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KR0185021B1 - 다채널 음향시스템의 자동 조절장치 및 그 방법 - Google Patents

다채널 음향시스템의 자동 조절장치 및 그 방법 Download PDF

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KR0185021B1 KR1019960055696A KR19960055696A KR0185021B1 KR 0185021 B1 KR0185021 B1 KR 0185021B1 KR 1019960055696 A KR1019960055696 A KR 1019960055696A KR 19960055696 A KR19960055696 A KR 19960055696A KR 0185021 B1 KR0185021 B1 KR 0185021B1
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Abstract

본 발명은 가정용 또는 개인용 음향의 청취 환경에 있어 최적의 청취 환경을 조성하기 위하여 재생 상태를 조절하는 다채널 음향시스템의 자동 조절자이 및 그 방법에 관한 것으로서, 종래기술은 다채널 음향에서 모든 채널의 음향 균형과 음질을 조절하여야 하고 각 채털의 스피커를 모두 접촉시키지 않으면 다채널 음향을 제대로 청취하지 못하는 문제점이 있었다. 이에따라, 본 발명은 시스템의 전달 특성 측정부에서 만들어 내는 백색 잡음을 각 스피커로서 발생시키고, 청취 위치의 마이크로폰 열을 통하여 각 스피커로부터의 전달 신호를 수집하고 전달 함수 계산부에 전달하며, 전달 함수 계산 계산하며, 각 스피커와 청취 위치 간의 전달 특성이 모두 같아지도록 각 음향 채널의 특성을 조절한다. 또한 장착된 스피커와 머리 전달 함수를 이용하여 허상 채널을 합성하여 재생하는 기능을 가지고 있다. 그러므로 주어진 청취 혼경에서 최적으로 음향을 재생할 수 있으며, 적은 스피커로도 허상 채널(Phantom Channel)에 의해 더 많은 스피커로 재생하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있으며, A/V 시스템인 경우 화면의 크기에 따라 음향의 재생 범위를 조절할 수도있는 기능을 가지고 있다.

Description

다채널 음향시스템의 자동 조절장치 및 그 방법(Deviec and Method for Automatic Equalization of Personal Multi-Channel Audio System)
본 발명은 다채털 음향 시스템의 자동 조절장치에 관한 것으로서, 특히 가정용 또는 개인용 고급 음향 시스템의 각종 파라메터를 측정하고 그에 따라 재생 특성 교정, 허상 채널 구성 등을 수행하여 자동으로 재생 상태를 조절하는 음향 재생 상태 자동 조절 장치에 관한 것이다.
현재의 음향 시스템들은 각 채널의 음량(volume) 및 균형(balance)을 조정한다.
종래기술의 음향 시스템에서는 수동으로 음향 균형을 조절하는 어려움을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 청취 수동으로 음향 균형을 조절하는 어려움을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 청취 위치의 검출기에 의한 음량, 지연의 조절로서 음향 균형을 자동 조정하였고, 또한 음향 균형(balance), 저음 감(bass)과 고음 감(treble)의 조절에 있어 이미 정해진 최소점과 최고점 사이에서 자동으로 변하여 갈 때 청취자가 적절한 값으로 선택하는 것이 있다.
또한, 현재의 가정용 또는 개인용 음향 시스템들은 정해진 재생 특성으로서 고정되어 있으며, 공연장, 극장 등의 재생 분위기를 모사하도록 되어 있으나, 청취 환경이 잘 구비되어 있지 않으면 제 기능을 발휘할 수 없다. 즉 스테레오 음향인 경우 두 스피커와 청취 위치가 대략 2등변 삼각형을 유지하지 않으면 음의 위치가 두 스피커 중 한 쪽으로 치중되어 버려 스테레오의 특성이 제대로 유지되지 않으며, 청취 환경의 특성에 따라 재생 음향의 특성이 변하므로 최적의 음향 및 분위기를 느낄수 없다. 또한 시스템에 따라 좌, 우 음량 또는 지연을 자동으로 조절할 수 있는 시스템이 있지만, 다채널 음향 시스템에 있어서는 음향 균형을 조절하는 것 만으로서는 청취 위치에서의 최적 청취를 위한 조절이 어렵다. 더욱이 요즘 들어 각 가정에 서는 고 품질의 음향 및 A/V(가정용 극장) 시스템의 수요가 점점 늘어나고 있으며, 영화 및 비디오의 음향도 좀 더 현실의 분위기를 전달하기 위하여 3차원적인 녹음을 하여 음의 재생 범위가 좌, 우 뿐만아니라 상, 후방까지 확대되고 있다. 이에 대해 각 다채널 음향 시스템의 청취 환경은 각양 각색이며, 스피커를 제대로 정렬 하여 적소에 배치하는 것이 불가능하다. 이에 따라 이상적으로 만들어진 음향 매체들은 제대로 청취하는 것이 어려우며 청취실의 구조를 음향 시스템에 맞추어 변경하는 것은 비용면에서나 효용면에서나 매우 비효율적이다.
