2007. 5.31.~ 6. 1. ○ ○ ○ ○ ○ 기술 개발 기술기획 TFT 1 차 회의 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 이성규 나노융합센서연구팀.

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1 2007. 5.31.~ 6. 1. ○ ○ ○ ○ ○ 기술 개발 기술기획 TFT 1 차 회의 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 이성규 나노융합센서연구팀

2 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 2 1. 연구과제 개념도 : 저소음 친환경 지향성 스피커 Speaker Array 지향음향공간 일반음향공간 개념 지향성 스피커란 다수의 스피커를 이용하여 소리가 정면방향으로 집중 하도록 음향제어를 함으로 정면 사용자에게만 크게 들리도록 하는 스피커  개인음향공간 서비스 기존의 이어폰 사용으로 인한 피로감 해소 및 개인 프라이버시 존중 가능 서비스 가정 / 사무실에서 TV,DID, PC Monitor 를 이용한 개인 방송 청취 및 개인 컴퓨터 작업 헬스클럽 / 매장 등에서 저소음 친환경적으로 개별 정보전달 * DID : Digital Information Display

3 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 3 1. 연구과제의 필요성 지향성 스피커 모듈 실시간 제어 보드 지향제어 알고리즘 튜닝 값 상용화 / 제품화 시장 가격 성능 가격 : 저가형 단일 DSP Solution 개발 성능 / 시장 : 맞춤형 지향성 스피커 모듈 설계 기 개발된 지향성 스피커 모듈 일차원 지향성 스피커 모듈  이차원 지향성 스피커 모듈 확장 제어 알고리즘  성능 향상 필요 실시간 제어 보드 (12 개 DSP@24 채널 스피커 )  단일 DSP * DSP : Digital Signal Processor

4 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 4 1. 국내외 기술 및 시장 동향 국외 경쟁 시장 및 업체의 추진 현황 미국의 Dakota Audio 는 일차원 및 이차원 배열의 스피커 어레이를 개발하여 박물관, 모니터, 일반 디스플레이 등에서의 지향성 스피커 적용 중 ( 판매단가 : 150 만원 ) ( 미 )ATC, Holosonic 에서는 초음파 방식으로 제품을 개발하여 박물관, 전시관에 적용하여 사 업 중 ( 판매단가 : 250 만원 ) 국내 경쟁 시장 및 업체의 추진 현황 국내 ( 디지파이 ) 에는 초음파 방식의 지향성 스피커가 출시되었으나 효율성, 유해성의 문제로 군사용으로의 적용을 검토 중 현재로 스피커 어레이 방식의 지향성 스피커는 국내 업체 전무 본 과제 개발목표 제조가 : 15 만원 사업화 전망 저소음 친환경의 개인화된 음향서비스가 개인단말기 문화와 어우러져 확대 전망 TV, 모니터에서의 개인음향공간용 지향성 스피커의 필요성 증대 Digital Signage 시장의 성장과 더불어 지향성 음향 통합 영상장치를 통한 시장 확대 공공장소 ( 국가기관 ), 박물관, 전시장에의 지향성 서비스가 요구되고 있으며, 지향성 경보장치, 조수퇴치 등의 서비스로 확대될 전망

5 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 5 스피커 모듈 최적화, 보정 2 차원 배열 지향성 모듈 사용자 편의기능추가 단일 DSP 솔루션 시범서비스 검증 추가 기술개발 e 상용화 제품화 상용화 제품화 TV 2. 연구 목표 및 내용 저소음 친환경 개인음향공간 서비스를 위한 지향성 스피커 모듈 개발 실시간 음향 신호처리 모듈의 저가형 단일 DSP Solution 개발 맞춤형 지향성 스피커 모듈 최적 설계 청취자 유무를 고려한 사용자 편의 기능 최종목표최종목표

6 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 6 2. 단일 DSP 실시간 음향제어 보드 개발 다채널 오디오 제어 시스템용 칩 선정 [ 칩 선정 ]   DSP 칩의 Frequency 는 24 채널 알고리즘 계산이 가능한 속도 : 200MHz 이상   오디오 포트 (McASP) : 2 개 이상 ( 한 개는 입력, 하나는 출력 담당 )   주변장치 인터페이스 (SPI): 1 개 이상 ( 외부신호에 따른 제어 )   L2 Memory : 128 이상 ( 프로그램을 위한 메모리 공간 )  이중 가장 가격대비 성능이 좋은 것은 TMS320C6743 칩 프로세서클럭 개당가격 (1ku 기준,$) $ 당 성능 TMS320C6743 200(1600)7.8205.1 375(3000)8.95335.2 TMS320C6745 375(3000)10.7280.4 456(3648)12.85283.9 TMS320C6746 375(3000)11.9252.1 456(3648)14.3255.1 Part Number Frequency (MHz) Peak MMACS On-Chip L1/SRAM On-Chip L2/SRAM McASPMcBSPI2CSPI main serial channel TMS320C6743200, 375 1600, 3000 64 KB128 KB2 21 12*2*1=24 9*2*1=18 TMS320C6745375, 456 3000, 3648 64 KB256 KB2 22 16*2*1=32 12*2*1=24 TMS320C6746375, 456 3000, 3648 64 KB256 KB122216*2*1=32

