KR100437174B1

KR100437174B1 - 스테레오음향시스템

Info

Publication number: KR100437174B1
Application number: KR1019970018860A
Authority: KR
Inventors: 빈터러 마르틴
Original assignee: 미크로나스 게엠베하
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2004-09-07
Also published as: DE59611450D1; JPH1094099A; EP0808076A1; KR970078741A; EP0808076B1; US6122381A

Abstract

본 발명은 하나 이상의 우측(R) 신호 및 좌측(L) 신호 뿐만 아니라 3차원 음향 효과를 전달하기 위하여 상기 우측 신호 및 좌측 신호(R,L)를 보조하는 추가적인 신호(C,S)를 포함하는 스테레오 음향 신호(R,L,C,S)의 신호원(1)을 갖고, 상기 우측 신호 및 좌측 신호(R,L)는 1쌍의 스피커(RL,LL)의 스테레오 베이스를 수정 회로(4)에 의해 매우 작게 조정되며, 상기 신호원(1)으로부터의 스테레오 음향 신호 중 우측(R) 신호 및 좌측(L) 신호만이 가능한 작게 왜곡되어, 상기 수정 회로(4)에 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

스테레오 음향 시스템{STEREOPHONIC SOOUND SYSTEM}

본 발명은 하나 이상의 우측 신호 및 좌측 신호와, 3차원 입체음향 효과를 전달하기 위해 상기 우측 및 좌측 신호를 보조하는 신호들을 포함하는 신호원을 갖는 스테레오 음향 시스템에 관한 것이다.

3차원 입향 효과를 제공하는 여러 방법들이 공지되어 있는데, 이 방법들은 특히 스피커와 관련된 4개의 각각의 채널을 이용한다. 상품명, 돌비 프로로직 (Dolby Pro Logic)"으로 알려져 있는 방법이 현재 많은 오디오 시스템 및 고급 텔레비젼 수상기에서 사용되고 있다. 이러한 시스템에서 3차원 음향 효과는 좌측 채널, 우측 채널, 중앙 채널 및 후방 채널을 설치하는 것에 의해 제공된다. 상기 후방 채널은 서라운드 채널이라고도 한다. 이러한 채널 분포는 양호한 3차원 음향 효과를 제공하고, 특히 청취자의 전방에 위치하는 중앙 영역으로부터 주로 들려오는 것으로 느끼는 음향에 대하여 양호한 3차원 음향 효과를 제공한다. 많은 경우에 있어서, 스테레오 신호는 실제의 공간 신호(spatlal slgnal)로부터 형성되는 것이 아니라, 현존하는 좌측 정보 및 우측 정보로부터 필터 회로를 통해 생성된다. 이 경우에는 의사 스테레오 음향 효과가 얻어지지만, 여기서도 음향 효과는 강조된다.

4개 이상의 스피커의 사용은 공간을 확보할 수 없기 때문에 종종 곤란하다.이 때문에, 필터 회로를 사용하여 다른 스테레오 신호가 조합되어 생성되는 방법이 알려져 있는데, 이것은 스피커의 개수를 줄여도 만족될 수 있도록 공간적인 음향 효과를 제공한다. 어떤 의미에서, 이러한 방법들은 상기 언급된 의사 스테레오 음향 시스템과 반대이다.

유럽 특허 EP-A 0 637 191호 명세서에는 3차원 음향 효과를 유지하면서 음향 재생기의 수를 줄일 수 있는 몇몇 회로가 개시되어 있다. 제한적인 경우에 있어서, 좌측 및 우측 음향 재생기는 3차원 음향 효과를 제공하기에 충분하다. 제거된 음향 재생기의 신호는 현존하는 음향 재생기의 신호에 전자적으로 중첩되며, 청취자의 좌우측 귀까지의 제거된 음향 재생기의 신호에 상당하는 신호 경로는 필터 및 지연 회로에 의해 현존하는 음향 경로를 통해 전자적으로 시물레이트된다.

