KR100454012B1 - 5-2-5 매트릭스 인코더 및 디코더 시스템 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 신호 성분이 지향적으로 인코드되고 상관되며, 적어도 하나의 신호 성분이 지향적으로 인코드되지 않고 2개의 입력 채널에서 비상관되는 2개의 입력 채널의 스테레오 신호를 소수의 출력 채널에 대한 신호로 변환하는 사운드 재생 시스템은

바람직한 방향으로 입력신호의 상관 성분을 증가시키고, 인코드된 방향과는 연관되지 않은 채널의 신호들의 세기를 감소시키는 동시에, 우측 입력 채널에서 기록된 도구들은 출력 채널의 우측에 유지되고, 좌측에서 기록된 도구들은 좌측에 유지되며, 모든 출력 채널의 모든 도구들의 뚜렷한 소리 세기는 입력신호의 지향적으로 인코드된 성분의 방향과는 관계없이 유지되도록 각각의 좌측 및 우측 출력 채널 사이의 분리와, 각각의 출력 채널에서 입력 채널의 비상관 성분의 전체 에너지를 유지하는 디코딩 장치 및

본 발명에 따른 디코더 및 현재의 필름 표준에 따른 디코더에서 보정 방향 및 레벨로 디코드되도록 5개의 입력채널을 인코드하는 인코딩 수단을 포함하고,

상기 디코딩 장치는 필름 재생에 대하여 입력 신호의 에너지 비율 또는 음악 신호에 대하여 좌측 및 우측 전방 출력에서 입력신호의 중앙 성분의 소멸을 유지하기 위해 중앙 채널의 레벨을 최적으로 조정하며, 5개 또는 7개의 스피커 버번에서 측면 및 후방 신호 성분의 재생을 개선하기 위해 서라운드 출력에 주파수 종속 소자를 또한 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

5-2-5 매트릭스 인코더 및 디코더 시스템{5-2-5 MATRIX ENCODER AND DECODER SYSTEM}

관련출원 참조

본 출원은 1997년 9월 5일자로 출원된 미국 가특허출원 제 60/058,169 호, "5-2-5 매트릭스 인코더 및 디코더 시스템"에 기초한 것이다.

본 발명은 지정된 방향으로 신호의 다양한 출력 사이에 높은 분리를 유지하고, 또한 입력 오디오 신호의 지향적으로 인코드된 성분의 방향에 관계없이 무지향적으로 인코드된 성분을 일정한 음향 레벨로 유지하고, 전방 신호와 후방 신호 사이의 밸런스를 향상시키고 시스템의 7채널 버전 주위에서 완만한 사운드 움직임을 제공하며 5채널 사운드를 7채널 사운드의 사운드와 근접하게 하는 주파수 종속 회로를 포함하면서, 입력 신호에 대해 순방향 또는 역방향 바이어스가 존재하거나, 또는 특정 방향으로 강한 사운드 성분이 존재할 때에도 모든 조건하에서 스테레오 신호의 좌측 및 우측 성분 사이의 높은 분리를 유지하는 것을 포함하는, 표준 2채널 성분 뿐만 아니라 인코드된 다채널 성분을 재생하는 최적의 음향학적 성능을 가진 인코딩 매트릭스를 형성하기 위한 개선된 설계 기준 및 솔루션 세트에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 다채널 사운드를 본 발명에 따른 디코더에 의해 표준 2채널 수신기에서의 재생용 2채널로 인코딩하는 인코딩 회로를 생성하기 위한 개선된 설계 기준 및 이의 솔루션 세트에 관한 것이다.

본 발명은 다채널 오디오 신호를 2개의 분리 채널로 인코딩하여 이 2채널을 추출된 다채널신호로 다시 분리하는 수단을 제련하기 위한 연속되는 노력의 일부이다. 이러한 인코드/디코드 처리의 목적중 하나는 가능한한 원래 신호와 동일하게 인식되도록 원래 신호를 다시 만드는 것이다. 이 디코더의 다른 중요한 목적은 원래의 5채널로부터 아직 인코드 되지 않은 2채널 소스로부터 5 또는 그 이상의 분리 채널을 추출하는 것이다. 이렇게 추출된 5채널 재생은 원래의 2채널 재생과 같이 적어도 음악적으로 느껴지고 즐길 수 있어야 한다.

본 발명은 적절하게 사용가능한 매트릭스 계수를 유도하는 것을 향상시키는 것에 관련되어 있다. 이러한 향상에 관한 이해를 돕기 위해서, 본 명세서에서는 다음과 같은 문헌을 참고하고 있다. 그리싱어(Griesinger)의 미국 특허 4,862,502호(1989)('89특허로 언급함), 미국 특허 5,136,650(1992)('92특허로 언급함), 1996년 7월 그리싱어의 미국 특허출원 08/684,948(96년 7월 출원으로 언급함) 및 그리싱어의 1996년 11월 미국 특허출원 08/742,460(96년 11월 출원으로 언급함) 등의 이러한 최신 출원에 기초한 디코더의 상용 버전을 버전 1.11(또는 V1.11)로 언급하기로 한다. 1997년 9월에 출원된 가특허출원 60/058,169에 다른 향상책이 개시되어 있고, 이를 버전 2.01(또는 V2.01)로 언급한다. 이러한 버전 V1.11 및 V2.01 과 본 발명은 총칭하여 "로직 7" 디코더로 언급된다.

다른 기술적 참고 문헌으로는: [1] 데이비드 그리싱어의 1996년 10월 AES preprint #4402의 "Multichannel Matrix Surround Decorders for Two-Eared Linsteners" 및 [2] 데이비드 그리싱어의 1997년 9월 AES preprint #4625의 "Progress in 5-2-5 Matrix Systems" 가 있다.

발명의 요약

5개에서 2개 채널로 인코드된 최초 신호를 재형성하고, 5채널 형식에서 2채널 성분의 만족스러운 재생을 형성하기 위한 2가지 목적을 실현하는데 사용된 수단은 관련된 물리학 및 음향학을 보다 양호하게 이해하려고 하는 것과 관련되어 있다. 앞서 언급한 특허와 특허출원들은 유용한 디코더 장치를 만들어낸 설계 철학을 나타내고 있다.

본 발명은 음향학적 성능을 최대로 하는 성질을 가진 액티브 매트릭스를 실현하는 것에 관련되어 있다. 다른 측면에서, 본 명세서에는 상기 액티브 매트릭스로부터의 출력 일부의 주파수 독립 변형이 개시되어 있다. 다른 측면에서, 본 발명은 5개 입력 채널을 표준 2채널 설비, 본 발명에 따른 디코더 및 산업 표준인 "돌비 프로로직(Dolby Pro-Logic)" 디코더 모두를 가지고 2개의 출력 채널로 인코드하는 액티브 회로군을 제공한다.

본 발명은 부분적으로 입력되는 신호의 지향성 성분에 따라 변화하는 매트릭스 요소를 갖는 액티브 매트릭스 디코더이다. 이 매트릭스 요소는 의도한 방향을 재생하는 것과 관련되어 있는 방향으로 신호의 소리세기(loudness)를 향상시키고, 그리고 입력에서 동시에 존재할 수 있는 다른 신호의 좌측/우측 분리를 항상 보존하면서, 의도한 방향으로 관련되어 있지 않은 출력에서 지향적으로 인코드된 신호의 소리세기를 감소시키기 위한 방법으로 변화한다. 더욱이, 본 발명에 따른 매트릭스 요소는 예를 들어 스테레오 폭 제어를 이용하여 2개의 입력 사이의 혼합을 증가 또는 감소시킴으로써 지향성있게 인코드된 비상관된 2채널 성분의 좌측/우측 분리를 복원한다. 또한 본 발명에 따른 매트릭스 요소는 입력 신호의 다양한 성분들간의 세기 밸런스를 가능한 한 보존하도록 설계하여 목소리와 반주사이의 밸런스가 디코더 출력에 나타나도록 한다. 따라서 본 발명에 따른 매트릭스 요소는 입력 사운드의 무지향적으로 인코드된 성분의 소리세기와 이들 소자의 좌측/우측 분리를 모두 보존한다.

또한, 본 발명에 따른 디코더는 표준 2채널 성분이 재생되는 경우에 상기 디코더 출력의 호환성을 개선하고, 5채널 디코더용 2채널로부터 7채널 디코더용 4채널로 서라운드 출력을 변환하며, 사운드 방향이 7채널 디코더로부터의 사운드 방향에 보다 유사하게 보이도록 5채널 디코더의 후방 채널의 스펙트럼을 변형하는 주파수 종속 회로를 포함한다.

본 발명에 따른 인코더는 특정 입력의 입력 레벨이 강할 때 입력에 존재하는 세기가 출력에 보존되고, 강한 입력의 방향이 출력 신호의 위상/진폭 비율로 인코드되며, 강한 신호가 인코더의 임의의 2개 입력 사이에서 팬가능하고, 출력이 정확하게 지향적으로 인코드되도록 5개의(또는 5개 전체에 하나의 저주파수 추가) 입력 채널을 2개의 출력 채널로 믹싱한다. 또한, 인코더의 2개의 후방 입력에 적용된 비상관 성분은 인코더의 2개의 후방 채널에 대해 위상이 일치하는 입력이 본 발명에 따른 디코더 및 돌비 표준에 따른 디코더의 후방 채널로 디코드하는 2개의 채널 출력을 발생하고, 인코더의 2개의 후방 채널에 대해 역위상 입력이 본 발명에 따른 디코더 및 돌비 표준에 따른 디코더에 대한 무지향성 신호에 대응하는 출력을 발생하며, 또한 인코더의 2개의 후방 입력에 적용된 저레벨 반향 신호가 2채널 입력에서 3dB 레벨 감소로 인코드되도록 인코더 출력이 본 발명에 따른 디코더에 의해 디코드될 때에 입력의 좌측/우측 분리가 보존되는 방식으로 2개의 채널로 인코드된다.

본 발명은 청취자 주위에 배치된 다수의 스피커를 통해 적당히 증폭된 후 재생을 위해 스테레오 입력 오디오 신호 쌍을 다수의 출력 신호로 디코딩할 뿐만 아니라 다중 채널 성분을 2채널로 인코딩하는 것을 포함하는 사운드 재생 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 신규성 있는 특징은 첨부된 특허청구범위에 나타나 있다. 본 발명 자체 뿐만 아니라 다른 특징 및 이점들은 첨부된 도면을 참고로 설명되는 실시예의 상세한 설명을 통해 최선으로 이해된다.

도 1은 도 2 및 도 3에 추가로 도시된 태양을 포함하지 않지만 본 발명에 따른 디코더의 방향 검출 부분 및 2 내지 5채널 매트릭스 부분의 블럭 개략도,

도 2는 도 1의 매트릭스 섹션의 출력과 디코더 출력 사이에 연결될 수 있는 5채널 주파수 종속 능동 신호 프로세서의 블럭 개략도,

도 3은 도 1의 매트릭스 섹션의 출력과 디코더 출력 사이에 대안적으로 연결될 수 있는 5-7채널 주파수 종속 능동 신호 프로세서의 블럭 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 능동 5채널-2채널 인코더의 블럭 개략도,

도 5는 최대값이 1이 되도록 기준화된 상기 '89특허와 돌비 프로로직으로부터의 종래 LFL(Left Front Left) 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 6은 최소값이 -0.5, 최대값이 +0.5이 되도록 .07에 의해 기준화된 상기 '89특허와 돌비 프로로직으로부터의 종래 LFR(Left Front Right) 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 7은 최대값이 1이 되도록 기준화된 상기 '89특허로부터의 종래 LFL과 LFR 제곱 합의 제곱근에 대한 3차원 도식 표현,

도 8은 최대값이 1이 되도록 기준화된 미국특허출원 제 08/742,460 호로부터의 LFL 및 LFR의 합의 제곱근에 대한 3차원 도식 표현,

도 9는 V1.11의 LFL 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 10은 본 발명의 부분적으로 완성된 LFL 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 11은 좌측과 완전 후방 사이의 후방 경계를 따른 본 발명의 LFL과 LFR의 동작을 보여주는 그래프,

도 12는 좌측 후방에서 바라본 본 발명의 완성된 LFL 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 13은 본 발명의 완성된 LFR 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 14는 본 발명에 따른 LFL과 LFR의 제곱평균 합의 3차원 도식 표현,

도 15는 좌측 후방에서 바라본 후방 레벨에 대한 보정을 포함하는 본 발명에 따른 LFL과 LFR 제곱 합의 제곱근에 대한 3차원 도식 표현,

도 16은 dB 단위의 CS 함수로서 종래 기술의 돌비 프로로직 디코더에서 사용되어야 하는 중앙 매트릭스 요소를 실선으로, 그리고 돌비 프로로직 디코더의 중앙 매트릭스 요소의 실제값을 점선으로 보여주는 그래프,

도 17은 중앙 매트릭스 요소의 이상값을 실선으로, 그리고 종래 기술의 돌비 프로로직의 중앙 매트릭스 요소의 실제값을 점선으로 보여주는 그래프,

도 18은 V.11의 종래 소자를 사용하는 LRL 및 LRR의 제곱 합의 제곱근에 대한 3차원 도식 표현,

도 19는 cs=0 축을 따른 일정한 세기 레벨 및 좌측과 중앙 사이의 경계를 따른 0 출력에 대한 GS(lr) 및 GR(lr)의 수치 해법의 도식 표현,

도 20은 본 발명에 따른 GR 및 GS에 대한 값을 사용하는 LRL 및 LRR 제곱 합의 제곱근에 대한 3차원 도식 표현,

도 21은 좌우가 바뀐 CR(중앙 우측) 매트릭스 요소를 나타낼 수도 있는 상기 '89특허 4채널 디코더(및 돌비 프로로직 디코더)의 종래 CL(중앙 좌측) 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 22는 로직7 V1.11 디코더에서 중앙 좌측(CL) 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 23은 새로운 LFL 및 LFR을 위해 필요한 중앙 출력 채널 감쇠를 실선으로, 그리고 종래 표준 돌비 프로로직 디코더에 대한 중앙 감쇠를 점선으로 보여주는 그래프,

도 24는 본 발명에 따른 "필름" 기술에 대한 이상적인 중앙 감쇠를 실선으로, 유효하게 동작하는 값을 일점쇄선으로, 그리고 비교를 위한 표준 돌비 디코더에 대한 중앙 감쇠를 점선으로 보여주는 그래프,

도 25는 본 발명의 "음악" 기술에서 사용되는 중앙 감쇠를 보여주는 도면,

도 26은 본 발명에 따른 "음악" 중앙 감쇠 GC를 갖는 일정한 세기 비율에 필요한 GF의 값을 실선으로, 이전의 LFR 소자 sin(cs)*corr1을 점곡선으로, 그리고 sin(cs)의 값을 점선으로 보여주는 그래프,

도 27은 lr=0 축을 따른 중앙 레벨에 대한 보정을 포함하는, 본 발명에 있어서 좌측 전방 우측(LFR) 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현,

도 28은 새로운 중앙 상승 기능을 갖는 중앙 좌측(CL) 매트릭스 요소의 3차원 도식 표현 및

도 29는 강한 신호가 중앙에서 좌측으로 팬할 때에 좌측 전방 출력(점선) 및 중앙 출력(실선)으로부터의 출력 레벨을 나타내는 그래프이다.

본 명세서에서 제시된 설계는 종래 디코더의 설계 철학을 대부분 반영하고 있으나, 실제 설계는 여러 가지로 변화한다. 이 설계의 전개를 완전히 설명하는 완전한 문서로 만들려면 상당히 방대한 양이 된다. 이 문서의 일관성을 유지하기 위해, 본 발명자는 설계 철학의 가장 중요한 부분을 제시하고, 제시된 문제점들에 대한 수학적 해법을 보여주며, 이 출원으로 처음으로 행하여지는 해법에 대해 청구한다. 이 문제에 대하여 이전의 출원을 참고하는 것이 유용할 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다.

'96년 7월, '96년 11월 출원 및 '97년 9월 가특허출원에서 설명된 바와 같은 디코더와 인코더를 통한 경험은 아직 소개되지 못했던 추가적인 향상을 가져왔다. 본 출원은 본 발명의 개선된 인코더 및 디코더의 가장 필수적인 특성들을 제시하고, 미국 특허출원 제 08/742,460 호 이후 부가되었던 새로운 특성들에 대해 청구한다.

1. 디코더 개론

본 출원의 디코더는 2개의 분리 부분으로 구성되는 것으로 설명하도록 하겠다. 그 첫 번째 부분은 매트릭스로서, 2개의 입력 채널을 보통 중앙, 좌측 전방, 우측 전방, 좌측 후방 및 우측 후방으로 식별되는 5개의 출력 채널로 분리한다. 두 번째 부분은 2개의 후방 출력의 스펙트럼과 레벨을 변형하는 일련의 지연 및 필터로 구성된다. 두 번째 부분의 기능 중 하나는 7채널 버전 디코더가 바람직한 경우에 부가적인 출력 쌍, 좌측면 및 우측면을 도출하는 것이다. 08/742,460 출원에 있어서, 두 번째 부분은 명확하지 않은데, 2개의 추가 채널은 최초 매트릭스의 부가적인 매트릭스 요소 쌍으로부터 도출되었다.

상기 디코더와 인코더를 설명하는 수학식에서, 대부분의 변수들에 대해서는 표준 인쇄체를 사용하는 반면에, 벡터량은 진한 소문자 활자 케이스, 그리고 매트릭스는 진한 대문자 활자 케이스이다. 이름을 붙인 입력 채널로부터 생성된 이름을 붙인 출력 채널로부터의 계수인 매트릭스 요소들은 정상적인 대문자 활자 케이스로 표시된다. lr 과 cs 등의 몇몇 간단한 변수들은 2문자 이름으로 표시되어 있는데, 이 문자는 개별적인 2개의 간단한 변수들의 곱을 나타내지 않는다. 어느 의미에서는, 다른 변수들 l/r 및 c/s는 좌측-우측 및 중앙-서라운드 비율의 값을 나타내기도 하지만, 이러한 비율로부터 도출된 제어 신호 전압에 기초를 두고 있다. 이러한 결정은 또한 본 명세서에서 인용된 이전의 미국 특허 및 특허 출원들에서도 사용되었다. 또한, 매트랩(Matlab) 언어에서 프로그램 세그먼트들은 다양한 형태면과 포인트 크기를 사용함으로써 식별된다. 수학식에는 번호를 매겨 이들과 매트랩 지정 문장을 구별하고, 본 명세서에서 설명된 특정한 특성을 위한 참고를 제공한다.

미국 특허출원 08/742,460의 도 4와 동일한 도 1에는 디코더의 첫 번째 부분인 2채널-5채널 매트릭스(90)의 블럭도가 도시되어 있다. 수직 점선으로 구분된 도 4의 좌측 절반은 2개의 조향 전압(l/r 및 c/s)을 유도하는 수단을 보여주고 있다. 이들 전압은 각각 좌측/우측 또는 전방/후방 방향의 내재하거나 또는 인코드된 지향성 성분들을 나타낸다. 도면에서 이 부분은 본 명세서에서 참조상 포함되어 있는 상기 특허출원에 모두 기재되어 있기 때문에 명확하게 논의되지 않는다.

도 1에서, 소자(98-138)를 포함하는 디코더(90)의 방향 검출 수단은 수직 점선의 우측으로 5x2 매트릭스에 이어진다. 이 매트릭스 요소들(140-158)은 각각의 출력 채널을 형성하기 위해 다른 입력 채널과 선형적으로 결합되는 각각의 입력 채널의 양을 결정한다. 이 매트릭스 요소들은 실수인 것으로 가정한다. (복소수 매트릭스 요소의 경우는 미국 특허출원 08/742,460에 설명되어 있으며 본 명세서에서는 설명하지 않음.) 매트릭스 요소들은 2개의 조향 전압(l/r 및 c/s)의 함수이다. 미국 특허출원 08/742,460에는 이들 함수의 수학 공식들이 나타나 있다. 본 출원에서 신규성 부분은 이들 식에 대한 개선에 있다. 본 출원인은 이들 공식들을 도식적으로 표현하고, 어떻게 그런 모양이 되는지를 설명하고자 한다.

