동적턱값과 주파수대역에네르기비를 리용한 탁구공의 실시간위치측정

 2023.10.23.

위대한 령도자 김정일동지께서는 다음과 같이 교시하시였다.

《우리는 중요과학기술부문에 힘을 집중하면서 레이자를 비롯한 새로운 과학기술분야를 발전시키며 새로 건설하는 공장들과 기술개건대상들에 최신과학기술을 적극 받아들이도록 하여야 합니다. 이와 함께 수학, 물리학, 생물학을 비롯한 기초과학에 대한 연구를 강화하여 그것이 인민경제와 과학기술발전에 적극 이바지하도록 하여야 합니다.》 (김정일전집》 제48권 523페지)

공간령역에서 음원의 위치를 결정하는데 음향신호처리방법이 많이 리용되고있다.

일반적으로 음원의 위치는 음향신호가 수감부들에 도착하는 시간차를 측정하여 계산하며 이때 도착시간평가는 최량화된 고정턱값을 리용하여 진행한다.

연구조에서는 탁구공충격음의 도착시간평가를 위하여 동적턱값과 주파수대역에네르기비를 결합한 방법을 리용하였으며 외부소음의 영향을 최소화하기 위하여 청진기와 같은 구조의 수감부를 설계하였다.

탁구판에서 발생한 탁구공충격음원의 위치를 결정하기 위하여 동적턱값과 주파수대역에네르기비를 리용한 구역판정법을 개발하였다.

신호의 진폭이 설정된 턱값들중 어느 하나를 벗어나는 첫 위치를 도착시간후보점으로 하였다. 저주파부분과 고주파부분의 에네르기비를 리용하여 주파수대역에네르기특징량을 추출하였다.

탁구공충격음원위치를 구역판정하기 위한 수감부의 배치방식과 구역분할을 보여주었다.

탁구공충격음원위치의 구역판정을 위한 구역분할
그림 1. 탁구공충격음원위치의 구역판정을 위한 구역분할

탁구공충격음원위치의 구역판정을 위해 5개의 음향수감부 1, 2, 3, 4, 5를 탁구판밑면에 《+》형태로 배치하고 탁구판을 크게 4개 구역으로, 작게 16개 구역으로 분할하였다.

10개의 수감부들에서 접수된 신호는 음향증폭기에서 증폭된 다음 ARM처리소자(STM32F407)에서 신호처리된 다음 블루투스통신모듈을 리용하여 콤퓨터나 손전화기에 전송할수 있게 하였다.

전송된 자료들은 신호처리대면부에 실시간적으로 현시된다.

탁구판-탁구공충격음원의 위치판정대면부
그림 2. 탁구판-탁구공충격음원의 위치판정대면부

이 연구결과는 잡지 《Applied Acoustics》[195 (2022) 108832]에 《Low-cost system for real-time detection of the ball-table impact position on ping-pong table》(https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2022.108832)의 제목으로 출판되였다.