KR100495718B1 - 오디오신호처리회로및그방법과오디오시스템 - Google Patents

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KR100495718B1 KR10-1998-0700070A KR19980700070A KR100495718B1 KR 100495718 B1 KR100495718 B1 KR 100495718B1 KR 19980700070 A KR19980700070 A KR 19980700070A KR 100495718 B1 KR100495718 B1 KR 100495718B1
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

오디오 신호를 처리하기 위한 회로, 오디오 시스템 및 방법이 제시되며, 여기서, 주파수 대역이 선택되며, 고조파들이 고조파들 발생기에 의해 선택된 신호로부터 발생되고, 고조파들은 선택된 주파수 대역에 관련된 오디오 신호의 스펙트럼의 적어도 일부내에서 검출된 레벨에 의해서 스케일링된다. 또한, 고조파들 발생기는 입력 신호의 임의의 고조파들을 발생시키기 위해 제공된다.

Description

오디오 신호 처리 회로 및 그 방법과 오디오 시스템
본 발명은 오디오 신호를 처리하기 위한 회로에 관한 것으로,
오디오 신호를 수신하는 입력단 및 출력 신호를 공급하는 출력단과,
상기 오디오 신호의 주파수 대역을 선택하기 위해서, 상기 입력단에 결합되어 있는 선택 수단과,
선택된 신호의 고조파들을 발생시키기 위해서, 상기 선택 수단에 결합되어 있는 고조파 발생기와,
상기 입력 신호와 발생된 고조파들의 합을 상기 출력단에 공급하기 위해서, 상기 고조파들 발생기뿐만 아니라 상기 입력단에 결합되어 있는 가산 수단을 포함한다.
본 발명은 또한 이러한 회로로 구성된 오디오 재생 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 오디오 신호를 처리하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은,
오디오 신호의 주파수 대역을 선택하는 단계와,
선택된 신호의 고조파들을 발생시키는 단계와,
오디오 신호와 발생된 고조파들의 합을 공급하는 단계를 포함한다.
서두에 언급한 회로는 EP-A 546 619 호에 공지되어 있다. 공지 회로에서, 선택된 신호의 고조파들을 발생시키기 위해서 입력 신호의 저주파수 대역이 선택되어, 고조파들 발생기에 공급된다. 이런 방식으로, 오디오 신호의 저주파수 인식이 개선 되었다. 공지된 회로에서, 전파 정류기(full wave rectifier)가 고조파들 발생기로 사용되었다. 전파 정류기의 단점은 단지 짝수의 고조파들만을 발생시킨다는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 특징들은 도면들을 참조하여 양호한 실시예들의 다음 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도1은 저주파특성을 개선시키는 기존의 회로를 도시한 도면.
도2는 본 발명에 따르는 제1 회로를 도시한 블록도.
도3은 본 발명에서 사용되는 고조파들 발생기의 한 실시에를 도시한 도면.
도4는 본 발명에 따르는 제2 실시예를 도시한 블록도.
도5는 본 발명에 따르는 제3 실시예를 도시한 블록도.
도6은 도5의 회로에서 사용되는 파형 발생기의 제1 실시예를 도시한 도면.
도7은 도5의 회로에서 사용되는 파형 발생기의 제2 실시예를 도시한 도면.
도8은 본 발명에서 사용되는 0 교차 검출기에 인가된 사인파 입력 신호에 응답하여, 발생된 여러 가지 파형 a.....h을 도시한 도면.
도9는 본 발명에 따르는 제3 실시예를 도시한 블록도.
도10은 본 발명에 따르는 오디오 시스템을 도시한 블록도.
본 발명의 목적은 임의의 비선형 장치가, 요구되는 고조파들의 임의로 선택된 고조파를 발행하는 고조파들 발생기로서 사용될 수 있는 오디오 신호를 처리하는 회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 회로는, 선택된 주파수 대역을 포함하는 오디오 신호의 스펙트럼의 적어도 일부의 레벨을 검출하는 검출 수단과, 상기 레벨에 응답하여, 발생된 고조파들을 스케일링하는 스케일링 수단(scaling means)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 종래의 기술에서 전파 정류기가 기본 고조파와 고정된 진폭 관계를 갖는 짝수 고조파들(even harmaonics)만을 생성한다는 인식을 기초로 한다. 본 발명의 방법을 통하여, 임의의 비선형 장치라도 고조파들 발생기로서 사용될 수 있으며, 짝수와 홀수 고조파들의 임의의 합성과 기본 고조파들에 대한 그 진폭 관계를 자유롭게 만들어낼 수 있게 한다. 그러나, 상기 임의의 고조파들 발생기의 사용은 높은 입력레벨들에 비해 낮은 입력 신호들에서 서로 다른 저주파수 인식 결과가 될 것이다. 그 이유는 다이오드와 같은 비선형 장치에서, 발생된 고조파들이 기본 고조파들의 진폭과 비선형 관계가 있는 진폭들을 가지고 있으며, 전파 정류기에 의해서 발생된 고조파들의 진폭은 기본 고조파들의 진폭에 대해서 선형적인 관계를 가지고 있기 때문이다. 본 발명에 따른 방법을 사용하여, 발생된 고조파들은 알맞게 스케일이 될 수 있으며, 그로 인해, 레벨 의존 저주파수 인식 없이도 고조파들 발생기로서 임의의 비선형 장치의 사용을 자유롭게 선택하도록 한다.