더 단순화된 스테레오 음향 시스템에서, 청취자의 전방에 위치하는 음원을 표시하는 중앙 스피커는 중앙 신호를 관련 스테레오 필터 회로내에서 우측 및 좌측 채널 사이에 균등하게 분할함으로써 종종 사용하지 않을 수 있다. 이러한 동작 모드는 일반적으로 팬텀 모드(phantom mode)라고 불린다. 중앙 음향 재생 장치가 없는 그러한 모드는 특히 텔레비젼용으로 적합한데, 이는 고급 텔레비젼 수상기에도 통상은 우측 채널 및 좌측 채널에 대해 단지 2개의 내장 스피커만을 갖기 때문이다. 중앙 채널용 별개의 스피커는 구조적인 이유때문에 구현하기 어렵다.

팬텀 모드에 있어서, 텔레비전 수상기에서 중앙 채널의 분할은 비교적 근접하여 음향 재생기를 배치하고, 또한, 스크린상에 주로 표시되는, 예컨대 음향 중심 위치에 대응하는 뉴스 아나운서, 대화 장면 또는 음악 그룹과 같은 음향 이벤트에서도 선호된다.

텔레비전 방송을 수신하는 동안, 중앙의 음향 이벤트에서 기본적으로 양호한 음향 효과는 더욱 분산된, 특히 중앙에서 벗어난 음원의 이벤트에서 덜 양호한 음향 효과와 대조된다. 이것은 스테레오의 베이스로서 우측 채널 및 좌측 채널에 대해 2개의 내장 스피커 사이의 거리가 아주 좁기 때문이다 원칙적으로, 사용할 수 있는 스테레오의 베이스 폭 및 관찰 거리는 일치하지 않는다.

유럽 특허 출원번호 제95 11 8595,8(ITT 참조번호 C-DIT-1682)호 명세서에는 스테레오 베이스의 폭을 확장할 수 있는 회로가 개시되어 있다. 이것을 달성하기 위해서, 우측 신호 및 좌측 신호는 스피커에서 재생되기 전에 적절한 필터 회로에 의해 수정되고, 우측 및 좌측 채널에서 약 300 Hz 이상의 신호 파형의 차이가 강조되며, 공통 신호 성분은 약해진다. 공통 신호 성분은 본질적으로 중앙 신호를 나타낸다.

1994년 발행된 "ELRAD"의 제7권 페이지 76∼81에는 좌측 및 우측 신호의 스테레오 베이스 폭이 넓어지도록 하는 아날로그 회로가 개시되어 있다. 또한, 시판하고 있는 스테레오 프로세서로부터 출력된 신호를 이용하고, 외부 필터 회로를 통해 특정한 공간적 효과를 생성하는 회로가 개시되어 있다.

상기 기술된 스테레오 음향 시스템의 단점은 팬텀 모드, 즉 중앙 위치에 있는 음향 재생기를 전자적으로 시뮬레이션하는 동안 필터 회로에서 중앙의 효과가 다소 떨어져 부정확하게 변한다는 것이다. 또한, 스테레오 베이스 폭이 넓어지면, 그 중앙의 효과도 더 많은 손상을 입는다는 것이다.

본 발명의 목적은 음향 재생기의 수를 감소시키고, 스테레오 베이스 폭이 작고, 개선된 3차원 음향 효과를 제공하고, 특히 중앙 효과가 개선되는 스테레오 음향 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 3개의 음향 재생기를 갖는 종래의 스테레오 음향 시스템을 나타낸 블록도.

도 2는 3개의 음향 재생기를 갖는 본 발명의 일실시예를 나타낸 블록도.

도 3은 2개의 음향 재생기를 갖는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 블록도.

도 4, 5 및 6은 스테레오 베이스 폭을 전자적으로 증가시키기 위한 종래의 회로의 회로도.