따라서, 본 바명은 상기와 같음 문제점을 해결하기 위하여 시스템의 다채널이 음향을 입력으로 받아 들여 주어진 스피커의 배치 상태 및 청취 환경의 특성에 대해 청취 환경의 측정과 음향 시스템의 재생 특성의 교정에 의해 주어진 청취 환경에 최적으로 음향을 재생할 수 있게 하며, 적은 스피커로도 허상 채널(Phantom Channel)에 의해 더 많은 스피커로 재생하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있으며, A/V 시스템인 경우 화면의 크기와 위치에 따라 음향의 재생 범위를 조절할 수 있도록 하는데 있다.
제1도는 본 발명인 다채널 음향시스템의 자동 조절장치의 전체 블록 구성도.
제2도는 다채널 스피터의 청취가 위치에 대한 위치 조절 개념도.
제3도는 적은 채널의 음향시스템의 허상 채널 개념도.
제4도는 영상 매체의 위치 및 크기에 대한 조절 개념도.
제5도는 다채널 음향시스템의 자동 조절의 전체 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전달 특성 측정부 11 : 마이크
12 : 스피커 13 : 버퍼
14 : 절환장치 15 : 백색 잡음 발생부
20 : 절달 함수 계산부 30 : 재생 특성 교정부
40 : 허상 채널 합성부 45 : 합산기
50 : 음향 특성 DB(데이타베이스) 60 : 사용자 접속부
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도1은 본 발명의 다채널 음향 시스템의 자동 조절 장치의 전체 블록 구성도이다.
그 구성을 살펴보면, 전달 특성 측정부(10)는 디지털 신호로 발생되는 백색 잡음을 아날로그로 변환하여 각 스피커(12)를 통하여 차례로 재생하며, 각 채널의 신호를 청취 위치의 마이크로폰(11)열로 부터 청취 위치에 전달된 신호를 버퍼(13)를 통해 수집하게 된다. 이때 수집된 전달신호(16)는 전달 특성의 계산을 위하여 전달 함수 계산부(20)로 전송된다. 백색 잡음 발생부(15)는 초기화 시에만 스피커(12)에 접속된며, 초기화 후에는 음향 출력 신호에 접속되는데 이를 위하여 전환 자어치(14)가 필요하다. 각 스피커(12)의 백색 잡음은 전방 좌측, 우측, 중앙, 후방 좌측, 후방 우측 등의 순서로 발생한다. 이때 접속된 스피커의 구성은 사전에 사용자 접속부(60)에서 입력하여 스피커가 접속되지 않는 채널의 측정은 하지 않을 수도 있다.
그리고 절달 함수 계산부(20)는 상기의 전달 특성 측정부(10)로부터 전송되어 온 전달신호와 백색 잡음 신호를 이용하여 스피커의 조재 여부 및 각 스피커와 청취 위치 사이의 전달 특성, 즉 주파수 특성과 지연 시간, 거리, 방향 등을 계산한다. 전달 특성의 계산은 각 스피커의 기준 위치와 실제 스피커의 전달 특성 사이의 역 특성을 요구하는 것으로, 이에 의해 각 스피커의 청취 위치에서의 특성은 기준 위치에서의 특성과 같아 진다. 이 계산된 전달 특성은 교정부(30)의 필터 계수를 조절하는데 사용되며, 각 스피커의 실제 위치는 마이크로폰 사이의 신호의 도래 시간 차이로서 계산한다.
재생 특성 교정부(30)는 전달 함수 계산부(20)에서 계산한 재생 특성에 따라 필터를 구성하여 음향의 재생 특성을 교정하는 부분이다. 상기와 같이 이 부분에는 일반 음향이 입력이 되며, 필터를 통과한 출력은 스피커(12)를 통해 출력되는데, 이때 청취 위치에서의 특성은 기준 취치에서의 전달 특성과 같아진다. 만일 교정된 특성이 허용 기준을 만족하지 않으면 다시 측정을 하여 일정 회수까지 반복할 수도 있다.
또한 한 번 설정된 필터 계수는 메모리에 저장하여 다음에 그대로 사용할 수 있도록 한다. 이 부분이 필터 계수의 길이는 길 수록 좋은 결과를 얻을 수 있다.
