3차원 음향홀로그래픽을 이용한 음원위치 추정에 관한 연구

A Study Absolute Position Estimation of Sound Source

본 논문은 음원의 절대위치를 정확하게 추정할 수 있는 음향홀로그래픽법에 관하여 계산기상의 시뮬레이션 및 측정시스템을 이용한 실험과결과에 대하여 서술한다. 이 연구에서는 원거리 음장을 만족하도록 측정면을 설정하여 7개의 마이크로폰을 직선으로 배열한다. 음원의 측정은 음원면에 근접한 위치에 한 개의 기준 마이크로폰을 설치하고 측정면의 마이크로폰들을 등간격으로 스캐닝하면서 각지점의 음을 동시 기록한다. 수음한 기준음과 측정음간의 크로스 스펙트럼 알고리즘에 의하여 음원의 절대위치를 측정한다. 그리고 각 마이크로폰의 위상차는 기준 마이크로폰을 대상으로 위상보상 하였으며, 측정시의 시간지연은 제 1열 측정시점을 기준으로 시간보상을 행하였다. 측정면에 설정한 마이크로폰들의 최적 간격은 수치 시뮬레이션에 의하여 정한다. 음원신호는 정현파를 이용하고 S/N비를 30dB의 조건하에서 각각 실험을 행하였다. 시뮬레이션과 실험에서 결정한 최적 마이크로폰 간격은 2KHz인 정현파 음원을 기준으로 하여 공간상의 나이키스트 조건을 만족하도록 설정하였다. 무향실에서 측정한 실험결고, 500Hz 와 1KHz의 신호원에 대한 음원이 2KHz인 경우의 추정된 3차원 홀로그램의 주극폭이 각각 87%와 30%씩 감소하였고, 그 결과 수치 시뮬레이션의 타당성을 확인할 수 있었다. 그러므로 본 연구에서 제안하는 3차원 음향 홀로그래픽법을 이용한 음원위치 추정에 관한 연구의 유용성을 검증하였다.

The paper describes simulations and experimental results using a measuring system which utilizes the acoustic holographic method in order to exactly estimate an absolute position of a sound source. The measuring surface is installed to satisfy with a far field to the sound source and is composed of linear arrayed seven microphones. A measurement is simultaneously recorded by a reference microphone setting up a neighbour sound source and the linear arrayed seven microphones which are moved to the same interval. An absolute position of sound source is estimated by the cross-spectrum method to the received sounds between a reference and the measuring microphones. Phase differences of each microphone and time delays during scanning are compensated to the reference microphone and the measuring time of the first column. An optimal interval for each microphone in the measuring surface is decided by a numerical simulation. A source signal makes use of a sinusoid, and S/N ratio is 30dB in the experiment. The optimal microphone's interval in the simulation and the experiment is decided in order to satisfy with the Nyquist space sampling condition related to the wave length of 2kHz sinusoid. Mainlobe width of a estimated 3D hologram in the case of 2kHz source signal is decreased to 87% and 30% in comparison to 500Hz and 1kHz, and then a valid of simulation results is confirmed. Therefore, we verified a utilization of the study for a sound source estimation using 3ㅇ acoustic holographic method.