KR100444025B1

KR100444025B1 - 자동밸런싱및보정을하는6축서라운드음향프로세서

Info

Publication number: KR100444025B1
Application number: KR10-1998-0708630A
Authority: KR
Inventors: 제임스 더블유 포스게이트; 사무엘 존 울페
Original assignee: 하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 2004-12-13
Also published as: WO1997040642A1; KR20000010661A; EP0951800B1; EP0951800A1; TW411724B; JP3731674B2; ATE434352T1; US5666424A; JP2000509220A; DE69739464D1; EP0951800A4

Abstract

스테레오 신호(2, 4)의 다중 채널 재분배를 위한 서라운드 음향 프로세서에 있어서, 청취자에게 스테레오 소스 요소의 최상의 서라운드 음향 재생을 제공하기 위해 보정 과정 동안 입력 및 출력 이득을 설정하고 입력 신호(2, 4)를 자동 밸런스하기 위하여 청취 영역(72) 내의 바람직한 청취 위치에 배치된 마이크로폰(74)으로부터 입력 신호를 수신하고, 마이크로프로세서(51)에 의해 제어되며, 각 입력 및 출력 채널에서 디지털 방식으로 제어되는 이득을 가지며, 시각적 도움을 위해, 비디오 스크린(78) 상에 메시지 및 메뉴를 나타내는 마이크로프로세서와 시각 디스플레이(88)는 서라운드 음향 프로세서 내의 제어 신호의 6축 상대적인 레벨을 나타내는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 밸런싱 및 보정을 하는 6축 서라운드 음향 프로세서{SIX-AXIS SURROUND PROCESSOR WITH AUTOMATIC BALANCING AND CALIBRATION}

서라운드 음향 프로세서는 인지된 퍼포먼스의 이산 다중 트랙 소스(discrete multitrack source)에 비하여 직접적으로 고품질 음장을 제공하는 방식으로 동작하여, 2 채널 스테레오 소스 신호를 향상시키고 청취자 주위에 배열된 다수의 확성기를 구동시킨다. 그러므로 공간의 착각(illusion of space)이 생성되어, 청취자는 원 음향 환경의 풍부함, 방향의 질 및 청각적 차원 또는 "광활함"을 경험할 수도있다. 상술한 소위 음향의 다중 채널 재생은 현장 음향 효과와 관계된 "분위기" 또는 반향을 시뮬레이트하기 위하여 디지털 방식으로 생성된 오디오 신호의 시간 지연에 의존하는 종래의 음장 프로세서의 동작과 구별될 수 있다. 상기 종래 시스템은 본래의 퍼포먼스 공간으로부터의 정보에 기반한 음향을 방향성 있게 배치하지 않아, 그 결과 초래된 반향 특성은 확연히 인위적이다.

상기 목적을 이루기 위하여, 서라운드 음향 프로세서는 일반적으로 입력 행렬(input matrix), 제어 전압 발생기(control voltage generator) 및 변경 가능 행렬 회로(variable matrix circuit)를 포함한다. 입력 행렬은 일반적으로 입력 신호의 레벨 제어와 밸런스를 제공하고, 입력 신호의 정규와 역의 극성 버전을 발생시키며, 일정한 경우 위상편이 버전을 발생시키고/발생시키거나 프로세싱 요구 조건의 나머지에 의하여 필요한 것과 같이 신호를 다중 주파수 범위로 필터링한다. 제어 전압 발생기는 방향성 검출기(directional detector) 및 서보로직 회로(servologic circuit)를 포함한다. 방향성 검출기는 스테레오 음향 스테이지내의 상이한 방향으로 인코드된 음향을 나타내는 신호들 사이의 상관 관계를 측정하여, 두드러진 음향 방향성 위치에 대응하는 전압을 발생시킨다. 서보로직 회로는 이러한 신호들을 이용하여, 주위의 확성기에서 음향을 재생하도록 의도된 방향 및 음향 방향에 따라 변경 가능 행렬 회로 내의 전압 제어 증폭기(voltage controlled amplifier)의 이득을 변경하기 위하여 제어 전압을 구현한다.

변경 가능 행렬 회로는 전압 제어 증폭기 및 분리 행렬을 포함한다. 전압 제어 증폭기는 분리 행렬에 적용하기 위하여 변경 가능 이득으로 입력 행렬 오디오신호를 증폭하고, 이들을 이용하여 상이한 확성기 공급 신호 안으로 들어오는 잡음을 선택적으로 감쇠시킨다. 분리 행렬은 몇몇 상이한 방법으로 입력 행렬의 출력들 및 전압 제어 증폭기의 출력들을 결합하여, 확성기가 청취자 주위의 몇몇 상이한 장소 중 하나에 위치되도록 각각 확성기 공급 신호를 유발한다. 이러한 신호들 각각에 있어서, 일정한 신호 컨포넌트는 분리 행렬, 전압 제어 증폭기, 제어 전압 발생기, 검출기의 동작에 의해 동적으로 제거될 수도 있다.

서라운드 음향 프로세서에 있어서, 표현의 많은 세밀한 부분은 VCA's 및 제어 전압 발생기의 서보로직 회로 및 방향성 검출기의 특성에 기인한다. 이러한 것들이 좀 더 정제됨에 따라, 외견상 퍼포먼스는 청취자에게 보다 명백하고 쉽게 느껴지게 된다.

청취자에게 다중 채널 음향을 보다 정확하게 표현하기 위하여, 음향이 청취자 주위의 확성기 및 다중 증폭기를 통하여 표현될 때, 청취 영역 내의 청취자의 위치에서 동일한 상대 음향 효과(relative acoustic effect)를 갖도록 각 채널의 이득을 조정함으로써 시스템을 보정할 필요가 있다. 지금까지 이는, 차례로 각각에 구체화된 잡음 신호 형태가 제공될 때, 채널 이득의 수동 조정에 의하여 행해져 왔다.

그러므로 필요한 것은, 서라운드 음향 프로세서의 출력 신호의 음향 표현을 위해 사용되는 확성기 시스템 및 다중 채널 증폭기의 청취 영역 내의 청취자의 위치에서 최적의 퍼포먼스를 얻도록 서라운드 음향 프로세서의 입력 및 출력 채널 각각의 이득을 조정하는 자동 보정 및 밸런싱 시스템이다.

본 발명은 일반적으로 음향의 다중 채널 재생을 위한 프로세서에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 서라운드 음향 프로세서(surround sound processor)와 결합된 다중 채널 오디오 증폭기 및 확성기 시스템의 청취 영역 내의 실제 위치에서 청취자에게 최적 시스템 퍼포먼스를 제공하기 위하여 오디오 신호의 다중 채널을 재분배하고 서라운드 음향 프로세서의 개별 채널 이득을 조정하는, 마이크로프로세서에 의해 제어되는 전자 보정(electronic calibration) 및 밸런스 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 서라운드 음향 프로세서 내에서 발생된 6축 제어 신호의 상대적인 세기를 청취자에게 표시하는 시각 디스플레이 시스템과 관계가 있다.

도 1은 청취 영역 내에 위치한 마이크로폰과 청취 영역 주위의 확성기와 증폭기를 구비하는 본 발명에 따른 서라운드 음향 프로세서를 포함하는 서라운드 음향 시스템의 블록도.

도 2는 도 1의 시스템에 채용된 자동 밸런싱 및 보정을 위하여 마이크로프로세서를 일체화한 본 발명에 따른 6축 서라운드 음향 프로세서의 블록도.

도 3은 도 2의 프로세서에 채용된 레벨 검출 회로 및 마이크로폰 전치 증폭기의 상세도.

도 4는 본 발명에 따른 자동 밸런스 제어 센스 회로의 상세도.

도 5는 도 1의 프로세서에 채용된 레벨 제어 회로 및 입력 선택의 상세도.

도 6은 도 1의 마이크로프로세서에 의해 제어된 전형적인 출력 레벨 회로의 상세도.

도 7은 본 발명에 따른 시각 디스플레이 회로의 상세도.

도 8은 도 7의 시각 디스플레이 회로를 위한 전형적인 전면 패널 배치도.

도 9는 본 발명에 따른, 도 4의 센스 회로를 이용하는 입력 신호의 자동 밸런스를 위한 알고리즘을 도시한 흐름도.

도 10은 도 1의 프로세서에 채용된 입력 레벨 조정 알고리즘을 도시한 흐름도.

도 11은 도 1에 따른 본 발명의 마이크로프로세서와 마이크로폰을 이용하는 출력 레벨 보정 알고리즘을 도시하는 흐름도.

상기 목적으로 달성하기 위하여, 본 발명은 서라운드 음향 프로세서의 출력 신호의 음향 표현을 위해 사용되는 확성기 시스템 및 다중 채널 증폭기의 청취 영역 내의 청취자의 위치에서 최적 퍼포먼스를 얻도록 서라운드 음향 프로세서의 입력 및 출력 채널 각각의 이득을 조정하기 위하여, 마이크로프로세서를 일체화한 자동 보정 및 밸런싱 시스템을 구비한 개선된 서라운드 프로세서를 제공한다.