2. 조향 전압의 간단한 설명

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 조향 전압(c/s, l/r)은 단자(92)에서의 좌측 입력 진폭과 단자(94)에서의 우측 입력 진폭의 비율 및 합 진폭과 차 진폭의 비율의 대수로부터 유도된다. 매트릭스 요소를 설명하는 데 있어서, l/r 및 c/s 를 +45°에서 -45°까지 변화하는 각으로 표현하는 것이 편리하다. V1.11 및 V2.01의 디코더에서, 이들 전압의 단위는 ㏈이다. 이 조향 매개변수를 각도로 변환할 수 있고, lr 및 cs는 다음과 같다.

lr = 90-arctan(10^((l/r)/20))

cs = 90-arctan(10^((c/s)/20))

이 각도(lr, cs)는 입력 신호가 지향성 성분을 가지는 정도를 결정한다. 예를들어, 디코더로의 입력이 비상관이라면, lr과 cs는 모두 0이 된다. 중앙에서만 들어오는 신호의 경우에는 lr이 0이고, cs는 45°이다. 후방에서 들어오는 신호의 경우에는 lr이 0이고, cs 는 -45°이다. 비슷하게, 좌측에서 들어오는 신호는 45°의 lr 값 및 0의 cs 값을 가지며, 우측에서 들어오는 신호는 -45°의 lr 값 및 0의 cs 값을 가진다. 본 발명자는 설계에 있어서 인코드된 신호를 형성하는 인코더가 좌측 후방 신호를 인코드할 때, lr=22.5°, cs=22.5°인 특성을 갖는다고 가정한다. 비슷하게, 인코더의 우측 후방 입력에 적요된 신호는 lr=22.5°, cs=22.5°의 값을 발생한다.

l/r 및 c/s의 정의 및 lr 및 cs의 유도로부터 lr 과 cs의 절대값의 합은 45°보다 더 클 수 없다는 것을 알 수 있다. lr 및 cs의 허용값은 abs(lr)-abs(cs)=45°라는 식에 의해 경계가 지워진 면을 갖는다. 이 면의 경계를 따라 놓여있는 lr과 cs 값을 발생하는 입력 신호는 완전히 국지적이다. 즉, 특정 방향으로부터 들어오도록 인코드되는 단일 사운드로 구성된다.

본 출원에서 우리는 이 2차원 면에 대한 함수로서 매트릭스 요소들의 그래프를 사용할 것이다. 일반적으로 매트릭스 요소를 유도하는 것은 이 면의 4개의 사분원에서는 서로 다르다. 다시 말하면, 매트릭스 요소는 조향이 순방향 또는 역방향인지, 그리고 좌측 또는 우측인지에 따라 다르게 기술되어 있다. 면이 사분원 사이의 경계를 연속적으로 지나가는 것을 보증하기 위한 고려할 수 있는 노력을 기울였다. 그러한 연속성의 간헐적인 결핍은 본 출원에서 설명될 V1.11 디코더가 가지고 있는 문제 중 하나이다.

3. 주파수 종속 소자

도 1에 도시된 매트릭스 요소는 실수이고, 따라서 주파수에 독립적이다. 입력되는 모든 신호들은 상기 유도된 각도(lr, cs)에 따른 출력으로 향하게 된다. (현재 기술에서는 입력에서의 lr 및 cs 유도에서 낮은 주파수와 매우 높은 주파수는 도 1에 도시되지 않은 필터에 의해 감쇠된다. 그러나 매트릭스 자체는 광대역이다.)

우리는 실질적으로 매트릭스 이후에 신호들에 주파수 종속 회로를 적용하는 것이 인가하는 것이 여러 가지 이점을 갖는다는 것을 발견하였다. 이러한 주파수 종속 회로 중 하나-도 1의 출력(180)의 우측의 위상 시프트 네트워크(170)-가 미국 특허출원 08/742,460에 기술되어 있고, 본 명세서에서는 더 이상 설명하지 않는다.

도 2에는 5채널 버전의 부가적인 주파수 종속 회로가 도시되어 있다. 이 회로에는 고정 매개변수가 없다. 주파수 및 레벨 작동은 조향 값(lr, cs)에 따라 달라진다. 이 회로는 여러 목적을 수행한다. 먼저, 5채널 및 7채널 디코더 모두에서 부가적인 소자는 조향이 중립(lr 및 cs=0)이거나 또는 전방으로 향하는(cs>0) 경우에 후방 채널의 명백한 소리세기가 조정되도록 한다. 미국 특허출원 08/742,460에서 이 감쇠는 매트릭스 자체의 일부로서 수행되었고, 주파수에 독립적이다. 우리는 저주파수에 있어서는 청취자의 측면으로부터 재생되는 것이 매우 바람직하다는 것을 이론적인 연구와 청취 테스트를 통해 발견하였다. 따라서, 본 명세서에 제시된 디코더는 오직 고주파수만이 가변 저역통과 필터(182, 184, 188, 190)에 의해 감쇠된다.

이것은 조향이 거의 항상 중립이거나 순방향인 경우에 본 명세서에서 후에 정의되는 백그라운드(background) 제어신호(186)를 사용하여 후방 채널에서 500Hz 이상의 주파수는 소자(188, 190)에 의해, 그리고 4kHz 이상의 주파수는 소자(182, 184)에 의해 감쇠시킴으로써 이루어진다. 가끔식 나타나는 후방으로 조향되는 사운드는 통상적인 2채널 성분으로부터 서라운드 인코드된 성분들을 자동적으로 구별하는 특성인 감쇠를 감소시킨다.

5채널 버전에서 다른 소자(192, 194)는 조향이 스피커가 실제 측면에 위치해 있는 경우에도 청취자의 후방에 있는 것처럼 느끼도록 c/s 신호(196)을 사용하여 후방으로 향하는 경우(cs<0)에 사운드의 스펙트럼을 변형한다. 변형된 좌측 서라운드 및 우측 서라운드 신호는 각각 단자(198, 200)에서 나타난다. 이 회로에 대한 부가적인 설명은 이 명세서의 뒷부분에서 제공될 것이다.

도 3에는 7채널 버전의 주파수 종속 소자가 도시되어 있다. 이전과 같이 제 1 필터 세트(182, 184, 188, 120)는 조향이 중립이거나 순방향인 경우에 측면 및 후방 출력의 상위 주파수를 감쇠시키고, 다시 백그라운드 제어신호(186)에 의해 제어된다. 이 감쇠는 보다 많은 순방향 사운드 이미지를 발생하고, 청취자의 기호에 맞게 조정될 수 있다. c/s 신호(196)로 표현된 조향이 후방으로 이동함에 따라, 부가적인 회로(202, 204, 206, 208)는 측면 출력이 후방 출력과 차이가 나도록 동작한다. 조향이 후방으로 이동함에 따라 측면 스피커에 있어서 상기한 감쇠는 측면 지향 사운드를 발생하기 위해 소자(204, 206)에 의해 가장 먼저 제거된다. 조향이 후방으로 보다 더 이동함에 따라 소자(204, 206)의 감쇠는 원상태로 회복되고 증가된다. 그 결과로 사운드가 전방 스피커에서 측면 스피커(들)까지, 그리고 후방 스피커 까지 완만하게 이동하고, 이 후방 스피커는 지연 소자(202, 208)에 의해 생성된 약 10ms의 지연을 갖는다. 저주파수는 이들 회로에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 측면 스피커의 저주파수 소리세기(광대하다는 인식을 갖게 함)는 사운드의 이동에 영향을 받지 않는다. 다시, 본 출원의 뒷부분에서는 도 3의 회로군의 부가적인 설명을 제공될 것이다.

4. 인코더에 대한 일반적인 설명

도 4는 5개의 입력 채널을 2개의 입력 채널로 자동 믹싱하도록 설계된 인코더의 블록도를 도시한다. 이 구성은 미국특허출원 08/742,460호에 기재된 인코더와는 매우 다르다. 이 새로운 설계의 목적은 최초의 5개 채널의 음향 밸런스를 보존하기 위한 것으로, 최초의 5개 채널이 디코더에 의해 추출되도록 하는 위상/진폭신호를 제공한다. 이전의 인코더는 유사한 목적을 가졌지만, 이들 목적을 달성하는데 사용되는 방법에 있어서 개선점을 가지고 있었다. 음향 밸런스의 보존은 인코더에 있어서 매우 중요하다. 인코더의 주요 목적중의 하나는 최초의 5개 채널과 동일한 예술적인 성능을 갖는 보통의 2채널 시스템으로 연주하는 5채널 녹음에 대한 2채널 믹싱을 자동적으로 발생시키는 것이다. 이 새로운 인코더 설계는 음향 밸런스가 보존되는 것을 확실하게 하는 액티브 소자를 포함한다.

'97 출원의 인코더와는 다르게, 새로운 설계는 입력 신호가 인코더의 5개 입력중의 어떠한 것 사이로 팬되는 것을 허용한다. 예를 들면, 사운드는 전방 좌측 입력으로부터 후방 우측 입력으로 팬될 수 있다. 2채널 신호가 이 출원에서 기술된 디코더에 의해 디코드되면, 원래의 사운드에 매우 근접하게 될 것이다. 또한 최초 서라운드 디코더를 통한 디코드는 최초의 것과 유사하게 될 것이다.

인코더의 상세한 설명은 추후에 설명될 것이다.

5. 디코더 액티브 매트릭스 요소를 위한 설계 목적

본 발명의 가장 기본적인 목적은 본 발명자들의 이전 디코더, 특히 미국특허출원 08/742,460호에 기술된 디코더의 목적과 동일하다. 이 발명은 의도한 방향으로 출력을 재생하는 것과 직접 관련되지 않는 출력의 지향적으로 인코드된 오디오 성분을 감소시키고, 상기 신호의 전체 세기를 일정하게 유지하기 위해 의도한 방향으로 출력을 재생하는 것과 직접 관련되는 출력의 지향적으로 인코드된 오디오 성분을 증가시키는 반면에, 조향 신호와는 관계없이 미지향성 신호의 좌측 및 우측 채널 성분 사이의 높은 분리를 유지하고, 지향적으로 인코드된 신호가 존재하든지 그렇지 않든지, 또는 존재하는 경우에 의도한 방향과는 관계없이 미지향성의 전체 오디오 세기 레벨로 정의된 소리세기를 효율적으로 일정하게 유지하도록 구성된 가변 매트릭스 값을 갖는 서라운드 사운드 디코더이다.

이들 목적의 대부분은 표면상으로 모든 매트릭스 디코더에 의해 공유된다. 본 출원에서의 새로움은 부분적으로 상기 규칙을 어떻게 보다 명확하게 구성하는가를 아는 것 및 부분적으로 상기 규칙을 언제 적용하지 않는지를 아는 것에 달려있다. 그러나, 미국특허출원 08/742,460호의 방법론의 대부분이 존속되고 있다. 이전 목적의 가장 중요한 것 중의 하나는 모든 조건하에서 디코더의 좌우측 채널 사이의 높은 분리의 명백한 유지이다. 이전의 모든 4채널 디코더는 단지 신호 후방 채널만이 제공되기 때문에 후방에서의 분리를 유지하는 것은 불가능하였다. 다른 구성으로의 5채널 디코더는 많은 방식의 분리를 절충한 것이다. 이 출원에 기술된 디코더는 V1.11과 유사한 방식으로 이 목적에 근접하지만 부가적인 목적과는 잘 맞지 않는다.

미국특허출원 08/742,460호는 또한 조향 신호의 정확성을 개선하기 위한 회로의 설계 및 강한 후방 조향 동안 후방 채널 중의 하나의 위상을 전환하기 위한 가변 위상 시프트 네트워크의 설계에 대한 많은 유사한 개선을 기술한다. 이러한 V1.11 디코더의 특징들은 새로운 설계에 존속되지만 이 출원으로 완전한 것은 아니다.

도 4에 있어서, 전방 입력신호 L, C 및 R은 입력 단자(50, 52, 54)에 각각 적용되고 있다. L과 R은 가산기(278, 282)로 각각 향하며, C는 쌍방의 가산기(278, 282)의 입력에 적용되기 전에 감쇠기(372)의 지수에 의해 첫번째로 감쇠된다. 저주파수 유효신호(LFE)는 소자(374)의 이득 2.0을 통과하여 가산기(278, 282) 모두에 적용된다.

서라운드 입력신호(LS, RS)는 2개의 입력 단자(62, 64)를 통하여 각각 적용되며, LS신호는 이득fs(l,ls)를 갖는 감쇠기(378)을 통과하며, RS신호는 이득fs(r,rs)를 갖는 감쇠기(380)을 통과한다. 이들의 출력은 -crx의 이득 인수를 갖는 교차결합소자(384, 386)내로 통과되며, 여기서 crx는 명목상 0.383이다. 합산기(392, 394)의 출력은 가산기(278, 282)의 입력에 가해진다. 이 때문에 소자들은 디코드된 공간내의 중앙 후방의 40°좌우측에 각각 위치한다.

다른 신호 분기는 이전과 같이 이득fc(l,ls)를 갖는 감쇠기(376) 및 이득fc(r,rs)를 갖는 감쇠기(382)와 교차결합 소자(396, 398, 402, 404, 406, 408)의 유사한 구성을 통해 LS 및 RS 신호를 통과하고, 합산기(406, 408)는 중앙 후방의 좌우측 45°에서 후방 좌측 및 후방 우측 입력을 나타내는 출력을 갖는다. 그러나, 이들 신호는 위상 시프터 소자(234, 246)를 각각 통과하며 가산기(278, 282)로부터의 좌측 및 우측 신호는 위상 시프터 소자(286, 288)을 각각 통과한다. 이들 위상 시프터 소자의 각각은 전역통과 필터이며, 위상은 소자(286, 288)에 대해 φ(f)-90°, 소자(234, 246)에 대해 φ(f)-90°이다. 이들 필터에 요구되는 성분 값의 계산은 종래기술에서 잘 알려져 있으며, 여기서는 상세히 기술하지 않는다. 그 결과로 합산기(406, 408)의 출력은 도 4에 도시된 바와 같이 전역통과 필터 네트워크를 통과한 후에 모든 주파수에서 90°만큼 가산기(278, 282)의 출력을 지연하도록 유도된다. 전역통과 네트워크(234, 286)의 출력은 단자(44)에서 A(또는 좌측) 출력 신호를 발생하기 위해 합산기(276)에 결합되고, 필터(246, 288)의 출력은 단자(46)에서 B(또는 우측) 출력 신호를 발생하기 위해 합산기(28)에 의해 결합된다.

이득 함수fs및fc는 강한 서라운드 신호가 다른 사운드와 위상이 일치하는 것으로 설계되고, 약한 서라운드 신호는 비상관된 "음악" 신호에 대해 일정한 세기를 유지하기 위해 90°위상 시프트된 경로를 통과한다. 또한 crx 값은 변화할 수 있고, 서라운드 신호가 청취되는 각도를 변경할 수 있다.

6. 미국특허출원 제08/742,460호 이후의 설계 개선

미국특허출원 08/742,460호의 설계에 대한 본 발명의 가장 현저한 개선 중의 하나는 신호가 중앙 방향으로 조향될 때 중앙 매트릭스와 좌측 및 우측 전방 매트릭스 요소에서의 변화이다. 본 발명자들은 미리 인코드 및 디코드되는 중앙 채널에서 2가지 문제점이 존재한다는 것을 발견하였다. 가장 중요한 문제점은 5채널 매트릭스 시스템에 있어서 중앙 채널의 사용은 가능한한 많이 좌측/우측 분리를 유지한다는 목적과 본질적으로 대립된다는 것이다. 매트릭스가 종래의 2채널 스트레오 성분으로부터 충분히 느낄 수 있는 출력을 생성하기 위한 것이라면, 2개의 입력 채널이 좌측 및 우측 성분을 갖지 않을 때에 중앙 채널은 좌측 및 우측 입력 채널의 합으로 구동되어야 한다. 따라서, 좌측 디코더 입력과 우측 디코더 입력은 모두 중앙 스피커에 의해 재생될 것이며, 처음에 좌측(또는 우측) 채널에만 존재했던 사운드도 또한 중앙으로부터 재생될 것이다. 결과적으로 이들 사운드의 외관상의 위치는 방의 중앙으로 끌어당겨진다. 이 발생정도는 중앙 채널의 소리세기에 의존한다.

미국특허 4,862,502호 및 5,136,650호는 좌측 및 우측 채널과 비교하여 3dB의 최소값을 갖는 매트릭스 요소를 사용하였다. 디코더로의 입력이 상관되지 않았을 때 중앙 채널의 소리세기는 좌측 및 우측 채널의 소리세기와 동일하였다. 조향이 순방향으로 이동함에 따라 중앙 매트릭스 요소는 추가로 3dB 증가하였다. 이러한 높은 소리세기의 효과는 전방 이미지의 폭을 강하게 감소시킨다. 사운드 이미지의 좌측 및 우측에서 울리는 악기는 항상 사운드 이미지의 중앙쪽으로 끌어당겨진다.

미국특허출원 08/742,460호는 초기값보다 적은 4.5dB의 최소값을 갖는 중앙 매트릭스 요소를 사용하였다. 이 최소값은 청취 테스트에 기초하여 선택되었다. 이 감쇠 때문에 오케스트라 음악과 마찬가지로 입력 성분이 비상관될 때에 전방 이미지로 만족스럽게 퍼져나간다. 전방 이미지는 심하게 좁혀지지 않는다. 미국특허출원 08/742,460호에 있어서 조향이 순방향으로 이동할 때 이들 매트릭스 요소는 증가하여, 궁극적으로 돌비 매트릭스에 사용된 값에 도달한다.

V1.11 디코더를 이용한 실험에서 중앙 채널 소리세기의 감소가 공간 문제를 해결하기는 하지만 입력 신호의 세기 밸런스가 매트릭스에 걸쳐 보존되지 않는 것을 알 수 있었다. 수학적 분석으로 V1.11가 오차를 가질 뿐만 아니라 돌비, 디코더 및 이전의 디코더도 또한 오차를 갖는 것을 알 수 있었다. 역설적으로, 중앙 채널이 전방 이미지의 폭을 재생하는 관점에서는 너무 강하지만, 세기 밸런스를 보존하기에는 너무 약하다. 이 문제는 맨댈(Mandel)의 디코더-표준 돌비 디코더에 있어서 특히 심하다. 표준 돌비 디코더에 있어서, 후방 채널은 미국특허 4,862,502호의 디코더보다 더 강하다. 그 결과, 중앙 채널은 세기 밸런스를 보존하기 위해서 보다 강해져야 한다. 중앙 채널에서의 세기 밸런스의 부재는 돌비 디코더에 있어서 거듭되는 문제점이었다. 돌비 권고에 의하면 사운드 믹스 기술자는 매트릭스에 걸쳐서 항상 밸런스를 청취해야 하며, 이에 따라 매트릭스의 세기 밸런스의 부재는 믹싱 처리 동안 보상될 수 있다. 불행히도, 현대 영화는 5채널 릴리스(release)에 대해 믹스되며, 2채널로의 자동 인코딩은 대화 레벨과 문제를 초래할 수 있다.

