KR100708158B1

KR100708158B1 - 대형 스피커를 직접 구동하는 휴대용 음악 재생 장치 및오디오 시스템

Info

Publication number: KR100708158B1
Application number: KR1020050063283A
Authority: KR
Inventors: 김종배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-04-17
Also published as: KR20070008224A

Abstract

넓은 주파수 영역을 재생하는 하이-파이오디오용 스피커를 별도의 앰프 필요없이 내장된 디지털 앰프로 스피커를 구동할 수 있도록 한 직접 구동 휴대용 음악 재생 장치 및 오디오 시스템이 개시되어 있다. 본 발명은 내부 및 외부에 위치한 저장 매체에 저장된 압축 오디오 파일을 선택적으로 인터페이스하는 인터페이스부, 인터페이스부를 통해 입력된 압축 오디오 파일을 디코딩하고, 모바일 크래들 장착을 검지하면 상기 디코딩된 오디오 데이터를 PCM 형태로 변환하는 디지털 신호 처리부, 디지털 신호 처리기에서 변환된 PCM 데이터를 PWM 코드로 변환하는 PWM 변조부, PWM 변조부에서 출력되는 PWM 신호를 대전력 PWM으로 디지털 스위칭 증폭하는 스위칭 파워 스테이지부, 스위칭 파워 스테이지부에서 출력되는 각 채널별 디지털 PWM 신호에서 고주파의 노이즈 성분을 필터링하여 아날로그 신호로 변환하는 필터부를 포함한다.

Description

대형 스피커를 직접 구동하는 휴대용 음악 재생 장치 및 오디오 시스템{Portable sound player for driving loud speaker and audio system}

도 1은 종래의 휴대용 음악 재생 장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 휴대용 음악 재생 장치의 블록도이다.

도 3은 도 2의 내부 디지털 앰프를 이용한 오디오 시스템의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따라 PC 인터페이스를 이용하여 사운드 카드와 대출력 앰프 통합 오디오 시스템의 구성 예이다.

도 5는 도 2의 모바일 재생기를 장착하는 모바일 크래들과 주변 연결도를 도시한 것이다.

본 발명은 휴대용 음악 재생 장치에 관한 것이며, 특히 넓은 주파수 영역을 재생하는 하이-파이오디오용 스피커를 별도의 앰프 필요없이 내장된 디지털 앰프로 스피커를 구동할 수 있도록 한 직접 구동 휴대용 음악 재생 장치 및 오디오 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래의 휴대용 음악 재생 장치의 구성도이다.

도 1의 휴대용 음악 재생 장치는 음성을 재생하는 모바일 재생기(Mobile player)와 함께 좌우 채널 스피커(Speaker Left Ch/Right Ch) 그리고 소리를 증폭하는 외장 앰프부와 음량 조절 장치로 구성되어 있다.

도 1과 같이 저장된 음악 혹은 음성을 재생하는 모바일 재생기(Mobile player)는 외장 앰프부와 커넥터로 연결이 되며 이 커넥터를 통하여 스피커를 구동하기 어려운 작은 신호를 소리를 증폭하는 외장 앰프부에 전달하게 된다. 모바일 재생기(Mobile player)와 커넥터로 연결된 외장 앰프부는 이 신호를 받아 스피커를 구동할 수 있는 수준의 크기로 증폭하여 스피커에 입력하여 스피커를 통하여 모바일 재생기(Mobile player)에서 재생하는 소리를 이어폰이 아닌 스피커로 구동할 수 있다.