다른 측면에 있어서, 본 발명은 6개의 제어 신호 각각의 순간 상대적인 세기를 청취자에게 표시하는 시각 디스플레이를 제공하고, 각 축에 대해서는 6축 서라운드 음향 프로세서의 방향성 검출기 및 검출기 스플리터 회로가 제공된다.

하나의 실시예에 있어서, 음향의 다중 채널을 재분배하여 청취자 주위의 다수의 확성기로 재생하기 위한 서라운드 음향 프로세서 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 하나 이상의 소스 유닛으로부터 스테레오 오디오 신호를 수신하는 다수의 스테레오 오디오 입력과; 좌측 및 우측 채널 오디오 입력 신호로서 다수의 스테레오 오디오 신호 중 하나를 선택하는 선택 장치와; 오디오 입력 신호의 진폭을 제어하기 위한 좌측 및 우측 채널 각각에서의 디지털 방식으로 제어된 이득 조정 회로와; 입체 음향 프로세서의 출력에 다수의 확성기 구동 신호를 제공하기 위해 관련된 공격(attack) 및 감쇠(decay) 시상수를 제어하는 서보로직 회로 및 검출기 스플리터를 통과한 후, 방향성 검출기의 출력 신호로부터 유도되는 다수의 제어 전압 신호에 의해 제어되는 전압 제어 증폭기를 포함하는 행렬 회로 내에 결합되고 방향성 검출 장치에 의해 검출되는, 좌측 및 우측의 오디오 입력 신호의 순간 상대 크기와 위상에 의해 내부에 포함되는 방향성 정보에 따라 좌측 및 우측 오디오 입력 신호를 고정 및 변화하는 비율로 결합하는 입체 음향 프로세서와; 디지털 방식으로 제어된 감쇠기 회로 각각의 출력 신호 레벨의 조정을 위한 다수의 확성기 구동 신호에 적합한 다수의 디지털 방식으로 제어된 감쇠기 회로와; 보정 신호 소스와; 다수의 확성기에 의해 둘러싸인 영역 내의 한 지점을 위한 마이크로폰과; 직접 전압(direct voltage)을 디지털 신호로 변환하고 마이크로폰의 위치에서 음향 밀도에 비례하는 직접 전압을 마이크로폰으로부터 생성하며 마이크로폰으로부터의 입력을 수신하는 전치 증폭기 및 레벨 검출기 회로와; 마이크로폰 위치에서 다수 확성기 각각에 기인한 음향 밀도가 동일하도록 보정 신호의 출력이 인가될 때, 다수의 디지털 방식으로 제어된 감쇠기 각각의 이득을 차례로 자동적으로 조정하고 마이크로폰으로부터 상기 디지털 신호를 수신하기 위해 보정 모드로 구성되는 마이크로프로세서 제어기를 포함한다.

본 발명으로 얻을 수 있는 이점은 실제 청취자의 위치에서 다중 채널 음향을 보다 정확하게 재생하기 위하여 출력이 자동적으로 정밀하게 밸런스됨으로써 서라운드 음향 시스템을 보정하는데 있어 소비자가 쉽게 이용할 수 있다는 것이다.

또 다른 이점은 다중 채널 음장으로 스테레오 음향의 재분배를 제어하는 6축 제어 신호의 상대적인 세기의 청취자에 대한 시각 디스플레이를 통해 청취자에게 보정의 정확성과 변경을 확실하게 한다는 것이다.

본 발명의 중요한 새로운 특징은 마이크로프로세서를 일체화한 자동 보정 및밸런싱 시스템이고, 실제적인 청취 위치에서 각각의 상이한 입력 소스를 최적의 음향 퍼포먼스에 제공하기 위하여 각 채널의 입력 및 출력 레벨을 조정하기 위한 마이크로폰과; 개선된 디지털 방식으로 제어된 자동 입력 밸런스 시스템과; 6축 제어 신호의 상대적인 세기를 표시하는 시각 디스플레이와 함께 이용된다.

도 1을 참조하면, 청취자 주위의 다수의 확성기에 오디오 다중 채널을 표현하고, 서라운드 음향 프로세서가 청취 영역 주위의 음장을 생성하기 위하여 몇 개의 확성기 출력 신호들 사이의 스테레오 또는 다중 채널 행렬 소스 내에 존재하는 오디오 신호를 재분배하는 전형적인 서라운드 음향 시스템이 도시된다.

도 1에서 서라운드 음향 프로세서(1)를 포함하는 서라운드 음향 시스템 제어 유닛(108)은 비디오 디스크 플레이어(100), 비디오 카세트 레코더(VCR)(102), FM 튜너(104), 및 컴팩트 디스크 플레이어(106)와 같은 (비디오 및 다른 오디오 입력은 도시되지 않음) 하나 이상의 오디오/비디오 소스로부터의 스테레오 또는 모노 신호를 수신하도록 구성된다. 이러한 스테레오 오디오 신호 각각은 신호(118)에 의하여 제어되는 입력 이득 조정 회로(110-116)를 통하여, 신호 회선(121)에 의하여 제어되는 선택기 스위치(120), 및 그 곳으로부터 서라운드 음향 프로세서(1)의 좌우측 입력 단자(2 및 4)까지 지나간다. 프로세서(1)가 도 2에 도시되고 있고, 여기에서 도시된 요소들의 번호는 상기 언급된 동시 계속 출원 중인 미국 특허 출원 번호 제 08/624,907호의 도 1에 채택된 번호에 가능하면 대응되도록 작성되었다. 후술하는 바와 같이 이득 제어기(110-116)는 (53) 및 (55)로 라벨된 것들과 결합될 수도 있다.

프로세서(1)의 핵심 요소는 청취자 주위의 다수의 확성기로의 다중 채널 재분배를 위한 스테레오 입력 오디오 신호를 처리하는 회로이다. 이러한 핵심 요소는 도 1의 블록(122)에 의하여 표현되고, 블록(122)는 도 2에 도시된 바와 같이 입력 스테이지(6), 검출기 필터(8), 인버터(9), 검출기 행렬(10), 방향성 검출기(12), 방향성 스플리터(14), 서보로직 회로(16), 전압 제어 증폭기(VCA's)(18, 20, 22, 24, 26 및 28), 및 분리 행렬(30)을 포함한다.

블록(122)의 핵심 요소 외부에 있으나 여전히 서라운드 음향 프로세서 블록(1)을 구성하는 부분은 입력 감쇠기(53, 55)이고, 이는 신호(122)에 의하여 제어되고, 단자(2 및 4) 및 출력 버퍼(32, 34, 36, 38 및 40)에 인가된 입력 신호를 밸런스하도록 이용되며, 프로세서(1)의 단자(42, 44, 46, 48 및 50) 각각에서 확성기 공급 신호 LFO, CFO, RFO, LBO 및 RBO를 제공한다.

마이크로프로세서(51), 입력 밸런스 감쇠기(53 및 55) 및 회선(132)를 통하여 제어되는 출력 레벨 조정(31, 33, 35, 37 및 39)이 서라운드 음향 프로세서(1)내에 부가되었고 도 2에서 도시되고 있다. 회선(130)을 통하여 마이크로프로세서(51)에 의하여 제어되는 다중 폴 스위치(41, 43, 45, 47 및 49)는 각 출력 채널이 잡음 발생기(57)에 개별적으로 연결될 수 있게 한다. 마이크로프로세서(51) 또한 회선(121)을 통하여 입력 선택기 스위치(120)를 제어하고 회선(118)을 통하여 입력 이득 조정 회로(110, 112, 114 및 116)를 제어한다.

오디오 전력 증폭기 집합(52, 54, 56, 58 및 60)은 프로세서(1)의 출력 신호를 수신하고 청취 영역(72) 주위에 위치한 개별 대응하는 확성기(62, 64, 66, 68및 70)에 인가하기 위하여 각각의 출력 신호들을 증폭한다. 보정 및 밸런싱 목적의 마이크로폰(74)은 청취 영역(72) 내에 위치하고 있다. 마이크로폰 전치 증폭기 및 레벨 검출기 회로(76)는 회선(75)을 통하여 마이크로폰에 연결되고, 회선(77)을 통하여 마이크로폰에 의해 수신된 신호 레벨에 대응하는 DC 전압을 마이크로프로세서(51)에 제공한다.

마이크로프로세서(51)는 또한 케이블(79)을 통해 비디오 디스플레이 모니터(78)에 비디오 출력을 제공하며, 비디오 디스플레이 모니터는 소스(100, 102, 104 및 106)로부터의 비디오 신호를 표현하기 위해 사용되는 동일한 비디오 모니터일 수도 있다. 다양한 보정 및 밸런싱 프로세스가 진행 중에 있을 때, 비디오 디스플레이는 사용자에게 그 상태를 보고한다.

사용자 인터페이스 제어 시스템(80)은 회선(81)을 통해 마이크로프로세서에 제어 신호를 제공하여, 다양한 입력을 선택하고 보정 및 밸런싱 모드를 시작할 수 있도록 한다. 원격 제어 유닛(86)을 청취자 위치로부터 사용하여 사용자 인터페이스 제어 시스템(80)에 대한 입력에 영향을 줄 수 있다.

