラムされた駆動機器制御モジュール２３４が具備されてもよい。駆動機器制御モジュール２３４は、音方向探知センサ２１０でセンシングされた信号、及びそれと連繋したアプリケーション実行結果を反映させ、駆動機器２４０が、音方向探知センサ２１０でセンシングした音の方向に向かうように、あるいはそれを回避する方向に回転または移動するように、駆動機器２４０を制御することができる。ただ、それは、例示的なものであり、音方向探知センサ２１０でセンシングされた信号を反映させたアプリケーション実行結果による駆動機器制御方向は、多様にも変化される。
【００９４】
メモリ２３０には、また、音方向探知センサ２１０で受信した信号が、有効な入力信号であるか否かということを、方向性と連繋して学習するようにプログラムされた学習モジュール２３６がさらに具備されてもよい。学習モジュール２３６は、例えば、音方向探知センサ２１０でセンシングした音の方向性と、有効信号であるか否かということとを判断した結果を反復して学習データとして生成して累積し、累積した学習データから、統計的な特徴を抽出することにより、特定方向から入力される音は、有効信号ではないと処理することができる。ここで、該有効信号は、音方向探知センサ２１０の製造社が決定した基準を満足する信号を意味する。例えば、人間の音声だけが有効信号にもなり、周囲のノイズは、無効な信号とも見なされる。信号の周波数、振幅などに係わる所望する特性に基づいた他の基準も可能である。メモリ２３０には、それ以外にも、事物インターネット装置２００の全般的な動作を、プロセッサ２２０で制御するのに必要な多様なプログラム及びデータが保存されもする。
【００９５】
メモリ２３０は、例えば、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ  ｍｅｍｏｒｙ  ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ  ｄｉｓｋ  ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｃａｒｄ  ｍｉｃｒｏ  ｔｙｐｅ）、カードタイプのメモリ（例えば、ＳＤメモリまたはＸＤメモリなど）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｒａｓａｂｌｅ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、磁気メモリ、磁気ディスク、光ディスクのうち少なくとも１つのタイプの記録媒体を含んでもよい。
【００９６】
通信部２５０は、ブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））通信、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ）通信、近距離無線通信（ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ）、ＷＬＡＮ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｌｏｃａｌ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）通信、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）通信、赤外線（ＩｒＤＡ：ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｄａｔａ  ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）通信、ＷＦＤ（Ｗｉ−Ｆｉ  ｄｉｒｅｃｔ）通信、ＵＷＢ（ｕｌｔｒａ  ｗｉｄｅｂａｎｄ）通信、Ａｎｔ＋通信、ＷｉＦｉ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｆｉｄｅｌｉｔｙ）通信の方法を利用し、外部機器と通信することができるが、それらに制限されるものではない。
【００９７】
図２０を参照すれば、事物インターネット装置２００に具備される駆動機器２４０は、回転自在な構成のスピーカとして例示されている。以下の説明は、駆動機器２４０として、スピーカを例示して説明するが、駆動機器２４０は、それに限定されるものではない。事物インターネット装置２００は、入力される音波Ｓ１，Ｓ２の方向性を判断し、それに向かう方向にスピーカを回転させることができる。
【００９８】
事物インターネット装置２００は、入力される音波Ｓ１，Ｓ２のうち、有効信号（すなわち、有効音波）を識別することができる。例えば、ユーザＵからの音波Ｓ１、ユーザではない音源ＮＵからの音波Ｓ２を区別することができる。そのような区別は、入力された音の方向性と連繋し、有効信号であるか否かということを学習することによって可能となる。それにより、例えば、ＴＶ（ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）のように、固定された特定位置の方向から、有効ではない信号が持続的に入力されることを、学習を介して判断した後、入力された音波Ｓ１，Ｓ２のうち有効信号である音波Ｓ２の方向にスピーカを回転させることができ、また、音波Ｓ２と係わるアプリケーションを実行することができる。そのような事物インターネット装置２００は、人工知能スピーカとしても活用され、それ以外にも、多様な事物に適用され、当該事物が有する固有機能の活用度を高めることができる。