본 발명에 따르는 회로의 실시예는 다음과 같은 특징이 있다. 즉, 선택 수단에 의해서 선택된 주파수보다 더 높은 주파수들을 선택하기 위해서, 입력이 고역 통과 전송기능을 가지고 있는 필터를 통해서, 가산 수단에 결합되어 있는 것이다. 이 방법에 의해서, 가산 수단에 공급된 신호들의 스펙트럼내에서의 중첩(overlap)이 발생하지 않으며, 그로 인해, 그렇지 않으면 주파수 범위들의 중첩 대문에 발생할 수도 있는 주파수들의 불필요하고, 비정상적인 부스팅(unnatural boosting)을 방지하게 된다.
본 발명에 따르는 회로의 실시예는 다음과 같은 특징이 있다. 즉, 선택 수단의 출력에 검출 수단의 입력이 결합되어 있다는 것이다. 그러므로, 발생된 고조파의 진폭은 고조파들 발생기의 입력 신호의 진폭에 직접 관련이 되어 있다. 게다가, 이와 같이, 선택 수단은 고조파들 발생기를 위한 신호를 선택하는 기능과 레벨을 검출하는 기능을 가지고 있다. 이러한 이유 때문에, 좀 더 경제적인 회로를 만들 수 있다.
본 발명에 따르는 회로의 실시예는 다음과 같은 특징이 있다. 즉, 상기 회로는 입력과 가산 수단의 추가 입력 사이에 결합되어 있는 적어도 한 개의 추가 신호 스테이지(signal stage)로 구성되어 있다. 상기 신호 스테이지는,
선택 수단의 선택된 신호에 가까이 있는 주파수 내에 있는 입력 신호의 일부를 선택하기 위해서 선택특성을 가지고 있으며, 입력에 결합되어 있는 추가 선택 수단과,
상기 추가 선택 수단에 의해서 선택된 신호의 고조파들을 발생시키기 위해서, 상기 추가 선택 수단에 결합되어 있는 추가 고조파들 발생기와,
상기 추가 선택 수단에 의해 선택된 신호의 레벨을 검출하기 위해서, 상기 추가 선택 수단에 결합되어 있는 추가 검출 수단과,
상기 레벨에 응답하여, 상기 추가 고조파들 발생기에 의해서 발생된 고조파들을 스케일링하는 추가 스케일링 수단으로 구성되어 있다.
고조파들 발생을 위해서, 두 개의(또는 그 이상의) 병렬 경로들을 제공함으로써, 상호변조효과가 감소된다. 이러한 상호변조는 두 개 또는 그 이상의 강한 저주파수들이 고조파들 발생기의 입력에 존재한다면, 발생된다. 선택 수단의 통과대역을 충분히 작게 선택하고, 인접한 통과대역들을 가지고 있는 각각의 선택 수단에 의해서 공급된 다수의 고조파들 발생기들을 제공함으로써, 두 개의 강한 저주파수들이 고조파들 발생기들 중 한 발생기의 입력에 존재할 가능성은 감소된다. 각각의 신호경로에, 각각의 검출 수단을 제공함으로써, 각 경로에서 발생된 고조파들은 고조파들이 발생된 신호성분에만 관련된 진폭을 가지고 있다. 이것은 좀 더 정상적인 소리를 발생시킨다.
본 발명에 따르는 회로의 실시예는 다음과 같은 특징이 있다. 고조파들 발생기는 다수의 케스케이드 증배기들(cascaded multipliers)을 가지고 있으며, 각각의 증배기는 두 개의 입력들과 출력을 가지고 있다. 증배기들의 케스케이드 중 제1 증배기의 입력들은 고조파들 발생기의 입력에 결합되어 있으며, 나머지 증배기들의 각각의 나머지 입력은 고조파들 발생기의 상기 입력에 결합되어 있다. 각각의 증배기의 출력은 계수를 통해서, 다른 가산 수단의 각 입력에 결합되어 있다. 고조파들 발생기의 입력은 계수를 통해서, 가산 수단의 입력에 결합되어 있으며, 가산 수단은 일정한 값을 수신하며, 가산 수단의 출력은 발생된 고조파들을 공급한다.
이를 통해, 다양한 고조파들 발생기가 만들어진다. 증배기들의 수와 계수 값들을 변화시킴으로써, 자유롭게 결정된 진폭을 가지고 있는 임의의 개수의 고조파들이 발생될 수 있다.
본 발명에 따르는 회로의 실시예는 다음과 같은 특징이 있다. 고조파들 발생기는 0 교차(zero crossing) 검출기와, 검출된 0 교차에 응답하여, 파형을 발생시키는 파형 발생기로 구성되어 있다. 발생된 파형의 진폭은 검출 수단에 의해 공급된 레벨에 의해서 제어된다.
고조파들 발생기를 0 교차 검출기와, 파형 발생 수단으로 분리함으로써, 검출된 0 교차에 근거하여, 고정된 진폭들을 가지고 있는 고조파들을 발생하는 것이 가능하다. 알맞은 파형을 선택함으로써, 고조파들의 진폭들과 개수를 조절하는 것이 가능하다. 검출된 레벨로 진폭을 제어함으로써, 발생된 고조파들은 오디오 신호에 적응한다.
본 발명에 따르는 회로의 실시예는 다음과 같은 특징이 있다. 파형 발생기는 검출 수단에 의해 제공된 레벨에 의해 제어되는 전류 소스와 용량과, 검출된 0 교차에 응답하여, 용량을 충전과 방전시키는 수단으로 구성되어 있다.
