감지기
산업 제조
음성 비서는 이제 거의 모든 제품, 가전, 기술에 내장됩니다. 편리함을 제공하지만 "오케이 구글", "알렉사" 같은 웨이크 워드를 지속적으로 청취하며 전력을 소모합니다. 기기가 확산되는 세상에서 이 에너지 발자국을 줄이는 것은 필수적입니다.
이 글은 음성 활동 감지(VAD)를 사용하는 저전력 상시 음성 명령 시스템의 핵심 설계 고려사항을 다룹니다. 사용자 친화적이고 에너지 효율적인 음성 사용자 인터페이스(VUI)를 가능케 하는 트레이드오프와 부품 선택을 살펴봅니다.
VAD는 시스템이 웨이크 워드를 듣기 전에 먼저 사람 음성을 확인합니다. 즉, 비서는 필요할 때만 전력을 소모합니다. 전 세계 42억 디지털 음성 비서가 2024년까지 두 배로 늘어날 전망인 가운데 VAD 도입은 사용자와 제조사 모두의 에너지 사용을 획기적으로 줄일 수 있습니다.
일반적인 VUI 하드웨어는 단일 또는 어레이 마이크로폰이 오디오 프로세서에 연결돼 음성을 캡처·처리합니다. 오디오 스트림은 에지 오디오 프로세서, 임베디드 프로세서 탑재 스마트 마이크로폰, 또는 표준 애플리케이션 프로세서(AP)가 처리할 수 있습니다. 에지 프로세서는 저전력과 저레이턴시에 최적화돼 있습니다. 출력 오디오 후처리도 가능하고, 클라우드 연결 시 메인 SoC와 통신해 무선 전송을 수행합니다.
그림 1은 아날로그 신호 경로로 초저전력을 달성하는 아키텍처를 보여줍니다: 아날로그 마이크로폰, 비교기, 음향 활동 감지 시 오디오 프로세서를 깨우는 인터럽트. 수동 웨이크업을 위한 푸시투토크 버튼도 추가 가능합니다.
아날로그 마이크로폰과 비교기는 항상 청취해야 하므로 최소 전력을 소모해야 합니다. Knowles IA8201 오디오 프로세서는 웨이크업 모드에서 1mW 미만 소모하며 고급 처리를 위한 1MB 메모리를 제공합니다. 이 단순 AAD(음향 활동 감지) 접근법은 리모컨, 웨어러블 같은 저전력 기기에 적합하지만 시끄러운 환경에서는 모든 소리에 깨어나 전체 소비를 증가시킬 수 있습니다. 또한 클라우드 연결 VUI 시스템은 웨이크 워드 전 500ms 프리롤 오디오를 필요로 해 탐지 정확도를 높입니다. Alexa 같은 스마트 스피커에 필수적입니다.
그림 2는 스마트 스피커용 프리롤 버퍼링을 지원하는 아키텍처를 보여줍니다. 이 기기들은 더 큰 배터리로 구동되며 500ms 순환 버퍼를 기록해 항상 청취하면서 주변 소음 레벨을 캘리브레이션합니다.
프론트엔드 아키텍처 선택은 마이크로폰 수, 아날로그 vs 디지털 신호, 필요한 처리에 따라 달라집니다.
그림 1 아키텍처의 경우 단일 아날로그 마이크로폰과 비교기가 프로세서를 트리거합니다. 활성 시 45µA만 소모하는 SNR >62dB 저전력 아날로그 마이크(예: Knowles SPV1840LR5H-B Kaskade)가 적합합니다. 전체 상시 아날로그 경로는 <67µA를 소모합니다. 압전 마이크로폰은 더 낮은 전력(약 10µA)을 제공하지만 일반적으로 낮은 SNR로 시스템 성능에 영향을 줍니다.
그림 2 같은 프리롤 가능 시스템의 경우 임베디드 프로세서와 2초 순환 버퍼를 가진 마이크로폰(예: Knowles IA611)이 적합합니다. IA611 상시 전력은 1.8V에서 0.39mA(90% 효율)로 배터리 구동 블루투스 스피커 같은 기기에 이상적입니다. 디지털 마이크로폰에서 PDM 입력을 받아 시스템 웨이크업 후 빔포밍을 위해 호스트 프로세서로 오디오를 전달할 수 있습니다.
그림 3은 일반적인 TV 리모컨에서 IA611 VAD 대 경쟁사 압전 AAD 마이크 배터리 수명을 비교합니다. 음향 활동이 5시간 지속될 때 VAD 솔루션이 8일 추가 배터리 수명을 제공합니다. 미국 가구 하루 평균 8시간 TV 시청을 고려할 때 중요한 차이입니다. 지능형 VAD 웨이크업으로 설계자는 더 전력 효율적인 VUI 시스템을 구축할 수 있습니다.
음성 기술은 스마트홈, 호스피탈리티, 디지털 워크플레이스, 음성 결제, 에너지 관리, 에지 컴퓨팅, 헬스케어, 산업 IoT 등 산업을 재편하고 있습니다. 각 애플리케이션은 특정 하드웨어 아키텍처와 마이크로폰 선택을 요구합니다. 설계자는 기기의 음성 사용 사례, 원하는 기능, 전력 제약을 평가해 최적의 VUI 솔루션을 선택해야 합니다.
Raj Senguttuvan 은 소비자 및 산업 애플리케이션 신기술 개발, 초기 단계 비즈니스 개발, 프로젝트 관리 분야에서 15년 이상 경험을 보유했습니다. Analog Devices, Texas Instruments 등 기업에서 근무했습니다. Knowles 전략 마케팅 디렉터로서 시스템 레벨 개발 주도, 벤처 투자 추진, IoT 및 소비자 기술(오디오 프로세서, 알고리즘, 마이크로폰, 센서, 수신기) 마케팅 전략 수립을 담당합니다. Cornell University MBA, Georgia Institute of Technology 전기공학 박사.
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지그(jig)는 드릴링이나 탭핑 같은 반복 작업을 수행할 때 제조 공구를 제자리에 고정하는 도구입니다. 반면 픽스처(fixture)는 제조 공구를 가이드하지 않고 워크피스를 고정된 위치, 방향, 장소에 고정합니다. 일반적인 바이스(bench vise)는 픽스처의 흔한 가정용 예시입니다. 차이점은 있지만, 지그와 픽스처 모두 큰 차이를 만드는 도구입니다. 생산성을 높이고, 부품 반복성을 개선하며, 부품 조립과 분해를 쉽게 하고, 안전한 작업 환경 조성에도 도움이 됩니다. 거의 모든 자동화된 산업 제조 공정은 제대로 기능하는 부품을
의료 기기는 제조하기 까다로운 제품입니다. 규제 요구사항과 생명과 직결된 구성 요소의 조합은 개발을 비용이 많이 들고 기술적으로 어렵게 만듭니다. 1단계: 아이디어 구상 및 개념화 의료 기기 개발의 첫 단계는 목표 시장에서 사용자 니즈를 식별하는 것입니다. 사용자의 니즈와 디자이너가 인식하는 니즈 사이의 간극을 최소화하는 것이 성공적인 제품을 만드는 데 중요합니다. 의료계의 니즈는 주로 두 가지 범주로 나뉩니다. 비타민과 진통제입니다. 비타민은 의료 솔루션은 아니지만 환자의 삶의 질을 지원하거나 개선합니다. 진통제는 의료 문제