도 7, 8 및 9는 모노럴 신호로부터 의사 스테레오 신호를 얻기 위한 종래의 필터 회로를 나타낸 블록도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 신호원

2 : 음향 중간 주파수 단

3 : 제어 장치

4 : 변형 회로

5 : 승산기

6.1, 6.2 : 가산기

RL : 우측 스피커

LL : 좌측 스피커

SL : 서라운드 스피커

본 발명은 좌측 및 우측 신호가 1쌍의 스피커의 과소한 스테레오 베이스에 적합하도록 스테레오 베이스 확장 수정 회로에 의해 조정하고, 가능한 작게 왜곡되는 스테레오 음향 신호 중 신호원으로부터의 우측 신호 및 좌측 신호만이 수정 회로에 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이점은 스테레오 신호의 신호원, 예컨대 상기 언급된 Dolby Surround Pro Logic 다중채널 디코더가 그 출력신호에 대해 팬텀 모드에서 동작하지 않고, 정상 모드에서 동작한다는 것이다. 따라서, 모든 스테레오 음향 신호, 예컨대 좌측 및 우측 신호, 중앙 신호, 서라운드 신호를 각각 도출하고, 가능하면 변형되지 않도록 한다. 우측 및 좌측 신호는 외부 스테레오-베이스-확장 회로에 공급되며, 중앙 채널은 소정의 계수에 의해 승산되어, 수정된 우측 및 좌측 신호에 가산된다. 개별 처리를 통하여 중앙 채널은 주파수에 따른 신호 성분에 대하여 스테레오-베이스-확장 회로 내에서 더 이상 수정되지 않는다. 따라서, 중앙 음향 효과는 선택된 스테레오-베이스 확장과는 별개이다.

본 발명과 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이다.

도 1에 블록도로 도시되어 있는 종래의 스테레오 음향 시스템은, 예컨대, 공지된 다중채널 디코더 형태의 스테레오 신호원(1)(예를 들어, 상기 언급된 돌비 서라운드 프로로직 프로세서)을 포함하고, 이 스테레오 신호원(1)은 우측 신호 R, 좌측 신호 L, 센터 신호 C, 서라운드 신호 S를 제공한다. 스테레오 신호원(1)내의 스테레오 필터 회로(1.1)에서는 음향 중간 주파수 단(2)으로부터 출력되는 스테레오 다중화 신호(SM)에 의해 스테레오 신호를 형성한다. 일반적으로, 이러한 처리는 디지털로 처리되고, 개별 신호는 디지털 아날로그 변환기(1.2)에 의해 아날로그 신호 성분으로 변환된다. 제어 장치(3)는 신호원(1) 및 선행하는 단(2)을 각각 제어 신호(3.1 및 3.2)에 의해 제어한다. 물론, 이러한 제어는 전체 회로가 텔레비젼 수상기의 일부분 또는 다른 장치의 일부분인지 여부에 따라 달라진다. 이 제어 장치(3)을 통해, 얼마나 많은 음향 재생기, 즉 스피커가 있는지 또는 재생이 헤드폰을 통해 일어나는지 여부를 미리 결정할 수 있다. 제어 신호(3.1)에 응답하여, 내부 스테레오 필터 회로(1.1)가 스위칭되고, 이것에 의해, 그 출력 신호가 변경되어, 재생기의 실제의 수에 적합하도록 된다. 광범위하게 사용되는 동작 모드는 상기 언급된 팬텀 모드이며, 이 팬텀 모드에서 중앙 신호(C)는 우측 신호(R)와 좌측 신호(L)로 균등하게 분리된다. 서라운드 신호(S)는 영향을 받지 않는다.