【００９９】
また、図２１は、一実施形態による自動車音声インターフェース装置の概略的な構成を示すブロック図であり、図２２は、一実施形態による自動車音声インターフェース装置が自動車に適用された動作を例示的に示す。
【０１００】
図２１を参照すれば、自動車音声インターフェース装置３００は、音方向探知センサ３１０及び有効信号抽出モジュール３５０を含む。有効信号抽出モジュール３５０は、有効信号抽出のための処理過程に係わるプログラムが保存されたメモリと、それを実行するプロセッサとによっても具現される。音方向探知センサ３１０としては、前述の実施形態による音方向探知センサ１００，１０１，１０２，１０３のうちいずれか一つ、またはそれが変形、組み合わされた構造が採用されもする。
【０１０１】
有効信号抽出モジュール３５０は、音方向探知センサ３１０で受信した信号を、その方向性により、有効な信号であるか否かということを判断し、有効な信号である場合、それを、自動車制御モジュールに伝達することができる。有効信号抽出モジュール３５０は、多様な方向から入力された音波のうち、運転手の方向以外の方向性を有する音波を、ノイズとして除去したり無視したりし、自動車制御モジュールに伝達することができる。
【０１０２】
図２２を参照すれば、自動車４００に具備された音方向探知センサ３１０は、運転手ＤＲからの音波Ｓ１と、乗客ＰＡからの音波Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とをセンシングする。音方向探知センサ３１０は、受信された音波の方向性を区分し、センシングされた結果を、有効信号抽出モジュール３５０に伝達することができる。有効信号抽出モジュール３５０は、運転手ＤＲによる音波Ｓ１のみを自動車制御モジュール４２０に伝達することができる。
【０１０３】
図２３は、一実施形態による空間録音（ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）装置の概略的な構成を示すブロック図である。図２３を参照すれば、一実施形態による空間録音装置５００は、音方向探知センサ５１０、音方向探知センサ５１０でセンシングした信号（例えば、音波）を分析し、音方向探知センサ５１０に入射された音の方向性を判断するプロセッサ５２０、並びにプロセッサ５２０の信号処理のためのプログラム、及び前記プロセッサの実行結果が保存されるメモリ５３０を含んでもよい。音方向探知センサ５１０としては、前述の実施形態による音方向探知センサ１００，１０１，１０２，１０３のうちいずれか一つ、またはそれが変形、組み合わされた構造が採用されもする。音方向探知センサ５１０は、周辺音を方向性と結び付けて録音することができる。音方向探知センサ５１０は、高い分解能で、音の入力方向を推定することができる。
【０１０４】
空間録音装置５００は、音の入力方向を推定した結果を活用し、所望する音源に集中する録音や、または所望する音源に対してのみ、選択的に録音することも可能である。空間録音装置５００は、録音された音を、方向性に合わせて再生するように、多チャネルスピーカ５５０をさらに含んでもよい。音方向探知センサ５１０は、メモリ５３０に保存されたオーディオ信号が、方向性に合わせて再生されるように、多チャネルスピーカ５５０を制御することができる。録音された音源を、方向性に合わせて再生することにより、録音されたコンテンツの臨場感を増強させ、没入感、実際感を向上させることができる。そのような空間録音装置５００は、拡張現実または仮想現実（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）装置に活用されることもできる。
【０１０５】
また、図２４は、一実施形態による全方向カメラの概略的な構成を示すブロック図である。図２４を参照すれば、一実施形態による全方向カメラ（６００）は、全方向に置かれた客体に対するパノラマ撮影が可能なカメラである。全方向カメラ６００は、音方向探知センサ６１０、全方向（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）撮影モジュール６４０、音方向探知センサ６１０でセンシングした方向性音波と、全方向撮影モジュール６４０で撮影した全方向映像信号とが整合されるように、音方向探知センサ６１０と全方向撮影モジュール６４０とを制御するプロセッサ６２０、並びに方向性音波及び全方向映像信号を保存するメモリ６３０を含んでもよい。音方向探知センサ６１０は、前述の実施形態による音方向探知センサ１００，１０１，１０２，１０３のうちいずれか一つであるが、あるいはそれらが変形、組み合わされた構造を有することができ、全方向からの音をセンシングし、方向性を知ることができる。
【０１０６】