이것은 본 발명에서 사용되는 파형 발생기의 간단하고, 바람직한 실시예이다.
본 발명에 따르는, 적어도 스피커로 구성되어 있는 오디오 시스템의 실시예에서는, 선택 수단의 선택된 주파수 대역이 스피커의 고역 특성과 오버래핑(overlapping)된다는 특징이 있다. 이러한 이유 때문에, 스피커가 정확하게 재생할 수 없는 주파수들만이 회로에 의해서 처리되기 때문에, 상기 회로는 스피커의 저주파수 단점들을 보상하게 된다.
본 발명에 따르는 방법에 있어서, 상기 방법은 선택된 주파수 대역을 포함하고 있는 오디오 신호의 스펙트럼의 적어도 일부의 레벨에 응답하여, 발생된 고조파들을 스케일링하는 단계를 추가로 포함하고 있다.
본 발명은 입력 신호의 고조파들을 발생시키는 고조파들 발생기를 추가로 제공하고 있다. 상기 고조파들 발생기는 다수의 케스케이드 증배기들을 가지고 있으며, 각각의 증배기는 두 개의 입력들과 출력을 가지고 있다. 증배기들의 케스케이드 중 제1 증배기의 입력들은 고조파들 발생기의 입력에 결합되어 있으며, 나머지 증배기들의 각각의 나머지 입력은 고조파들 발생기의 상기 입력에 결합되어 있다. 각각의 증배기의 출력은 계수를 통해서, 다른 가산 수단의 각 입력에 결합되어 있다. 고조파들 발생기의 입력은 계수를 통해서, 가산 수단의 입력에 결합되어 있으며, 가산 수단은 일정한 값을 수신하며, 가산 수단의 출력은 발생된 고조파들을 공급한다. 이를 통해, 다양한 고조파들 발생기가 만들어진다. 증배기들의 수와 계수 값들을 선택함으로써, 선택된 진폭들을 가지고 있는 임의의 개수의 고조파들을 발생시키는 것이 가능하다.
본 발명은 입력 신호의 고조파들을 발생하는 고조파들 발생기를 제공하고 있다. 고조파들 발생기에 인가된 입력 신호내에서 0 교차점들을 검출하는 0점 교차 검출기와, 검출된 0 교차에 응답하여, 파형을 발생시키는 파형 발생기로 구성되어 있다. 발생된 파형의 진폭은 입력 신호의 레벨에 의해서 제어된다. 이것은 고조파들 발생기를 간단히 실현시킨 예이다. 검출된 0 교차에 응답하여, 파형을 발생시킴으로써, 고정된 진폭들을 가지고 있는 고조파들이 발생된다. 발생된 고조파들의 스케일링은 입력 신호의 레벨로 고조파들의 진폭을 제어함으로써, 수행된다. 이와 같이, 고조파들의 진폭들은 입력 신호의 레벨에 비례가 되도록 만들어질 수 있다. 알맞은 파형을 선택함으로써, 원하는 고조파들이 발생될 수 있다.
고조파들 발생기의 한 실시예에 있어서, 파형 발생기는 검출 수단에 의해 제공된 레벨에 의해 제어되는 전류 소스와 용량과, 검출된 0 교차에 응답하여, 용량을 충전과 방전시키는 수단으로 구성되어 있다.
이러한 사실은 0 교차에 응답하여, 원하는 파형을 발생시키는 간단한 방법을 제공하게 된다. 이러한 고조파들 발생기들은 기존의 회로에서 사용되거나 또는 이미 상술한 이러한 회로 또는 회로들로부터 독립되어 사용될 수 있다.
도1은 저주파 특성을 개선시키는 기존의 회로를 도시하고 있다. 상기 회로는 오디오 신호를 수신하는 입력(10)과, 출력 신호를 공급하는 출력(12)으로 구성되어 있다. 상기 회로는 대역 통과 필터(24)의 오디오 신호와 출력 신호의 합을 출력(120에 공급하기 위해서, 입력(10)에 결합된 선택 수단(20)과, 선택 수단(20)에 결합된 고조파들 발생기(22)와, 고조파들 발생기(22)에 결합된 대역 통과 필터(24)와, 입력(10)에 결합된 가산 수단(26)과, 대역 통과 필터(24)로 구성되어 있다. EP-A 546,619호에서는 선택 수단(20)은 저역 통과 필터이며, 그것은 또한 오디오 신호의 주파수 스펙트럼의 일부를 선택하는 대역 통과 필터가 될 수 있다. 대역 통과 필터(24)는 남아 있는 저주파와 고주파 성분들을 제거한다. 그러나, 회로에서는 필수 요소는 아니다. 전파 정류기는 입력에 인가된 신호의 고조파들을 발생시키는 고조파들 발생기(22)로서 사용된다. 오디오 신호에 이러한 고조파들을 포함시킴으로써, 오디오 신호내에 존재하는 더 많은 저주파수의 성분을 임프레스(impress)시킴으로써, 저주파의 특성을 개선시킬 수 있다. EP-A 546,619호에 게재된 고조파들 발생기(22)는 짝수의 고조파들만을 발생한다. 전파 정류기를 짝수가 아닌 고조파들을 발생하는 다른 비선형 장치로 대체하는 것이 가능하다. 예를 들면, 다이오드는 이러한 비선형 특성을 나타낸다. 그러나, 증가된 저주파 성분의 임프레션(impression)은 오디오 신호의 레벨에 달려 있다.