시각 디스플레이(88)는 회선(57)을 통하여 프로세서(1)의 블록(122)에 포함된 핵심 요소들의 내부 회로에 연결되고, 후술되는 도 8에서 도시되는 것과 같은 방식으로 배열된 많은 발광 다이오드 상에 이 회로에 의해 발생된 6축 제어 신호의 상대적인 세기를 디스플레이하도록 구성된다.

비디오 모니터(78), 마이크로폰(74), 원격 제어(86), 전력 증폭기(52-60), 확성기(62-70) 및 신호 소스(100-106) 외의 다른 도 1의 컴포넌트들은 모두 서라운드 음향 시스템 제어 유닛으로 설명된 공통 구역(108) 내에 위치될 수도 있다. 사용자 인터페이스(80)는 정상적으로 제어 유닛(108) 내에 있고 디스플레이, 제어 및 원격 제어 수신기를 구비한 패널을 포함할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 컨텐스트를 보다 명확히 하기 위하여 서라운드 음향 프로세서(1)의 블록 개략도가 도시되고 있다.

도 2에서, 서라운드 음향 프로세서(1)는 각각 좌측(L) 및 우측(R) 오디오 입력 신호를 수신하는 입력 단자(2, 4)가 갖추어져 있다. 이러한 신호들은 입력 스테이지(6)에 의하여 처리되고, 전형적으로 도 4에서 도시된 바와 같이 자동 밸런스 회로 및 이전에 참조된 다른 특허 또는 특허 출원서에서 설명된 레벨 제어 및 가능하면 파노라마 제어와 같은 신호 조절 회로를 포함한다. 이 스테이지로부터의 출력 신호는 LT 및 RT로 라벨되고, 회선(5)을 경유하여 검출기 필터(8)에 적용되고, 각각 회선(19, 21, 23, 25, 27 및 29)을 통하여 분리 행렬(30)에 연결된 VCA's(18, 20, 22, 24, 26 및 28)에 회선(3)을 통하여 적용된다. 도면을 명확하게 하고 단순화하기 위하여 도시하지는 않았지만, 이러한 신호의 반전 즉, -LT 및 -RT가 발생될 수도 있고, 또한 부가적인 회선(3)을 통하여 VCA's(18-28) 및 분리 행렬(30)에 제공될 수도 있다.

검출기 필터(8)는 인버터(9), 검출기 행렬 회로(10) 및 검출기 회로(12)에 LTF 및 RTF로 라벨된 필터링된 신호(7)를 제공한다. 신호 RTF는 인버터(9)에 의해 인버터되고 또한 검출기 행렬 회로(10)에 적용된다. 검출기 행렬(10)은 전방(L+R) 및 후방(L-R) 신호 방향에 대응하는 FTF 및 BKF로 라벨된 출력(11)을 발생시킨다.이러한 신호들은 또한 두개의 동일한 회로를 포함하는 검출기 회로(12)에 적용된다. 하나는 입력 신호 FTF 및 BKF를 수용하여 (13)에서 출력 신호 F/B를 생성하는 한편, 다른 하나는 입력 신호 LTF 및 RTF를 수용하여 (13)에서 출력 신호 L/R을 생성한다.

F/B 및 L/R로 라벨된 검출기 출력 신호(13)들은 검출기 스플리터 회로(14)에 적용되고, 여기에서 LF/RF, FT/BK 및 LB/RB로 라벨된 세개의 신호(15)가 생성된다. 이들은 차례로 서보로직 회로(16)에 적용되어 LFC, RFC, FTC, BKC, LBC 및 RBC로 라벨된 6개의 제어 전압 신호(17)를 제공하고, 각각 LF, RF, FT, BK, LB 및 RB VCA로 라벨된 6개의 VCA's(18-28)를 제어한다.

이러한 VCA's는 그들이 제공하려고 의도한 방향성 행렬에 따라 상이한 비율로 LT 및 RT 신호(3)를 수신하고, 각각 양 극성인 그들의 출력 신호(19에서 29까지)를 분리 행렬(30)에 인가하고, 분리 행렬은 또한 변경되지 않은 LT 및 RT 신호(3)를 수신한다. 상기에서 언급했던 바와 같이, 도 2에서는 도시되지 않았지만, 인버터 또한 이러한 신호 LT 및 RT를 위해 제공되어 각각 -LT 및 -RT를 발생시킬 수도 있다. 인버터의 출력을 또한 VCA's(18-28)의 몇몇 입력에 인가될 수도 있기 때문에, 이러한 인버터들은 입력 스테이지의 부분인 것으로 간주될 수도 있다. 본 발명의 이해를 위하여 필요하다면 세부 사항은 이전에 참조했던 동시 계속 출원중인 특허 출원서의 도 2-8에 도시되어 있으나, 다이어그램을 단순화하고 보다 명확하게 표현하기 위하여 본 명세서의 도 2에는 포함되지 않는다.

본 발명에 따르면, 행렬(30)로부터의 출력은 가변 감쇠기(31, 33, 35, 37,및 39)를 통하여 지나가게 되고, 각각 단자(42, 44, 46, 48 및 50)에서 출력 신호 LFO, CFO, RFO, LBO 및 RBO를 제공하는 증폭기(32-40)에 의하여 버퍼링된다. 이들은 프로세서(1)의 5개의 표준 출력을 형성하지만, 다른 출력(도시되지는 않음)들도 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 스위치(41, 43, 45, 47 및 49)는 기본적인 프로세서 회로의 일부분이 아니기 때문에 여기에서는 도시하지 않는다. 전형적으로 도시된 출력들은 전자 크로스오버 컴포넌트에 제공되어 도시된 5개의 출력 외에도 서브 우퍼 출력 L-SUB, R-SUB 및 M-SUB를 제공할 수도 있다. 이러한 기술들은 기술 분야에서 잘 알려져 있고 여기에서 더 설명하지 않겠다.

부가된 마이크로프로세서(51)가 입력 및 출력 회로 양쪽을 조정할 목적으로 제공되어, 청취 영역(도 1에 도시됨) 주위에 위치한 모든 확성기로부터의 최적으로 밸런스된 신호들을 임의의 특정 선호 청취 장소에 제공한다. 이 회로의 동작 원리는 본 명세서의 도 3-11을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

마이크로프로세서(51)는 단자(2 및 4) 각각으로부터의 LT 및 RT 입력과 직렬로 연결된 전압 제어 감쇠기(53 및 55)의 조정을 위한 신호(128)를 입력 스테이지(6)에 제공한다.

부가적으로 마이크로프로세서(51)는 단자(42-50)에서 서라운드 음향 프로세서 출력 신호에 의하여 각각 구동되는 확성기의 음향 출력의 상대적인 세기를 밸런스하기 위한 전압 제어 감쇠기(31-39)의 조정을 위한 신호(132)를 제공한다.

시각 디스플레이(88)는 도 7을 참조하여 후술되는 바와 같이 서보 로직 블록(16)으로부터 신호(87)를 수신한다.

마이크로프로세서(51)의 다른 접속들은 도 1에서 더 포괄적으로 도시되고 있기 때문에, 도 2에서는 도시하지 않는다.

도 3은 회로 블록(76)처럼 도 1에서 도시된 마이크로폰 전치 증폭기 및 레벨 검출기 회로의 상세한 개략도이다.

도 3에서, 저항기(R101 및 R102)는 그들의 접합에서 +2.5V의 DC 전압을 제공하고, 그 접합은 커패시터(C101)에 의하여 분리된다. 저항기(R103)는 단자(E101)를 통하여 마이크로폰에 DC 전압을 제공한다.

단자(E101)에서 마이크로폰 신호(MIC_IN)는 커패시터(C1O2) 및 저항기(R104)를 통하여 연산 증폭기(U101)의 비반전 입력에 연결된 AC이다. 이 OP-AMP 주위의 피드백 네트워크는, 비반전 입력에서 GND까지 커패시터(C103)와 직렬로 연결된 저항기(R105) 및 그 출력에서 비반전 입력까지 커패시터(C104)와 병렬로 연결된 저항기(R106)를 포함한다. 저항기(R105) 및 커패시터(C103)는 로우 주파수 응답을 롤오프(roll off)하지만, 약 2000 또는 66dB의 중간 대역 이득을 제공하고, 커패시터(C104)는 이용 가능 주파수 범위 이상의 하이 주파수 신호를 롤오프한다.

다음의 OP-AMP(U102 및 U103)는 관련된 저항기(R107-R111), 다이오드(D101-D102) 및 커패시터(C105)와 함께 종래의 전파 정류기 및 적분기를 구성한다. 도시된 전형적인 컴포넌트 값을 갖는 정류기의 시상수는 대략 1s이다.

OP-AMP(U103)으로부터의 DC 출력 전압은 저항기(R113-R114)를 포함하는 전압 분배기에 의하여 설정된 약 0.85V의 참조 전압과 비교되고, AUTO_CAL_HIGH로 라벨된 단자(E102)에서 저항기(R115-R117) 및 커패시터(C106)를 포함하는 네트워크를통하여 논리 하이 출력을 제공한다.