그러나 도 1과 같은 기존의 휴대용 음악 재생 장치는 진공관이나 트랜지스터를 이용한 아날로그 앰프는 전자의 열 운동에 의한 잡음과 증폭소자의 불완전한 직선성 때문에 신호의 왜곡을 피할 수 없다. 이 때문에 많은 컨디셔닝 소자들이 증폭소자 주변에서 지원을 해야 하며, 또 아날로그 앰프는 전원의 이용 효율이 높지 않다. 그러므로 도 1에서 나타낸 시스템과 같이 소형 패키지 내부에 장착된 아날로그 앰프의 경우 열문제와 증폭소자의 대형화로 고충실도와 대출력을 재생하는 앰프를 내장하여 만들기 어렵다. 그리고 라우드 스피커 역시 대부분 소구경 다이버 유니트(diver unit)을 사용한 소형 스피커이므로 인간의 청취 가능 주파수 영역인 20 ~ 20kHz를 충실히 재생할 수 없다. 대형 스피커를 구동하기 위해서는 별도의 대출력 아날로그 오디오 앰프를 필요로 한다. 그러나 이 경우 하이 파워 앰프를 사용 할 경우 열이 많이 발생하여 이를 방열하기 위하여 사이즈가 큰 냉각핀을 장착해야 하기 때문에 소형화하는데 한계가 있으며, 기존의 모바일 재생기(Mobile player)내부에 장착된 헤드폰 앰프등은 출력에 한계가 있다. 그러므로 위에 언급된 형태의 종래 기술들은 외장 모듈에 작은 출력의 아날로그 앰프와 주파수 충실도가 지극히 한정적인 소구경 스피커를 이용하여 시스템을 구성하게 되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 외부의 별도 앰프 없이 내장된 디지털 앰프를 이용하여 대형 라우드 스피커를 직접 구동할 수 있는 휴대용 오디오 재생장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 휴대용 오디오 재생 장치를 구동하는 오디오 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 재생 장치에 있어서,

내부 및 외부에 위치한 저장 매체에 저장된 압축 오디오 파일을 선택적으로 인터페이스하는 인터페이스부;

상기 인터페이스부를 통해 입력된 압축 오디오 파일을 디코딩하고, 모바일 크래들 장착을 검지하면 상기 디코딩된 오디오 데이터를 PCM 형태로 변환하는 디지털 신호 처리부;

상기 디지털 신호 처리기에서 변환된 PCM 데이터를 PWM 코드로 변환하는 PWM 변조부;

상기 PWM 변조부에서 출력되는 PWM 신호를 대전력 PWM으로 디지털 스위칭 증폭하는 스위칭 파워 스테이지부;

상기 스위칭 파워 스테이지부에서 출력되는 각 채널별 디지털 PWM 신호에서 고주파의 노이즈 성분을 필터링하여 아날로그 신호로 변환하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 시스템에 있어서,

디지털 앰프 기능을 구비한 모바일 음악 재생기;

상기 모바일 음악 재생기를 장착하는 모바일 크래들;

상기 모바일 크래들에 연결되어 상기 모바일 음악 재생기의 디지털 앰프에서 증폭된 사운드를 재생하는 라우드 스피커;

상기 모바일 크래들에 연결되며 상기 모바일 음악 재생기의 디지털 앰프 기능에 스위칭 파워를 공급하는 스위칭 모드 파워 서플라이를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 휴대용 음악 재생 장치에 도입되는 디지털 앰프에 대한 원리를 간단하게 설명한다. 디지털 앰프란 신호를 디지털 상태에서 증폭하는 앰프를 지칭한다. 디지털 앰프는 음향신호를 PWM(Pulse-Width-Modulation)이라고 하는 디지털 신호의 한 형태로 변환시킨 다음 이를 증폭하고, 증폭된 PWM신호를 LPF(Low Pass Filter저주파 통과 필터)를 통과시켜 라우드스피커(Loudspeaker)를 구동할 수 있는 원래의 아날로그 신호로 만들어낸다. 디지털 앰프는 PWM변조기와 PWM신호를 증폭시키는 D Class Switching 출력단으로 구성된다. 디지털 신호를 받아서 디지털 상태에서 PWM신호를 만들고 스위칭 증폭하는 앰프는 Digital-PWM Class-D Amplifier라 하고, 신호가 처리과정에서 항상 디지털 상태에 있으므로 이를 디지털 앰프라 한다. 그런데 진공관이나 트랜지스터를 이용한 아날로그 앰프는 전자의 열 운동에 의한 잡음과 증폭소자의 불완전한 직선성 때문에 신호의 왜곡을 피할 수 없다. 또 아날로그 앰프는 전원의 이용효율이 높지 않다. 디지털 앰프에서 PWM 신호는 1 비트(bit)의 디지털 신호로서 소리의 크기는 단지 구형파 신호의 폭(Width)으로서만 기록된다. PWM신호를 증폭하는 스위칭 출력단은 온-오프(ON-OFF)만 반복하므로 증폭소자의 직선성에 전혀 영향을 받지 않는다. 따라서 디지털 앰프의 전원이용률은 90%가 넘는다.

