음향 신호를 전기 신호로 변환하는 장치인 사운드 센서는 산업 자동화, 스마트 홈, 의료 진단 및 기타 분야에서 광범위하게 응용됩니다. 작동 원리와 감지 대상에 따라 사운드 센서는 주로 다음과 같이 분류됩니다.
I. 압전 센서
압전 사운드 센서는 석영 및 세라믹과 같은 재료의 특성을 활용합니다. 물질 표면에 음압이 작용하면 전하 변화가 유도되어 전기 신호가 생성됩니다. 이 센서는 다음과 같은 일반적인 응용 분야에서 높은 감도와 광범위한 주파수 응답을 제공합니다.
1. 마이크:일렉트릿 콘덴서 마이크(ECM)는 편광 일렉트릿 필름을 다이어프램으로 사용하므로 가격이 저렴하고 크기가 작아 가전 제품에 널리 사용됩니다. MEMS 마이크는 스마트폰에서 흔히 볼 수 있는 강력한 -간섭 방지 기능과 뛰어난 일관성을 특징으로 하는 반도체 프로세스를 통해 소형 용량성 구조를 통합합니다.
2. 초음파 센서:일반적으로 20kHz 이상에서 작동하는 이 장치는 압전 세라믹을 사용하여 초음파를 전송 및 수신하므로 거리 측정(예: 주차 센서) 및 흐름 감지와 같은 응용 분야에 적합합니다. 의료용 초음파 영상 장비에서 배열된 압전 센서는 밀리미터- 수준의 해상도를 달성합니다.
II. 전자기 유도- 기반 센서
이는 주로 다음을 포함하여 자기장 변화를 통해 전기 신호를 생성합니다.
1. 이동-코일 마이크:음파는 영구 자기장 내에서 코일을 진동시켜 자속선을 절단하여 전류를 생성합니다. 넓은 다이내믹 레인지로 인해 전문 녹음 장비에 일반적으로 선택됩니다.
2. 전자기 픽업:기타와 같은 악기에 사용되는 코일 픽업은 진동하는 금속 현을 통해 자기장의 강도를 변경하여 오디오 신호를 출력합니다.
III. 광학 사운드 센서
다음과 같은{0}}비접촉 감지 기술을 사용합니다.
1. 레이저 진동계:고온 또는 강한 전자기 간섭 환경에 적합한 도플러 효과를 통해 표면 진동을 측정합니다.- 기계적 고장으로 인한 비정상적인 음파를 감지하기 위해 산업적으로 사용됩니다.
2. 광섬유 음향 센서:음파가 광섬유의 굴절률을 변경하는 특성을 활용하여 분산 음향 모니터링을 가능하게 합니다. 이 기술은 송유관 누출 감지에 사용됩니다.
IV. 용량성 사운드 센서
정전용량 구조를 이루는 가동판과 고정판으로 구성되어 있으며, 음파는 판 간격을 변경하여 정전용량 값을 변화시킵니다. MEMS 마이크는 이 범주에 속하며 70dB를 초과하는 신호-대-잡음 비율을 달성합니다. 또 다른 유형인 실리콘 마이크로 용량성 마이크는 반도체 공정을 활용하여 소형 공기 구멍을 제작하므로 의료 청진 장치에 적합합니다.
V. 저항성 사운드 센서
탄소-입자형 마이크가 전형적인 예입니다. 음압은 탄소 과립의 접촉 저항을 변경하여 전류를 조절합니다. 주파수 응답 특성은 좋지 않지만 구조가 간단하고 가격이 저렴하여 초기 전화기에 널리 사용되었습니다.
6. 새로운 지능형 센서
기술 발전으로 인해 여러 기술을 통합한 하이브리드 센서가 등장했습니다.
1. AI 성문 인식 모듈:DSP 칩과 딥 러닝 알고리즘을 통합하여 스마트 보안 시스템의 특정 성문 특성을 실시간으로 분석합니다. Baidu AI Open Platform에서 제공하는 음향 모델은 98%의 정확도를 달성합니다.
2. 다중-매개변수 환경 센서:소리, 온도, 습도 및 기타 매개변수를 동시에 감지합니다. 예를 들어 4G 네트워크를 통해 데시벨 데이터를 클라우드 플랫폼에 업로드하는 스마트 시티의 소음 모니터링 터미널이 있습니다.
애플리케이션 시나리오 비교
| 센서 유형 | 감광도 | 비용 | 일반적인 애플리케이션 시나리오 |
| MEMS 마이크 | 높은 | 낮은 | 스마트폰, 스마트 스피커 |
| 다이나믹 마이크 | 가운데 | 가운데 | 무대공연, 방송녹음 |
| 초음파 센서 | 매우 높음 | 상대적으로 높다 | 의료용 초음파 검사, 산업용-비파괴 검사 |
| 광섬유-광학 센서 | 매우 높음 | 높은 | 석유 및 가스 파이프라인 모니터링, 국경 방어 조기 경보 |
기술 개발 동향
1. 소형화 및 통합:TSMC와 같은 제조업체는 센서와 프로세서의 SoC 통합을 위한 미래 잠재력을 갖춘 3mm×2mm 패키지의 MEMS 마이크 칩을 출시했습니다.
2. AI 역량 강화:Baidu의 PaddlePaddle과 같은 프레임워크는 에지측 음향 모델 배포를 지원하여 에지 컴퓨팅 기능을 갖춘 센서를 활성화합니다. 예를 들어, 유아 울음 감지기는 200ms 이내에 음향 스펙트럼 특징을 로컬로 분석할 수 있습니다.
3. 자체-전원 공급 기술:Georgia Tech의 압전-마찰전기 하이브리드 센서는 환경 진동 에너지를 활용하므로 IoT 노드 장치에 이상적입니다.
사운드 센서를 선택할 때 주파수 범위(사람의 청력 범위는 20Hz-20kHz), 감도(dB/V), 신호-대 잡음비를 포함한 매개변수를 종합적으로 평가하세요. 산업용 애플리케이션에서는 보호 등급(예: IP67 방진 및 방수)과 온도 적응성(작동 범위 -40도 ~ 85도)에도 주의를 기울여야 합니다. 5G 및 AIoT 기술이 확산되면서 사운드 센서는 단순한 신호 수집에서 지능형 인식 시스템으로 진화하고 있습니다.