이 회로가 상당히 진부하지만, 값들은 특정 애플리케이션을 위해 최적화되어 마이크로폰에 대한 적당한 대역폭 및 주파수 응답과 도 1의 마이크로프로세서(51)에 의해 제어되는 자동 보정 모드를 위한 정류기에서의 가장 좋은 시상수를 제공한다.

도 4를 보면, 도 2의 입력 스테이지(6)에 포함된 자동 맬런스 회로의 일부분이 도시되어 있다. OP-AMP(U201)은 비교기로 사용되어 (R201 및 R204)의 접합에서의 전압과 (R202 및 R203)의 접합에서의 전압을 비교한다. "파노라마" 모드가 선택되는 경우, 단자(E202)에서의 전압은 하이, 즉 +5V에 있게 되고, 그렇지 않다면 로우, 즉 0V에 있게 된다. 그러므로 파노라마 모드에서 단자(E201)씩 적용된 F/B 신호는 출력이 하이로 가도록 하기 위하여 비파노라마 모드에서 보다 덜음(negative)으로 가야만 한다. 출력이 로우, 즉 약 -14V에 있게 되는 경우, 단자(E205)에서의 전압은 0V 근처의 로우인 반면, F/B 입력이 음으로 가서 OP-AMP(U201)의 출력이 하이로 가게 되는 경우, 단자(E205)에서의 전압은 약 4.23V까지 하이로 간다. 그러므로 존재하는 두드러진 전방 정보가 있는 경우, AUTO_BAL_WINDOW 신호는 하이로 가서 마이크로프로세서에게 밸런싱이 일어남을 알린다.

이 신호는 또한 스위치(U203)를 제어하여, 저항기(R212) 및 커패시터(C201)의 접합을 저항기(R210 및 R211)의 접합에 접속하며, 차례로 OP-AMP(U202)로부터의 출력을 감쇠시키게 된다. 이 증폭기는 제어 전압 발생기로부터의 신호 RFC의 크기에 응답한다. RFC가 양(positive)으로 가는 경우 스위치(U203)가 턴온된다면 커패시터(C201) 상의 전압은 증가하고, RFC가 음으로 가는 경우 커패시터(C201) 상의 전압은 감소한다.

커패시터(C201) 상의 신호는 대향하는 의미로 두개의 증폭기(U205 및 U206)에 적용된다. 그러므로 전압이 저항기(R214 및 R215)의 접합에서 약 -1.05V인 전압보다 더 음으로 가는 경우, 단자(E206)에서의 LEFT_HEAVY 출력은 약 +4.3V의 논리 하이 레벨로 간다. 마찬가지로 출력이 저항기(R216 및 R217)의 접합에서 +1.05V보다 더 양으로 가는 경우, 단자(E206)에서의 신호 RIGHT_HEAVY는 논리 하이 레벨로 간다.

이 회로의 목적은 신호들이 중앙 전방의 바로 좌측 및 중앙 전방의 바로 우측 사이의 윈도우에 있는 경우 우세한 신호들의 "좌(leftness)" 및 "우(rightness)" 사이의 밸런스의 정도를 평균내는 것이다. 영화 사운드 트랙에서의 대화 및 뮤지컬 녹음에서의 보컬리스트 또는 주요 연주자는 정확하게 중앙 전방에서 녹음하는 것이 일반적이나, 녹음 및 재생 체인, 때로는 매체에 있어서의 불완전함으로 인하여 이러한 밸런스가 항상 유지되는 것은 아니다.

그러므로 중앙 전방 입력이 "좌측이 강함(left heavy)"인 것으로 밝혀지는 경우, 좌측 입력 채널의 이득이 하향 조정되어(또는 우측 채널의 이득이 상향 조정됨) 좌측 및 우측 신호가 밸런스 상태에 있게 된다.

중앙 전방의 우세한 신호 기간 사이에, 스위치(U203)는 턴오프되고 커패시터(C201) 상의 전압은 천천히 약 30s의 시상수로 0으로 향하게 된다. 중앙 전방의 신호 우세 기간 동안, 밸런스된 상태에 신호를 저장하는 시상수는 약 60ms이다.

바람직한 경우, 자동 밸런스 회로는 단자(E204)에 논리 하이 레벨을 적용함으로써 디스에이블될 수 있고, 이로써 커패시터(C201)는 (R213) 및 스위치(U204)를 통하여 급속히 방전되어, 스위치(U204)가 턴온되어 있는 동안은 방전된 상태로 남아 있다.

본 발명의 이전의 특허 및 특허 출원서에 개시된 자동 밸런스 회로의 다른 구현에 있어서, 오프 밸런스 조건(off-balance condition)을 수정하는 수단은 아날로그 전압 제어 증폭기 또는 감쇠기였으며, 연산 증폭기(U205 및 U206)는 선형 모드에서 동작하여, 도 1의 서라운드 음향 프로세서(1)의 핵심부에 입력 신호를 밸런스하고 좌측 또는 우측 채널 각각의 이득을 적당한 값으로 감소시키기 위하여 아날로그 LEFT_HEAVY 및 RIGHT_HEAVY 신호를 생성하였다. 본 회로는 단자(E205, E206 및 E207)로부터 마이크로프로세서(51)에 디지털 입력을 제공함으로써 종래의 회로와 구별되고, 그 이득은 도 5, 9 및 10을 참조하여 후술할 디지털 수단에 의하여 조정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 도 1의 서라운드 음향 프로세서 제어 유닛(108)의 입력 회로의 일부분이 도시되며, 도 1의 스위치(120)에 상응하는 아날로그 멀티플렉서 및 도 1 및 도 2에 도시된 제어된 감쇠기(53 및 55)에 상응하는 디지털 방식으로 제어된 이득을 갖는 이중 채널 레벨 제어를 포함한다.

도 5에서, 두개의 8채널 아날로그 멀티플렉서가 (118)로 라벨된 공통 제어 신호와 함께 채택되어 있다. 신호 A, B 및 C는 입력 신호 쌍의 대응하는 하나를 선택하여 그 신호 쌍을 멀티플렉서의 X 출력으로 스위치하는 0에서 7까지의 8진 코드(000에서 111까지)를 구성한다. 이러한 멀티플렉서(U301 및 U302)는 산업 표준형인 CD4051(또한 다양한 제조업자들로부터 다른 상응하는 형태의 명칭으로 알려져 있음)이다. INH 신호는 임의의 입력이 다음 스테이지에 도달하는 것을 막기 위하여, 즉 뮤팅 제어(muting control)로서 이용되어 질 수도 있다. 신호(118)는 전방 패널 또는 원격 제어(86)로부터의 신호원의 사용자 선택에 응답하여 도 1의 마이크로프로세서(51)에 의하여 시작된다. 도 5에서 명확성을 위하여 도시하지는 않았지만, 부가적인 저항기가 멀티플렉서(U301 및 U302)의 X1-X7 핀 각각과 GND 사이에 위치하여 IC의 미사용 입력 상에 나타날 수도 있을 오디오 또는 DC 신호의 크기를 제한한다.

디지털 분압기(U303 및 U304)는 달라스 세미컨덕터(Dallas Semiconductor)로부터 이용 가능한 DS1267-010 형태이고, 약 10kΩ의 저항값을 갖는다. 도 5에 도시된 구성에서, OP-MAP(U305) 주위의 저항기(R319)를 통한 음의 피드백 전류는 분압기(U303)의 일부분에서 OP-AMP(U305)의 반전 입력으로의 경로와 저항기(R318)에서 GND로의 경로 사이를 나눈다. 이는 분압기(U303)의 와이퍼(W)가 (U303)의 L 핀으로부터 H 핀으로 이동함에 따라 단자(L1)으로부터 단자(L)로 스테이지의 전압 이득이 증가하도록 한다. 커패시터(C301 및 C303)는 오디오 주파수에서 이득을 이퀄라이즈(equalize)하고, 더 높은 주파수에서 롤오프를 제공한다.

멀티플렉서 또는 선택기 스위치(U301 및 U302)와 접합하고 있는 디지털 분압기(U303 및 U304)를 이용하는 이점은 이득이 전형적인 서라운드 음향 프로세서에서제공되는 8개의 입력 각각에 대하여 정확한 디지털 방식으로 제어된 값으로 설정될 수 있다는 것이다. 이는 도 1 및 도 2의 분압기(110, 112, 114, 및 116)의 기능들을 분압기(53 및 55)의 기능들과 효과적으로 결합하여, 룸 밸런스(room balance)가 항상 최적화되고 룸 음향 레벨은 각 신호원에 대하여 표준화될 수 있다. 본 발명의 부가적인 이점은 자동 밸런스 보상이 이러한 분압기에 대하여 디지털 제어 신호로 부가될 수 있어, 대응하는 아날로그 구현에 비하여 부분 비용에 있어서 상당한 절감을 이룰 수 있다는 것이다.