도2는 본 발명에 따르는 제 1회로의 블록도이다. 도1과 비교해 볼 때에, 다음의 변경사항들이 존재한다.
- 대역 통과 필터(24)가 삭제되었다.
- 선택 수단(20)의 출력에 결합되어 있는 입력을 가지고 있는 검출 수단(28)이 추가되었다.
- 선택 수단(20)과 고조파들 발생기(22)사이에 삽입되어 있으며, 선택 수단(20)의 출력에 결합된 입력과, 검출 수단(32)의 출력에 결합된 입력, 그리고, 고조파들 발생기(22)에 결합된 출력을 가지고 있는 분배기(30)가 제공되어 있다.
- 고조파들 발생기(22)의 출력에 결합되어 있는 입력과, 검출 수단(28)의 출력에 결합되어 있는 추가 입력과, 가산 수단(26)에 결합되어 있는 출력을 가지고 있는 증배기(32)가 고조파들 발생기(22)와 가산 수단(26)사이에 삽입되어 있다.
검출 수단(28)은 선택 수단(20)에 의해서 선택된 주파수 대역과 관련이 있거나 또는 그것을 포함하고 있는 오디오 신호의 스펙트럼의 적어도 일부의 레벨을 검출하는 레벨 검출기이다. 검출된 레벨은 진폭레벨, 전력레벨, 피크레벨, 평균레벨이 될 수 있다. 분배기(30)는 증배기(32)와 함께, 검출 수단(28)에 의해서 공급된 검출된 레벨에 응답하여, 발생된 고조파들을 스케일링하는 스케일링 수단을 구성한다. 본 발명에 따라, 검출 수단과 스케일링 수단을 포함시킴으로써, 상술한 저주파수 임프레션의 레벨 의존도는 사실상 감소된다. 본 발명에서는, 이러한 레벨 의존도는 고조파들 발생기(22)의 비선형 특성에 의해 발생된다는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 고조파들 발생기가 입력 신호의 제2 와 제3의 고조파들을 발생한다면, 이것은 제2 고조파들의 진폭은 제2 전력에 대한 입력 신호의 진폭에 달려 있다는 것을 의미한다. 제3 고조파들에 대해서는, 이러한 의존도는 제3 전력과 관련된다. 이것은 제2 와 제3 고조파들의 진폭들의 비율은 일정하지 않으며, 입력 신호의 진폭의 함수라는 것을 의미한다. 그러므로, 낮은 신호 레벨에서는, 발생된 고조파들의 진폭들은 높은 신호 레벨에서의 진폭과는 달리, 기본 고조파들과는 다른 관계를 가지게 된다. 이것은 저주파수 임프레션이 입력 신호의 진폭에 달려 있다는 것을 의미한다. 도2의 회로에서는, 고조파들 발생기(22)에 대한 입력 신호가 정규화된다(normailized). 즉, 사실상 진폭과는 무관하게 된다. 이것은 검출 수단(28)에 의해서 공급된 검출된 레벨로 선택 수단(20)의 출력 신호를 분배함으로써, 분배기(30)내에서 수행된다. 그러므로, 고조파들 발생기(22)의 입력 신호는 정규화되어 레벨과는 무관하게 된다. 결과적으로, 발생된 고조파들의 진폭들은 사실상 동일한 일정비를 항상 가지게 될 것이다. 증배기(32)에서는, 고조파들 발생기(22)에 의해서 공급된 고조파들이 검출 수단(28)에 의해서 공급된 검출된 레벨에 의해 증배된다. 발생된 고조파들이 입력 신호의 진폭에 의해 영향을 받게 되면, 발생된 고조파들은 오디오 신호와 알맞은 진폭 관계를 가지게 된다. 고조파들 발생기(22)에 인가된 입력 신호의 레벨은 이러한 스케일링을 위해 사용된다. 그러나, 오디오 신호의 적어도 일부를 포함하거나, 또는 직접 관련이 있는 레벨에 응답하여, 고조파들이 스케일 되기 때문에, 이것은 필수적인 것이 아니다. 이것은 검출 수단(28)의 입력이 선택 수단(20)의 출력 대신에 입력에 결합되어 있다는 것을 의미한다. 본 발명의 이러한 특성을 이용함으로써, 원하는 비선형 특성을 가지고 있는 임의의 비선형 장치를 고조파들 발생기로서 사용하는 것이 가능하다. 그 이유는 이러한 고조파들의 진폭들의 비는 입력 신호 레벨과는 항상 무관하기 때문이다. 이러한 특성은 고조파들 발생기(22)를 선택할 수 있게 해준다. 즉 상기 고조파들 발생기는 원하는 효과에 따라, 적절한 진폭과 원하는 고조파들(홀수/짝수)을 발생시키며, 더 이상 레벨에 의존하는 저주파 특성이나 또는 (전파 정류기에 의해서 발생된) 고조파들에만 제한되어 있지 않다.