추가적인 분석 및 청취 테스트에 의하면, 영화와 음악은 밸런스 문제에 대해 서로 다른 해결책을 필요로 한다. 영화에 대해, 본 발명자들은 미국특허출원 08/742,460호로부터 좌측 및 우측 전방 매트릭스 요소를 보존하는 것이 가장 유용하다는 것을 발견하였다. 이들 소자들은 좌측 및 우측 전방 채널로부터 중앙 채널 정보를 가능한한 많이 제거한다. 이것은 전방 좌측 및 우측 채널로의 대화 누설을 최소화한다. 새로운 "영화" 설계에 있어서, 세기 밸런스는 중앙 매트릭스 요소를 변경함으로써 보정되고, 따라서 중앙 채널 소리세기는 조향이 순방향으로 이동할 때(cs가 0보다 커질 때) 표준 디코더보다 더욱 빠르게 증가한다. 실제로는, 중앙 매트릭스 요소의 최종값이 표준 디코더보다 더 높을 필요는 없으며, 이 조건은 단지 중앙 채널이 활성일 때 도달된다. 중앙 채널과 좌측 및 우측 채널에서 대략 동일한 레벨이 존재할 때 중앙 레벨이 표준 디코더보다 강하기만 하면 된다.

"영화" 기술을 사용하여 다른 모든 출력에서 중앙 채널 성분을 최소화하면서 중앙 채널 소리세기는 입력 신호에서의 세기 밸런스를 보존하기 위해 증가된다. 중앙 채널의 주된 사용이 대화를 위한 것이면 상기 기술은 영화에 대해 이상적인 것으로 생각되며, 중앙 이외의 다른 위치의 대화는 생각되지 않는다. 이 기술의 주요한 결점은 대중 음악의 많은 형태에서 발생하는 것과 같은 상당한 중앙 조향이 존재할 때 전방 이미지가 좁혀진다는 것이다. 그러나, 영화에 대한 이점, 즉 전방 채널로의 대화 누설의 최소화 및 뛰어난 세기 밸런스는 상기 결점보다 가치가 있다.

음악에 있어서는 다른 기술을 채택하였다. 이 경우에 있어서는 미국특허출원 08/742,460에서와 같이 동일한 비율로 중앙 채널 소리세기를 조향의 중간 값까지 증가시킬 수 있고, 여기서 cs≥22.5°이다. 음향 밸런스를 복원하기 위해서 입력 신호의 중앙 성분이 완전히 제거되지 않도록 좌측 및 우측 전방 매트릭스 요소를 바꾼다. 좌측 및 우측 전방에서 중앙 채널 성분의 양은 디코더의 모든 출력으로부터의 사운드 세기가 중앙에서의 과도한 소리세기 없이 입력 신호의 사운드 세기와 일치하도록 조정된다.

이러한 기술을 사용하여 3개의 전방 스피커는 모두 최초의 인코드된 성분에 존재하는 중앙 채널 정보를 재생한다. 이 기술의 가장 유용한 버전은 입력의 중앙 성분이 다른 2개의 전방 입력 중 어느 하나보다 중앙 출력에서 6dB 더 강한 위치에서 조향 동작을 제한한다는 것이다. 이것은cs값을 단순히 제한함으로써 달성된다.

이 새로운 기술, 3개의 전방 스피커 모두로부터 중앙 채널 성분이 나오도록 하고, 중앙이 전방 좌측 및 우측보다 6dB 더 강할 때에 조향 동작을 제한하는 기술은 모든 형태의 음악에 대하여 탁월한 것으로 판명된다. 인코드된 5채널 믹스와 최초의 2채널 믹스 모두는 안정된 중앙 및 중앙 채널과 좌측 및 우측 사이의 적절한 분리로 디코드한다. 종래의 디코더와는 달리, 중앙과 좌측 및 우측 사이의 분리는 의도적으로 완료하지 않은 점에 주의하자. 좌측으로부터 나오도록 의도된 신호는 중앙 채널로부터 제거되지만, 다른 것들은 그렇지 않다. 음악에 있어서, 상기 기술이 제공하는 높은 측면 분리 및 안정된 전방 이미지는 완전한 분리의 부재보다 가치가 있다. 영화에 대한 이러한 세팅을 이용한 청취 테스트에 의하면 좌측 및 우측 전방 스피커로부터 나오는 약간의 대화가 존재하지만 생성된 사운드 이미지의 안정성은 매우 양호하다. 이 결과는 만족스러운 것으로 산만하지는 않다. 음악용 디코더 세트를 이용하여 영화를 청취하는 청취자에 대하여 영화의 예술적 가치를 흐트리지 않는다. 필름용 디코더 세트를 이용한 음악 녹음에 대한 청취는 보다 해결이 어렵다.

이 출원에서 다음의 가장 중요한 개선은 가능하다면 신호가 좌측 전방 또는 좌측 우방 쪽으로 조향될 때 전방 채널과 후방 채널 사이의 분리가 증가한다는 것이다. V1.11 디코더는 이러한 상태에서 전방 채널에 대하여 미국특허 4,862,502호의 매트릭스 요소를 사용하였다. 이들 매트릭스 요소는 완전한 후방 위치-좌측 후방과 우측 후방 사이의 중간으로 조향되지 않는 한 후방 조향된 신호를 완전히 제거하지 않는다. 조향이 좌측 후방 또는 우측 후방(완전 후방은 아님)으로 되었을 때 좌측 또는 우측 전방 출력은 대응하는 후방 출력보다 적은 출력 9dB을 갖는다. 본 발명에 있어서, 전방 매트릭스 요소는 조향이 좌측 후방과 우측 후방 사이의 어느곳으로 되었을 때 전방으로부터 사운드를 제거하기 위해 변형된다.

7. 후방 매트릭스 요소의 개선

후방 매트릭스 요소의 개선은 일반 청취자에게는 즉각적으로 명백해지는 것은 아니다. 이들 개선은 사분원 사이의 경계를 가로지르는 매트릭스 요소의 연속성에서 다양한 오차를 보정한다. 또한, 다양한 조건하에서 조향된 신호와 미조향된 신호 사이의 세기 밸런스를 개선한다. 이후에 제공되는 매트릭스 요소의 수학적 표현은 이들 개선을 포함한다.

8. 활성 매트릭스 요소의 상세한 설명

매트랩 언어

매트릭스 요소를 기술하는데 사용된 수학은 변수cs및lr의 연속함수에 기초하지 않는다. 일반적으로, 식에 대해 조건, 절대값 및 다른 비선형 변형 등이 존재한다. 이러한 이유 때문에 프로그래밍 언어를 사용하여 매트릭스 요소를 설명한다. 매트랩 언어는 식을 도식적으로 검사하는 간단한 방법을 제공한다. 매트랩은 포트란 또는 C 언어와 매우 유사하다. 주요한 차이점은 매트랩에서의 변수는 벡터, 즉 각 변수는 순차적으로 숫자열로 나타낼 수 있다는 것이다. 예를 들면, 다음과 같이 변수 x를 정의할 수 있다.

x = 1:10;

매트랩에서의 상기 지정은 0 내지 10의 값으로 10개의 숫자로 구성된 열을 형성한다. 변수 x는 모두 10개의 값을 포함한다. 1x10 매트릭스의 한 벡터가 기술되어 있다. 각각의 벡터내에서 각각의 수는 액세스되거나 또는 조작될 수 있다. 예를 들면, 식

x(4) = 4;

는 벡터 x의 4번째 요소를 값 4로 설정할 것이다. 변수는 또한 2차원 매트릭스를 나타낼 수 있다. 매트릭스의 각각의 요소는 유사한 방식으로 할당될 수 있다.

X(2.3) = 10;

은 매트릭스 X의 제 2 행, 제 3 열에 값 10을 할당할 것이다.

이어지는 매트릭스 요소의 상세한 설명은 이하의 참조문헌 [2]로 발표된 설명과 거의 동일하다. 이 문구는 약간 개선었다. 주요한 차이점은 다음과 같다.

1. 참조문헌 [2]는 "tv 매트릭스" 특징을 포함한다. 이 특징은 조향이 순방향 또는 중립일 때 후방 출력의 레벨을 감소시킨다. 이 응용에 있어서, 상기 특징은 매트릭스에 이어지는 주파수 종속 회로를 통하여 달성된다. 이에 따라서, "tv 매트릭스" 보정을 생략하였다.

2. 중앙 매트릭스 요소에 대한 부분은 "영화" 기술, "음악" 기술 및 "음악" 세팅의 동작을 제한하는 기술을 포함하도록 변형되었다. 참조문헌 [2]는 단지 제한 없이 "음악" 세팅만을 기술하였다.

9. 식 및 그래프에서 매트릭스 디코더

참조문헌 [1]에 있어서, n x 2 매트릭스 요소에 의해 기술될 수 있는 매트릭스 디코더를 제시하였고, 여기서 n은 출력 채널의 수이다. 각각의 출력은 2개의 입력의 선형 조합으로 볼 수 있고, 여기서 선형 조합의 계수는 매트릭스의 요소에 의해 제공된다. 본 명세서에 있어서, 이들 요소들은 간단한 문자 조합에 의해 식별된다. 참조문헌 [1]은 5채널과 7채널 디코더를 기술하였다. 이제 5채널로부터 7채널로의 변환은 디코더의 주파수 종속 부분에서 실행되며, 따라서 여기에서는 5채널 디코더만을 기술한다.

대칭을 생각하면, 단지 6개의 요소-중앙 요소, 2개의 좌측 전방 요소 및 2개의 좌측 후방 요소의 동작을 기술할 필요가 있다. 우측 요소는 좌측 및 우측의 식별자를 단순히 전환함으로써 좌측으로부터 발견될 수 있다. 이들 소자들은 다음과 같다.

CL : 좌측 입력 채널-중앙 출력에 대한 매트릭스 요소

CR : 우측 입력 채널-중앙 출력에 대한 매트릭스 요소

LFL : 좌측 입력 채널-좌측 전방 출력

LFR : 우측 입력 채널-좌측 전방 출력

LRL : 좌측 입력 채널-좌측 후방 출력

LRR : 우측 입력 채널-좌측 후방 출력

이들 요소들은 일정하지 않다. 그들의 값은 입력 사운드의 출현 방향의 2개의 함수에 따라 변화한다. 대부분의 위상/진폭 디코더는 입력 신호의 진폭 비율을 비교함으로써 입력의 출현 방향을 결정한다. 예를 들면, 우측/좌측 방향의 조향 정도는 우측 입력 채널 진폭에 대한 좌측 입력 채널 진폭의 비율로부터 결정된다. 유사한 방식으로, 전방/후방 방향의 조향 정도는 입력 채널의 합과 차의 진폭 비율로부터 결정된다. 이와 같은 것을 행하는 방법에 있어서 로직 7 디코더는 표준 디코더와 매우 상이하지만, 이들 조향 방향을 결정하기 위한 방법을 여기에서는 논의하지 않는다. 조향 방향이 결정되었다고 가정한다. 여기에서는 이들 방향들을 각으로서, 즉 좌측/우측 방향(lr)에 대한 각과 전방/후방(중앙/서라운드) 방향(cs)에 대한 각으로 나타낸다. 2개의 조향 방향은 부호화된 변수이다.lr및cs가 모두 0일 때, 입력 신호는 미조향, 즉 2개의 입력 채널이 상관되지 않는다.

입력이 지향적으로 인코드되었던 단일 신호로 구성될 때, 2개의 조향 방향은 그들의 최대값을 가진다. 그러나, 이들 조건하에서 그들은 독립적이지는 않다. 조향 값을 각도로서 나타내는 것의 이점은 단지 단일 신호가 존재할 때 2개의 조향 값의 절대값이 합계 45°이어야 한다. 입력이 강하게 조향된 신호와 함께 몇몇 비상관된 성분을 포함할 때 조향값의 절대값의 합계는 45°미만이어야 한다.

조향값에 의해 형성된 2차원 평면에 대하여 매트릭스 요소의 값을 그리면, 평면의 중앙은 값(0.0)을 가질 것이며, 조향값의 합계에 대한 적법한 값은 45를 초과하지 않을 것이다. 실제로, 비선형 필터의 동작 때문에, 합계가 45를 초과할 가능성이 있다. 미국특허출원 08/742,460호는 그들의 합계가 45°를 초과하지 않도록lr또는cs의 값을 제한하는 회로를 청구하고 있다. 이 청구범위는 여기에서 더 이상 기술하지 않을 것이다. 오버런동안 매트릭스 요소에 대한 수학이 양호하게 작동된다고 가정한다. 매트릭스 요소들을 도식적으로 표현할 때, 입력 변수의 적법한 합계가 초과되는 경우에는 값을 영으로 한다. 이 때문에 경계 궤적-강하게 조향된 신호에 의해 생긴 궤적을 따라 요소의 동작을 직접 볼 수 있다. 그래프는 매트랩에 의해 형성되었다. 매트랩 언어에 있어서, 매트랩이 실제 각도 값보다 더 큰 1이 되는 각도 변수를 필요로 하기 때문에 미조향된 위치는 (46.46)이다. 희망적으로 보면 이는 과도한 혼란을 일으키지 않을 것이다.

매트릭스 디코더에 대한 종래의 설계는 강하게 조향된 신호에 대한 매트릭스의 동작, 즉 표면 경계 주위의 매트릭스 요소의 동작만을 고려하는 경향이 있다. 이것은 견해에 있어서 근본적인 오류이다. 영화 또는 음악의 실제의 신호를 연구할 때 표면 경계가 좀처럼 도달되지 않는 것을 발견한다. 대부분에 있어서 신호는 평면의 중간-중앙의 약간 앞쪽 주위에서 흔들린다. 이러한 조건하에서 매트릭스의 동작은 사운드에 대해 매우 중요하다. 종래의 요소들과 본 발명의 요소를 비교할 때, 중간 영역에서 표면의 복잡성이 크게 증가하는 것을 볼 수 있을 것이다. 이 복잡성은 사운드의 개선을 초래한다.

이러한 복잡성은 가치가 있다. 본 발명자들의 최초의 1987 설계(1989 특허 참조)는 아날로그 성분으로 구성하기 위해 단순한 구조였다. 새로운 요소들은 디지털 구현에서는 평범한 1차원 룩업 테이블에 의해 거의 완전히 표현되도록 설계되어 있다. 유사한 실행성능을 갖는 아날로그 버전을 설계하는 것이 가능하지만, 평범한 것은 아니다.

본 출원에서, 본 발명자들은 매트릭스 요소의 몇몇 다른 버전을 대조한다. 가장 최초의 것은 1989 특허의 요소들이다. 이들 요소들은 제 1 서라운드 프로세서에 사용되었으며, 좌측, 중앙 및 우측 채널에서 표준(돌비) 서라운드 프로세서의 요소들과 동일하다(하지만 서라운드 채널에서는 동일하지 않다). 본 발명자들의 설계에 있어서, 서라운드 채널은 중앙 채널과 대칭적으로 처리된다. 표준(돌비) 디코더에서, 서라운드 채널은 다르게 처리되며 이는 본 출원에서 이후에 상세히 논의될 것이다.

여기에 나타낸 요소들은 항상 정확히 비율에 따라 정해지는 것은 아니다. 일반적으로, 이들은 주어진 채널에 대한 비영 매트릭스 요소의 미조향된 값이 1이도록 제시된다. 실제로, 요소들은 각 요소의 최대값이 1 또는 그 미만이도록 비율에 따라 정해진다. 어떤 경우에, 최종 제품에서 요소들을 비율에 따라 정하는 것은 교정 절차에서 추가적으로 변경된다. 여기에 나타낸 매트릭스 요소들은 적당한 상수에 의해 비율에 따라 정해지는 것으로 가정되어야 한다.

10. 1989 특허에서의 좌측 전방 매트릭스 요소

cs및lr은 각각 중앙/서라운드 및 좌측/우측 축에서 각도로 나타낸 조향 방향이라고 가정한다.

1989 특허에 있어서, 전방 매트릭스 요소에 대한 식은 아래와 같이 주어진다.

좌측 전방 사분원에 대하여

LFL = 1-0.5*G(cs)-0.41*G(lr)

LFR = -0.5*G(cs)

우측 전방 사분원에 대하여

LFL = 1-0.5*G(cs)

LFR = -0.5*G(cs)

좌측 후방 사분원에 대하여(es는 음이라는 것을 상기하자)

LFL = 1-0.5*G(cs)+0.41*G(lr)

LFR = -0.5*G(cs)

우측 후방 사분원에 대하여

LFL = 1-0.5*G(cs)

LFR = -0.5*G(cs)

함수 G(x)는 1989 특허에서 실험적으로 결정되었으며, 1991 특허에서 수학적으로 특정되었다.x가 0에서 45°까지 변화할 때 함수 G(x)는 1에서 0까지 변화한다. 조향이 전방 좌측 사분원에 있을 때(lr및cs가 모두 양) G(x)는 1-｜r｜/｜l｜과 동일하도록 보여질 수 있다(여기에서, ｜r｜ 및 ｜l｜은 우측 및 좌측 입력 진폭). 또한, G(x)는 여러 가지 식을 이용하여 조향 각도의 형태로 기술될 수 있다. 이들 중 하나는 1991 특허에 제공되어 있으며, 다른 것은 본 명세서에서 후에 제공된다.lr 및 cs에 대하여 3차원적으로 도시된 LFL 및 LFR 매트릭스 요소들의 도식적 표현에 대한 도 5 및 도 6을 참조하라.

참조문헌 [1]에 있어서, 이들 요소들은 미조향된 성분의 소리세기가 조향 방향에 관계없이 일정해야 한다는 조건을 추가함으로써 개선되었다. 수학적으로 이것은 LFL 및 LFR 매트릭스 요소들의 평방제곱근 합이 일정해야 한다는 것을 의미한다. 참조문헌에 있어서 이 목적은 조향 방향으로 변경되어야 한다, 즉 조향이 완전 좌측일 때 이들 요소들의 제곱의 합이 3dB만큼 상승해야 한다는 것이 지적되었다. 도 7은 이들 요소들의 제곱의 합을 보여주며, 이것은 매트릭스 요소들이 일정한 소리세기에 대한 요구에 대처하지 못하는 것을 나타낸다. 도 7에서, 값은 미조항 상태에서 우측으로 축을 따라 .71로 일정하다는 점을 주목하자. 미조향 상태에서 좌측으로는 값 1로 3dB 상승하며, 미조향 상태에서 중앙 또는 후방으로는 값 0.5로 3dB 떨어진다. 그래프의 이 부분은 좌측에서 피크에 의해 감춰진다. 후방 방향 레벨은 중앙 방향의 레벨과 동일하다.

미국특허출원 08/742,460호 및 참조문헌 [1]에 있어서, 본 발명자들은 매트릭스 식에서 함수 G(x)를 사인 및 코사인으로 교체함으로써 도 7의 진폭 오차를 보정하였다. 이하의 식으로 기술되는 보정된 요소 LFL 및 LFR의 제곱의 합의 생성된 그래프에 대한 도 8을 참조하자.

평면의 우측 절반 전체에서 .71의 상수값과, 좌측 정점을 향하여 1까지의 완만한 상승에 주목하자.

좌측 전방 사분원에 대하여

LFL = cos(cs) + 0.41*G(lr)

LFR = -sin(cs)

우측 전방 사분원에 대하여

LFL = cos(cs)

LFR = -sin(cs)

좌측 후방 사분원에 대하여

LFL = cos(-cs) + 0.41*G(lr)

LFR = sin(-cs)

우측 후방 사분원에 대하여

LFL = cos(-cs)

LFR = sin(-cs)

11. 좌측 전방 매트릭스 요소의 개선

1996년 3월에, 본 발명자들은 이들 매트릭스 요소를 약간 변경하였다. 기본적인 함수 종속은 유지하였지만, 전방에서cs축을 따라 추가적인 상승과, 후방에서cs축을 따른 삭감을 추가하였다. 상승의 이유는 순방향으로 팬되었던 스트레오 음악으로 성능을 개선하기 위한 것이었다. 후방에서 삭감의 목적은 스트레오 음악이 후방으로 팬되었을 때 전방 채널과 후방 채널 사이의 분리를 증가시키기 위한 것이었다.

