Increase of Side-lobe Level Difference of Spherical Microphone Array by Implementing MEMS Sensor

본 논문은 구형 마이크로폰 어레이의 부엽 레벨의 차를 증가시키기 위한 방법에 대한 연구 내용을 다루었다. 일반적인 어레이 신호처리에서 마이크로폰을 조밀하게 배치함으로써 어레이 응답에서의 주엽과 부엽 간의 차이를 늘릴 수 있고 어레이의 소음원 판별능력을 증가시킨다. 최근 사용되고 있는 상용 에레이들은 제작 단가와 어레이의 크기 때문에 센서의 수를 늘리는데 한계를 보이고 있다. 이런 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 MEMS 센서를 이용하여 구형 어레이에 적용하였다. 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 시뮬레이션과 실험을 통해 정현파 소음원을 측정하였다. 실험을 위해 32 개의 일반 측정용 마이크로폰을 이용한 어레이와 85 개의 MEMS 마이크로폰을 이용한 구형 어레이를 제작하였다. 구형 조화 분해기법과 빔형성기법을 이용하여 측정 데이터를 분석하였다. 2 kHz 이상의 소음원에 대하여 MEMS 마이크로폰 어레이가 4 dB 이상의 부엽 저감 능력을 가지는 것을 확인하였다.

A method for increasing the difference of side-lobe level in spherical microphone array is presented. In array signal processing, it is known that narrow interval between sensors can increase the difference between main lobe and side-lobe of array response which eventually increase the source recognition capability. Recent commercial array being used, however, have shown certain limitation in using the number of sensors due to its costs and geometrical size of array. To overcome this problem, we have adapted MEMS sensors into spherical microphone array. To check out the improvement, two different types of spherical microphone array were designed. One array is composed with 32 regular instrument microphones and the other one is 85 MEMS sensors. Simulation and experiments were conducted on a sinusoidal noise source with two arrays. The time history data were analyzed with spherical harmonic decomposition and beamforming technique. 85 MEMS sensors array showed the improved side-lobe level suppression by more than 4 dB above the frequency content of 2 kHz compared to 32-sensor array.