도3은 본 발명에서 사용되는 고조파들 발생기의 한 실시예를 도시한 것이다. 고조파들 발생기(22)는 입력(210), 출력(211), 계수들(221....225), 각각 두 개의 입력들과 한 개의 출력을 가지고 있는 다수의 케스케이드 증배기들(201..203)로 구성되어 있다. 각 증배기의 입력은 고조파들 발생기(220의 입력(210)에 결합되어 있다. 증배기(210)의 추가 입력은 입력(210)에 결합되어 있다. 증배기들(202,203)의 나머지 입력들은 각각 증배기들(201,202)의 출력들에 결합되어 있다. 증배기(203..201)의 각 출력은 각각의 계수(221...223)들을 통해 가산기(203)에 결합되어 있다. 입력(210)은 또한 계수(224)를 통해 가산기(204)에 결합되어 있다. 게다가, 일정한 값 "1" 은 계수(225)를 통해 가산기(204)에 결합되어 있다. C5의 값은 DC가 가산기(204)의 출력에 나타나도록 선택되어진다. 계수들(221...225)은 각각의 입력 신호들을 각각의 값들(C1..C5)로 증배시킨다. 계수들(C1...C5)을 적당한 값으로 설정함으로써, 제1과 제3고조파들의 임의의 혼합상태가 발생될 수 있다. 더 많거나 적은 고조파들이 요구된다면, 증배기들과 계수들의 수는 증가하거나 감소한다. 계수들(C1...C5)을 조정 가능하게 하면, 발생된 고조파들은 요구된 저주파효과를 얻기 위해서, 크기와 수가 조절되거나 또는 회로에 결합된 스피커의 저주파수 결점들에 따라 조절된다. 도시된 고조파들 발생기는 발생된 고조파들의 수와 진폭을 자유롭게 선택할 수 있다.
도4는 본 발명에 따르는 회로의 제2 실시예를 도시하고 있다. 도2와 비교해보면, 효과와 목적면에서 볼 때에, 분배기(30)는 고조파들 발생기(22)의 입력 신호를 정규화시키기 위해서, 자동이득 제어회로(34)로 대체될 수 있다. 검출 수단(28)의 출력은 증배기(32)의 입력에만 결합되어 있다. 자동이득 제어회로들은 일반적으로 알려져 있으며, 자세히 설명될 필요가 없다.
도5는 본 발명에 따르는 회로 제3 실시예를 도시하고 있다. 도3의 회로는 입력(10)에 결합된 선택 수단(20), 상기 선택 수단(20)에 결합된 고조파들 발생기(22), 선택 수단(20)에 결합된 검출 수단(28), 입력(10)에 결합된 가산 수단(26)과 입력(12)에 합산 신호를 공급하는 고조파들 발생기(22)로 구성되어 있다. 고조파들 발생기(22)는 선택 수단(20)에 의해서 공급된 신호내에 존재하는 0 교차점을 검출하는 0 교차 검출기(240)와, 검출된 0 교차점을 근거로 하여, 파형을 발생시키는 파형 발생기(241)를 가지고 있다. 파형은 검출 수단(28)에 의해서 공급된 검출 레벨과 관련된 진폭을 가지고 있다. 파형의 진폭은 검출된 레벨과 비례하도록 만들어진다. 이를 위해, 파형 발생기(241)는 검출 수단(28)과, 0 교차 검출기(240)에 결합되어 있다. 검출된 0 교차점에 응답하여, 파형을 발생시킴으로써, 미리 정해진 일정한 진폭을 가지고 있는 고조파들을 발생시키는 것이 가능하다. 적당한 파형을 선택함으로써, 어느 고조파들이 발생되는지, 안되는지, 그리고, 어떤 진폭 관계가 존재하는지를 알 수 있다. 예를 들면, 정사각형의 파형은 단지 소정의 크기를 가진 홀수의 고조파들로만 되어 있다. 반면에, 삼각 파형은 단지 홀수 고조파들로만 구성되어 있으나, 다른 크기를 가지고 있다. 그러나, 톱니 파형은 홀수와 짝수의 고조파들 들을 가지고 있다. 검출된 레벨에 응답하여, 발생된 파형을 스케일링함으로써, 발생된 고조파들은 오디오 신호에 적합하다. 종래의 0 교차 검출기는 0 교차 검출기(240), 즉 리미터(limiter)를 위해 사용될 수 있다. 리미터가 사용되는 경우에는, 이러한 리미터의 출력 신호는 두 개의 0 교차점을 가진 한 주기 형태의 정사각형 파가 된다. 이러한 출력 신호 자체는 파형 발생기(241)를 통해 출력 신호를 통과시키지 않는 상태에서, 고조파들 발생기(22)의 출력 신호로서 사용될 수 있다. 이 경우에서는, 블록(241)이 0 교차 검출기(240)의 출력 신호의 진폭을 검출된 레벨에 맞추기 위해서, 간단한 증배기로 대체될 수 있다.