전방 좌측 사분원에 대하여

LFL = (cos(cs)-0.41*G(lr))*boost1(cs)

LFR = (-sin(cs))*boost1(cs)

우측 전방 사분원에 대하여

LFL = (cos(cs))*boost1(cs)

LFR = (-sin(cs))*boost1(cs)

좌측 후방 사분원에 대하여

LFL = (cos(-cs)+0.41*G(lr))/boost(cs)

LFR = (sin(cs))/boost(cs)

우측 후방 사분원에 대하여

LFL = (cos(cs))/boost(cs)

LFR = (sin(cs))/boost(cs)

함수 G(x)는 1989 특허에서의 하나와 동일하다. 입력으로서 각도로 표현될 때 이하 식과 동일하게 나타낼 수 있다.

G(x) = 1-tan(45 -x)

1997년 3월에서 사용된 것과 같은 함수 boost1(cs)는 조향의 최초 22.5°에 대하여 적용된 전체 3dB의 선형 상승이었고, 다음 22.5°에서는 다시 0㏈로 감소한다. boost(cs)는 아래에 매트랩 코드로 corr(x)로 제공된다(주석 라인은 퍼센트 기호 %로 나타냄).

% 22.5°에서 +3dB의 상승 함수 계산

% corr(x)는 3dB까지 상승하여 정지. corr1(x)는 상승한 후, 다시 하강

for x = 1:24; % x는 0 내지 23°를 나타내는 1 내지 24의 값을 갖는다

corr(x) = 10＾(3*(x-1)/(23*20)); % 이 범위에 대하여 3dB까지 상승

corr1(x) = corr(x);

end

for x = 25:46; % corr1은 24 내지 45°의 범위에 걸쳐 다시 하강

corr(x) = 1.41;

corr1(x) = corr(48-x);

end

상기 식으로부터 얻어진 LFL의 도시에 대한 도 9를 참조하자. 조향이 중앙쪽으로 이동할 때에 상승은lr= 0 축 및 좌측-중앙 경계를 따라 적용된다는 점에 주목하자. 또한, 조향이 후방으로 이동할 때에 레벨 감소를 주목하자.

1997년 3월 회로의 성능은 개선될 수 있다. 첫 번째 문제점은 좌측과 중앙 사이 및 우측과 중앙 사이의 경계를 따른 조향의 동작에 있다. 강한 단일 신호가 좌측으로부터 중앙으로 팬할 때 LFL 매트릭스 요소의 값이 좌측과 중앙 사이의 최대 절반까지 으로 증가할 수 있다는 것을 도 9에서 볼 수 있다. 이 값의 증가는 중앙 신호가 스트레오 음악에 추가될 때 좌측 및 우측 메인 출력에 대한 계획적인 레벨 증가에 대한 의도하지 않은 결과이다.

스트레오 신호가 순방향으로 팬될 때 좌측 및 우측 전방 출력은 이들 출력으로부터 상관된 성분의 매트릭스에 의한 제거를 보상하기 위해 레벨이 상승해야 한다. 그러나, 이들 조건하에서 레벨을 증가시키는데 사용된 방법은 입력의lr성분이 최소일 때, 즉 근본적인 좌측 또는 우측 조향이 없을 때에만 발생해야 한다. 1997년 3월에서 이러한 증가를 구현하기 위해 선택된 방법은lr값에 무관하였고, 강한 신호가 경계를 가로질러 팬할 때 레벨을 증가시키는 결과를 초래하였다.

상승은 단지lr=0 축을 따라 필요하다,lr이 0이 아닐 때, 매트릭스 요소는 상승되면 안된다. 이 문제점은 승산 대신에 매트릭스 요소로에 대한 부가적인 항을 사용함으로써 해결될 수 있다. 본 발명자들은 새로운 조향 지수, 다음의 매트랩 코드를 갖는 경계가 한정된cs값을 정의한다.

lr및cs＞0 으로 가정-좌측 전방 사분원에 위치

(cs및lr는 1에서 46까지 변화하는 매트랩 협정을 따른다)

% 경계가 한정된 c/s 검색

if(cs＜24)

bcs = cs-(lr-1);

if(bcs＜1) % 이것은 최대값을 제한한다

bcs = 1;

end

else

bcs = 47-cs-(lr-1);

if(bcs＜1)

bcs = 1;

end

end

cs＜22.5 및lr= 0이면(매트랩 협정에서 cs＜24 및 lr = 1), bcs는cs와 동일하다. 그러나,lr이 증가할 때 bcs는 0으로 감소할 것이다.cs＞22.5이면lr이 증가할 때 bcs는 또한 감소한다.

이제 필요한 보정 함수를 검색하기 위해 본 발명자들은 상승된 매트릭스 요소들과 상승하지 않은 요소들 사이의 차를 lr = 0 축을 따라 검색한다. 본 발명자들은 이 차를 cos_tbl_plus 및 sin_tbl_plus라 한다. 매트랩 코드를 사용하면, 다음과 같다.

a = 0:45; % 1°단위로 벡터를 정의한다. a는 0 내지 45°의 값을 갖는다.

a1 = 2*pi*a/360: % 라디안(radian)으로 변환

% 이제 사인 및 코사인 테이블 뿐만 아니라 전방에 대한 상승 테이블을 정의한다.

sin_-tbl = sin(a1);

cos_-tbl = cos(a1);

cos_-tbl_plus = cos(a1)*corr1(a+1);

cos_-tbl_-plus = cos_-tbl_-plus - cos_-tbl; % 이것이 우리가 사용하는 것이다

cos_-tbl_-minus = cos(a1)/corr(a+1);

sin_-tbl_-plus = sin(a1)*corr1(a+1);

sin_-tbl_-plus = sin_-tbl_-plus - sin_-tbl; % 이것이 우리가 사용하는 것이다

sin_-tbl_-minus = sin(a1)*corr(a+1);

벡터 sin_-tbl_-plus 및 cos_-tbl_-plus는 보통의 사인과 코사인 사이의 차 및 상승된 사인 및 코사인의 차이다. 이제 다음과 같이 정의한다.

LFL = cos(cs)+0.41*G(lr)+cos_-tbl_-plus(bcs)

LFR = -sin(cs)-sin_-tbl_-plus(bcs)

전방 우측 사분원에서 LFL 및 LFR은 유사하지만, +0.41*G 항은 없다. 이들 새로운 정의는 도 10에 도식적으로 나타낸 매트릭스 요소를 유도한다.

도 10에 있어서, 새로운 요소는 좌측-중앙 경계 뿐만 아니라 중앙-우측 경계를 따라 정확한 진폭을 갖는다.

후방 사분원에서 조향은 어느 것도 최적이지는 않다. 조향이 후방쪽으로 향할 때 상기 매트릭스 요소들은 다음과 같이 제공된다.

LFL = cos_-tbl_-minus(-cs)+0.41*G(-cs)

LFR = sin_-tbl_-mimus(-cs)

이들 매트릭스 요소들은 '89 특허에서의 요소들과 거의 동일하다. 강력한 신호가 좌측에서 후방으로 팬하는 경우를 생각보자. '89 요소들은 이 신호가 완전히 후방으로 향할 때에만(cs=-45, lr=0) 전방 좌측 출력으로부터 출력의 완전한 제거가 존재하도록 설계되었다. 그러나, 로직 7 디코더에서는 인코드된 신호가 왼쪽 후방 방향(cs=-22.5 및 lr=22.5)에 도달할 때 왼쪽 전방 출력으로부터의 출력이 0이 되는 것이 바람직하다. 신호가 완전한 후방으로 보다 더 팬할 때 좌측 전방 출력은 0으로 남아있어야 한다. 1997년 3월에 사용된 매트릭스 요소들-상기한 요소들-에서는 신호가 좌측 후방 위치로 팬될 때 전방 좌측 채널에서의 출력이 약 -9dB가 된다. 이러한 레벨 차는 매트릭스의 양호한 성능을 얻는데 충분하지만, 사실 양호한 것은 아니다.

이 성능은 좌측 후방 사분원의 LFL 및 LFR 매트릭스 요소를 바꿈으로써 개선될 수 있다. 여기서 본 발명자들이 매트릭스 요소가 좌측과 후방 사이의 경계를 따라 어떻게 변화하는지에 대해 관심을 갖고 있다는 것에 주목하자. 참조문헌 [1]에 제공된 수학적 방법은 경계를 따른 요소들의 동작을 발견하는데 사용될 수 있다. t가 0(좌측)에서 -22.5°(좌측 후방) 까지 변화할 때 좌측 전방 출력의 진폭이 함수 F(t)에 따라 감소한다고 가정하자. 이 방법은 다음과 같은 매트릭스 요소를 제공한다.

LFL=cos(t)*F(t)-/+sin(t)*(sqrt(1-F(t)^2))

LFR=(sin(t)*F(t)+/-cos(t)*(sqrt(1-F(t)^2)))

만일 F(t)=cos(4*t)와 정확한 부호를 선택하면 이들은 하기와 같이 간단하게 된다.

LFL=cos(t)*cos(4*t)+sin(t)*sin(4*t)

LFR=(sin(t)*cos(4*t)-cos(t)*sin(4*t)

t에 대하여 계수 LFL(직선으로된 곡선) 및 LFR(점선으로된 곡선)의 도시에 대한 도 11을 참조하자. (중간에서 약간의 결함은 매트랩에서의 모든 각도가 정수라는 이유로 한 점이 존재하지 않기 때문이다.)

이들 소자들은 양호하게 작동한다-t가 0에서 22.5°까지 변화할 때 전방 좌측 출력은 0으로 완만하게 감소된다. 본 발명자들은 조향이 22.5°에서 45°까지 계속될 때 출력은 0으로 유지되기를 바란다. 경계의 이 부분을 따라, 하기와 같이 된다.

LFL = -sin(t)

LFR = cos(t)

이들 매트릭스 요소들은 lr=0 경계에 따른 매트릭스 요소로부터 상당한 거리에 있다는 점에 주목하자. 참조문헌 [1]에서 값은 다음과 같았다.

LFL = cos(cs)

LFR = sin(cs)

이들 매트릭스 요소들은 강하게 조향된 신호와 적절하게 동작하도록 설계된다-여기서 cs 및 lr은 모두 최대값을 갖는다. 종래의 매트릭스 요소들은 lr이 거의 0인 신호, 즉 후방으로 팬되었던 스테레오 신호에 대해서는 성공적이었다. 본 발명자들은 lr 및 cs가 경계에 도달할 때 최초의 매트릭스 요소들을 새로운 매트릭스 요소들로 변형하는 방법을 필요로 한다. 선형 보간이 사용될 수 있었다. 승산에 비용이 많이 소요되는 렉시콘 프로덕츠에서 사용된 프로세서에서, 보다 양호한 기술은 이하의 매트랩 세그먼트에 의해 정의된 바와 같이 새로운 변수(lr 및 cs의 최소)

% 새로운 경계 매개변수 검색

bp=x;

if(bp>y)

bp=y;

end

및 bp에 의존하는 새로운 보정함수 정의하는 것이다.

for x=1:24

ax = 2*pi*(46-x)360;

front_boundary_tbl(x)=(cos(ax)-sin(ax))/(cos(ax)+sin(ax));

end

for x = 25:46

ax=2*pi*(x-1)/360;

front_boundary_tbl(x)=(cos(ax)-sin(ax))/(cos(ax)+sin(ax));

end

그 후, 이 사분원에서의 LFL 및 LFR를 다음과 같이 정의한다.

LFL=cos(cs)/(cos(cs)+sin(cs))-front_boundary_tbl(bp)+0.41*G(lr)

LFR=sin(cs)/(cos(cs)+sin(cs))-front_boundary_tbl(bp)

cos(cs)+sin(cs)의 보정에 주목하자. cos(cs)을 상기 지수로 나누면, 이 사분원에서 돌비 매트릭스와 동일한 함수 1-0.5*G(cs)를 얻는다. sin(cs)를 상기 지수로 나누면, 최초의 함수 +0.5*G(cs)를 얻는다.

우측 후방 사분원에서도 유사하게 얻어진다.

LFL=cos(cs)/(cos(cs)+sin(cs))=1-0.5*G(cs)

LFR=sin(cs)/(cos(cs)+sin(cs))=0.5*G(cs)

좌측 우방으로부터 계수 그래프를 보여주는 도 12에서, 좌측-후방 경계를 따른 큰 보정에 주목하자. 이것은 조향이 좌측에서 좌측 후방으로 이동할 때 전방 좌측 출력이 0이 되도록 한다. 출력은 조향이 완전한 후방으로 진행할 때 0을 유지한다. lr=0 축을 따라, 그리고 우측 후방 사분원에서 함수는 돌비 매트릭스와 동일하다.

도 13에서, 좌측-후방 경계에서 큰 피크에 주목하자. 이것은 조향이 좌측 후방에서 완전한 후방으로 이동할 때 이 경계를 따라 전방 출력을 0으로 유지하기 위해 LFL 매트릭스 요소와 결합하여 동작한다. 다시 또 lr=0 축을 따른 후방 방향 및 후방 우측 사분원에서 요소는 돌비 매트릭스와 동일하다.

로직 7 매트릭스 설계의 주요 설계 목적 중 하나는 디코더의 입력에 나타난 미조향된 성분의 지정된 출력에서의 소리 세기가 동시에 나타나는 조향된 신호의 방향에 관계없이 일정하게 하는 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 이것은 각 출력에 대한 매트릭스 요소들의 제곱 합이 조향 방향에 관계없이 1이어야 한다는 것을 의미한다. 즉, 좌측 전방 출력쪽에서 본다면, 조향이 완전한 좌측으로 이동할 때 매트릭스 요소의 제곱 합이 3dB만큼 증가해야 한다. 상기 요소들은 또한 조향이 lr=0 축을 따라 순방향 및 역방향으로 이동할 때 필요조건을 다소 변경한다.

그러나 여전히 매트릭스 요소들의 제곱 합의 평방근을 도시함으로써 본 발명자들의 설계의 성공을 테스트할 수 있다. 수정된 설계에 대한 이들 도시에 대해서는 도 14 및 도 15를 참조하라. 도 14에 있어서 좌측 방향에서 3dB 피크와, 중앙 방향에서 신호가 미조향 상태에서 22.5°까지 이동할 때 다소 작은 피크에 주목하자. (이러한 도시를 위해 후방 사분원에서 1/(sin(cs)+cos(cs)) 보정을 제거하였고, 이에 따라 생성된 합이 어떻게 정확히 1이 되는지를 볼 수 있다.)

이 피크는 절반의 전방 조향 동안에 좌측 및 우측 출력을 의도적으로 상승시킨 결과이다. 이렇게 설계되었을 때 다른 사분원에서 rms 합이 1에 매우 근접하게 된다는 점에 주목하자. 후방 좌측 사분원에서의 값은 요소들을 생성하기 위해 사용된 방법이 근사이기 때문에 1과 완전히 동일하지는 않지만, 일치는 매우 양호하다.

도 15에서는, 미조향(중간)-좌측 축은 값 1을 갖고, 중앙 정점은 값 0.71을 갖고, 후방 정점은 값 0.5를 가지며, 좌측 정점은 값 1.41을 갖는다. 중간-중심 축을 따라 피크에 주목하자.

12. 전방 조향 동안의 후방 매트릭스 요소

89 특허(표준 교정 절차의 효과를 보여주기 위하여 본 명세서에서 0.71에 의해 비율을 정하는 것을 도입했던 것을 제외하고)에서의 후방 매트릭스 요소는 하기와 같이 주어진다.

전방 좌측 사분원에 대하여

LRL=0.71*(1-G(lr))

LRR=0.71*(-1)

후방 좌측 사분원에 대하여

LRL=0.71*(1-G(lr)+0.41*G(-cs))

LRR=-0.71*(1+0.41*G(-cs))

(평면의 우측 절반은 동일하지만 LRL 및 LRR을 전환한다.)

돌비 프로로직에서 후방 매트릭스 요소들은 하기와 같다(유사한 교정 후).

전방 좌측 사분원에 대하여

LRL=1-G(lr)

LRR=-1

후방 좌측 사분원에 대하여

LRL=1-G(lr)

LRR=-1

(평면의 우측 절반은 동일하지만 LRL 및 LRR을 전환한다.)

돌비 요소들과 '89 요소들은 cs=-45°일 때 후방 좌측 사분원에서 동일한 것으로 교정된다.

13. 돌비 프로로직에서 서라운드 레벨에 대한 간단한 설명

돌비 요소들은 후방에서 cs에 의존하는 상승이 없다는 것을 제외하고는 '89 특허 요소들과 유사하다. 이러한 차이는 표준 교정 절차 후에 요소들이 미조향된 신호에 대하여 서로 다른 값을 갖기 때문에 매우 중요하다. 일반적으로 매트릭스 요소에 대한 본 명세서의 설명은 이들 디코더에 대한 교정 절차를 고려하지 않는다. 비교적 임의의 기준화를 구비하는 모든 매트릭스 요소들을 도출한다. 대부분의 경우에 요소들은 최대값 1.41을 갖는 것처럼 나타난다. 사실 기술적인 이유 때문에 매트릭스 요소들은 모두 결국 기준화되고, 이에 따라 이들은 1보다 적은 최대값을 갖는다. 부가적으로, 디코더가 최종적으로 사용되면, 스피커에 대한 각 출력이 조정된다. 이들을 조정하기 위해, 동일한 사운드 세기를 가지면서 좌측, 중앙, 우측 및 서라운드의 4방향으로부터 인코드된 신호가 재생되고, 각 출력의 이득은 사운드 세기가 청취 위치에서 동일할 때까지 조정된다. 실제로 이것은 매트릭스 요소들의 실제 레벨이 기준화되고, 이에 따라 디코더의 4개의 출력이 완전한 조향 조건하에서 동일하다는 것을 의미한다. 이러한 조정을 상기의 후방 요소들에 대한 식에 잘 알아볼 수 있도록 포함시켰다.

전방으로 조향되거나 또는 미조향된 상태에서 요소들의 3dB 차는 사소하지 않다. 미조향된 상태 동안에 '89 특허로부터의 요소들은 값 0.71을 갖고, 요소들의 제곱 합은 1의 값을 갖는다. 이것은 조정될 때 돌비 후방 요소들에 적당한 것은 아니다. LRL은 미조향된 값 1을 갖고, 제곱 합이 '89 출력보다 2 또는 3dB 더 높다. 조정 절차는 매트릭스가 미조향될 때 "돌비 서라운드" 수동 매트릭스에 대응하지 않는 매트릭스를 생성한다는 점에 주목하자. 돌비 서라운드 수동 매트릭스는 후방 출력이 0.71*(A_in-B_in)의 값을 가져야 한다는 것을 지정하고, 프로로직 매트릭스는 이러한 지정에 대처하지 못한다. 그 결과로 A 및 B 입력이 상관되지 않을 때 후방 출력은 다른 것들보다 3dB 더 강해진다. 후방 출력을 공유하는 2개의 스피커가 존재하면, 각 스피커는 단일 후방 스피커보다 3dB 더 약하게 조정되고, 이 때문에 디코더 입력이 상관되지 않을 때 대략 동일한 사운드 세기를 갖는다. '89 특허로부터의 매트릭스 요소들가 사용되는 경우에는 디코터 입력이 상관되지 않을 때 동일한 조정 절차에 의해 후방으로부터의 사운드 세기가 3dB 작아진다.