다시 도 2로 돌아가서, 도 2의 휴대용 재생 장치는 모바일(Mobile) 내부 혹은 외부에 위치한 저장 매체, 스마트 미디어(Smart Media), 콤팩트 플래시(Compact Flash), NOR 플래시(NOR Flash), NAND 플래시(NAND Flash), MLC 프래시(MLC Flash) 혹은 HDD 와 이를 DSP(214)에 연결하게 해주는 Flash/IDE 인터페이스부(212), 그리고 USB 케이블(219)을 통해 PC와 연결하기 위한 USB PHY(Physical Protocol Layer)칩부(218), USB 디바이스(216), ROM(222), RAM(224), 그리고 DSP(214)와 주변 장치 (예를 들면 PC)와 연결되는 메모리 버스(Memory Bus)와 주변 버스(Peripheral Bus), 그리고 DSP(214)의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(Digital to Analog Converter:232), 그리고 헤드폰 앰프(234)와 헤드폰(236), 그리고 PWM 변조기(240), 2채널 스위칭 파워 스테이지부(250), 그리고 제1,제2LPF(low pass filter)부(262, 264), 그리고 라우드 스피커(266, 268)로 구성된다.

도 2를 참조하면, Flash/IDE 인터페이스부(212)는 음악과 음성을 저장하는 내장 혹은 외장 저장 매체들(스마트 미디어, 콤팩트 플래시, NOR 플래시, NAND 플래시등)혹은 HDD 와 저장된 음악 데이터를 DSP(214)로 전달한다. USB PHY부(218)는 PC내부의 사운드 카드와의 사운드 데이터를 공유한다. USB 디바이스(216)는 USB PHY부(218)로부터 입력되는 사운드 데이터를 저장한다. DSP(Digital Signal Processor:214)는 Flash/IDE 인터페이스부(212) 및/또는 USB(216)로부터 선택적으로 메모리 버스(Memory Bus)와 주변 버스(Peripheral Bus)를 통해 수신된 압축 음악 파일을 소정의 복원 알고리듬을 통해 원래의 오디오 데이터로 디코딩한다. DAC(232)는 DSP(Digital Signal Processor:214)에서 디코딩된 처리된 디지털 형태의 오디오 데이터를 아날로그 신호로 변환한다.

헤드폰앰프(234)는 DAC(232)로부터 출력되는 아날로그 신호를 소출력 헤드폰을 구동시킬 만큼 증폭시킨다. 최종적으로 청취자는 헤드폰(236)을 이용하여 음악을 들을 수 있다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 모바일 재생기(310)를 모바일 크래들(320)에 장착할 경우 DSP(214)는 모바일 크래들 장착을 검지하고 DAC(232)로 출력되는 신호 를 디스에이블시켜 헤드폰으로는 음악이 재생되지 않게 하며, 그 대신 디코딩된 오디오 데이터를 PCM 형태로 변환하여 PWM 변조기(240)로 입력된다. PWM 변조기(240)는 DSP(214)에서 변환된 PCM 데이터를 PWM 코드로 변환한다. 2채널 스위칭 파워 스테이지부(250)는 PWM 변조기(240)에서 출력되는 소전력의 PWM 신호를 대전력 PWM으로 디지털 스위칭 증폭한다. 제1LPF(262) 및 제2LPF(264)는 2채널 스위칭 파워 스테이지부(250)에서 출력되는 각 채널별 디지털 PWM 신호중 인간이 듣는데 불필요한 고주파의 노이즈 성분을 제거하여 아날로그 형태의 오디오 신호로 변환된다. 최종적으로 좌,우 라우드 스피커(266, 268)는 제1LPF(262) 및 제2LPF(264)에서 출력되는 아날로그 형태의 오디오 신호를 재생하여 청취자에게 들려준다. 이때 좌,우 라우드 스피커(266, 268)는 2웨이 이상의 5인치 우퍼 이상으로 구성된 넓은 주파수를 커버한다.

도 3은 도 2의 모바일 재생기내부의 디지털 앰프를 이용한 오디오 시스템의 구성도이다.

모바일 크래들(320)은 디지털 앰프 기능을 구비한 모바일 음악 재생기(310)를 장착한다.

