스위칭기법을 이용한 탄소나노튜브 스피커 어레이의 지향성 제어

Abstract

스피커 어레이를 이용한 기존의 음장 재현 기술은 멀티채널 장비의 사용으로 인해 실험환경 구성의 비용이 증가하고 제약조건이 발생하는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 매우 작은 스피커 요소들의 극성을 전환시킴으로써 단일채널만으로 어레이의 지향성을 조절할 수 있는 기술을 제안한다. 각각의 스피커 요소들은 디스플레이 패널의 픽셀과 같이 동작하는데, 각 요소에 배정된 극성의 분포로 구성되는 이진 함수의 공간 푸리에 변환이 어레이의 빔패턴에 대응한다. 공간상에서의 연속 함수를 이진 함수의 형태로 변환하기 위해 공간 델타-시그마 변조가 사용되었다. 델타-시그마 변조 과정에서 공간상의 오버샘플링이 적용되며, 이는 스피커 요소의 크기가 작아지는 원인이 된다. 이에 우리는 스피커의 크기가 음압에 주는 영향이 적은 열음향 스피커를 사용하였는데, 특히 낮은 면적당 열용량으로 높은 효율을 보이는 탄소나노튜브(CNT)가 재료로 채택되었다. 제안된 기법으로 진행된 실험은 목표 빔패턴을 재현해내는 데 성공하였으며, 기존의 음장 재현 기술을 획기적으로 단순화하는 장점을 가지고 있다.