도6은 도5에 도시된 회로에서 사용되는 파형 발생기의 제1 실시예를 도시하고 있다. 파형 발생기는 직렬로 배열되어 있는 저항기(401), PNP트랜지스터(402)의 주요 전류경로, 스위치 트랜지스터(403)와 커패시터(404)로 구성되어 있다. 커패시터(404)에 병렬형태로 배열되어 있는 것은 제2 스위치 트랜지스터(405)이다. 트랜지스터(402)는 상기 트랜지스터의 베이스에 결합된 전압 소스(406)에 의해 바이어스 된다. 트랜지스터들(403, 405)은 스위치들로서 동작하며, 각각 신호CH, RST에 의해서 동작된다. 전압 소스는 Vb+Vx의 값을 가지고 있으며, 이때, Vb는 바이어스 전압이며, Vx는 검출 수단(28)에 의해서 공급된 검출된 레벨에 관련된 전압이다. 저항기(401), 트랜지스터(402)와 전압 소스(406)는 전류 소스를 구성하며, 트랜지스터(402)의 주요전류경로를 통해서 검출된 레벨에 비례하는 전류를 공급한다. 트랜지스터(403)가 충전 신호(CH)에 의해서, 동작될 때에, 커패시터(401)는 트랜지스터(402)에 의해서 공급된 전류에 의해 충전된다. 트랜지스터(403)가 동작중이 아닐 때에는, 커패시터(404)의 충전은 멈추게 된다. 트랜지스터(405)를 리셋 신호(RST)로서 동작시킴으로써, 커패시터(404)는 곧 방전된다. 신호들(CH,RST)은 0 교차 검출기(240)로부터 도출된다. 커패시터에 걸리는 전압은 0 교차 검출기(240)의 입력신호의 고조파들로 구성되어 있으며, 검출된 레벨과 관련된 진폭을 가지고 있는 파형을 가지고 있다. 도8을 설명하면, 신호(CH,RST)와 전압(Vx)은 발생된 파형의 모양을 참조하여, 좀 더 자세히 설명되어질 것이다.
도7은 도5의 회로에 사용되는 파형 발생기의 제2 실시예를 도시하고 있다. 파형은 양의 입력이 접지되어 있는 연산증폭기(414)로 구성되어 있다. 저항기(412), 커패시터(413)와 스위치 트랜지스터(415)는 서로 병렬로 배치되어 있으며, 연산증폭기(414)의 음의 입력을 출력에 결합시키고 있다. 전압 소스(409)는 스위칭 트랜지스터(410)와 저항기(411)를 통해 연산증폭기(414)의 음의 입력에 결합되어 있다. 스위칭 트랜지스터(410)는 충전 신호(CH)를 수신하며, 스위칭 트랜지스터(415)는 리셋 신호(RST)를 수신한다. 전압 소스(409)는 Vx의 값을 가지고 있다. 트랜지스터(410)를 충전 신호(CH)로 구동시키게 되면, 커패시터(413)는 검출된 레벨과 비례하는 전류로 충전되며, 트랜지스터(413)가 구동되자마자, 커패시터(413)는 곧 방전된다. 도7의 회로는 도6의 회로와 비슷한 방법으로 동작한다. 그러나, 연산증폭기의 출력은 검출된 레벨에 대응하는 진폭을 가지고 있는 발생된 고조파들을 공급한다.
도8은 본 발명에서 사용되는 0 교차 검출기에 인가된 사인파 입력 신호에 응답하여, 발생된 여러 가지의 파형들(a....h)을 도시하고 있다. 이 도면에서는, 굵은 선은 사인입력을 나타내고, 밑줄친 부분은 파형 발생기(241)에 의해서 발생된 특색있는 파형들을 도시하고 있다. t0...t4는 입력 신호가 "0" 을 통과하는 순간들이다. 일반적으로, 다른 파형들이 다음의 조건에 의해 발생된다.
- 리셋 신호(RST)를 이용하여, 커패시터 전압을 리세팅하기 위한 다른 시간들
- 충전 신호(CH)를 이용하여 커패시터를 충전시키는 다른 시간들.
- 전압(Vx)에 관련된 전류의 진폭Vx는 예를 들어, 0 교차 검출기에 공급된 입력 신호에 비례하거나, (이 경우에서는, 검출 수단(28)의 입력 신호와 출력 신호의 진폭만이 다르다) 또는 상기 입력 신호의 절대값에 비례하도록 선택된다.(검출수단(28)은 정류기로 구성되어 있다.). 다른 변화된 종류들도 가능하다.
도8의 파형들(a...h)을 발생시키기 위해서, 신호(CH)는 항상 구동되어 있다.이것은 이 경우에는, 트랜지스터들(403,410)이 단락회로들로 대체될 수 있다는 것을 의미한다. 도8의 파형들(a,b)을 위해서, 리셋펄스(RST)가 제2(t2,t4)와 제4(t4) 0 교차점에서 발생한다. 도8e를 위해서는, 리셋펄스가 0 교차점마다, 발생된다. 이러한 리셋펄스(RST)는 입력 신호가 영점을 통과하는 순간에 발생된 단지 짧은 펄스이다. 도8의 파형들(c,d,f)에 대해서는, 어떠한 리셋 신호도 요구되지 않는다. 이러한 경우들에서는, 트랜지스터들(405,415)이 삭제될 수도 있다. 파형(h)에 대해서는, 리셋펄스가 하나 걸러서 있는 영점에서 발생한다. 그러나, 리셋펄스(RST)는 다음의 영점 또는 충전 신호(CH)가 제2의 영점에서 동작이 안될 때 까지, 지속되며, 다음의 영점 또는 그 두 개가 동작이 안될 때까지 지속된다. 후자의 경우에서, 충전 신호(CH)는 반전된(inverted) 리셋 신호(RST)이다. 파형들(a,b,g,h)에 대해서는, 전압(Vx)이 0 교차 검출기(240)에 공급된 입력 신호의 절대값 함수이다. 파형들(c,d,e)에 대해서는, 전압(Vx)이 부호를 포함하고 있는 입력 신호의 값에 비례한다. 파형들(e,c)간의 차이는 다음과 같다. 파형(c)에 대해서는, 리셋 신호가 동작되지 않으며, 파형(e)에 대해서는, 리셋 신호가 각 0 교차점(t0...t4)에서 동작된다. 파형(h)에 대해서는, 커패시터의 충전이 단지 입력 신호의 동일한 위상동안에만 발생하기 때문에, Vx가 입력 신호의 값 또는 절대값의 함수인지는 문제가 되지 않는다. 도8의 파형(d)은 다음과 같은 방식에 의해 도8의 파형(c)으로부터 도출될 수 있다. 도8의 파형(c)은 커패시터에서 관찰된다. 이러한 관찰된 값은 입력 신호의 부호를 포함하고 있다. 이것은 측정된 값을 입력 신호의 부호를 나타내는 신호만큼 증배시킴으로써 행해진다. 이러한 신호는 비역전 리미터의 출력에서 직접 얻어진다. 상기 리미터는 0 교차 검출기(240)로서 동작한다. 도8의 파형(f)을 발생시키기 위해서, 커패시터의 충전전류는 각각의 제2 0 교차점에서 부호가 반대로 된다. 리셋 신호(RST)는 요구되지 않는다. 충전전류의 방향을 표시하는 신호는 입력신호의 부호를 나타내는 신호를 인자(2)로 나누어줌으로써 얻어질 수 있다. 리셋 신호(RST)를 위한 이미 기술한 펄스들의 발생은 기술자들이 충분히 알 수 있으며, 더 이상 설명될 필요가 없다. 도8의 파형들(a....h)은 설명을 위한 것이며. 제한되어 있는 것이 아니다.