도 6을 보면, 좌측 전방 출력을 위해 도시되고 디지털 분압기(U401)를 채택하는 유사한 회로를 서라운드 음향 프로세서 코어(122)로부터의 각 출력 채널에서 이용하여, 원하는 볼륨 레벨이 자동 보정 동안 각 출력 채널을 위하여 얻어진 레벨 세팅에 부가될 수 있도록 하고, 이러한 레벨을 제어하는 프로세스는 이하에서 도 11을 참조하여 설명될 것이다. 도 6에서 출력 감쇠기(31)의 디지털 분압기(U301)는 달라스 세미컨덕터 파트 번호 DS1802이다.

다음의 버퍼(U402)는 도 1 및 도 2에 도시된 버퍼(32)를 나타낸다. 버퍼는 이퀄라이제이션 스테이지를 구동하는 것으로 도시되고, 많은 경우에 있어서 그러한 프로세서들은 THX 인스톨레이션(THX는 영화 사운드트랙의 재생산을 위한 시스템임)에서 사용되고, THX 스펙은 이퀄라이제이션 필터가 이용 가능하도록 요구한다.

도 7은 서라운드 음향 프로세서(1)의 제어 전압 발생기에 의하여 얻어진 다양한 조종 신호(steering signal)의 상대적인 세기를 시각적으로 표시하는 도 2의 디스플레이 회로(88)의 상세한 개략도를 나타낸다. 이 회로에서, 도 2의 검출기 스플리터(14)로부터의 세개의 "스플리터" 신호의 각각이 버퍼 및 인버터에 적용되어, 6개의 출력을 제공한다. 각 출력은 발광 다이오드(LED)를 통하여 LED에 고정된 전류를 제공하는 공통 트랜지스터(Q502)에 결합된다.

대응하는 제어 신호가 음의 방향으로 변화함에 따라 LED(D501-D506) 중 하나는 이 전류의 다소를 공유함으로써 디스플레이는 LED가 어느 쪽에서 가장 높은 신호를 수신하고 있는지를 표시한다.

도 7의 단자(E501)에 인가된 신호 LED_DIM은 트랜지스터(Q502)에서 LED(D501-D506)로 공급되는 전류를 변화시킴으로써 디스플레이의 밝기를 변화시킨다.

단자(E502)에 적용된 신호 CF/CB를 항상 이용하여, 버퍼(U504)가 저항기(R509)를 통하여 "서라운드" LED(D501)에 신호를 제공한다. 저항기(R510 및 R511)를 구비한 OP-AMP(U505)를 포함하는 인버터는 저항기(R512)를 통하여 "CF" LED(D502)에 전류를 제공한다. 역전압이 존재할 때 LED에 대한 손상을 피하기 위하여, 신호 다이오드(도시되지 않음)는 LED(D501-D506) 각각과 비평행으로 위치할 수도 있다.

단자(E503)에 적용된 LB/RB 신호는 산업 표준 CD4053 형태와 같은 CMOS 스위치를 통하여 버퍼(U506) 및 인버터(U507)에 접속되고, 저항기(R513 및 R516) 각각을 통하여 "RB" 및 "LB" LED(D503 및 D504)에 전류를 제공한다. 스위치(U501)가 오프인 경우(이는 신호 단자(E504)에 적용된 MONO_BACKS가 하이인 경우에 발생함), 버퍼(U506)의 입력이 그라운드되고 LED(D503 및 D504)는 켜지지 않는다.

단자(E507)에 적용되는 LF/RF 신호는 스위치(U502 및 U503)를 통하여 버퍼(U508) 및 인버터(U509)로 지나가며, 저항기(R517 및 R520)를 통하여 "LF" 및 "RF" LED(D505 및 D506)에 전류를 제공한다. MONO_BACKS 신호가 하이인 경우, 프로세서는 4축 모드에 있고 스플릿 신호는 효과적으로 상쇄되기 때문에, 스위치(U503)는 이러한 LED가 LB/RB 입력에 응답하도록 한다. 단자(E506)에 인가된 CORNER_LOGIC_KILL 신호가 하이로 가는 경우, 다시 한번 RB/LB 신호는 버퍼(U508)에 대하여 입력이 되고, 이 경우 어떠한 좌우측 논리도 생성되지 않아 LED(D503-D506) 네개 모두 오프 상태로 남아 있게 된다.

LED(D501-D506)의 전형적인 배열이 디스플레이 패널 상의 적절한 위치에 방향 LB, LF, CF, RF, RB, 및 SURROUND(이 라벨들은 도 7에서 또한 도시됨)와 함께 도 8에 도시되고 있다. LED는 Siemens LDG3901(녹색) 또는 임의의 이용 가능한 형태와 같은 표준 5mm × 2mm 직사각형 형태일 수도 있다. 다른 대안으로 진공 형광 디스플레이와 같은 다른 형태의 디스플레이 기술이 도 7의 회로의 적은 변화로 이용될 수도 있다.

도 9를 보면, 도 4의 자동 밸런스 감지 회로로부터 마이크로프로세서(51)에 의하여 수신된 신호에 따라 좌측 및 우측 채널 사이의 밸런스를 수정하는 알고리즘을 위한 흐름도를 나타낸다.

스테레오 신호가 처리되고 있을 때마다 이러한 프로세스가 항상 효력 있다는 것에 유의하여야 한다. 비디오 디스크 플레이 및 CD 플레이어와 같은 현대적인 소스 장치가 정확하게 같은 좌측 및 우측 채널 이득을 제공하기 위하여 제조되고 설계될지라도, 녹음실 또는 현장 퍼포먼스에서 악기 및 보컬을 위한 밸런스에 있어서의 축적된 변화들은 오프 밸런스 신호의 다양한 등급들을 초래할 수도 있고, 이러한 변화들은 전형적으로 동일한 CD 상의 트랙에서 트랙까지 조차도 변화시킬 수 있다. 그러므로 항상 최상의 가능한 서라운드 음향 프로세서 퍼포먼스를 유지하기 위하여, 밸런스를 항상 체크하고 조정할 필요가 있다.

아웃 어브 밸런스(out of balance) 검출기 회로는 이미 도 4를 참조하여 설명되었다. 이러한 회로는 마이크로프로세서에 논리 신호 AUTO_BAL_WINDOW, LEFT_HEAVY 및 RIGHT_HEAVY를 제공한 후, 도 5를 참조하여 설명된 디지털 분압기(53 및 55)에 인가된 자동 밸런스 보상을 조정한다. 각 입력 채널에 대한 마이크로프로세서에 의하여 결정된 전체 이득 값은 참조 레벨에서 프로세서 코어(122)로의 신호 레벨에 대한 원하는 입력 이득과 자동 밸런싱 목적을 위해 적용되는 보상의 결합이다.

알고리즘의 단계는 다음과 같다. START라고 라벨된 지점(201)에서 연속적인 루프로 들어가서, 시스템 전원의 상태가 테스트(202)에서 체크되고, 전원이 오프라면 자동 밸런스 프로세스를 구현하기 위한 어떠한 조치도 취해지지 않을 것이다. 전형적으로 시스템 전원은 턴오프되지만 마이크로프로세서 및 원격 제어 수신기는 항상 파워업되어 있음을 기억하여야 한다.

시스템 전원이 턴온되는 경우, 도 9에서 도시되지는 않았지만 다양한 초기화 과정이 발생하고, 일단 시스템이 스테레오 신호를 재생할 수 있는 모드에 있다면, 자동 밸런스 회로는 스위치 온된다.

AUTO_BAL_WINDOW 신호는 주기적으로 신호가 하이인지를 보기 위하여 테스트(203)에서 체크되고, 만약 하이가 아니라면 루프는 AUTO_BAL_WINDOW 신호 상태 및 전원 상태 모두를 계속해서 체크하게 될 것이다.

신호 AUTO_BAL_WINDOW가 하이인 임의의 기간 동안 신호 LEFT_HEAVY 및 RIGHT_HEAVY는 둘 중 하나가 활성화 상태인지를 보기 위하여 테스트(204 및 206)에 의하여 주기적으로 체크된다. 임의의 조치가 개시되기 이전에 이러한 신호들의 연속적인 샘플의 일정 최소 수가 취해져서, 발생할 수도 있는 적은 글리치(glich)에 기인한 비논리적인(spurious) 변화를 방지한다. 그러므로 좌측 및 우측 경우 각각에 대하여 카운터 변수는 에러가 없는 동안 블록(205 및 207)에서 계속적으로 0으로 리셋된다. 다시 일반적으로 AUTO_BAL_WINDOW 신호가 하이인 경우 단계(202-207)의 모든 과정이 순환된다.

LEFT_HEAVY 신호가 하이라면, 좌측 카운트는 박스(208)에서 증가되고, 조치가 취해지기에 앞서 요구되는 샘플의 최소 수에 도달하는지를 보기 위하여 테스트(209)에서 체크된다. 만약 그렇지 않다면, 싸이클은 AUTO_BAL_HIGH에 대하여 계속적으로 체크하고 좌측 카운트를 적절하게 증가시킨다.