스테레오 베이스가 너무 작으면, 수정 회로(4)에 의해 보상된다. 이 수정 회로(4)에는 팬텀 모드에서 "R+C" 신호와 "L+C"신호가 제공된다. 중앙 신호 성분(C)은 스테레오 필터 회로(1.1)내에서 주파수에 대한 함수로서 가중된다. 수정 회로 (4)는 수정된 우측 신호(R1)와 수정된 좌측 신호(L1)를 출력하며, 이 신호들은 우측 스피커(RL)와 좌측 스피커(LL)에 각각 공급된다. 서라운드 신호(S)는 청취자의 뒤쪽에 적절하게 위치한 별도의 스피커(SL)에 의해 재생된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예를 도시한 블록도이다. 도 1과 동일한 부호는 도 1에서 설명한 동일한 기능의 소자를 나타내고, 따라서, 이들의 기능 소자에 관해서는 설명을 생략한다. 도 1과 같이, 스테레오 신호(R, L, C, S)의 신호윈(1)은 이 신호들을 디지털 신호 형태로 출력한다. 새로운 디지탈-아날로그 인터페이스가 각각의 신호 경로에 설치되어야 한다. 이 인터페이스에는 그 자체의 디지털 아날로그 변환기(1.2)를 설치하거나, 또는 별개의 입력을 통하여 신호원(1)을 이용할 수 있다. 도 2의 특징은 감소한 수의 음향 재생기에 의해서 신호원(1)이 더 이상 팬텀 모드로 스위치될 필요가 없고, 신호 감소는 베이스 폭의 확장(4)이 행해진 후에만 일어나는 것이다. 중앙 신호(C)는 승산기(5)에 의해 가중되어, 제1 가산기(6.1)를 통해 수정된 우측 신호(R1)와 가산되고, 제2 가산기(6.2)를 통해 수정된 좌측 신호 (L1)에 가산된다. 각 가산기에서 출력되는 새로운 출력 신호(R2 및 L2)는 우측 스피커(RL)와 좌측 스피커(LL)에 각각 공급된다. 중앙 신호(C)의 가중 동작은 제어 장치(3)로부터의 승산 계수 m에 의하여 결정된다.

수정 회로(4)를 거친 후에만 그와 같은 중앙 신호(C)의 처리를 행하는 것에 의해 도 1의 회로와 비교하여 얻어지는 이점은 스테레오 베이스 확장이 순수한 우측 신호(R)와 좌측 신호(L)만을 이용하여 달성된다는 것이다. 중앙 신호(C)에 의한 악영향은 수정 회로(4)내에서 처리되기 전에는 발생하지 않는다. 이것은 선행단(2)이 스테레오 다중 신호(SM) 뿐만 아니라 실제 3차원 성분을 갖는 신호를 전송하는경우에 특히 중요하다. 스테레오-베이스 확장 수정 회로(4)에 대해서는 통상의 회로를 사용하는 것이 가능한데, 예컨데, 전술한 학술지인 1994년 발행된 "ELRAD"의 제7권 페이지 76∼81에 개시된 종래의 회로를 이용할 수 있다. 설명에 필요한 기본 회로들은 도 4, 5 및 6에 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타내고, 여기에, 음향 재생기의 수는 단일 쌍의 스피커(RL, LL)로 감소되어 있다. 이 실시예는 좌측 및 우측 스피커를 내장한 텔레비젼 수상기에 특히 적합하다. 스테레오 베이스 폭이 상대적으로 좁고 서라운드 신호용 스피커가 없지만, 만족스런 3차원 음향 효과를 얻을 수 있다.

도 3의 회로와 도 2의 회로의 다른 점은, 서라운드 신호(S)가 필터 회로(7)에 공급되고, 이 필터 회로(7)는 서라운드 신호(S)로부터 1쌍의 의사 스테레오 신호(SR 및 SL)를 형성하고, 필터 회로(7)의 우측 성분은 각각 제3 가산기(6.3)에 의해 우측 스피커(RL)에 대한 신호(R2)에 가산되며, 제4 가산기(6.4)에 의해 스피커 (LL)에 대한 신호(L2)와 가산된다. 우측 신호(R3) 및 좌측 신호(L3)를 각각 형성하기 위한 각 신호 경로에서의 가산기의 순서 또는 조합(6.5 및 6.6)은 임의적이다.

단일 스테레오 신호 S로부터 1쌍의 의사 스테레오 신호(SR 및 SL)를 형성하는 필터 회로(7)는 도 7에 비해 매우 단순하게 구성할 수 있다. 도 7에 도시된 회로는 1986년 뉴욕의 Audio Engineering Society에서 "Stereophonic Techniques - An anthology of reprinted articles on stereophonic techniques"이란 명칭으로 출판된 간행물의 페이지 64∼69에 개시되어 있다. 이것은 1958년 4월, JAES, Vol.6, No.2, 페이지 74∼79에, M. R. Schroeder에 의해 "An ArtificialStereophinic Effect Obtained from a Single Audio Signal"이란 제목으로 출판된 간행물의 재판이다. 모두 개선된 회로(도 8 및 도 9)를 기술하고 있다.