도9는 본 발명에 따르는 회로의 제4 실시예를 도시하고 있다. 회로는 입력(10)에 결합된 고역 통과 필터(21), 입력(10)에 결합된 다수의 대역 통과 필터들(20A...20N), 대역 통과 필터들(20A...20N)에 결합된 다수의 블록들(23A...23N), 대역 통과 필터들(20A...20N)에 결합된 다른 대역 통과 필터들(24A...24N)로 구성되어 있다. 다수의 다른 대역 통과 필터들(24A... 24N)과 고역 통과 필터들(21)의 출력들은 가산 수단(26)에 결합되어 있다. 블록들(23A....23N)은 스케일링 수단과 고조파들 발생기로 구성되어 있다. 예를 들면, 한 개의 블록은 도5에 도시한 바와 같이 블록들(22,28)을 구성하며, 또는 도2에 도시한 바와 같이 블록들(30,22,32,28)을 구성한다. 또는 도4에 도시한 바와 같이, 블록들(34,22,32,28)도 구성하게 된다. 대역 통과 필터들(20A...20N)은 서로 근접해 있는 대역통과 특성을 가지고 있다. 예를 들면, 대역 통과 필터(20A)는 20-30Hz로부터 주파수를 선택하며, 대역 통과 필터(20B)는 30-40Hz로부터 주파수들을 선택한다. 이와 같이, 대역 통과 필터들(20A...20N)에 의해서 선택된 각각의 작은 주파수에 대해서는, 고조파들이 발생된다. 작은 대역들로 나눌 때의 장점은 상호변조 왜곡이 고조파들의 발생동안에 덜 일어난다는 것이다. 분리가 발생하지 않을 때에는, 한 개 이상의 세기가 큰 저주파수 성분이 고조파들 발생기의 입력에 존재할 수 있게 된다. 고조파들 발생기(22)는 이러한 저주파수 성분들의 고조파들을 발생시키게 되며, 또한 혼합 성분들을 만들어낸다. 이 때에, 저 주파수성분들은 서로 혼합된다. 이러한 혼합 성분들로부터 발생된 고조파들은 최초의 오디오 신호에는 존재하지 않으며, 왜곡으로 인지된다. 스펙트럼을 작은 대역으로 분리하는 과정과 독립된 고조파들 발생기들을 각각의 대역에 할당하는 과정은 사실상 상호변조가 일어나지 않도록 한다. 결합된 대역 통과 필터들(20A...20N)은 오디오 신호의 저역 스펙트럼의 일부를 선택한다. 고역 통과 필터(21)는 상기 대역 통과 필터(20A...20N)에 의해서 선택되지 않은 오디오 신호의 스펙트럼의 고역부분을 선택한다. 이와 같이, 고역 통과 필터(21)와 다수의 대역 통과 필터들(20A...20N)의 주파수 대역들 사이에서는 중첩이 존재하지 않기 때문에, 출력(12)에 있는 출력 신호내의 저주파수 성분들에 대해 행해지는 오버-엠파시스(over-emphasis)를 방지한다. 다른 대역 통과 필터들(24A...24N)은 도1에 도시된 대역 통과 필터(24)와 그 기능면에서 살펴볼 때에, 비슷하다. 필터들(24A...24N)중 한 필터의 대역통과 특성은 필터들(20A...20N)중에서 선택된 관련필터의 대역통과 특성에 대응하여 선택된다. 예를 들면, 필터(20A)가 20-30Hz에 이르는 대역통과 특성을 가지고 있을 때에, 필터(24A)의 특성은 20-120Hz범위에 있게 된다. 그러므로, 필터(24A)의 상부 차단 주파수(cut-off frequency)는 필터(20A)의 상부 차단 주차수의 몇 배가되는 것이 바람직하다. 이러한 필터들의 하부 차단주파수들에 대해서도 마찬가지이다. 필터들(20A...20N)의 하부 차단 주파수들이 필터들(20A...20N)의 하부 차단주파수들과 동일하게 되지 않아도 된다. 동일한 검출 레벨에 대응하여, 각각의 블록(23A...23N)내의 고조파들을 스케일하기 위해서, 단지 한 개의 검출 수단(28)을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 각각의 블록에 대해, 독립적인 검출 수단을 사용하는 것이 바람직하다. 여기에 소개된 실시예들은 오디오 신호내에 존재하는 저주파수 특성을 개선시키는 방법을 소개하고 있다. 오디오 신호의 한 주파수 대역을 선택함으로써, 상기 방법은 이러한 선택된 신호의 고조파들을 발생시키며, 그리고, 오디오 신호의 스펙트럼의 적어도 일부의 레벨에 응답하여, 발생된 고조파들을 스케일링하며, 오디오 신호와 고조파들의 합을 출력 신호로서 공급한다. 이미 설명한 바와같이, 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명된 본 발명에 따르는 모든 장점들을 가지고 있는 방법들이 실현되어져 있다. 본 발명은 오디오 재생시스템에 대해서는 특히 유익하다. 상기 재생시스템은 작은 스피커들, 휴대용 라디오들, CD플레이어들, 카세트 레코더들 또는 TV세트들로 구성되어 있다. 본 발명에 따르는 회로를 추가시킴으로써, 저주파 특성들은 개선된다.