일단 좌측 카운트 LCOUNT가 최소 수 MIN에 도달하게 되면, 테스트(209)는 도 9의 하위 루프로 브랜치하게 된다. 다시 AUTO_BAL_WINDOW는 하이 상태로 남아 있는지를 보기 위하여 테스트(210)에서 체크되고 LEFT_HEAVY 또한 하이 상태로 남아 있는지를 보기 위하여 테스트(211)에서 체크된다. 테스트(212)에서 이전에 이득을 증가시키기 위하여 좌측 채널에 적용된 보상이 0이 아니라면 보상은 박스(214)에서감소되고, 그렇지 않다면 보상은 이득을 증가시키기 위하여 박스(213)에서 우측 채널에 부가된다. 그래서 이러한 보상이 점차적으로 발생하게 되고, 테스트(210)에서 보상으로 돌아오기 이전에 일정한 지연(215)이 도입된다. LEFT_HEAVY 신호가 다시 테스트(211)에서 로우로 간다면, 프로세스는 박스(205)로 브랜치하고 좌측 샘플 카운트를 0으로 할 것이며, 이러한 조치는 테스트(210)가 실패하면 또 발생할 것이다.

적용된 보상은 도 9에 도시되지 않은 최대값에 제한되어, 정확하게 중앙의 좌측인 신호에 대한 부적절한 정정의 가능성을 감소시킨다.

유사한 구조를 RIGHT_HEAVY 신호가 하이인 상황에 적용하면, 우선 우측 채널 보상을 감소시킨 후, RIGHT_HEAVY 신호가 다시 로우로 갈 때까지 좌측 채널 보상을 증가시킨다.

도 9에서 테스트(206)가, RIGHT_HEAVY 신호가 하이인지를 결정한다면, 우측 샘플 카운트 변수는 박스(216)에서 증가되고 MIN 값에 도달할 때까지 테스트(217)에서 체크된다. AUTO_BAL_WINDOW가 테스트(218)에서 하이 상태로 남아 있고, RIGHT_HEAVY 신호가 테스트(219)에서 하이 상태로 머물러 있다면, 테스트(220)는 임의의 우측 채널 보상이 있는지를 결정하여, 박스(222)는 우측 채널 보상을 감소시킬 수 있고 또는 그렇지 않다면 박스(221)는 좌측 보상을 증가시킨다. 다시 지연(223)을 포함하여 변화를 천천히 유지할 수 있다. AUTO_BAL_WINDOW 신호가 테스트(218)에서 로우로 가거나 RIGHT_HEAVY 신호가 테스트(219)에서 로우로 간다면 루프는 깨어진다.

일단 LEFT_HEAVY 및 RIGHT_HEAVY 모두 AUTO_BAL_WINDOW가 하이인 기간 동안 로우라면, 유닛은 밸런스에 있게 된다. 그 후 전체 보상량은 매우 점진적으로 긴 시간 기간에 걸쳐 감소되고, 회로가 밸런스를 명목상 조건으로 복구하는 방법이 있게 된다.

이는 정상적으로 메인 루프로 복귀할 테스트(224)에서의 마지막 자동 밸런스 조정 이후의 일정 경과 시간에 대해 체크함으로써 달성된다. 만약 경과 시간이 설정값 T를 초과한다면, 좌측 및 우측 보상값은 테스트(225)에서 체크되어 0이 아닌지를 보게되고(주어진 시간에 단지 하나만 있을 수 있다) 그 값은 박스(226 또는 227) 중 하나에서 감소된다. 이 후 또는 양쪽 보상값이 0이라면, 메인 루프는 테스트(202)에 재진입하게 된다.

마이크로프로세서(51)는 이러한 작업을 연속적으로 수행하나, 또한 이러한 작업에 전념하고 있지 않는 기간 동안 많은 다른 프로세서 파라미터들을 모니터 및 업데이트하는데 이용 가능함은 물론이다.

도 10을 보면, 자동 입력 보정 및 이득 설정을 위한 흐름도가 도시되고 있다.

전형적인 소스에는, 보통은 오디오 테이프 및 유사하게는 영화 사운드 및 다른 매체에 대한 "Dolby level"과 같은 보정 레벨이 있다. 보정 프로세스의 목적은 시스템에 대한 입력의 내부 이득을 적합한 값으로 설정하여 신호 피크 레벨을 Dolby 또는 다른 참조 신호 레벨과 동일하도록 하는 것이다.

어떤 경우에 있어서는, 이용 가능한 참조 레벨이 없는 경우가 있고, 그 시스템은 플레이되고 있는 요소(material)의 레벨을 평균화함으로써 레벨을 추정해야만 한다.

입력 레벨 보정에 대한 기본적인 알고리즘은 (각 입력 선택의 좌측 및 우측 채널에 대하여) 우선 참조 신호를 이러한 입력에 적용하는 것이다. 마이크로프로세서는 도 4에 도시된 신호 AUTOBAL_KILL을 사용하여 디스에이블된 자동 밸런스로 입력에서 신호 레벨을 샘플하고, 신호 레벨이 참조 레벨을 초과할 때까지 채널 이득을 점차적으로 증가시킨다. 이득이 원래 너무 높다면, 이득은 신호 레벨이 참조 아래로 떨어질 때까지 감소되고, 그 후 신호 레벨이 참조 레벨을 막 초과할 때까지 증가된다.

이러한 프로세스 동안, 소스 요소(material)는 종래의 테스트 톤 또는 잡음이라기 보다는 음악일 수 있고, 대표 레벨을 결정하는 것은 더 복잡해질 수도 있다. 일정 수의 샘플이 참조 레벨 이상 또는 이하에 있는 것을 확실하게 하기 위해 데이터는 필터링된다. 단일 오류 샘플은 보정이 변경되도록 할 수 없다.

감도(sensitivity)가 신호 레벨을 참조 레벨로 끌어 올릴 정도조 충분히 증가될 수 없거나, 감도가 너무 높아 충분히 감소될 수 없다면, 원래 값은 복구되고 에러 메시지가 비디오 스크린 상에 보여진다.

이러한 예방조치를 염두에 둔 후, 참조 레벨에 비하여 높거나 낮은 신호에 대한 테스트는 단순한 순간 레벨 비교 또는 단기간 평균 비교라기 보다는 신호 레벨의 대표 평균을 초래하는 상대적으로 많은 수의 샘플을 수반하는 일반적인 테스트이다.

도 10에서 알고리즘은 START 단자(301)를 통하여 진입하고, 전원이 오프라면 임의의 조치를 취하지 않고 루프 백하는 전원 온 테스트(302)를 포함한다. 테스트(303)는 입력 보정 모드가 선택되어졌는지를 결정하고 그렇지 않다면 다른 모드 선택으로 제어를 이전한다.

테스트(204)에서 입력 채널이 선택되지 않는다면, 신호원이 사용자에 의하여 선택되어질 수도 있는 블록(305)으로 흐름이 이전된다. 전형적으로 스크린은, 가능한 선택을 보여주고 사용자로부터의 선택을 요청하는 모니터 상에 나타낼 것이며, 도 1의 제어 파넬(80) 또는 원격 제어(86)를 통하여 진입하게 될 수도 있다.

선택된 채널은 Dolby 레벨 테스트 톤 또는 상기 언급되었던 것 처럼 대표 음악 샘플과 같이 플레이되는 대표 샘플을 가져야만 한다. 신호 레벨이 처음에 너무 높다면, 제어는 테스트(306)에 의하여 우측 브랜치로 이전되고, 그렇지 않다면 좌측 브랜치에서 테스트(307)로 이전된다. 신호가 참조 레벨 이하인 동안 블록(308)은 채널 이득을 증가시킨다. 이러한 프로세스는 점차적으로 발생하여, 마이크로프로세서에게, 응답하고 새로운 입력 신호 레벨을 측정하기에 충분한 시간을 준다. 레벨이 참조 레벨까지 증가한 경우, 제어는 다시 우측 브랜치로 이전할 것이다.

상기 브랜치에서 신호 레벨이 테스트(309)에서의 참조 레벨보다 더 높다면, 채널 이득은 신호 레벨이 다시 한번 참조 레벨 이하로 떨어질 때까지 점차적으로 블록(310)에서 감소될 것이다. 도시되지는 않았지만, 참조 레벨을 막 초과하도록 이득을 한번 더 마지막으로 증가시키기 위하여 다른 루프가 부가될 수도 있다. 그러므로 발견된 이득은 선택된 채널을 위한 마이크로프로세서에 의하여 저장된다.

이득이 조정된 경우, 테스트(311)는 다른 채널이 테스트되어져야 하는지를 결정한다(예를 들면, 제1 신호가 스테레오 쌍의 좌측 입력이라면 테스트될 제2 채널은 보통 대응하는 우측 입력이다). 다른 채널이 테스트된다면, 동일한 과정이 이러한 다른 채널에 대하여 이어질 것이고, 그 후 블록(312)에서 채널을 선택한다. 그렇지 않다면, 알고리즘은 종료하고 프로세스는 EXIT 단자(313)로 브랜치한다.

도 10에 도시되지 않았지만, 부가적인 세너티(sanity) 체크가 수행된다; 입력 감도가 참조 레벨에 도달하기에 충분히 증폭될 수 없다면 또는 감도가 너무 높아 참조 레벨에 도달할 정도로 충분히 감소될 수 없다면, 에러 메시지가 발생되고 제어가 그 원래 또는 초기값으로 리셋된다.