도 4에 도시된 스테레오-베이스-확장 회로에서는 좌측 신호(L1) 및 우측 신호(R1)에 대한 방향성 효과는 높은 주파수 성분을 다른 방향의 채널에 대하여 역위상으로 결합하는 것에 의해 강조되고, 이것은 3차원 음향 효과에 중요하다. 이러한 결합은 각각 제1 결합단(K1)과 제2 결합단(K2)을 통하여 행하여진다. 신호 성분들은 각각의 고역 통과 필터(HP)에 의해 필터링되고, 승산기(M)에 의해 계수 k 만큼 가중된다. 역위상 상태는 감산기에 의해 2개의 결합기(K1, K2) 각각을 구성하는 것에 의해 간단하게 설정되고, 그 감수 입력에는 반대 채널의 고역 통과 필터(HP)에 의해 필터링된 신호가 제공된다.

도 5에 있어서, 스테레오-베이스-확장 회로는 가산기(ad)를 포함하며, 이 가산기의 출력 신호(L+R)는 우측 신호(R)와 좌측 신호(L)의 합이다. 이 가산기의 합 신호는 실제로 어떤 방향성 정보도 포함하지 않는 신호 성분을 나타낸다. 신호 성분은 고역 통과 필터(HP)와 승산기(M)에 의해 그 합계값으로 결정되고, 우측 신호 (R) 및 좌측 신호(L)로부터 감산된다. 따라서, 2개의 수정된 스테레오 신호(R1 및 L1)의 각각은 더 작은 공통 신호(L+R)를 포함하기 때문에, 2개의 신호원은 실제의 스피커의 위치를 이동시키지 않고서도 따로 이동된 것처럼 느껴진다.

도 6에 있어서, 차신호(L-R)는 감산기(sb)에 의해 우측 신호(R) 및 좌측 신호(L)로부터 형성된다. 이 신호를 크게 하면, 2개의 신호(R 및 L)는 더욱 독립적으로 될 것이다. 이 차 신호(L-R)의 고역 통과 필터링 성분은 정위상 관계로 각 신호경로에서 독립적으로 좌측 및 우측 신호 성분을 증가시키는데 사용된다. 이것은 가산기(K1)와 감산기(K2)를 이용하여 달성된다. 그러므로 도 6에 있어서도, 2개의 신호 경로에서 독립적인 신호 성분의 증가가 생기며, 청취자에게 스테레오 베이스 폭이 증가한 음향 효과를 제공한다.

도 7은 종래 기술에 의한 회로를 도시하고, 이것은 우측 스피커(RL) 및 좌측 스피커(LL)에 의해 재생되는 한쌍의 의사 스테레오 신호를 신호원(8)의 모노럴 신호 f(t)로부터 발생시킨다. 모노럴 신호 f(t)는 지연 소자(9)에서 약 τ= 100ms 만큼 지연되며, 이 지연된 신호는 가산기(K3)에서 최초의 음향 신호 f(t)와 가산된다. 이어서, 출력 신호 f(t-τ)+f(t)는 우측 스피커(RL)에 공급된다. 이와 유사하게, 지연 소자(9)의 출력 신호 f(t-τ)는 가산기(K4)에서 최초의 신호 f(t)와 결합되어, 신호 f(t-τ)-f(t)가 형성되며, 그것은 좌측 스피커(LL)에 공급된다.

방향에 의존하는 음향 효과는 지연 소자(9)에 의해 수정된 신호가 청취자의 양쪽 귀로의 음향 전달 시간의 차이와 결합되어, 바람직한 방향 감각을 시뮬레이트 한다.