허상 채널(Phantom channel) 합성부(40)는 음향 시스템에 접속된 스피커의 출력범위 밖의 음을 합성하는 부분으로서, 입력된 음향을 음향 특성 DB(Data Base) (50)를 이용하여 임의의 방향의 신호를 합성해 낸다. 합성된 허상 채널은 주로 전방 채널의 스피커에 의해 재생되며, 전방 채널의 두 스피커만 접속되어 있을 경우에도 상, 후방 채널의 신호는 허상 채널로 만들어 재생시키면 원하는 3차원이 음향을 청취할 수 있다.
음향 특성 DB(50)는 기준 스피커 배열의 음향 특성을 저장하는 공간으로서 전방 좌/우측, 중아, 후방 좌/우측, 상방 등의 특성을 저장한다. 저장된 특성들은 전달 함수 계산부(20)에서 역 피터를 구성할 때 사용되며, 허상 채널 합성부(40)에서 허상 채널을 합성할 때도 사용된다.
사용자 접속부(60)는 음향 시스탭의 자동 조절을 실시할 것인자 아닌가를 선택하며,사전에 스피커의 배지를 입력하며, 기준 스피커 매치를 선택하며, 영상 매체의 크기를 입력하는 등에 사용된다. 사용자 접속부(60)는 여러 개의 데이터를 입력할 수 있는 스위치들로 구성되며, 입력된 데이터는 각 부의 동작을 제어한다. 사용자 접속부는 또한 현재의 시스템의 설정 상태나 여러 가지의 필요한 정보를 사용자가 알기 쉽도록 표시한다.
이상에서 설명한 가정용 고급 음향 시스템의 자동 조절 장치는 다음과 같이 구성되어 동작한다.
전달 특성 측정부(10)는 랜덤 잡음이나 MLS(Maximum Length Seqence) 등의 잡음을 사용할 수 있다. 출력은 잡음 신호와 음향 신호가 선택적으로 출력될 수 있으며, 초기화의 측정 시에는 잡음이 출력되고, 초기화가 끝나거나 초기화를 하지 않는경우는 음향 신호가 출력되도록 스위치와 같은 절환장치(14)를 둔다. 이 절환 장치는 s/W(Software) 적으로 구현하는 것이 가능하다. 이렇게 출력된 신호는 음향의 출력 회로를 통하여 스피커(12)를 구동하고, 청취 위치의 마이크로폰 열에 의해 수검되며, 이 마이크로폰 열은 일정 간격의 2개 이상의 마이크로폰에 의해 구성된다. 전달 함수 계산부(a))는 디지털 신호 처리기(DSP : Digital Signal Processor)로서 구성할 수 있으며, 전달 특성 측정부(10)의 백색 잡음과 수집된 전달 신호의 상호상관을 이용하여 전달 함수를 계산하며, 각 마이코로폰의 지연을 비교하여 스피커의 방향을 계산할 수 있다.
계산된 전달 함수는 전체적으로 음향 특성 DB(50)의 기준 스피커 배열에 의한 전달 함수가 되도록 역 특성으로 변환한다. 이때의 기준 스피커의 배열은 사용자가 선택 가능하며, 일반적으로는 스퍼커와 청취 위치가 2.5 m인 것을 기준 스피커 배열로 한다.
A/V 시스템의 경우 영상 매체의 크기 및 위치에 의해 이미 계산된 각 스피커의 방향과의 관계에 의하여 전방 스피커를 영상매체의 크기 및 위치에 맞게 교정 함으로서 음향/영상의 동기를 조절한다.
재생 특성 교정부(30)는 가변 계수 필터 뱅크로서 전달 함수 계산부(20)에서 계산한역 특성을 필터 계수로서 입력하고, 입력되는 음향 신호를 필터를 통과 시켜 출력한다. 일반적으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터로 구성하며, 계수의 길이는 선택적으로 정할 수 있다.
허상 채널 합성부(40)는 입력되는 음향 신호로부터 스피커 배열을 구성하고 있는 전방 스피커 둥에 의해 존재하지 않는 스피커의 위치의 신호를 만들어 내는 것으로서, 2개 이상의 스피커에 의해 HRTF(Head Related Transfer Function) 등을 이용하면 허상 음 원을 만들어 낼 수 있는 원리를 이용한다. 이렇게 만들어진 허상 채널은 합산기(45)를 통해 입력 음향 신호의 전방 좌,우 채널과 합하여 져서 재생 특성 교정부(30)에 입력된다.