도 11은 청취 룸을 설정하고 밸런싱하는 알고리즘의 흐름도를 도시하며, 마이크로폰에 의존하여 "이상적인" 청취 위치 부근에서 음향 레벨을 결정한다.

알고리즘은 도 10의 알고리즘과 유사하다. 종래의 회로를 포함하는 많은 서라운드 프로세서에 있어서, 잡음 발생기 및 시퀀서는 룸을 설정하는데 도움을 주는 표준 장치이다. 그러나 조정은 청각으로, 청취자의 위치에서 각 출력 레벨을 순차적으로 동일한 음향 레벨로 수동으로 조정하여 행하여 진다. 여기에서 새로 추가된 것은 도 3의 마이크로폰 및 검출기 회로의 사용이며, 이로써 마이크로프로세서는 전력 증폭기 및 확성기로 모든 출력 채널을 위하여 적당한 밸런스를 보장하도록 모든 5개의 이득값을 조정할 수 있게 된다.

알고리즘에 있어서, 출력 레벨은 참조 레벨을 초과할 때까지 점차적으로 증가한 후, 참조 레벨 이하로 떨어질 때까지 감소되며, 마지막으로 판독(reading)들의 평균을 취함으로써 각 개별 소스에 대해 정확한 이득값을 주도록 설정된다.

각 채널 및 확성기는 이러한 방식으로 테스트되고, 입력 증폭기 이득이 조정되어 신호원에 관계없이 동일한 입력 레벨을 제공하게 된다.

도 11에서 알고리즘은 단자(401)로 진입하게 되고 다시 전원 상태가 테스트(402)에서 체크된다. 테스트(403)에서 테스트되는 경우 AUTO_CALIBRATE 모드가 선택된다면, 시스템은 테스트(404)에서 측정 마이크로폰이 접속되어 있는지를 체크한다.

만약 접속되어 있지 않다면, 사용자에게 마이크로폰을 접속하고 위치시킬 것을 요구하는 메시지가 디스플레이될 것이고, 그렇지 않으면 잡음 소스가 블록(6)에서 선택되고 테스트(407)는 출력 채널 선택이 되었는지를 체크한다. 만약 선택이 되지 않았다면, 좌측 전방(LF) 채널이 블록(208)에서 선택되고, 그 후 잡음 소스가 도 10을 참조하여 이전에 설명된 것과 같은 레벨링(levelling)을 수행하는 모든 채널을 통하여 순환된다. 이러한 채널은 각각 CF, RF, RB, LB 및 CB 채널이다. 모든 채널이 테스트된 경우, 알고리즘은 단자(416)를 통하여 종료된다.

시스템에서 마이크로프로세서를 이용함으로써 더 쉬운 사용자 인터랙션, 및 청취자 주위의 많은 확성기 사이에서 음향의 다중 채널 재분배를 가능한 가장 좋게 제공하기 위하여 청취 환경의 적당한 파라미터를 정확하게 조정하는 것을 가능하게 한다. 동시에 오디오 질은 디지털 지연이 이용되는 모드에서의 후방 채널에서를 제외하고는 순수하게 아날로그 신호 경로를 채택함으로써 가장 잘 유지된다. 상기 경우에 있어서, 마이크로프로세서는 보정이 진행 중에 있을 때, 사용자에게 정보를디스플레이하고, 이전에 인스톨레이션 메뉴에 진입했던 스피커 설정에 따라 어떠한 확성기가 보정되고 있는지를 표시한다. 임의의 배선 에러가 발생하거나, 잘못된 배열에 진입하게 된다면, 이는 보정 과정 동안 명확해질 것이다.

바람직한 실시예가 상기에서 상술되었지만, 제시된 회로 및 알고리즘의 명세서, 청구범위 및 도면에 설명된 바와 같이 발명의 의도를 벗어나지 않는다면, 많은 변경 및 개조가 이루어질 수 있음이 당업자에게 명확해질 것이다.

Claims

음향을 다중 채널로 재분배하여 청취자 주위의 다수의 확성기로 재생하기 위한 제어 유닛을 포함하는 서라운드 음향 프로세서 시스템에 있어서,

하나 이상의 소스 유닛으로부터 스테레오 오디오 신호들을 수신하는 다수의 스테레오 오디오 입력과;

좌측 및 우측 채널 오디오 입력 신호로서 상기 다수의 스테레오 오디오 신호중 하나를 선택하는 선택 수단과;

상기 좌측 및 우측 오디오 입력 신호의 진폭을 제어하는 상기 좌측 및 우측 채널 각각에서 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 회로와;

방향성 검출기 회로에 의해 검출되는 상기 좌측 및 우측 오디오 입력 신호의 순간 상대 진폭 및 위상의 결과로서, 내부에 포함되는 방향성 정보에 따라 고정 및 변화하는 비율로 상기 좌측 및 우측 오디오 입력 신호들을 결합하는 서라운드 음향 프로세서와;

디지털 방식으로 제어되는 감쇠기 회로 각각의 출력 신호 레벨을 조정하기 위한 다수의 확성기 구동 신호에 적합한 상기 디지털 방식으로 제어되는 다수의 감쇠기 회로와;

보정 신호 소스와;

상기 다수의 확성기에 의해 둘러싸인 영역 내의 한 지점에 배치하기 위한 마이크로폰과;

상기 마이크로폰으로부터 입력을 수신하고, 상기 마이크로폰의 위치에서의 음향 강도(intensity)에 비례하는 직접 전압(direct voltage)을 상기 마이크로폰으로부터 생성하고, 상기 직접 전압을 디지털 신호로 변환하는 전치 증폭기 및 레벨 검출기 회로와;

마이크로폰 위치에서 상기 다수의 확성기 각각에 기인한 음향 강도가 동일하도록 보정 신호의 출력이 인가될 경우, 상기 다수의 디지털 방식으로 제어되는 감쇠기 각각의 이득을 차례로 자동적으로 조정하고, 상기 마이크로폰으로부터 상기 디지털 신호를 수신하기 위하여 보정 모드로 구성되는 마이크로프로세서 제어기를 포함하고,

상기 서라운드 음향 프로세서 회로는 상기 좌측 및 우측 오디오 입력 신호를 결합하는 행렬 회로를 포함하고, 상기 행렬 회로는 상기 제어 전압이 관련된 공격(attack) 및 상쇄(decay) 시상수를 제어하는 서보로직 회로 및 검출기 스플리터를 통하여 지나간 후, 상기 방향성 검출기 회로의 출력 신호로부터 유도되는 다수의 제어 전압 신호에 의하여 제어되는 전압 제어 증폭기를 포함함으로써, 상기 서라운드 음향 프로세서의 출력에서 다수의 확성기 구동 신호를 제공하는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제1항에 있어서,

상기 마이크로프로세서 제어기는 입력 레벨 보정 모드로 구성되어, 참조 신호가 표준 레벨에서 상기 마이크로프로세서 제어기에 인가될 경우 상기 소스로부터상기 다수의 스테레오 오디오 신호 중 선택된 하나의 신호의 좌측 및 우측 채널 각각의 진폭을 측정하고, 상기 서라운드 음향 프로세서에 인가된 상기 좌측 및 우측 오디오 신호의 레벨이 미리 정해진 참조 레벨과 동일하도록 상기 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 회로의 이득을 조정하는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제2항에 있어서,

상기 다수의 스테레오 오디오 신호 각각에 대하여 상기 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 회로 각각의 요구된 이득에 대응하는 적당한 디지털 워드(word)가, 상기 신호 소스들 중 특정한 하나의 소스가 상기 선택 수단에 의하여 선택되어질 때마다, 상기 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 회로 각각의 이득의 초기 설정을 위하여 상기 마이크로프로세서 제어기의 메모리에 보유되는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제1항에 있어서,

거의 동일하고 동상이며, 거의 동일한 동상 신호의 존재를 표시하는 제1 논리 제어 신호와, 좌측 신호가 우측 신호보다 상당히 강함을 표시하는 제2 논리 제어 신호와, 상기 우측 신호가 상기 좌측 신호보다 상당히 강함을 표시하는 제3 논리 제어 신호를 제공하는 상기 좌측 및 우측 신호의 상대 진폭에 응답하는 자동 밸런싱 검출기를 더 포함하고,

상기 마이크로프로세서 제어기는 소정의 방법에 따라 상기 좌측 및 우측 채널의 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 회로의 이득을 증가시키도록 연속적으로 조정하고 상기 제1, 제2 및 제3 논리 제어 신호를 항상 모니터하도록 신호 재생 모드로 구성되어, 상기 거의 동일한 동상의 좌측 및 우측 신호의 밸런스를 맞추고 밸런스를 유지할 수 있도록 하는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제4항에 있어서,

상기 소정의 방법은,

상기 제1 논리 제어 신호가 언제 하이(high)인지를 결정하는 단계와;

거의 동일한 동상의 상기 좌측 및 우측 오디오 입력 신호의 존재에 대응하여 상기 제1 논리 제어 신호가 하이인 기간 동안, 상기 제2 또는 제3 논리 제어 신호중 어느 하나의 신호가 하이이고 특정한 최소 수의 샘플 시간 동안 하이로 유지되는지 여부를 결정하는 단계와;