취향의 문제로서 입력이 결국 상관되지 않을 때 후방 채널을 얼마나 크게 해야 하는지가 문제가 된다. 서라운드 인코드된 녹음이 연주되고 있는 경우에는 녹음이 혼합될 때 프로듀서가 들었던 밸런스를 재생하고자 한다. 이러한 밸런스를 달성하는 것이 하나의 조합으로서의 디코더와 인코더에 대한 설계 목적이다. 그러나 표준 스테레오 성분에 있어서 그 목적은 취향에 맞고 간섭이 없는 서라운드를 발생하면서 최초 녹음시의 세기 밸런스를 재생하기 위한 것이다. 돌비 매트릭스 요소들이 갖는 문제점은 종래의 2채널 녹음시의 세기 밸런스가 매트릭스에 걸쳐서 보존되지 않는다는 것이다. 서라운드 채널은 너무 강하고 중심 채널은 너무 약하다.

이 문제의 중요성을 알기 위해, 상관되지 않은 좌측 및 우측 성분과 개별적이고 상관되지 않은 중앙 성분의 3개의 성분으로 구성되는 디코더로의 입력을 가질 때 발생하는 것을 생각하자.

A_in=L_in+0.71*C_in

B_in=R_in+0.71*C_in

A_in및 B_in가 종래의 스테레오 시스템을 통하여 연주되면, 실내에서 사운드 세기는 L_in ²+R_in ²+C_in ²에 비례한다. 3개의 구성요소가 모두 대략 동일한 진폭을 가지면, 좌측과 우측 성분을 합한 것과 중앙 성분의 세기 비율은 1:2가 된다.

본 발명에서는 디코더로 C_in과 L_in및 R_in의 세기 비율에 관계없이 스테레오와 대략 동일한 세기 비율로 실내에서 사운드 세기를 재생하고자 한다. 이것은 수학적으로 표현할 수 있다. 필수적으로 동일한 세기 비율에 대한 필요조건으로 다른 모든 매트릭스 요소들이 주어진 바와 같이 얻어지는 경우에 cs축을 따른 중앙 매트릭스 요소들의 함수 형태를 지정할 수 있다. 매트릭스가 완전히 조향될 때 후방 사운드 세기가 다른 3개의 출력보다 3dB 작아지도록, 즉 표준 조정보다 3㏈ 작아지도록 조정되는 돌비 매트릭스 요소들을 가정하면, 중앙 매트릭스 요소들은 도 16에 도시된 형상을 가져야 한다. 표준 조정에 대해서도 동일하게 할 수 있고, 그 결과는 도 17에 나타낸다.

도 16에서, 디코더 출력의 세기 비율이 스테레오의 세기 비율과 동일하다고 가정하고, 통상적으로 사용되는 레벨보다 3㏈ 낮게 조정전 후방 돌비 매트릭스 요소들을 사용하면, 실제 값이 미조향된 신호와 완전히 조향된 신호에 대하여 합리적인 결과를 제공하는 반면에, 이들은 중간에서 1.5㏈ 더 낮다는 점에 주목하자.

도 17에서, 매트릭스 요소들이 제공한 스테레오와 동일한 세기 비율과 돌비 프로로직(점선 곡선)에서 실제로 사용된 조정을 가정하면, 실제값은 cs의 모든 값에 대해 3dB 이상 더 낮다는 점에 주목하자.

이들 2개의 숫자는 믹스 엔지니어가 종종 깨닫는 것, 즉 돌비 프로로직 시스템에서 재생 녹음을 위해 준비된 믹스가 스테레오에서 재생 녹음을 위해 준비된 믹스보다 중앙의 소리 세기가 더 크다는 것을 보여준다. 반대로, 스테레오를 위해 준비된 믹스는 프로로직 디코더를 통해 연주될 때 음색의 맑기를 손실한다. 아이러니컬하게도, 이것은 수동 돌비 서라운드 데코더에 적당한 것은 아니다. 이 문제는 중심 매트릭스 요소를 언급할 때 다시 한번 논의될 것이다.

14. 2개의 독립적인 후방 출력 생성

돌비 요소들과 '89 요소들에 있어서 주요 문제점은 단일 후방 출력만이 존재한다는 것이다. '91 특허는 2개의 독립적인 측면 출력을 생성하기 위한 방법을 개시하였고, 이 특허에서의 수학은 미국 특허출원 제08/742,460호와 1996년의 참조문헌 [1]에서의 전방 좌측 사분원에 포함되었다. 이 사분원에서 요소들의 목적은 동시에 존재하는 미조향 성분에 대한 좌측 후방 채널로부터 약간의 출력을 유지하면서 좌측에서 중앙으로 조향된 신호의 출력을 제거하기 위한 것이었다. 이러한 목적을 달성하기 위해, LRL 매트릭스 요소가 다음의 형태를 가지는 것으로 가정했다.

좌측 전방 사분원에서

LRL = 1-GS(lr)-0.5*G(cs)

LRR = -0.5*G(cs)-G(lr)

알 수 있는 바와 같이, 이들 매트릭스 요소들은 '89 요소들과 매우 유사하지만, LRR에 G(lr)항을, 그리고 LRL에 GS항을 추가로 갖는다. G(lr)은 조향된 신호가 제거되고 있을 때 일부 미조향된 신호 세기를 제공하도록 좌측 후방 출력에 디코더의 B 입력 채널로부터의 신호를 추가하기 위해 포함되었다. 본 발명자들은 함수 GS(lr)를 풀었고, 그 기준은 좌측으로부터 중앙으로 이동하는 완전히 조향된 신호를 갖는 신호 출력이 전혀 존재하지 않는다는 것이다. GS(lr)에 대한 식은 G²(lr)와 동일한 것으로 판명되었는데, 이 식의 보다 복잡한 표현은 '91 특허에 제공되어 있다. 이 2가지 표현은 동일한 것으로 볼 수 있다.

참조문헌 [1]에서, 이들 요소들은 미조향된 성분에 대하여 일정한 소리 세기에 보다 근접하게 만들기 위해 (sin(cs)+cos(cs))의 상승이 제공됨으로써 보정된다. 우측 전방 사분원에서 완전히 성공적이었지만, 좌측 전방 사분원에서는 보정이 그리 성공적이지 않다. 도 18 참조.(우측 전방 사분원에서 매트릭스 요소들은 '89 특허에서의 LRL 및 LRR 요소들과 동일하다.)

도 18에 있어서, 전방 좌측 사분원에서 중간에서 좌측 정점까지의 선을 따라 3㏈ 하강이 있고, 좌측과 중앙 사이의 경계를 따라 거의 3㏈ 레벨 상승이 있는 것에 주목하자. 후방 사분원에서의 연봉(連峰)은 후술될 것이다. 상기 도면에서는 도 20의 본 발명과의 보다 양호한 비교를 위해 V1.11에서의 "tv 매트릭스" 보정이 제거되었다.

도 18은 사운드 세기에서의 몇가지 문제점을 나타내고 있다. 먼저, cs=0 축을 따른 제곱 합에서 하강을 생각하자. 이 하강은 LRR에서 G(lr)의 함수 형태가 최적이 아니기 때문에 존재한다. G(lr)의 선택은 임의적이다-종래의 설계에서 이 함수는 이미 디코더내에 존재했고, 아날로그 회로로의 구현은 용이하다.

이상적으로, 본 발명자들은 상기 식에서 함수 GR(lr)를 갖고, cs=0 축을 따라 LRL과 LRR의 제곱 합을 일정하게 유지하기 위한 방법으로 GS(lr) 및 GR(lr)을 선택하며, 좌측과 중앙 사이의 경계를 따라 출력 0을 유지하고자 한다. 이것은 실행 가능하다. 본 발명자들은 또한 매트릭스 요소들이 lr=0 축을 따른 RF 사분원의 매트릭스 요소와 동일한 것을 확실하게 하고자 한다. 따라서, 본 발명자들은

LRL = cos(cs)-GS(lr)

LRR = -sin(cs)-GR(lr)

이라고 가정한다.

본 발명자들은 cs=0 축을 따라 제곱 합이 1이 되기를 원하며,

(1-GS(lr))²+ (GR(lr))²= 1

조향된 신호에 대해서 출력이 0이 되거나 또는 t가 0에서 45°까지 변화할 때,

LRL*cos(t) + LRR*sin(t) = 0

가 되기를 원한다. 상기 식들은 숫자에 의해 풀어지고 도 19에 도시되는 GR 및 GS에 대한 복잡한 2차 방정식을 형성한다. 도시된 바와 같이 GS 및 GR의 사용하면 의도한 바와 같이 cs=0 축을 따라 세기 합에서 큰 개선이 이루어진다. 그러나, 좌측과 중앙 사이의 경계를 따른 제곱의 합에서 피크는 유지된다.

실제 설계에서서는 이러한 오차를 보상하는 것이 그다지 중요하지 않지만, 다음 기술을 이용하여 발견에 도움이 되도록 그와 같이 하기로 결정하였다. cs 및 lr에 기초한 새로운 결합 변수에 의존하는 인수로 양쪽 매트릭스 요소를 나눌 것이다. 새로운 변수를 xymin라고 하자. (실제로는 나눗셈을 이용하지 않지만, 후술된 인수의 역수로 곱한다.) 매트랩(Matlab) 표시법에서,

% x 또는 y의 최소값 검색

xymin = x;

if(xymin > y)

xymin = y;

end

if(xymin > 23)

xymin = 23;

end

% xymin은 0에서 22.5도까지 변화한다는 점에 주목

이어서 xymin을 이용하여 경계를 따른 매트릭스 요소에 대한 보정을 검색한다.

전방 좌측 사분원에서,

LRL = (cos(cs) - GS(lr))/(1 + .29*sin(4*xymin))

LRR = (-sin(cs) - GR(lr))/(1 + .29*sin(4*xymin))

전방 우측 사분원에서

LRL = cos(cs)

LRR = -sin(cs)

참조문헌 [2]에서, 이들 요소들에 추가적으로 "tv 매트릭스" 보정이 곱해진다. 본 출원에서 도 20은 "tv 매트릭스" 보정이 없는 매트릭스 요소들을 보여준다. 본 출원에서, 상기 보정은 매트릭스에 이어지고 후술되어 있는 주파수 종속 회로에 의해 조절된다.

도 20에서, 제곱의 합이 1에 가깝고, 후방에서 의도적인 레벨 상승을 제외하고 연속적이라는 점에 주목하자.

15. 후방 조향 동안의 후방 매트릭스 요소

'91 특허에 제공된 후방 매트릭스 요소들은 5채널 디코더에 적당하지 않았고, 본 출원인의 CP-3 제품에서 발견적으로 변형되었다. 참조문헌 [1] 및 미국특허출원 제08/742,460호는 좌측 후방 사분원의 경계를 따라 이들 요소들을 유도하기 위한 수학적 방법을 제시하였다. 상기 방법은 경계를 따라 작용했지만, lr=0 축 및 cs=0 축을 따른 불연속을 발생시켰다. 1997년 3월에서, 이들 불연속은 매트릭스 요소에 대한 추가적인 보정에 의해 (거의) 회복되었고, 이것은 조향 경계를 따라 그 동작을 유지하였다.

본 출원에 개시된 요소들에 대하여, 이들 오차는 보간에 의해 보정되었다. 1차 보간은 LRL에 대한 cs=0 경계를 따른 불연속을 회복시킨다. 상기 보간은 cs=0일 때 값이 GS(lr)의 값과 일치하도록 하고, cs가 후방쪽으로 음으로 증가할 때 값이 이전 식에 의해 주어진 값까지 원활하게 상승하도록 한다. 2차 보간은 LRR이 cs=0 축을 따라 GR(lr)의 값으로 보간하도록 한다.

16. 우측에서 우측 후방으로 후방 조향 동안의 좌측면/후방 출력

먼저 조향이 중립이거나 또는 완전 우측과 우측 후방 사이의 임의의 위치에 있을 때 LRL 및 LRR 매트릭스 요소들을 생각하자. 즉, lr은 0에서 -45°까지 변화할 수 있고, cs는 0에서 -22.5°까지 변화할 수 있다.

이들 조건하에서, 입력의 조향된 성분은 좌측 출력으로부터 제거되어야 한다-조향이 우측 또는 우측 후방을 향할 때 후방 좌측 채널로부터의 출력이 전혀 없어야 한다.

'91 특허에 제공된 매트릭스 요소들은 상기 목적을 달성한다. 이들은 미조향 소리 세기에 대한 sin(cs)+cos(cs) 보정이 추가된 4채널 디코더의 후방 매트릭스 요소들과 본래 동일하다. 이것이 행해질 때 매트릭스 요소들은 간단한 사인 및 코사인이다:

LRL = cos(-cs) = sri(-cs)

LRR = sin(-cs) = sric(-cs)

0 내지 22.5°의 범위에서 sin(x)과 동일한 sric(x) 및 cos(x)와 동일한 sri(x)의 새로운 함수를 정의하였다는 점에 주목하자. 좌측 조향 동안의 좌측 후방 매트릭스 요소를 정의할 때 이들 함수들을 다시 이용할 것이다.

17. 우측 후방에서 우측으로 후방 조향 동안의 좌측면/후방 출력

이제 cs가 -22.5°보다 크게 될 때 동일한 매트릭스 요소들을 생각하자. 참조문헌 [1] 및 2개의 특허출원에서 개시한 바와 같이, LRL은 이 범위에서 1 이상까지 상승해야 하고, LRR은 0으로 감소해야 한다. 간단한 함수가 이것을 실행한다(이 식에서 cs는 음이고, -22.5에서 -45°까지 변화한다는 것을 기억하자):

LRL = (cos(45+cs)+rboost(-cs)) = (sri(-cs) + rboost(-cs))

LRR = sin(45+cs) = sric(-cs)

rboost(cs)는 참조문헌 [1] 및 미국특허출원 제08/742,460호에 정의되어 있다. 그것은 0 > cs > -22.5에서 rboost(cs)가 0이 된다는 것을 제외하고 이전의 매트릭스 요소들에서 함수 0.41*G(cs)와 거의 동등하고, cs가 -22.5°에서 -45°까지 변화할 때 0에서 0.41까지 변화한다. 그 정확한 함수 형태는 사운드가 좌측 후방에서 완전한 후방까지 팬될 때 후방 출력의 소리 세기를 일정하게 유지하려는 바램에 의해 결정된다.

우측 조향 동안의 좌측 후방 매트릭스 요소는 이제 완전하다.

18. 좌측에서 좌측 후방으로 조향 동안의 좌측 후방 요소

LRL 및 LRR 요소들의 동작은 훨씬 복잡하다. lr이 45에서 22.5 또는 0으로 감소할 때 LRL 요소는 0에서 거의 최대값까지 빠르게 상승해야 한다. 참조문헌 [1]에 주어진 매트릭스 요소는 이것을 수행하지만, 상기한 바와 같이 cs=0 경계에서의 연속성에 있어서 문제점이 있다.

1997년 3월 개시에 있어서, 하나의 변수와 여러 조건문의 함수를 이용하는 해결책이 발견되었다. 참조문헌 [1]에서, 경계의 순방향측에서(cs≥0) LRL 매트릭스 요소가 GS(lr)에 의해 제공되기 때문에 cs=0 경계에서 문제가 발생한다. 후방측(cs<0)에서 참조문헌 [1]에 의해 제공된 함수는 동일한 종점을 갖지만, lr이 0이 아니거나 45°일 때는 상이하다.

참조문헌 [1]에서의 수학적 방법은 범위 22.55 < lr < 45에 걸쳐서 LR 매트릭스 요소에 대하여 다음과 같은 식을 제공한다. (참조문헌 [1]로부터 이들 수학식을 옮겨쓸 때 t=45-lr이라는 것을 기억하자).

LRL = cos(45-lr)*sin(4*(45-lr))-sin(45-lr)*cos(4*(45-lr)) = sra(lr)

LRR =-(sin(45-lr)*sin(4*(45-lr))+cos(45-lr)*cos(4*(45-lr)))=-srac(lr)

본 발명자들은 상기 범위에 걸쳐서 새로운 2개의 함수, sra(lr) 및 srac(lr)을 정의하였다.

cs≥22.5이면, lr은 계속 0에서 45까지 변화할 수 있다. 참조문헌 [1]에서는 다음과 같이 LRL 및 LRR을 정의한다(lr이 0 < lr < 22.5의 범위를 가질 때).(참조문헌 [1]의 도 6 참조)

LRL = cos(lr) = sra(lr)

LRR = -sin(lr) = -srac(lr)

이제 이들 2개의 함수 sra(x) 및 srac(x)는 0 < lr < 45에 대하여 정의된다.

19. 1997년 3월 버전

1997년 3월 버전은 경계에 따라 LRR을 보정하기 위해 보간 기술을 이용한다. 여기에서는 2개의 불연속이 존재한다. cs=0 경계를 따라, 후방의 LRR은 순방향에 대한 LRR과 일치해야 하고, 이것은 cs=0 경계를 따른 LRR=-G(lr)을 나타낸다.

1997년 3월에 사용된 선택은-약간 계산을 강조하는 것이기는 하지만-0 내지 15°의 범위에서 cs의 값에 기초한 보간을 이용하는 것이다. 다시 말해서, cs가 0일 때, LRR을 검색하기 위해 G(lr)을 이용한다. cs가 15°까지 증가할 때, srac(lr)의 값으로 보간한다.

또한 lr=0 축을 따른 불연속이 존재할 수도 있다. 1997년 3월에서, 이 불연속은 새로운 변수 cs_bounded를 이용함으로써 검색되는 LRR에 항을 추가함으로써 (약간) 보정되었다. 보정 항은 간단히 sric(cs_bounded)로 된다. 이 항은 lr=0 축을 가로질러 연속성을 보장할 것이다.

먼저 다음의 매트랩(Matlab) 표시법으로 cs_bounded를 정의한다.

cs_bounded = lr-cs;

if(cs_bounded < 1) % 이것은 최대값을 제한한다

cs_bounded = 0;

end

if(45-|lr| < cs_bounded) % 2개 값 중 보다 작은 값을 이용한다

cs_bounded = 45 - lr;

end

for cs = 0 to 15

LRR = (-(srac(lr)+(srac(lr)-G(lr))*(15-cs)/15)+sric(cs_bounded));

for cs = 15 to 22.5

LRR = (-srac(lr)-sric(cs_bounded));

20. '97 8월에 로직 7(Logic 7)으로 구현된 LRL

본 발명에서, LRL은 LRR에서와 같은 보간으로 계산된다. 매트립 표시법으로 다음과 같다.

for cs = 0 to 15

LRL = ((sra(lr)+(sra(lr)-GS(lr))*(15-cs)/15)+sri(-cs));

for cs = 15 to 22.5

LRL = (sra(lr)+sri(-cs));

21. 좌측 후방에서 완전한 후방으로의 조향 동안의 후방 출력

조향이 좌측 후방에서 완전한 후방으로 조향이 이동할 때, 요소들은 후방 소리세기에 대한 보정을 추가하여 참조문헌 [1]에 제공된 것들에 이어진다.

매트랩(Matlab) 표시법으로 다음과 같다.

For cs > 22.5, lr < 22.5

LRL = (sra(lr) - sri(cs) + rboost(cs))

LRR = -srac(lr) - sric(cs_bounded)

이것은 좌측 조향 동안 LRL 및 LRR 매트릭스 요소를 완성한다. 우측 조향에 대한 값은 이 정의에서 좌측과 우측을 바꿈으로써 검색될 수 있다.

22. 중앙 매트릭스 요소

'89 특허 및 돌비 프로로직 모두는 다음의 매트릭스 요소를 갖는다.