그리고 음향 특성 (DB)는 전달 함수 계산부(20)와 허상 채널 합성부(40)에서 필요한 HRTF 등의 특성을 저장하고 있다. 전달 함수 게신,부(20)와 허상 채널 합성부(⑾)에서 필요한 HRTF 등의 특성은 각 기준 스피커 배열에 대한 기준 청취 위치의 전달 특성이며, ROM(Read Only Memoly)으로 구성되어 있어 필요시 교체하는것이 가능하다. 각 특성은 시스템의 사양에 따라 다른 계수의 길이로서 구현될 수있으며, 재생 특성 교정부(30)의 필터와 허상 채널 합성부(40)의 필터에 필요한 HRTF 등의 특성을 전달하게 된다.
사용자 접속부(60)에서는 백색 잡음의 종류의 선택, 시스템의 작동시 초기화의 수행여부 선택, 허상 채널의 합성 여부 및 합성할 채널의 선택, 또한 초기화시 측정하여야 할 채널의 입력(입력치 않을 때는 전달 신호의 유 무에 따른 자동 감지, 필요시 실제 스피커의 방향과 거리도 입력 가능), 영상 매체의 크기 및 위치 입력 등의 용도로 사용 되며, 이를 위하여 여러 개의 스위치가 부착된다. 사용자 접속부(60)는또한 선택된 기능의 확인 및 현재 시스템의 상태를 표시하기 위하여 정보를 표시하는 부분이 있으며 이 부분은 LED(Light Emitted Diode)나 LCD(Liquid Crystal Display)로서 구현할 수 있다.
도 2 는 다채널 스피커의 청취자 위치에 대한 위치 조절 개념을 나타낸 것으로서, 청취자률 중심으로 일정 각도의 위치를 유지하는 다채널 스피커의 위치를 나타내고, 도 3은 적은 채널의 스피커일 때 허상 채널 합성부를 통해 실제로 여러개의 스피커에서 발생하는 음향을 청취자가 느낄수 있도록 한 다채널 스피커의 모사 개념도이며, 또한 도 4는 스크린의 위치 및 크기에 따라 다채널 스피커의 음향을 조절하는 것을 나타낸 개념도로서, 스크린의 크기가 좁아질 수록 스피커의 음향 위치도 조절되는 것을 나타낸다.
이와같은 본 발명의 자동조절방법을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자 접속부(60)에서 초기화를 수행하도록 되어 있는자를 감자하여(S11), 초기화를 수행하지 않도록 되어 있으면 기존의 재생 특성에 의하여 정상 동작을 수행하고(S19), 초기화를 수행하도록 되어 있으면 백색 잡음의 발생과 전달 신호의 측정(S12)에 의해 전달 함수를 계산(S13)한다.
이렇게 계산된 전달 함수와 기준 특성에 의해 역 필터 계수를 계산하며(S14), 역 필터를 통과하여 다시 스피커로 재생했을 때 청취 위치의 전달 특성이 허용 범위가 되는가를 판단하여(S16) 허용 범위에 미치지 못 할 경우 다시 측정과 계산과 평가를 다시 하도록 하며, 일정 회수 반복 후에는 가장 오차가 적은 결과를 필터 계수로서 선택하며, 사용자 접속부에서 허상 채널의 합성이 필요한지를 감지아여(S17)허상 채널이 필요한 경우 허상 채널의 종류에 따라 기준 특성을 적용하며, 압력 음향 신호를 기준 특성으로서 가변하여 합성된 허상 채널을 전방 좌, 우 채널에 더하고(S1S) 재생 특성 교정 필터를 통해 스피커가 접속된 채널로서 다채널 음향을 재생(S19)하는 일련의 순서로 진행한다.
이상과 같은 본 발명은 가정용 개인용 고곱·음향 시스템의 청취에 있어 청취 환경에 따른 다양한 열화 요인을 자동으로 조절하는 장치로서, 청취 환경 특성의 측정과 음향 시스템의 재생 특성 교정에 의해 주어진 청취 환경에서 최적으로 음향을 재생할 수 있도록 하며, 2개 혹은 3개의 스피커로도 허상 채널의 합성에 의해 5채널 이상의 스피커로 재생하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. A/V 시스템인 경우 화면의 크기에 따라 음향의 재생 범위를 조절 함으로서 보다 실감 나는 A/V 매체를 감상할 수 있으며, 주어진 청취 환경과 음향 시스템으로도 고 품질의 음향을 감상할 있으므로 일반인의 음향 시스템에 대한 욕구를 충촉 시킬 수 있다.
본 발명은 가정용 또는 개인용 음향시스템의 음향을 다양하게 청취 환경에서 최적의 청취 환경과 재생 특성을 유지하여 청취자에게 보다 낳은 음향을 제공하는데 그 목적이 있다.