도 8은 한쌍의 의사 스테레오 신호가 필터군(BP)에 의해 모노럴 신호 f(t)로부터 형성될 수 있는 공지된 기술을 도시하고 있다. 최초의 신호 f(t)는 복수의 협 대역 통과 필터(10)를 통해 일련의 개별 주파수 범위로 분리된다. 도 8에서 1 내지 16까지의 숫자로 표시된 연속적인 대역통과 필터 출력은 좌측 스피커(LL)와 우측 스피커(RL)에 교대로 접속되어 있다. 이러한 방식에 의해 다시 방향성 효과가 얻어진다. 개별적인 주파수 범위로 분할하고 분할한 신호를 2개의 스피커에 교대로 할당하는 것은 도 7에 도시된 장치의 원리와 유사하며, 지연시간 τ=100ms에 대응하는 모든 주파수의 배수에 대하여 이러한 분할을 도시한다.

도 9에 있어서, 최초의 신호 f(t)로부터의 의사 스테레오 신호의 형성이 필터군(BP)의 대역통과 필터(10) 각각의 출력에 위상 반전기(11)를 접속함으로써 더 개선되었다. 이 장치는 2개의 스피커(RL, LL) 중 하나에 대역 통과 필터(10)의 출력을 접속할 수 있도록 한다. 그러나, 출력은 각각의 대역 통과 필터(10)와 관련된 각 위상 반전기(11)를 통해서 교대로 제공된다. 이들 수단에 의해, 도 7 및 8에 도시된 장치에서와 같은 주파수 갭이 의사 스테레오 신호 중에 발생하지 않으며, 이로 인한 음향 효과도 악화될 우려가 적다.

도 7, 8 및 9에 도시된 회로는 종래 기술이며, 아날로그 회로로 기술되었다. 아날로그 회로에서 디지탈 회로로의 변환은 당업자에게는 용이할 것이며, 안정성에 대하여 공지된 이점을 갖게 될 것이다. 스테레오 음향 시스템의 구성에 대하여, 회로 전체 또는 그 일부가 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구성되는 것은 관계없다.

본 발명은 음향 재생기의 수를 감소시키고 스테레오 베이스 폭을 작게 적용하며, 3차원 음향 효과를 개선하고, 특히 개선된 중앙 효과를 갖는 스테레오 음향 시스템을 제공할 수 있다.

Claims

우측 신호(R) 및 좌측 신호(L) 뿐만 아니라 3차원 음향 효과를 전달하기 위하여 상기 우측 및 좌측 신호(R,L)를 보조하는 추가적인 신호(C,S)를 갖는 스테레오 신호(R,L,C,S)의 신호원(1)을 포함하는 스테레오 음향 시스템에 있어서,

상기 우측 및 좌측 신호(R,L)는 1쌍의 스피커(RL,LL)의 과소한 스테레오 베이스에 적합하도록 수정 회로(4)에 의해 조정되며,

상기 신호원(1)으로부터의 스테레오 음향 신호 중, 가능한 적게 왜곡되는, 우측 신호(R) 및 좌측 신호(L)만이 상기 수정 회로(4)에 공급되는 것을 특징으로 하는 스테레오 음향 시스템.
제1항에 있어서, 3차원 음향 효과를 전달하기 위하여 상기 우측 신호 및 좌측 신호를 보조하는 신호들은 중앙 신호(C) 및/또는 서라운드 신호(S)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 음향 시스템.
제2항에 있어서, 상기 중앙 신호(C)는 상기 수정 회로(4)의 출력 신호에 부가적으로 결합되어, 수정된 우측 신호(R1) 및 수정된 좌측 신호(L1)를 형성하는 것을 특징으로 하는 스테레오 음향 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 서라운드 신호(S)는 청취자의 뒤에 위치한스피커(SL)에 의해 재생되는 것을 특징으로 하는 스테레오 음향 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 서라운드 신호(S)로부터 1쌍의 의사 스테레오 신호(SR, SL)를 형성하는 필터 회로(7)를 구비하며, 상기 의사 스테레오 신호의 우측 성분(SR) 및 좌측 성분(SL)은 수정된 우측 신호(R1, R2) 및 수정된 좌측 신호(L1, L2)와 각각 결합되어, 1쌍의 스피커(RL, LL)를 통해 재생되는 것을 특징으로 하는 스테레오 음향 시스템.