전방 조향에 대하여

CL = 1 - G(lr) + 0.41*G(cs)

CR = 1 + 0.41*G(cs)

후방 조향에 대하여

CL = 1 - G(lr)

CR = 1

매트릭스 요소가 좌우 축에 대하여 대칭이기 때문에, 우측 조향에 대한 CL 및 CR의 값은 CL과 CR을 바꿈으로써 검색될 수 있다. 이 요소의 도식적 표현에 대해서는 도 21을 참조.

도 21에서, 그래프의 중간과 우측 및 후방 정점은 값 1을 갖는다. 중앙 정점은 값 1.41을 갖는다. 실제로 이 요소는 최대값이 1이 되도록 기준화된다.

미국특허출원 제08/742,460호 및 참조문헌 [1]에서, 이들 요소들은 사인 및 코사인으로 대체된다.

전방 조향에 대하여

CL = cos(45-lr)*sin(2*(45-lr))-sin(45-lr)*cos(2*(45-lr))+0.41*G(cs)

CR = sin(45-lr)*sin(2*(45-lr))+cos(45-lr)*cos(2*(45-lr))+0.41*G(cs)

이들 식들은 결코 구현되지 않았다. 1997년 3월 제품은 '89 특허에서의 요소들을 사용했지만, G(cs)가 아닌 다른 기준화 및 부스트 함수를 이용했다. 중앙 출력의 미조향된 레벨을 감소시키기 것이 중요하다는 것을 발견했고, 프로로직 레벨 이하인 값 4.5㏈이 선택되었다. cs가 중앙쪽으로 증가할 때 부스트 함수 (0.41*G(cs))는 매트릭스 요소들의 값을 프로로직 값으로 다시 증가시키기 위해 변경되었다. 1997년 3월 버전에서 부스트 함수는 청취 테스트를 통해 발견에 도움이 되도록 선택되었다.

1997년 3월의 버전에서 cs의 부스트 함수는 이전과 같이 0에서 시작하고, cs가 0에서 22.5도까지 이동할 때 CL과 CR이 증가하는 방법으로 cs와 함께 상승한다. 이 증가는 cs 증가의 각각의 ㏈에 대하여 일정한 값의 ㏈이다. 다음에 부스트 함수는 기울기를 변경하고, 그 결과로 다음 20°에서 매트릭스 요소는 다시 3㏈만큼 상승한 다음에 일정하게 유지된다. 따라서, 조향이 "반 전방"에 있는 경우(8㏈ 또는 23°)에 새로운 매트릭스 요소들은 이전의 매트릭스 요소들의 중립값과 동일하다. 조향이 계속 순방향으로 이동함에 따라 새로운 매트릭스 요소 및 이전의 매트릭스 요소는 동일하게 된다. 따라서 중앙 채널의 출력은 조향이 중립일 때 이전의 출력보다 작은 4.5㏈이지만, 조향이 완전히 중앙을 있을 때에는 이전 값까지 상승한다. 이러한 요소의 3차원 도시에 대해서는 도 22 참조.

도 22에서, 중간값과 우측 및 후방 정점이 4.5㏈만큼 감소되었다는 점에 주목하자. cs가 증가할 때 중앙은 2개의 기울기로 1.41의 값까지 상승한다.

1997년 3월에 사용된 중앙 요소들은 최적이 아니라는 것을 발견하였다. 실제로 스테레오 (2채널) 재생과 매트릭스를 통한 재생 사이에서 전환하는 경우에 대중음악 녹음의 중앙 부분과 일부 영화에서의 대화가 손실되는 경향이 있을 수 있다는 것을 디코더를 이용한 상당한 실험에서 보여주었다. 부가적으로, 중앙 채널 레벨이 변화할 때, 전방 스피커로부터 등거리에 있지 않는 청취자는 이동하는 중앙 음성의 정확한 위치를 인식할 수 있다. 이 문제는 여기에 개시된 새로운 중앙 매트릭스 요소들을 개발할 때 광범위하게 분석되었다. 후술되는 바와 같이, 경계를 따라 신호가 좌측에서 중앙으로 또는 우측에서 중앙으로 팬할 때에도 또한 문제가 있다. 미국특허출원 제08/742,460호의 매트릭스 요소들은 팬이 사이의 중간에 있을 때 중앙 스피커로부터 매우 낮은 출력을 제공한다.

23. 새로운 설계의 중앙 채널

매트릭스 기술을 사용하여 중앙 채널 출력으로부터 강하게 조향된 신호를 제거하는 것이 가능한 동시에, 조향이 전면을 향하지만 좌측 또는 우측으로 편향되지 않은 때에는, 중앙 채널은 약간의 이득 지수를 갖는 A와 B 입력의 합을 재생해야 한다. 다시 말해서, 중앙 채널로부터 비상관된 좌측 및 우측 성분을 제거하는 것이 불가능하다. 유일한 선택은 중앙 스피커의 소리세기를 조절하는 것이다. 얼마나 커야할까?

이 문제는 좌측 및 우측 메인 출력의 동작에 의존한다. LFL 및 LFR에 대하여 앞에서 제공된 매트릭스 값은 조향이 전방으로 이동할 때 입력 신호의 중앙 성분을 제거하도록 설계된다. 만일 입력신호가 스테레오 폭 제어와 같은 크로스 믹서를 이용함으로써 순방향 쪽으로 발생하도록 인코드되었다면, 앞에서 제공된 매트릭스 요소들('89 요소, 1996 AES 논문에 개시된 요소, 1997년 3월 요소 및 이 명세서에서 이전에 제공된 요소)은 모두 최초의 분리를 완벽하게 복구한다.

그러나, 만일 디코더로의 입력이 비상관된 중앙 채널이 추가되었던 비상관된 좌측 및 우측 채널로 구성되는 경우, 즉

A_in= L_in+ 0.71*C_in

B_in= R_in+ 0.71*C_in

이면, C_in의 레벨이 L_in및 R_in과 관련하여 증가할 때, 디코더의 L과 R 전방 출력의 C성분은 C_in이 L_in및 R_in와 비교하여 크지 않는한 완전하게 제거되지 않는다. 일반적으로, L과 R 전방 출력에 약간의 C_in이 남아 있다. 청취자가 무엇을 들을까?

청취자가 듣는 것을 계산하는 2가지 방법이 있다. 만일 청취자가 좌측, 우측 및 중앙 스피커로부터 정확히 등거리에 있다면, 청취자들은 각각의 스피커로부터 사운드 압력의 합을 들을 것이다. 이것은 3개 전방 출력을 합산하는 것에 상당하는 것이다. 이러한 조건하에서, 좌측 및 우측 스피커의 중앙 성분을 감소시키면 중앙 스피커의 진폭에 관계없이 중앙 성분으로부터의 사운드 압력의 순손실이 발생하는 것을 용이하게 볼 수 있다. 이것은 중앙 스피커가 항상 A와 B 입력의 합으로부터 도출되고, 그 진폭이 증가될 때 L_in및 R_in신호의 진폭이 C_in신호의 진폭과 함께 증가해야 하기 때문이다.

그러나, 만일 청취자가 각각의 스피커로부터 등거리에 있지 않다면, 청취자는 3개 전방 출력의 제곱 합과 동등한 각각의 스피커로부터의 사운드 세기의 합을 들을 가능성이 매우 높다. 사실, 광범위한 청취는 모든 스피커의 세기의 합이 실제로 중요하다는 것을 보여주었고, 따라서 후방 출력을 포함한 디코더의 모든 출력의 제곱 합을 고려해야 한다.

만일 스테레오 재생과 매트릭스 재생 사이에서 전환하는 경우 L_in, R_in및 C_in의 진폭의 비율이 보존되도록 매트릭스를 설계하고자 한다면, 중앙 출력으로부터의 C_in성분의 사운드 세기는 좌측 및 우측 출력으로부터의 사운드 세기의 감소와 후방 출력의 감소에 정확히 비례하여 상승해야 한다. 부가되는 복잡성은 좌측 및 우측 전방 출력이 상기한 최대 3㏈까지의 레벨 상승을 갖는다는 것이다. 이에 따라 비율을 일정하게 유지하기 위해 중앙은 소리가 약간 더 커진다. 사운드 세기에 대한 일련의 식으로서 이러한 필요조건을 기록할 수 있다. 이들 식들은 중앙 스피커에 대해 필요로 하는 이득 함수를 위해 풀어질 수 있다.

다양한 조건하에서 돌비 프로로직 디코더에 대한 에너지 관계를 나타내는 그래프를 미리 보였다. 이 프로로직 디코더는 최적은 아니다. 본 출원의 새로운 디코더에 대하여 동일한 것을 행할 수 있다.

도 23은 조향이 전방 쪽으로 이동할 때 입력 신호의 중앙 성분의 에너지가 전방 3채널에서 보존된는 경우에 필요한 중앙 이득을 나타내고 있다(실선 곡선). 보이는 바와 같이, 중앙 채널의 레벨에서 필요한 상승은 매우 가파르다. 이 상승은 조향값의 ㏈당 진폭의 수 ㏈이다. 또한 표준 디코더에서의 이득을 나타내고 있다(점선 곡선).

상기한 바와 같이, 이러한 문제에 대한 2가지 해결안이 있다. 먼저 "영화" 해결안을 설명할 것이다. 이 해결안은 완전히 수학적인 것이 아니다. 실제로 도 23에 도시된 함수가 매우 가파르게 상승하는 것을 발견하였다. 중앙 채널의 레벨 변화가 매우 명백하다. 이상적인 것보다 약 1㏈ 작은 중심으로 세기 요구를 완화하기로 하였다. 만일 중앙값을 재계산한다면, 도 24의 실선으로 도시된 결과를 얻는다. 실제로 도 24에서 점선으로 도시된 곡선의 앞부분을 선형 상승으로 대체할 수 있다. 실제로 이들 중앙값에서의 결과는 영화에 대해 우수하였다.

도 24를 참조하면, 실제로 실선 곡선이 매우 가파르게 상승한다. 점선으로 제공된 선형 경사가 보다 양호하게 동작한다.

음악은 다른 해결안을 필요로 한다. 도 23 및 도 24에 도시된 중앙 감쇠는 LFL 및 LFR에 대하여 미리 주어진 매트릭스 요소들을 가정하여 도출된다. 다른 요소들을 사용한다면? 특히, 좌측 및 우측 전방 출력으로부터 중앙 성분을 제거하는 것에 대해 적극적일 필요가 있을까?

청취 테스트는 이전의 좌측 및 우측 전방 매트릭스 요소들이 음악을 녹음 재생하는 동안에 중앙 성분을 제거하는 것에 관해 적극적일 필요가 없다는 것을 나타내고 있다. 음향학적으로 그렇게 해야할 필요가 없다. 좌측 및 우측 전방으로부터 제거된 에너지는 중앙 스피커에 제공되어야 한다. 만일 좌측 및 우측 전방 스피커로부터 발생하는 이 에너지를 제거하지 않는다면, 중앙 스피커는 강한 것일 필요는 없다. 방안의 사운드 세기는 동일하다. 전방 좌측 및 우측 스피커로부터 등거리에 있는 청취자에 대해 스테레오 폭 감소를 최소화하면서 축을 벗어난 청취자에 대해 유력한 전방 이미지를 생성하기 위해서 중앙 스피커에 충분한 에너지를 두는 것이 비결이다.

미국특허출원 제08/742,460호에서와 같이, 시행착오를 통해 최적의 중앙 소리세기를 찾을 수 있다. 그리고, 방안에서 C_in성분의 세기를 보존하기 위해 전방 좌측 및 우측에서 필요한 매트릭스 요소들에 대해서도 해결할 수 있다. 이전과 같이, 중앙 채널이 전체 -0.75㏈ 감쇠 또는 본 출원인의 '89 특허 디코더의 레벨 아래로 4.5㏈만큼 레벨 감소된다고 가정한다. -7.5㏈은 0.42와 같다. 중앙에 대한 매트릭스 요소들은 이 인수로 승산될 수 있고, 새로운 중앙 부스트 함수(GC)가 정의될 수 있다.

전방 조향에 대하여

CL = 0.42*(1-G(lr))+GC(cs)

CR = 0.42+GC(cs)

후방 조향에 대하여

CL = 0.42*(1-G(lr))

CR = 0.42

GC(cs)에 대해 몇개의 함수가 시도되었다. 아래에 제공된 한 함수는 이상적이지 않을 수도 있지만, 충분히 좋은 것으로 생각된다. 그것은 단위 °의 각도(cs)의 항으로 특정되고, 약간의 시행착오를 통해 얻어졌다.

매트랩(MATLAB) 표시법으로 다음과 같다.

center_max = 0.65;

center_rate = 0.75;

center_max2 = 1;

center_rate2 = 0.3;

center_rate3 = 0.1;

if(cs<12)

gc(cs-1) = 0.42*10(db*center_rate/(20));

tmp = gc(cs+1);

elseif(cs<30)

gc(cs+1) = tmp*10^((cs-11)*center_rate3/(20));

if(gc(cs-1) > center_max)

gc(cs+1) = center_max;

end

else

gc(cs+1) = center_max*10^((cs-29)*center_rate2/(20));

if(gc(cs+1) > center_max2)

gc(cs+1) = center_max2;

end

end

함수 (0.42+GC(cs))가 도 25에 도시되어 있다. 값 0.42(돌비 서라운드보다 4.5㏈ 낮음)에서 신속하게 상승하고, 이후 완만하게 상승하다가, 마지막으로 값 1까지 가파르게 상승한다는 점에 주목하자.

LFL, LRL 및 LRR에 대한 함수를 가정하면, LFR에 대해 필요한 함수를 해결할 수 있다. 좌측 및 우측 출력에서 C_in성분이 감소해야 하는 비율을 해결하고자 한다. 이들 매트릭스 요소들은 또한 L_in과 R_in성분의 약간의 상승을 제공해야 하고, 우측-중앙 경계 뿐만 아니라 좌측-중앙 경계에서 현재의 형태를 가져야 한다.

LFL = GP(cs)

LFR = GF(cs)

CL = 0.42*(1-G(LR))+GC(cs)

CR = 0.42+GC(cs)

로 가정한다.

전방 좌측 및 우측으로부터의 세기는 다음과 같이 계산될 수 있다:

PLR = (GR²+GF²)*(L_in ²+R_in ²)+(GP-GF)²*C_in ²

중심으로부터의 세기는

PC = GC²*(L_in ²+R_in ²)+2*GC²*C_in ²

후방로부터의 세기는 사용하는 매트릭스 요소들에 의존한다. 후방 채널이 순방향 조향 동안 3㏈만큼 감쇠되고, LRL은 cos(cs)이며, LRR은 sin(cs)라고 가정할 것이다. 단일 스피커로부터,

PREAR = (0.71*(cos(cs)*(L_in+0.71*R_in)-sin(cs)*(R_in+0.71*C_in)))²

만일 L_in ²≒R_in ²라면, 2개의 스피커에 대하여,

PREAR = 0.5*C_in ²*((cos(cs)-sin(cs))²)+L_in ²

모두 3개의 스피커로부터의 전체 세기는 PLR+PC+PREAR이 된다.

PT = (GP²+GF²+GC²)*(L_in ²+R_in ²)+((GP-GF)²+2*GC²)*C_in ²+PREAR

C_in세기대 L_in과 R_in세기의 비율은(L_in ²=R_in ²가정)

RATIO = (((GP(cs)-GF(cs))²+ 2*(GC(cs)²+0.5*(cos(cs)-sin(cs))²))

* C_in ²/ ((2*(GP(cs)²+ GC(cs)²+ GF(cs)²) + 1) * L_in ²)

RATIO = (C_in ²/L_in ²)*((GP(cs)-GF(cs))²+2*(GC(cs)²+0.5*(cos(cs)

-sin(cs))²)/(2*(GP(cs)²+GC(cs)²+GF(cs)²)+1)

정상적인 스테레오에서 GC=0, GP=1, GF=0이다. 따라서 중심-LR 세기 비율은

RATIO = (C_in ²/L_in ²)*0.5

만일 본 발명의 능동 매트릭스에 대한 (C_in ²/L_in ²)의 값에 상관없이 이 비율이 일정하다면,

((GP(cs)-GF(cs))²+2*(GC(cs)²)+0.5*(cos(cs)-sin(cs))²)

= ((GP(cs)²+GC(cs)²+GF(cs)²)+0.5)

상기 식은 숫자로 표현되어 해결될 수 있다. 만일 이전과 같이 상기 GC 및 GP=LFL을 가정한다면 도 26에서 그 결과를 볼 수 있다.

도 26에서, 실선 곡선은 새로운 "음악" 중앙 감쇠(GC)를 갖는 일정한 에너지 비율에 필요한 GF 그래프이다. 점괘선 곡선은 '97년 3월의 LFR 요소, sin(cs)*corr1이다. 점선 곡선은 sin(cs), 보정 항 corr1이 없는 LFR 요소이다. cs가 30°에 도달할 때까지 GF는 0에 가깝고, 급격하게 증가한다는 점에 주목하자. 실제로 약 33°에서 cs의 값을 제한하는 것이 최상이라는 것을 알 수 있었다. 실제로 이들 곡선에서 도출된 LFR은 음의 부호를 가진다.

GF는 cs가 0에서 중앙까지 증가할 때 lr=0 축을 따라 LFR 매트릭스 요소의 형태를 제공한다. 우측에서 중앙으로 뿐만 아니라 좌측과 중앙 사이의 경계를 따라서 유지되어야 하는, 이전 LFR 요소의 동작에 이 동작을 혼합하는 방법이 필요하다. cs≤22.5°일 때 이것을 수행하는 방법은 GF와 sin(cs) 사이의 차 함수를 정의하는 것이다. 그리고, 이 함수를 여러 가지 방법으로 제한한다. 매트랩 표시법으로

gf_diff = sin(cs)-gf(cs);

for cs = 0:45;

if(gf_diff(cs) > sin(cs))

gf_diff(cs) = sin(cs);

end

if(gf_diff(cs) < 0)

gf_diff(cs) = 0;

end

end

% 제한된 c/s 검색

if(y<24)

bcs = y-(x-1);

if(bcs<1) % 이것은 최대값을 제한한다

bcs = 1;

end

else

bcs = 47-y-(x-1);

if(bcs<1) % >46)

bcs = 1; % 46;

end

end

이제 LFR 소자를 매트랩(Matlab) 표시법으로 표기할 수 있다:

% 이 적절한 비결이 경계에 대해 보간을 수행한다

% 물론 비용도 분할된다!!!

if(y<23) % 이것은 영역의 절반에 대해 용이한 방법이다

lfr3d(47-x,47-y) = -sin_tbl(y)+gf_diff(bcs);

else

tmp = ((47-y-x)/(47-y))*gf_diff(y);

lfr3d(47-x,47-y) = -sin_tbl(y)+tmp;

end

상기 식에서 gf_diff의 부호가 양이 되는 것에 주목하자. 따라서 gf-diff는 sin(cs)의 값을 무효로 하고, lr=0 축의 제 1 부분을 따라서 요소의 값을 0까지 감소시킨다. 도 27 참조.

도 27에서, 값은 평면의 중간에서 0이고(조향 없음), cs가 lr=0 축을 따라서 ~30도까지 증가할 때 0을 유지한다. 그리고, 값은 좌측-중앙 및 우측-중앙 경계를 따라서 이전 값과 일치하도록 떨어진다.