상기 제2 또는 제3 논리 제어 신호가 상기 특정한 수의 샘플 시간 보다 오래동안 하이로 유지되었을 때마다, 우선 좌측 및 우측 채널 중 더 높은 신호 레벨을 지닌 채널이 있다면, 그 채널에 부가된 증가 이득 보상을 점차적으로 감소시키는 단계와;

그 후 하이였던 상기 제2 또는 제3 논리 제어 신호 중 하나의 신호가 로우(low)로 되거나, 상기 제1 논리 제어 신호가 로우에 도달하거나, 증가 이득 보상의 최대량이 부가될 때까지 더 낮은 신호 레벨을 지닌 채널에 상기 증가 이득 보상을 부가하는 단계와;

밸런스된 조건에 도달하거나, 상기 제1 논리 제어 신호가 로우에 도달하거나, 상기 증가 이득 보상의 최대량이 부가된 후에, 상기 좌측 및 우측 입력 오디오 신호 사이에 충분한 불균형이 존재하여 신호의 자동 밸런싱을 재개하는 것을 표시하며, 상기 제1 논리 제어 신호가 하이에 도달할 경우 상기 제2 또는 제3 논리 제어 신호가 다시 하이에 도달하기 시작할 때까지 부가된 상기 증가 이득 보상을 매우 점진적으로 감소시키는 단계를 포함하는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제1항에 있어서,

상기 보정 신호 소스는 가중 잡음 소스(weighted noise source)인 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제1항에 있어서,

상기 디지털 방식으로 제어되는 다수의 감쇠기 회로 각각을 조정하는 방법은,

모든 확성기 구동 신호의 감쇠기 수단이 적절한 레벨로 조정될 때까지,

음향 강도를 나타내는 상기 디지털 신호를 참조값과 비교함으로써 상기 마이크로폰의 위치에서 음향 강도를 모니터하는 단계와;

상기 음향 강도가 초기에 너무 낮다면, 상기 음향 강도가 상기 참조값보다 더 높아질 때까지 상기 디지털 방식으로 제어되는 감쇠기에 인가되는 증가 이득 보상을 점차적으로 증가시키는 단계와;

상기 음향 강도가 초기에 너무 낮은 것이 아니라면 또는 상기 음향 강도가 상기 참조값보다 더 높게 된 경우, 상기 음향 강도가 상기 참조값 아래로 막(just) 떨어질 때까지 상기 증가 이득 보상을 감소시킨 후, 상기 음향 강도가 상기 참조 레벨을 막(just) 초과할 때까지 상기 증가 이득 보상을 증가시키는 단계와;

또는 상기 음향 강도가 상기 참조 레벨을 막(just) 초과하도록 조정될 수 없다면, 원래의 증가 이득 조정 설정을 복구하고 상기 감쇠기가 원하는 레벨로 설정될 수 없음을 사용자에게 표시하는 단계와;

상기 다수의 확성기 구동 신호의 시퀀스에 있어서 다음으로 진행하여, 동일한 방식으로 이득을 조정하는 단계를 포함하는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제2항에 있어서,

상기 좌측 및 우측 스테레오 오디오 입력 각각에서 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 회로를 조정하는 방법은,

상기 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 수단 양쪽이 적절한 레벨로 조정될 때까지,

상기 오디오 신호를 참조값과 비교함으로써 모니터하는 단계와;

상기 오디오 신호 레벨이 초기에 너무 낮다면, 상기 오디오 신호 레벨이 상기 참조값보다 더 높아질 때까지 상기 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 수단에 인가된 증가 이득 보상을 점차적으로 증가시키는 단계와;

상기 오디오 신호 레벨이 초기에 너무 낮은 것이 아니거나 또는 상기 오디오 신호 레벨이 상기 참조값보다 더 높게 된 경우, 상기 오디오 신호 레벨이 상기 참조값 아래로 막(just) 떨어질 때까지 상기 증가 이득 보상을 점차적으로 감소시킨 후, 상기 오디오 신호 레벨이 상기 참조 레벨을 막(just) 초과할 때까지 상기 증가 이득 보상을 증가시키는 단계와;

또는 상기 오디오 신호 레벨이 상기 참조 레벨을 막(just) 초과하도록 조정될 수 없다면, 원래의 증가 이득 조정 설정을 복구하고 상기 디지털 방식으로 제어되는 이득 조정 수단이 원하는 레벨로 설정될 수 없음을 사용자에게 표시하는 단계와;

상기 좌측 및 우측 오디오 입력 신호의 시퀀스에 있어서 다음으로 진행하여 동일한 방식으로 이득을 조정하는 단계를 포함하는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제8항에 있어서,

상기 오디오 신호 레벨은 변화하는 오디오 신호의 평균 신호 레벨을 더 포함하고,

상기 평균 신호 레벨은,

상기 신호 레벨의 샘플을 하드웨어 내의 참조 레벨과 비교하여, 일정한 최소수의 연속적인 샘플이 상기 참조 레벨을 초과하였거나 초과하지 않았는지 또는 동일한 수가 주어진 시간 내에 상기 참조 레벨을 초과하였고 초과하지 않았는지를 결정하는 단계와;

그러나 단일 에러 샘플이 평균 에러를 초래할 수 없도록 하기 위하여 기대되는 값의 범위를 크게 초과하거나 밑도는 임의의 단일 샘플을 버리는 단계와;

하이 또는 로우 샘플의 수가 동일하다면, 일정한 간격이 지난 후 이득을 더 높게 조정하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 결정되는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제1항에 있어서,

다수의 상기 제어 전압 신호 각각의 상대 진폭을 표시하는 시각 디스플레이를 더 포함하는 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제10항에 있어서,

상기 시각 디스플레이는,

상기 다수의 제어 전압 신호와 동일하고, 각각 캐소드에 연결된 저항기와 직렬이며, 발광 다이오드의 애노드가 공통 지점에 연결되어 있는 다수의 발광 다이오드와;

상기 발광 다이오드 중 상이한 하나의 발광 다이오드의 캐소드에 연결된 상기 직렬 저항기에 그 출력이 각각 연결되어 있는 유사한 다수의 연산 증폭기와;

상기 제어 전압 신호들 중 하나의 신호에 입력이 연결되고, 상기 좌측 및 우측 오디오 입력 채널에 동일한 이상(out of phase) 신호가 존재할 때 마이너스가되는, 단일 이득 버퍼로서 연결된 상기 연산 증폭기들 중 제1 연산 증폭기와;

상기 제1 연산 증폭기의 출력에 입력이 연결되고, 상기 좌측 및 우측 오디오 입력 채널에 동일한 동상의 신호가 존재할 때 출력이 마이너스가 되는, 단일 이득 인버터로서 연결된 상기 연산 증폭기들 중 제2 연산 증폭기와;

상기 제어 전압 신호들 중 하나의 신호에 입력이 연결되고, 상기 좌측 오디오 입력 채널에만 신호가 존재할 때 마이너스가 되는, 단일 이득 버퍼로서 연결된 상기 연산 증폭기들 중 제3 연산 증폭기와;

상기 제3 연산 증폭기의 출력에 입력이 연결되고, 상기 우측 오디오 입력 채널에만 신호가 존재할 때 출력이 마이너스가 되는, 단일 이득 인버터로서 연결된 상기 연산 증폭기들 중 제4 연산 증폭기와;

상기 제어 전압 신호들 중 하나에 입력이 연결되고, 더 작은 진폭의 이상 우측 신호와 결합된 더 큰 진폭의 좌측 신호의 결합에 대하여 출력이 마이너스가 되도록 응답하는, 단일 이득 버퍼로서 연결된 상기 연산 증폭기들 중 제5 연산 증폭기와;

상기 제5 연산 증폭기의 출력에 입력이 연결되고, 더 작은 진폭의 이상 좌측 신호와 결합된 더 큰 진폭의 우측 신호의 결합에 응답하여 출력이 마이너스가 되는, 단일 이득 인버터로서 연결된 상기 연산 증폭기들 중 제6 증폭기를 포함하고,

상기 공통 지점은 상기 발광 다이오드의 전체 밝기를 조정하기 위한 목적으로 그 베이스에 인가된 직접 전압에 응답하여 변화 가능한 상기 발광 다이오드에 일정한 전체 전류를 제공하는 트랜지스터의 컬렉터에 연결되는 것인 서라운드 음향프로세서 시스템.
제10항에 있어서,

상기 시각 디스플레이의 상기 제3 연산 증폭기의 입력을 그라운드로 스위치하여, 상기 제3 및 제4 연산 증폭기의 출력에 접속된 발광 다이오드를 꺼진 상태로 유지시키는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.
제10항에 있어서,

상기 시각 디스플레이의 상기 제5 연산 증폭기의 입력 및 상기 제3 연산 증폭기의 입력을 스위치하여, 좌측 오디오 입력 채널에서만 신호가 존재하는데 대해 부정적으로(negatively) 응답하여, 상기 제어 전압 신호에 공통으로 연결되는 것인 서라운드 음향 프로세서 시스템.