全方向撮影モジュール６４０として、一般的なパノラマ撮影モジュールが使用されもする。例えば、３６０°回転自在な本体内に、光学レンズやイメージセンサなどの構成が具備された全方向撮影モジュール６４０が採用されもする。プロセッサ６２０の制御により、音方向探知センサ６１０でセンシングされた信号のうち、全方向撮影モジュール６４０での撮影方向に該当する方向の音が、選択的にメモリ６３０に保存される。そのように、全方向カメラ６００により、３６０゜パノラマ映像信号と、映像に整合する音波とがメモリ６３０に保存される。そのような映像／音情報は、多チャネルスピーカが具備されたディスプレイ装置によって再生され、臨場感を極大化させることができ、また、拡張現実／バーチャルリアリティ装置にも活用される。
【０１０７】
前述の実施形態による電子装置は、プロセッサ、プログラムデータを保存して実行するメモリ、ディスクドライブのような永久保存部（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｓｔｏｒａｇｅ）、外部装置と通信する通信ポート、タッチパネル、キー、ボタンのようなユーザインターフェース装置などを含んでもよい。
【０１０８】
前述の実施形態による電子装置において、ソフトウェアモジュールまたはアルゴリズムによって具現される方法は、前記プロセッサ上で実行可能なコンピュータで読み取り可能なコードまたはプログラム命令として、コンピュータで読み取り可能な記録媒体上にも保存される。ここで、コンピュータで読み取り可能な記録媒体として、マグネチック記録媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）及び光学的読み取り媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（ｃｏｍｐａｃｔ  ｄｉｓｃ  ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｃ））などがある。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式で、コンピュータで読み取り可能なコードが保存されて実行される。該媒体は、コンピュータによって読み取り可能であり、メモリに保存され、プロセッサでも実行される。
【０１０９】
以上、音方向探知センサ、及びそれを含む電子装置は、図面に図示された実施形態を参照に説明したが、前述のように、１つの共振器のみを有する共振構造でも代替される。また、前述の実施形態は、例示的なものに過ぎず、当該分野において、一般的知識を有する者であるならば、それらから多様な変形が可能であるという点を理解するであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されなければならない。本明細書の権利範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異は、権利範囲に含まれたものであると解釈されなければならないのである。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の、音方向探知センサ、及びそれを含む電子装置は、例えば、音声認識関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１００，１０１，１０２，１０３  音方向探知センサ
１１０＿ｋ，１１０＿ｉ＿ｋ  方向性振動体
１１５  無方向性振動体
１２０  支持部
１３０，１３１  ケース
１３４  音引き入れ口
１３５，１３７  音排出口
１４０  制御回路
１４１  演算器
１４２  メモリ
２００  事物インターネット装置
３００  自動車音声インターフェース装置
５００  空間録音装置
６００  全方位カメラ
ＳＧ＿ｉ  サブグループ
【図１】
2020030202.tif 000005
【図２】
2020030202.tif 000006
【図３Ａ】
2020030202.tif 000007
【図３Ｂ】
2020030202.tif 000008
【図４】
2020030202.tif 000009
【図５】
2020030202.tif 000010
【図６】
2020030202.tif 000011
【図７】
2020030202.tif 000012
【図８】
2020030202.tif 000013
【図９Ａ】
2020030202.tif 000014
【図９Ｂ】
2020030202.tif 000015
【図９Ｃ】
2020030202.tif 000016
【図９Ｄ】
2020030202.tif 000017
【図１０】
2020030202.tif 000018
【図１１】
2020030202.tif 000019
【図１２】
2020030202.tif 000020
【図１３】
2020030202.tif 000021
【図１４】
2020030202.tif 000022
【図１５】
2020030202.tif 000023
【図１６】
2020030202.tif 000024
【図１７】
2020030202.tif 000025
【図１８】
2020030202.tif 000026
【図１９】
2020030202.tif 000027
【図２０】
2020030202.tif 000028
【図２１】
2020030202.tif 000029
【図２２】
2020030202.tif 000030
【図２３】
2020030202.tif 000031
【図２４】
2020030202.tif 000032