24. 중앙 출력에서의 팬 오차

나타나는 바와 같이, 이와 같은 방식으로 기재하면, 새로운 중앙 함수는

CL = 0.42*(1-G(lr))+GC(cs)

CR = 0.42+GC(cs)

lr=0 축을 따라서 양호하게 동작하지만, 좌측과 중앙 및 우측과 중앙 사이의 경계를 따라서 팬 오차를 초래한다. (전혀 구현되지 않은) 1996년의 참조문헌 [1]에서의 값은 좌측 경계를 따라서 cos(2*cs)의 평탄한 함수를 제공한다. 이들 값은 좌측와 중앙 사이의 평탄한 팬을 형성한다. 새로운 중앙 함수가 이 경계를 따라서 유사한 동작을 하도록 하고자 한다.

xymin(매트랩 표시법으로)의 추가적인 함수를 추가함으로써 작업을 수행하는 매트릭스 요소에 대한 보정을 행할 수 있다.

center_fix_tbl = .8*(corr1-1);

그리고,

CL = 0.42-0.42*G(lr)+GC(cs)+center_fix_table(xymin)

CR = 0.42+GC(cs)+center_fix_table(xymin)

CL 매트릭스 요소의 3차원적 표현에 대해서는 도 28 참조. 완전하지 않지만, 실제로 이 보정은 양호하게 동작한다.

도 28에서, 상당히 평탄한 좌측과 중앙 사이의 경계를 따른 팬에 대한 보정에 주목하자.

좌측 전방(점선 곡선)과 중앙(실선 곡선) 출력의 그래프인 도 29에서, 중앙 조향이 도면의 좌측에 위치하고, 완전 좌측은 우측인 점에 주목하자. "음악" 기술에서, 중앙이 좌측보다 약 6㏈ 더 강한 경우, 현재 cs의 값을 약 33도로(부호가 붙여진 대로 축에서 약 13) 제한한다.

25. 인코더의 기술적인 세부사항

로직 7 인코더(Logic 7 encoder)의 2가지 주요 목적이 있다. 첫째, 인코드된 버전이 최소의 지각가능한 변화로 로직 7 디코더(Logic 7 decoder)에 의해 디코드되도록 하는 방법으로 5.1 채널 테이프를 인코드할 수 있어야 한다. 둘째로, 인코드된 출력은 스테레오 호환성을 가져야 한다. 즉, 동일한 성분의 수동 2채널 믹스와 가능한한 근접하게 소리를 내야한다. 이 스테레오 호환성에서의 한가지 지수는 표준 스테레오 시스템에서 연주될 때 인코더의 출력이 최초 5채널 믹스에서의 각각의 음원에 대하여 동일하게 인식되는 소리세기를 제공해야 한다는 것이다. 스테레오에서 음원의 정확한 위치는 또한 최초 5채널에서의 정확한 위치에 가능한한 근접해야 한다.

뮌헨의 IRT(Institute for Broadcast Technique)에서의 논의에서, 상기한 바와 같이 스테레오 신호의 스테레오 호환성의 목적이 수동 인코더에 의해 만족될 수 없다는 것이 명확해졌다. 모든 채널이 동일한 전경(foreground) 중요성을 가질 때 5채널 녹음은 상기한 바와 같이 인코드되어야 한다. 이 인코딩은 에너지가 보존되는 방식으로 서라운드 채널이 인코더의 출력에 믹스되는 것을 필요로 한다. 즉, 어떤 입력이 구동되든지 간에 인코더 출력의 전체 에너지는 동일해야 한다. 모두 5개의 스피커에 동일하게 악기가 할당되는 경우에 5채널 음악 소스 및 대부분의 영화 소스에 대해 이 일정한 에너지 설정이 필요할 것이다. 이 음악 소스가 현재 공통적인 것은 아니지만, 미래에는 공통이 될 것이라 생각한다. 후방 채널에서 기본적으로 반향성을 갖고, 전방 3채널에 전경 악기가 위치하는 경우에 음악 녹음에는 다른 인코딩이 필요하다.

(IRT 및 다른 장소에서의) 일련의 테스트후, 이러한 타입의 음악 녹음은 서라운드 채널이 다른 채널보다 3㏈ 작은 세기로 믹스될 때 스테레오 호환 형태로 성공적으로 인코드되었다고 결정되었다. 이 -3㏈ 레벨은 유럽에서 서라운드 인코드를 위한 표준으로 채택되었지만, 이 표준은 다른 서라운드 레벨이 특수 목적을 위해 사용될 수 있다는 것을 특정한다. 이 새로운 인코더는 서라운드 채널에서 강한 신호를 검출하는 능동회로를 포함한다. 그러한 신호가 때때로 존재할 때, 인코더는 완전한 서라운드 레벨을 이용한다. 만일 서라운드 입력이 전방 채널에 비해 일관되게 -6㏈ 또는 그 미만이라면, 서라운드 이득은 유럽 표준에 대응하도록 점차적으로 3㏈ 낮아진다.

이들 능동회로는 또한 미국특허출원 제08/742,460호의 인코더에서 제시되었다. 그러나, 뮌헨 Ⅰ의 IRT에서 이전의 인코더를 이용한 테스트로 일부 음원의 방향이 부정확하게 인코드되었다는 것을 밝여냈다. 이들 문제를 해결하기 위해 새로운 체계가 개발되었다. 이 새로운 인코더는 다수의 까다로운 성분에 대하여 그 성능에서 분명히 우수하다. 최초의 인코더는 먼저 수동 인코더로서 개발되었다. 이 새로운 인코더 또한 수동 모드로 동작하지만, 기본적으로 능동 인코더로서 동작하도록 계획된 것이다. 이 능동회로는 상기 설계에 고유한 여러 작은 오차들을 보정한다. 그러나, 능동 보정이 없는 경우에도 이전의 인코더보다 성능이 우수하다.

광범위한 청취에 있어서, 제 1 인코더에서의 몇개의 다른 작은 문제점들이 발견되었다. 이들 문제의 (전부가 아닌) 대부분은 새로운 인코더에서 제기되었다. 예를 들어, 스테레오 신호가 동시에 인코더의 전방 및 후방 단자 모두에 적용될 때, 생성된 인코더 출력은 너무 멀리 전방으로 편향된다. 이 새로운 인코더는 후방 편향을 약간 증가시킴으로써 이러한 효과를 보상한다. 유사하게, 영화가 실질적인 서라운드 성분으로 인코드될 때 대화가 때때로 손실될 수 있다는 것을 발견하였다. 이 문제는 상기한 세기 균형에 대한 변경에 의해 크게 개선되지만, 인코더는 또한 표준 (돌비) 디코더와 함께 이용되도록 계획된 것이다. 이 새로운 인코더는 이러한 조건하에서 인코더로의 중앙 채널 입력을 약간 증가시킴으로써 이러한 효과를 보상한다.

26. 설계에 대한 설명

감쇠함수 fcn이 0.71 또는 -3㏈과 동일하면, 새로운 인코더는 좌측, 중앙 및 우측 신호를 이전의 설계 및 돌비 인코더와 동일하게 처리한다.

서라운드 채널은 더 복잡해 보인다. 함수 fc() 및 fs()는 전방 채널에 대하여 90°의 위상 시프트를 갖는 경로 또는 위상 시프트가 없는 경로로 서라운드 채널을 향하게 한다. 인코더 fc의 기본 동작에서, fc는 1이고, fs는 0이다. 즉, 90°의 위상 시프트를 사용하는 경로만이 활성화된다.

crx의 값은 통상 0.38이다. 이것은 각 서라운드 채널에 대한 네거티브 크로스피드의 양을 제어한다. 서라운드 채널중 하나에 대한 입력만이 존재할 때, A 및 B 출력은 -.38:.91의 진폭비를 갖고, 이것은 후방으로 22.5°의 조향각을 갖는다. 일반적으로, 2개의 출력 채널의 전체 세기는 1이다. 즉, .91과 .38의 제곱의 합은 1이다.

다만 하나의 채널이 구동될 때 인코더의 출력이 비교적 단순하지만, 양자의 서라운드 입력이 동시에 구동될 때는 문제가 된다. 동일 신호(필름에서 함께 나타남)로 LS 및 RS 입력을 구동하면, 합산 노드에서의 모든 신호들은 위상이 일치하며, 따라서 각 출력 채널의 전체 레벨은 .38, +.91 또는 1.29이다. 이 출력은 지수 1.29 또는 2.2㏈ 더 강하다. 2개의 서라운드 채널이 유사한 레벨을 갖고 일치하는 위상을 갖을 때, 함수 fc의 값을 2.2㏈ 감소시키기 위해 인코더에 활성 회로가 포함된다.

2개의 서라운드 채널이 유사한 레벨을 갖고, 어긋나는 위상을 갖을 때, 다른 오차가 발생한다. 이 경우에, 2개의 감쇠지수가 감산되며, 따라서 A 및 B 출력은 동일한 진폭 및 위상을 갖고, .91, -.38 또는 .58의 레벨이다. 이 오차는 심각하다. 이전의 인코더 설계는 이런 상태에서 미조향 신호를 발생하였고, 이는 합리적이다. 후방 입력 단자에 인가된 신호들이 중앙 지향 신호로 되는 것은 합리적이지 못하다. 따라서, 2개의 후방 채널이 유사한 레벨을 갖고, 정반대의 위상을 갖을 때, fs의 값을 증가시키는 활성 회로가 제공된다. 후방 채널에 대한 실제 경로와 위상 시프트된 경로를 믹싱한 결과는 출력 채널 A와 B 사이에 90°의 위상 차이를 갖는다. 이 결과는 미조향 신호이고, 이는 본 발명자가 바라는 것이다.

앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명자는 뮤니크의 IRT에서의 토론 동안 유럽형 표준 서라운드 인코더가 존재한다는 것을 발견하였다. 이 인코더는 단순히 2개의 서라운드 채널을 3㏈ 감소시키고, 이 채널들을 전방 채널에 부가한다. 따라서, 좌측 후방 채널은 감쇠되어, 좌측 전방 채널에 가산된다. 서라운드 채널에 특정 도구를 갖는 상기 인코더는 다채널 필름 사운드를 인코드 또는 녹음할 때 많은 이점을 갖는다. 소리 세기와 이런 도구들의 방위는 부정확하게 인코드된다. 그러나, 이 인코더는 오히려 고전 음악과는 잘 어울리고, 여기서 2개의 서라운드 채널은 기본적으로 잔향이다. 3㏈ 감쇠는 스테레오 호환 인코딩을 형성하기 위해 청취 테스트를 통해 주의깊게 선택된다. 본 발명자는 인코더가 고전음악이 인코드될 때 이 3㏈ 감쇠를 포함해야 하고, 인코더의 전방 채널과 서라운드 채널의 상대적인 레벨을 통해 상기 상태를 검출할 수 있다고 하였다.

서라운드 채널에서 함수 fc의 주요 기능은 서라운드 채널이 전방 채널보다훨씬 더 완만할 때 출력 믹싱에서 서라운드 채널의 레벨을 3㏈ 감소시키는 것이다. 전방 및 후방 채널을 비교하기 위해 회로가 제공되고, 후방이 3㏈ 적을 때, fc의 값은 최대 3㏈ 감소된다. 최대 감쇠는 후방 채널이 전방 채널보다 8㏈ 덜 강할 때 도달된다. 이 활성 회로는 잘 동작하는 것으로 보인다. 이것은 새로운 인코더를 고전음악에 대한 유럽형 표준 인코더와 호환하도록 한다. 활성 회로의 동작은 후방 채널에서 강해지도록 의도한 도구들이 완전한 레벨로 인코드되도록 한다.

서라운드 채널에 대한 실수 계수 믹싱 경로 fs의 다른 함수가 존재한다. 사운드가 좌측 전방 입력에서 좌측 후방 입력으로 이동할 때, 활성 회로는 이들 2개의 입력의 레벨이 유사하고, 위상이 일치한다는 것을 검출한다. 이런 상태에서, fc는 0으로 감소되고, fs는 1로 증가된다. 이러한 인코딩에서의 실수 계수의 변화는 이런 팬 형태의 보다 정밀한 디코딩을 초래한다. 실제로 이 함수는 반드시 필요한 것은 아니지만, 훌륭한 것이다.

제품에서 아직 제거되지 않은 부가적인 활성 회로가 있다. 레벨검출회로는 중앙 채널과 전방 좌측 및 우측 사이의 위상 관계를 검사한다. 5개의 채널을 사용하는 몇몇 대중 음악 녹음은 3개의 전방 채널 전부에 보컬을 믹싱한다. 3개의 입력 모두에 강한 신호가 존재하면, 4개의 전방 채널의 위상이 서로 가산되기 때문에 인코더 출력은 과도한 보컬 세기를 가질 것이다. 이것이 발생하면, 활성 회로는 인코더 출력의 세기 밸런스를 복원하기 위해 중앙 채널의 감쇠를 3㏈까지 증가시킨다.

요약해서 말하면, 활성 회로는

1. 2개의 채널의 위상이 일치할 때, 서라운드 채널의 레벨을 2.2㏈ 감소시키고,

2. 2개의 후방 채널의 위상이 어긋날 때 미조향 상태를 형성하기 위해 후방 채널에 대한 실수 계수 믹싱 경로를 충분히 증가시키고,

3. 서라운드 레벨이 전방 레벨보다 훨씬 적을 때 서라운드 레벨을 3㏈ 감소시키고,

4. 후방 채널의 레벨이 전방 채널과 유사할 때 후방 채널의 레벨 및 음의 위상을 증가시키고,

5. 음원이 대응하는 전방 입력에서 후방 입력으로 팬될 때 서라운드 채널이 실수 계수를 사용하도록 구성하고,

6. 중앙 레벨과 전방 서라운드 입력의 레벨이 대략 동일할 때 인코더의 중앙 채널의 레벨을 증가시키며,

7. 3개의 전방 입력에 모두 공통 신호가 존재할 때 인코더의 중앙 채널의 레벨의 감소시키기 위해 제공된다.

인코더에 대한 다른 개선은 전방 채널에 대한 상기의 특징 2와 유사한 특징을 포함할 수 있다. 현재의 인코더에서, 2개의 전방 채널이 어긋난 위상을 갖을 때 인코딩은 디코더로 하여금 후방에 사운드가 위치하도록 한다. 본 발명자는 이러한 상태를 검출하고, 생성된 출력은 미조향으로 구성하고자 한다.

27. 디코더에서의 주파수 종속 회로

도 2는 디코더의 5개 채널 버전을 추종하는 주파수 종속 회로의 블럭도이다.가변 저역통과 필터, 가변 쉘프 필터 및 HRTF(헤드 관련 전송함수) 필터의 3부분이 있다. HRTF 필터는 후방 조향 전압 c/s에 따라 그의 특성을 변경한다. 처음 2개의 필터는 강하게 조향된 신호 사이의 간격 동안 디코더로의 입력신호의 평균 방위를 표시하기 위한 신호에 응답하여 자신들의 특성을 변경한다.

28. 백그라운드 제어신호

현재의 디코더의 주목적 중 하나는 최초의 2채널 스테레오 신호로부터 5채널 서라운드 신호를 최적으로 형성할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한 디코더가 본 출원의 일부로서 기술된 인코더에 의해 2채널로 인코드되었던 5채널 서라운드 녹음을 재형성하는 것이 매우 바람직하다. 이들 2개의 응용은 서라운드 채널이 인지되는 방식이 다르다. 일반적인 스테레오 입력에 있어서, 사운드의 대부분은 청취자의 전면에 있어야 한다. 서라운드 스피커는 기분 좋은 둘러싸임과 분위기에 기여는 하지만, 눈에 띄어서는 안된다. 인코드된 서라운드 녹음은 보다 강하고 보다 공격적인 서라운드 스피커를 필요로 한다.

사용자의 조정없이 최적으로 쌍방의 입력 형태를 플레이하기 위해 2채널 녹음과 인코드된 5채널 녹음 사이를 판별하는 것이 필요하다. 백그라운드 제어신호는 이러한 판별을 행하도록 설계된다. 백그라운드 제어신호(BCS)는 후방 조향 신호 cs와 유사하고, 이로부터 도출된다. BCS는 cs의 음의 피크값을 나타낸다. 즉, cs가 BCS보다 더 음일 때, BCS는 cs와 동일하도록 구성된다. cs가 BCS보다 더 양일 때, BCS 값은 천천히 소멸한다. 그러나, BCS의 소멸은 다른 계산을 포함한다.

여러 가지 형태의 음악은 일련의 강한 전경(foreground) 음색 또는 노래의 경우에는 노래말로 구성된다. 전경 음색 사이에 백그라운드가 존재한다. 백그라운드는 다른 음색을 연주하는 도구로 구성되거나 잔향으로 구성될 수 있다. BCS 신호를 도출하는 회로는 전경 음색의 피크 레벨의 트랙을 유지한다. 현재 레벨이 전경의 피크 레벨보다 ∼7㏈ 적을 때, cs의 레벨이 측정된다. 전경 피크 사이의 갭 동안 cs의 값은 BCS의 소멸을 제어하는데 사용된다. 음색 사이의 갭에 존재하는 성분이 잔향이면, 최초 5채널을 인코딩함으로써 구성되었던 녹음에 순 후방 편향을 갖는 경향이 있다. 이것은 최초의 후방 채널상의 잔향이 후방 바이어스로 인코딩되기 때문이다. 최초의 2채널 녹음에서 잔향은 순 후방 편향을 갖지 않는다. 이 잔향에 대한 cs는 0이거나 약하게 전위가 될 것이다.

이런 방식으로 도출된 BCS는 녹음 형태를 반사하는 경향이 있다. 유효한 후방 조향된 성분이 존재할 때, BCS는 항상 강하게 음이 된다. 그러나, 녹음의 잔향이 순 후방 편향을 가지면, BCS는 후방으로의 강한 조향이 없는 경우에도 음이 될 수 있다. 스테레오-서라운드 입력에 대하여 디코더를 최적화하는 필터를 조정하기 위해 BCS를 사용할 수 있다.

29. 주파수 종속 회로: 5채널 버전

도 2의 필터에서 첫번째는 조정 가능한 차단주파수를 갖는 간단한 형태의 옥타브 당 6㏈의 저역통과 필터이다. BCS가 양 또는 0일 때, 이 필터는 사용자가 조정 가능한 값으로 세트되지만, 통상 약 4㎑이다. BCS가 음이 될 때, 차단주파수는BCS가 22°보다 더 후방에 있을 때 필터가 동작하지 않을 때까지 상승된다. 이 저주파 필터는 최초의 스테레오 성분이 플레이될 때 후방 출력이 덜 강제하는 것으로 한다. 이 필터는 적어도 V1.11 이후로 디코더의 일부분이었지만, 최초의 디코더에서는 BCS가 아니라 cs에 의해 제어되었다.

두번째 필터는 가변 쉘프 필터이다. 이 필터의 저주파 부분(극점)은 500㎐로 고정되어 있다. 고주파 부분(영점)은 사용자 조정 및 BCS에 따라 변화한다. 이 필터는 현재의 디코더에서 "사운드스테이지" 제어를 구현한다. 미국특허출원 No. 08/742,460에서, "사운드스테이지"는 "tv 매트릭스" 보정을 사용하는 매트릭스 요소를 통하여 구현된다. 이러한 작업에 기초한 최초의 디코더들은 조향이 중립 또는 순방향이었을 때 후방 채널의 전체 레벨을 감소시켰다. 여기에 제시된 새로운 디코더에서, 매트릭스 요소들은 "tv 매트릭스" 보정을 포함하지 않는다.

새로운 디코더에서, 사운드스테이지 제어는 "후방"으로 세트될 때, 쉘프 필터의 고주파 부분이 저주파 부분과 동일하게 세트된다. 다시 말하면, 쉘프는 감쇠가 없고, 필터는 균일한 응답을 갖는다.

사운드스테이지 제어가 "중립"으로 세트될 때, 고주파 영점에 대한 세팅은 변화한다. BCS가 양 또는 0일 때, 영점은 710㎐로 이동하고, 고주파에서 3㏈ 감쇠가 일어난다. 고주파에 대하여, 결과는 최초의 디코더와 동일하다. 조향이 중립 또는 순방향일 때 3㏈ 감쇠가 있다. 그러나, 저주파는 감쇠되지 않는다. 이들은 완전한 레벨로 실내의 측면에서 나온다. 그 결과로 후방에서 고주파를 산란하지 않으면서 보다 큰 저주파 충만과 둘러싸임이 나타난다. BCS가 음이 될 때 고주파영점은 극점을 향하여 이동하며, 그 결과 BCS가 후방에 대하여 약 22°일 때 쉘프 필터는 감쇠 상태를 갖는다.