7 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 7 2. 단일 DSP 실시간 음향제어 보드 개발 단일 DSP 실시간 음향 제어 보드 설계 다이어그램 및 보드 구성 BD 1 BD 2 BD 3 [ 실시간 제어 보드 ]   BD 1  CPU (DSP) 보드 모듈   BD 2  입출력 보드 모듈   BD 3  파워 앰프 모듈

8 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 8 2. 단일 DSP 실시간 음향제어 보드 개발 단일 DSP 실시간 음향제어 보드 설계 및 제작 [ 실시간 제어 보드 ]   BD 1  CPU (DSP) 보드 모듈   BD 2  입출력 보드 모듈   BD 3  파워 앰프 모듈 BD 1 BD 2 BD 3

9 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 9 2. 단일 DSP 실시간 음향제어 보드 개발 단일 DSP 실시간 음향제어보드 처리 능력 점검 FFT - n=4096 - 1132 * (n/256)  18,112cycles 알고리즘처리 - n=4096 - (3/4*Nx + 33) *2  24,642 cycles iFFT - n=4096 - 1009*(n/256)  16,144 cycles N_ch =24, total cycles : 1,000,976 Total execution time = total cycle /DSP cycle = 1000976 /375MHz ~= 2.7 msec - 실행 DSP : TMS320C67xx - fs=48 kHz 에서의 기준시간 : 42.67msec - 24ch 계산시간 : 2.7msec << 42.67msec - 실행 margin : 40msec  대략 300ch 까지도 가능예상 Validity Check 음향재생속도 : fs=48kHz (42.67msec) (N 채널 음향 출력 )(1 채널 음향입력 )

10 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 10 3. 맞춤형 지향성 스피커 모듈 개발 이차원 지향성 스피커 음향 해석 ( 무향공간 ) 2 차원 배열 지향성 음향 제어 해석 결과   1 차원 배열 지향성 음향 제어와 비교하여 지향성능 향상   좌우 방향 뿐 아니라 상하 방향의 음향 지향 성능 향상 [ 일차원 배열만 이용 시 성능 ] [ 이차원 스피커 배열 모두 이용 시 성능 ]

11 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 11 3. 맞춤형 지향성 스피커 모듈 개발 영상 음향 연동 지향성 스피커 시스템   일차원 / 이차원 영상 음향 연동 지향성 스피커 개발   최대 장착가능 지향성 스피커 : 지름 1000mm   최대 장착가능 영상 시스템 : 20 인치 ~ 52 인치 Display   입력 오디오신호 : Stereo input ( +/- 0.3V max)   출력 오디오 신호 : 멀티채널 ( 3W max @ each speaker)

12 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 12 3. 가변제어 지향성 알고리즘 가변제어 지향성 알고리즘 : 제어대역 확대 Variable  ( 튜닝값 ) 지향제어 알고리즘   에너지 차를 결정하는  를 주파수에 따라 가변   Fixed  의 경우 900Hz ~ 6000Hz 지향성능 보장   Var.  의 경우 800Hz ~ 7000Hz, 지향제어 주파수대역 확대   정면 대비 20~26dB 음압 차 (10~20 배 )   스피커 모듈의 폭에 따라서 지향제어 주파수대역 설정 정면 30 도 60 도 측면 정면 30 도 60 도 측면 튜닝 값 정면 30 도 측면 60 도 Fixed  Variable  100Hz 확대 1kHz 확대

13 저소음 친환경 지향성 스피커 모듈 개발 13 4. 연구결과 활용 분야 / 방안 공공장소 ( 터미널, 역사 등 ) - 공공장소에 설치된 광고용 모니터 + 외장 스피커 시스템 - 편의점, 은행에 설치된 ATM 용 내장 스피커 - 교통정보, 장애인용 디지털 안내 데스크, 현금지급기 전시장 / 박물관 / 갤러리 - 전시장, 박물관, 갤러리 내 제품 / 작품 - 제품 홍보 / 설명용 외장스피커 헬스클럽 등 U- 생활지원 - A/V 시스템 통합 헬스기구 ( 런닝머쉰 등 ) 용 내장스피커 지향성 경고음 재생기 - 조류퇴치 스피커, 싸이렌 컨수머용 제품 ( 홈, PC 등 ) - 디지털 TV 전용 내 / 외장스피커 - 고사양 오디오 시스템용 전용 외장스피커 - 스피커 +A/V 시스템 일체형 오디오 기기