Claims (5)

  1. 다채널 음향 시스템의 자동 조절 장치에 있어서, 디지털 신호로 발생되는 백색 잡음을 아날로그로 변환하여 각 스피커를 통하여 차례로 재생하며, 각 채널의 신호를 청취 위치의 마이크로폰 열로 청취 위치의 전달신호를 수집하며, 전달 특성의 계산을 위하여 전달 함수 계산부(20)로 전송하는전달 특성 측정부(10);
    상기 전달 특성 측정부(10)로부터 전송되어 온 전달 신호와 백색 잡음 신호를 이용하여 스피커의 존재 여부 및 각 스피커와 청취 위치 사이의 전달 특성을 계산하며, 이에 의해 각 스피커의 기준 위치와 실제 스피커의 전달 특성 사이의 역 특성을 구하며, 영상 매체의 크기와 위치에 대하여 특성을 보상하는 전달 함수 계산부(2D);상기 전달 함수 계산부(20)에서 계산한 재생특성에 의해 필터를 구성하여 오디오의 재생특성을 교정하며, 교정된 특성이 허용기준을 만족하지 않으면 다시 상기 전달특성 측정부(10)와 전달 함수 계산부(20)의 동작을 일정 회수까지 반복하게 하는 재생 특성 교정부(30);
    음향 시스템에 접속된 스피커의 범위 밖의 음을 재생하기 위하여 압력된 음향을 음향 특성 데이타베이스(50)를 이용하여 전방 두 채널에 의해 임의의 방향의 신호를 합성해내는 허상 채널 합성부(40); 기준 스피커 배열상의 전방 좌/우측, 중앙, 후방 좌우측 및 상방의 특성을 저장하는 음향 특성 데이타베이스(5D); 및 음향 시스템의 자동조절 실시 유무선택, 스피커의 배치, 기준 스피커 배치; 영상 매체의 크기를 입력하기 위해 사용되고, 현재의 시스템의 설정상태나 여러 가지의 필요한 정보를 사용자가, 알기 쉽도록 표시하는 사용자 접속부(60)를 구비한 것을 특징으로 하는 다채널 음향 시스템의 자동조절장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전달 특성 측정부(10)는 스피커의 초기화시에 백색잡음을 발생하는 백색 잡음 발생부(15)와; 상기 스피커를 통해 음향을 재생시키고 상기 백색 잡음 발생부(15)를 구동시키기 위해 절환하는 절환부(14)와;
    상기 마이크로폰 열로 부터 전달된 신호를 수집하는 전달신호수집부(13)로 구성된 것을 특징으로 하는 다채널 음향 시스템의 자동조절장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전달 함수 계산부(20)는 주파수 특성과 자연 시간, 거리, 방향을 계산하는 것을 특징으로 하는 다채널 음향 시스템의 자동조절장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 특성 교정부(30)는 상기 전달 함수 계산부(20)에서 계산한 역 특성을 필터 계수로 이용한 FIR필터이고, 그 계수의 길이를 가변시키는 것을 특징으로 하는 다채널 음향 시스템의 자동조절장치.
  5. 사용자 접속부를 구비하여 다채널 음향 시스템의 음향 재생 상태를 자동 조절하는 방법에 있어서, 사용자 접속부에서 초기화를 수행하도록 되어 있는지를 감지하는 제1 단계와; 초기화를 수행하지 않도록 되어 있으면 기존의 , 재생 특성에 의하여 정상 동작을 수행하고, 초기화를 수행하도록 되어 있으면 백색 잡음의 발생과 전달 신호의 측정에 의해 전달 함수를 계산하는 제2 단계와; 계산된 전달 함수와 기준 특성에 의해 역 필터 계수를 계산하는 제3 단계와; 열 필터를 통과하여 다시 스피커로 재생됐을 때 청취 위치의 전달 특성이 허용 범위가 되는가를 판단하는 제4 단계와; 이 판단에 의해 허용 범위에 미치지 못할 경우 다시 측정과 계산과 평가를 다시 하도록 하며, 일정 회수 반복 후에는 가장 오차가 적은 결과를 필터 계수로서 선택하는 제5 단계와; 사용자 접속부에서 허상 채널의 합성이 필요한지를 감지하는 제6 단계와; 상기 허상 채널이 필요한 경우 허상 채널의 종류에 따라 기준 특성을 적용하며, 얍력 음향 신호를 기준 특성으로서 가변하여 합성된 허상 채널을 전방 좌, 우 채널에 더하고, 재생 특성 교정 필터를 통해 스피커가 접속된 채널로서 다채널 음향을 재생하는 제7 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 음향 시스템의 자동 조절방법.
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