사운드스테이지 제어가 "전방"으로 세트될 때, 동작은 유사하지만, BCS가 0 또는 양일 때 영점은 1㎑로 이동한다. 이에 따라 고주파는 6㏈ 감쇠된다. 다시 한번, BCS가 음으로 갈 때, 감쇠는 제거된다.

세번째 필터는 BCS가 아니라 cs에 의해 제어된다. 이 필터는 음원이 청취자의 전면으로부터 대략 150°의 방위각을 가질 때 사람의 머리와 귓바퀴의 주파수 응답을 에뮬레이트하도록 설계된다. 이런 형태의 주파수 응답 곡선은 "헤드 관련 전송함수" 또는 "HRTF"라 불린다. 이런 주파수 응답 함수들은 서로 다른 많은 사람들에 대하여 많은 각도에서 측정되었다. 일반적으로 음원이 전면으로부터 대략 150°일 때, 약 5㎑의 주파수 응답에서 강한 노치(notch)가 존재한다. 음원이 청취자의 전면에 있을 때 유사한 노치가 존재한다. 다만 이 경우에는 노치는 약 8㎑에 있다. 청취자의 측면에 대한 음원은 이런 노치를 발생하지 않는다. 사람의 뇌는 음원이 청취자의 배후에 있다고 검출하는 방법 중 하나로서 5㎑에서의 노치의 존재를 사용한다.

5채널 사운드 재생에 대한 현재의 표준은 2개의 후방 스피커가 청취자의 약간 뒤에 전면으로부터 +/-110 또는 120°에 있어야 한다고 권고한다. 이 스피커 위치는 저주파에서 양호한 둘러싸임을 제공한다. 그러나, 청취자의 측면으로부터의 사운드는 완전히 청취자의 배후에 위치한 사운드와 동일한 레벨의 자극을 발생하지 않는다. 매우 자주 있는 일로서, 영화 감독들은 사운드 효과가 청취자의 측면이 아니라 배후에서 나오기를 바란다.

청취실이 스피커를 완전히 청취자의 배후에 위치시키기에 적당한 크기 또는 형태를 갖지 않는 경우가 종종 있고, 측면 위치는 달성될 수 있는 최선의 것이다.

디코더의 HRTF 필터는 후방 음원의 주파수 노치를 부가하고, 그 결과 청취자는 사운드를 들을 때 스피커가 실제 위치보다 더 멀리 있는 것처럼 느낀다. 필터는 cs에 따라 변화하도록 설계된다. cs가 양 또는 0일 때, 필터는 최대이다. 이 때문에 주변 사운드와 잔향이 청취자의 더 뒤에 있는 것처럼 느껴진다. cs가 음이 될 때, 필터는 감소된다. cs가 대략 -15°일 때, 필터는 완전히 제거되고, 음원은 완전히 측면으로부터 나오는 것처럼 느껴진다. cs가 보다 더 음으로 갈 때, 필터는 다시 한번 적용되고, 따라서 음원은 청취자 배후에 있는 것처럼 느껴진다. cs가 완전히 후방에 있을 때 완전한 후방으로의 사운드에 대한 HRTF에 대응하기 위해 필터는 약간 변형된다.

30. 주파수 종속 회로: 7채널 버전

도 3은 7채널 버전 디코더에서의 주파수 종속 회로를 나타낸다. 이들은 실제 구현에서는 2번째의 2개 부분이 한 회로로 결합될 수 있지만 3개 부분으로 구성된 것으로 도시되어 있다.

최초의 2부분은 5채널 디코더의 2개 부분과 동일하고, 동일한 기능을 수행한다. 3번째 부분은 7채널 디코더에만 있는 것이다. V1.11 및 미국특허출원 No. 08/742,460에서, 측면 및 후방 채널은 개별적인 매트릭스 요소들을 갖는다. 이 소자들은 cs가 양 또는 중립일 때 측면 및 후방 출력이 지연을 제외하고 동일하도록 동작한다. 2개의 출력은 cs가 22°보다 더 음이 될 때까지 동일하도록 유지하였다. 조향이 후방으로 더 이동하면, 측면 출력은 6㏈ 감쇠되고, 후방 출력은 2㏈ 증가된다. 이 때문에 사운드는 청취자의 측면에서 후방으로 이동하는 것처럼 느껴진다.

본 디코더에서, 측면 출력과 후방 출력 사이의 판별은 측면 출력의 가변 쉘프 필터에 의해 달성된다. 도 3의 제 3 쉘프 필터는 cs가 순방향 또는 0일 때 감쇠를 갖지 않는다. cs가 22°보다 더 음이 될 때, 쉘프 필터의 영점은 1100㎐를 향해 빠르게 이동하고, 고주파에서 약 7㏈의 감쇠를 초래한다. 이 쉘프 필터는 "사운드스테이지" 기능을 제공하는 쉘프 필터와는 분리된 필터로 기술되었지만, 이 2개의 쉘프 필터의 동작은 적당한 제어회로를 통하여 단일 쉘프로 결합될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 여기에 기술되고 도시되었지만, 다른 많은 가능한 실시예가 존재하고, 이들 및 다른 변형 및 수정들은 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (28)

1. 지향적으로 인코드된 성분과 무지향성 성분을 포함하는 한 쌍의 좌측 및 우측 오디오 입력신호를 청취 영역을 둘러싸는 스피커를 통한 재생을 위해 복수의 출력 채널로 재분산하고, 상기 좌측 및 우측 오디오 신호의 지향성 성분을 결정하고, 이로부터 적어도 좌측-우측 조향 신호 및 중앙-서라운드 조향 신호를 발생하는 수단을 포함하는 서라운드 사운드 디코더에 있어서,

   상기 대응하는 좌측 및 우측 오디오 입력신호를 수신하는 좌측 및 우측 입력단자,

   상기 좌측 및 우측 오디오 입력신호에서 지연된 좌측 및 우측 오디오 신호를 발생하는 좌측 및 우측 지연수단,

   상기 지연된 좌측 오디오 신호를 수신하는 제 1 소자와, 상기 지연된 우측 오디오 신호를 수신하는 제 2 소자의 쌍으로 이루어진 상기 복수의 출력 채널의 수의 2배와 동일하고, 출력신호를 제공하기 위해 입력 오디오 신호에 상기 조향 신호 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 의해 제어되는 가변 매트릭스 계수를 곱하는 복수의 승산기 수단 및

   상기 복수의 출력채널의 각각에 대하여 하나씩, 한 쌍의 상기 승산기 수단의 출력 신호를 수신하고, 그 출력에서 상기 복수의 출력신호 중 하나를 발생하는 복수의 합산수단을 포함하고,

   상기 디코더는 상기 조향 신호와는 관계없이 무지향성 신호의 좌측 및 우측 채널 성분 사이의 높은 분리를 보존하고, 지향적으로 인코드된 신호가 존재하든지 그렇지 않든지, 또 존재하는 경우에는 의도한 방향과는 관계없이 무지향성 신호의 전체 오디오 세기 레벨로서 정의된 소리 세기를 효율적으로 일정하게 유지하면서, 상기 신호에 대한 전체 세기를 일정하게 유지하기 위해 의도한 방향으로 출력을 재생하는데 있어서 직접적으로 관련되어 있지 않은 출력의 지향적으로 인코드된 오디오 성분을 감소시키고, 의도한 방향으로 출력을 재생하는데 있어서 직접적으로 관련되어 있는 출력의 지향적으로 인코드된 오디오 성분을 증가시키도록 구성된 상기 가변 매트릭스값을 갖는 것을 특징으로 하는 서라운드 사운드 디코더.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 출력 채널은 5개이고, 좌측 전방, 중앙, 우측 전방, 좌측 서라운드 및 우측 서라운드로 식별되는 것을 특징으로 하는 디코더.
3. 제 2 항에 있어서,

   기술된 방법으로 상기 출력의 주파수 응답과 위상 응답을 변경하기 위해 상기 좌측 서라운드 및 우측 서라운드 출력을 추종하는 주파수 종속 가변 필터 수단을 추가로 포함하고, 상기 변경은 상기 좌측 및 우측 오디오 입력신호에서 검출된 서라운드 또는 백그라운드 주변 성분의 존재에 응답하는 다수의 제어신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 디코더.
4. 제 2 항에 있어서,

   기술된 방식으로 소수의 출력의 주파수 및 위상 응답을 변경하기 위해 각각의 서라운드 출력으로부터 측면 및 후방 출력 채널을 제공하기 위한 상기 좌측 및 우측 서라운드 출력을 추종하는 주파수 종속 가변 필터 수단과 부가적인 지연 수단을 추가로 포함하고, 상기 변경은 상기 좌측 및 우측 오디오 입력신호에서 검출된 서라운드 또는 백그라운드 주변 성분의 존재에 응답하는 다수의 제어신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 디코더.
5. 제 3 에 있어서, 상기 제어신호는

   상기 좌측 및 우측 오디오 입력신호에 포함된 서라운드 또는 역위상 신호와, 위상이 일치하는 중앙 신호 성분의 비율에 응답하는 중앙-서라운드 제어신호이고,

   강하게 조향된 신호가 존재하지 않는 기간 동안에 상기 좌측 및 우측 오디오 입력신호에 포함된 역위상 신호 성분의 존재에 응답하는 백그라운드 제어신호인 것을 특징으로 하는 디코더.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 2개의 서로 다른 동작 모드가 제공되고, 매트릭스 계수는 서로 다른 동작 모드에서 상기 조향 신호에 의해 서로 상이하게 제어되는 것을 특징으로 하는 디코더.
7. 제 6 항에 있어서,

   필름 동작 모드는 필름 사운드트랙 및 다른 비디오 소스에서 도출된 서라운드 인코드된 오디오 신호의 재생을 위해 최적화되고, 음악 동작 모드는 음악 녹음 또는 방송의 재생을 위해 최적화되는 것을 특징으로 하는 디코더.
8. 제 7 항에 있어서,

   필름 소스의 디코딩에 대하여, 좌측 및 우측 전방 출력에 대한 매트릭스 값은 입력신호의 중앙 성분을 가능한한 많이 제거하도록 구성되고, 중앙 출력에 대한 매트릭스 값은 중앙 출력의 감쇠가 이전의 표준 디코더보다 적어도 4㏈ 크게 시작하여, 중앙/서라운드 조향 신호가 보다 더 양이 됨에 따라 빠르게 감소하도록 구성되며, 그 중간의 매트릭스 값은 디코더의 출력에서 입력신호의 비상관 성분과 중앙 성분의 세기 비율을 동일하게 유지해야 하는 필요 조건에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 디코더.
9. 제 7 항에 있어서,

   음악 소스의 디코딩에 대하여, 중앙 출력의 매트릭스 값은 중앙 감쇠가 표준 디코더보다 적어도 4㏈ 크게 시작하여, 약 20°의 중앙/서라운드 조향 신호 값에 도달하는 표준 디코더에 대한 최대값까지 점진적으로 감소하도록 구성되고, 조향 값이 증가함에 따라 감쇠는 비교적 일정함을 유지하며, 입력신호의 중앙 성분이 이들 출력에서 최대한으로 제거되지 않지만, 디코더의 출력에서 입력신호의 비상관 성분과 중앙 성분의 세기 비율을 보존하도록 신중하게 조정되도록 좌측 및 우측 전방 매트릭스 값이 구성되는 경우에, 중앙과 좌측 및 우측 전방 소자들의 동작은 중앙 출력과 좌측 또는 우측 전방 출력 사이에서 대략 6㏈ 레벨 차이를 발생하는 중앙/서라운드 조향 값에서 부가적으로 제한되는 것을 특징으로 하는 디코더.
10. 제 1 항에 있어서,

    좌측 및 우측 전방 매트릭스 요소는 좌측 후방과 우측 후방 사이에 방위가 위치하도록 후방으로 인코드된 입력신호가 전방 출력으로부터 어떤 출력도 발생하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디코더.
11. 제 1 항에 있어서,

    좌측 및 우측 전방 매트릭스 요소는 순 좌측/우측 성분을 갖지 않지만 약 22°의 중앙/서라운드 조향값을 갖는 신호에 대하여 약 3㏈의 레벨 증가가 존재하도록 구성되고, 상기 레벨 증가는 중앙/서라운드 조향값이 0으로 감소하고 45°까지 증가하거나, 또는 좌측/우측 조향값이 0에서 +-45°까지 증가함에 따라 0으로 감소하는 것을 특징으로 하는 디코더.
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16. 제 5 항에 있어서,

    매트릭스의 후방 출력은 후방 출력의 부가적인 지연과 측면 출력의 가변 저역통과 필터의 결합에 의해 측면 출력과 후방 출력으로 분리되고, 상기 저역통과 필터는 상기 중앙-서라운드 조향신호가 -22°보다 더 양일 때 고주파로 세트되고, 중앙-서라운드 조향신호가 -22°보다 더 음이 될 때, 중앙-서라운드 급속하게 감소되어, 조향신호가 -45°의 최소값에 도달할 때 500㎐의 최종값으로 감소되는 것을 특징으로 하는 디코더.
17. 제 4 항에 있어서,

    5채널 버전 디코더의 좌측 및 우측 서라운드 출력은 상기 중앙-서라운드 조향신호가 0 또는 양일 때 필터가 최대 효과를 가지며, 중앙-서라운드 조향신호가 0에서 -15°까지 변화할 때, 필터 동작은 0으로 감소하고, 중앙-서라운드 조향이 보다 더 음이 될 때 필터는 다시 한번 최대로 동작하도록 전방으로부터 150°이상의 방위각에 위치하는 음원에 대한 사람의 머리/귓바퀴 체계의 주파수 응답을 에뮬레이트하고, 중앙-서라운드 조향신호가 -45°의 최소값에 도달할 때 완전 후방으로 음원에 대한 사람의 머리-귓바퀴 체계의 주파수 응답에 대응하도록 자체를 약간 수정하는 가변 필터를 부가적으로 갖고 있는 것을 특징으로 하는 디코더.
18. 입력신호들에서의 에너지 비율이 출력신호들에 보존되고, 입력신호들의 방향이 출력신호들에서의 다른 성분들의 위상 및 진폭 관계에서 보존되며, 입력신호가 한 입력 채널에서 다른 입력 채널로 팬(pan)될 때, 출력신호들의 위상/진폭 관계가 제 1 항에 따른 디코더를 경유하여 가능한한 최초의 방향에 가깝게, 또한 표준 필름 디코더(standard film decoder)를 통해 디코드될 때 가능한한 최초의 방향에 가깝게 디코드하도록, 5 채널의 오디오 입력신호들을 2개의 출력채널로 자동적으로 믹싱하는 인코더 회로에 있어서,

    좌측, 중앙, 우측, 좌측 서라운드 및 우측 서라운드로 각각 식별되는 상기 5개의 오디오 입력신호를 수신하는 5개의 입력단자와,

    각각이 상기 2개의 출력채널 중 하나를 외부 장치에 제공하는 2개의 출력단자와,

    상기 5개의 오디오 입력신호 중 일부간의 진폭/위상 관계를 결정하고, 이로부터 제어신호를 발생하는 수단과,

    상기 입력채널 각각의 고정 비율 또는 상기 제어신호에 응답하는 가변 비율들을 상기 2개의 출력 채널 중 하나로 믹싱하는 수단을

    포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 회로.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 회로는 동일한 신호가 동일 위상 또는 역위상으로 후방 입력에 적용될 때 출력신호의 에너지가 입력신호의 에너지와 일치하도록 믹싱 값을 능동적으로 보정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 회로.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 회로는 동일한 신호가 역위상으로 후방 출력에 적용될 때 인코더의 출력이 디코더에 대한 미조향 상태를 나타내는 90°의 상대 위상을 갖도록 믹싱 값을 능동적으로 보정하는 한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 회로.
21. 제 18 항에 있어서,

    상기 회로는 신호가 동일 측면의 후방 입력과 전방 입력 중 하나 사이, 예를 들어 전방 좌측 입력에서 후방 좌측 입력으로 팬 될 때 후방 채널의 위상 시프트 네트워크를 능동적으로 제거하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 회로.
22. 제 18 항에 있어서,

    상기 회로는 3개의 전방 입력 모두에서 공통 신호의 존재를 능동적으로 판단하고, 상기 인코더의 출력에서의 이런 공통 신호의 전체 세기(total power)를 보존하기 위해 중앙 채널의 믹싱 레벨을 조정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 회로.
23. 제 18 항에 있어서,

    상기 회로는 후방 채널의 레벨과 3개의 전방 채널의 레벨을 비교하는 수단과, 후방 레벨이 전방 레벨보다 작을 때, 후방 채널의 믹싱 레벨을 3㏈ 감소시키는 능동 회로를 포함하고, 상기 회로는 후방 채널이 대부분 잔향을 포함하는 경우에 인코더가 음악을 최적으로 인코드할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 인코더 회로.
24. 제 4 에 있어서, 상기 제어신호는

    상기 좌측 및 우측 오디오 입력신호에 포함된 서라운드 또는 역위상 신호와, 위상이 일치하는 중앙 신호 성분의 비율에 응답하는 중앙-서라운드 제어신호이고,

    강하게 조향된 신호가 존재하지 않는 기간 동안에 상기 좌측 및 우측 오디오 입력신호에 포함된 역위상 신호 성분의 존재에 응답하는 백그라운드 제어신호인 것을 특징으로 하는 디코더.
25. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

    입력 성분의 음색 또는 음절 사이의 백그라운드 사운드의 방향을 검출함으로써 백그라운드 제어신호를 형성하는 부가적인 회로를 추가로 포함하고, 상기 백그라운드 제어신호는 중앙-서라운드 조향신호가 음일 때 상기 중앙-서라운드 조향신호의 값으로 빠르게 세트되고, 상기 백그라운드 제어신호는 음색 및 음절 사이의 백그라운드 사운드의 방향이 순방향일 때 천천히 양으로 세트되며, 상기 백그라운드 제어신호는 서라운드 인코드된 성분이 재생될 때 음의 값 또는 표준 2채널 성분이 재생될 때 양 또는 0의 값을 유지하는 경향이 있는 것을 특징으로 하는 디코더.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 백그라운드 제어신호는 음색 사이의 백그라운드가 중립 또는 양의 방향일 때 후방 출력의 소리세기가 감소되도록 전방 및 후방 출력의 상대적인 소리세기를 제어하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 디코더.
27. 제 25 항에 있어서,

    상기 백그라운드 제어신호는 차단주파수가 백그라운드 지향 신호가 양 또는 0일 때에는 사용자 조정가능 값으로 세트되고, 백그라운드 지향 신호가 음일 때에는 높은 값으로 상승하도록 후방 출력의 가변 저역통과 필터를 제어하고, 이에 따라 최초 2채널 성분이 재생될 때 서라운드 출력을 보다 덜 두드러지게 하는 것을 특징으로 하는 디코더.
28. 제 25 항에 있어서,

    상기 백그라운드 제어신호는 백그라운드 제어신호가 양 또는 0일 때 후방 출력의 500㎐ 위의 주파수는 사용자 조정가능 값만큼 감쇠되고, 백그라운드 제어신호가 음일 때 이 감쇠는 0으로 감소되도록 가변 쉘프 필터를 제어하고, 이에 따라 최초 2채널 성분이 재생될 때 서라운드 출력을 보다 덜 두드러지게 하는 것을 특징으로 하는 디코더.