SMPS 모듈부(330)는 모바일 크래들(320)에 착탈 가능하며 모바일 재생기(310)의 디지털 앰프 기능에 스위칭 파워를 공급한다. 좌,우 라우드 스피커(266, 268)은 모바일 크래들(320)에 연결되어 모바일 재생기(310)의 디지털 앰프에서 증폭된 사운드를 재생한다.

도 4는 PC 인터페이스를 이용하여 사운드 카드와 대출력 앰프 통합 오디오 시스템의 구성 예이다.

도 4를 참조하면, 모바일 재생기(Mobile Player)(310)를 모바일 크래들(Mobile Cradle)(320)에 장착하면 PC(370)와 연결시켜주는 USB와 1394 케이블과 같은 인터페이스로 PC(370)의 외장 사운드 카드와 대출력 앰프를 함께 구성할 수 있다. 그리고 SMPS 모듈부(320)는 모바일 크래들(320)의 외부에 연결되며, 모바일 재생기(310)에서 증폭된 신호는 좌, 우 라우드 스피커(266, 268)에 직접 연결된다.

도 5를 참조하면, SMPS(Switching Mode Power Supply)모듈부(330)는 모바일 크래들(320) 외부에 위치하며 모바일 재생기(510)의 내부에 위치한 제1.제2LPF(262, 264)를 통과한 뒤의 증폭된 신호는 라우드 스피커에 직접 연결된다. 모바일 재생기(310)는 모바일 크래들(320)을 통해서 스피커 좌, 우 신호와 SMPS 신호선, PC로부터 USB 혹은 1394신호와 연결된다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 작은 크기에 열 방출량이 적은 고출력 디지털 앰프를 내장하고 있는 소형 모바일 재생기(mobile player)와 하이-파이용 라우드 스피커를 연결해주는 크래들(Cradle)과 SMPS 외장 모듈만으로 모바일 재생기(Mobile Player)를 이용하여 기존에 구성할 수 없었던 대출력 하이-파이 오디오 시스템을 구성할 수 있다. 이와 더불어 모바일 재생기와 PC 사이에 데이터 전송을 위한 USB와 1394등 인터페이스를 이용하여 모바일 재생기에 음악파일 전송 뿐만 아니라 PC 외장용 사운드카드와 대출력 앰프 역할을 수행 할 수 있다. 또한 모바일 재생기 내부 저장 매체에 저장된 파일들을 디지털 형태로 디코딩한 뒤에 바로 디지털 앰프를 이용하여 증폭하기 때문에 음질 열화를 방지할 수 있다. 또한 SMPS 모듈을 모바일 크래들의 외부에 위치하여 모바일 재생기의 휴대성을 향상시킬 수 있다.

Claims

오디오 재생 장치에 있어서,

내부 및 외부에 위치한 저장 매체에 저장된 압축 오디오 파일을 선택적으로 인터페이스하는 인터페이스부;

상기 인터페이스부를 통해 입력된 압축 오디오 파일을 디코딩하고, 모바일 크래들 장착을 검지하면 헤드폰으로 출력되는 신호를 디스에이블(disable)시키고 상기 디코딩된 오디오 데이터를 PCM 형태로 변환하는 디지털 신호 처리부;

상기 디지털 신호 처리부에서 디코딩된 오디오 데이터를 아날로그 오디오 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환부;

상기 디지털-아날로그 변환부에서 변환된 아날로그 오디오 신호를 헤드폰을 위한 소출력으로 증폭하는 헤드폰 증폭부;

상기 디지털 신호 처리부에서 모바일 크래들 장착에 의해 변환된 PCM 데이터를 PWM 코드로 변환하는 PWM 변조부;

상기 PWM 변조부에서 출력되는 PWM 신호를 대전력 PWM으로 디지털 스위칭 증폭하는 스위칭 파워 스테이지부;

상기 스위칭 파워 스테이지부에서 출력되는 각 채널별 디지털 PWM 신호에서 고주파의 노이즈 성분을 필터링하여 아날로그 신호로 변환하는 필터부를 포함하는 휴대용 오디오 재생 장치.
삭제
제1항에 있어서, 퍼스널 컴퓨터와 상기 디지털 신호 처리부 사이의 오디오 데이터를 소정의 인터페이스 규격을 통해 공유하는 주변기기 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 오디오 재생 장치.
제3항에 있어서, 상기 소정의 인터페이스 규격은 USB 또는 1394 임을 특징으로 하는 휴대용 오디오 재생 장치.
삭제