도10은 본 발명에 따르는 오디오 시스템을 도시한 것이다. 오디오 시스템은 저주파 특성을 개선시키기 위해서, 회로(61)에 결합된 신호소스(60)와, 증폭기(62)에 결합된 회로(61), 스피커(63)에 결합된 증폭기(62)로 구성되어 있다. 신호소스(60)는 CD, 카세트 또는 수신된 신호 또는 어떤 다른 오디오 소스로부터 신호를 도출한다. 회로(61)는 도2,4,5 또는 9에 있는 회로들 중의 어떤 회로가 될 수 있다. 본 발명은 특히, 고역 특성은 나타내는 스피커(63)와 함께 사용될 때에 특히 유용하다. 이것은 저주파수들이 스피커(63)에 의해서 알맞게 재생될 수 없다는 것을 의미한다. 회로(62)의 선택 수단(20)의 주파수 대역은 스피커(63)의 고역 특성과 중첩이 되지 않도록 되어 있다. 그러므로. 스피커(63)에 의해서 감쇄된 주파수 또는 스피커(63)에 의해서 만들어진 음향 신호내에 존재하지 않는 주파수들의 고조파들이 발생된다. 오디오 수단은 휴대용 라디오 또는 CD 플레이어, 또는 저주파수 재생에 있어서, 제한을 받는 스피커들로 구성된 어떤 오디오 장치 및 내장된 스피커들을 가지고 있는 TV세트 또는 멀티미디어 PC또는 전화기들이 될 수 있다. 회로(61)와 증폭기(62)의 순서는 원한다면 바뀌어질 수 있다. 게다가, 오디오 시스템은 본 발명과는 무관하며, 중요하지 않은 다른 음성 효과들을 발생시키는 수단을 포함할 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시예에만 제한되어 있지 않다. 예를 들면, 대역 통과 필터(24)는 도1과 같이 도2,4,6내에 있는 회로들내에서 가산 수단(26)전에 포함될 수도 있다. 게다가, 도1,2,4,5에 도시한 바와 같이, 가산 수단(26)에 입력(10)을 직접 결합하는 대신에, 도9와 같이 고역 통과 필터가 삽입될 수도 있다. 게다가, 고조파들 발생기들은 주어진 보기에서만 사용되는 것이 아니다. 다이오드들과 트랜지스터들과 같은 다른 비선형 장치들은 고조파들을 발생시키기 위해서 사용된다. 파형 발생기는 도8에 도시된 파형들(a...h)을 발생시키는데에만 제한되어 있지 않다. 기술자들은 검출된 0 교차점에 근거하여, 다른 간단한 파형 발생기들을 가지고, 정사각형 또는 다른 복잡한 파형들과 같은 다른 파형들을 만들어낼 수 있을 것이다. 게다가, 도3과 도5에 도시된 고조파들 발생기는 EP-A 546,619호에 기재된 회로 내에서 사용되거나 또는 이러한 회로들로부터 독립적으로 사용될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 오디오 신호를 처리하기 위한 회로로서,
    상기 오디오 신호를 수신하기 위한 입력단 및 출력 신호를 공급하기 위한 출력단과,
    상기 오디오 신호의 저주파수 대역을 선택하기 위해서 상기 입력단에 결합된 선택 수단과,
    상기 선택된 신호의 고조파들을 발생시키기 위해서 상기 선택 수단에 결합된 고조파들 발생기와,
    입력 신호와 발생된 고조파들의 합을 상기 출력단에 공급하기 위해서 상기 고조파들 발생기뿐만 아니라 상기 입력단에도 결합된 가산 수단을 포함하는 오디오 신호 처리 회로에 있어서,
    선택된 저주파수 대역을 포함하는 상기 오디오 신호의 스펙트럼의 적어도 일부의 레벨을 검출하기 위한 검출 수단과,
    상기 레벨에 응답하여 상기 발생된 고조파들을 스케일링(scaling)하기 위한 스케일링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력단은 상기 선택 수단에 의해 선택된 주파수들보다 더 높은 주파수들을 선택하는 고역 전송기능을 가지는 필터를 통해서 상기 가산 수단에 결합되는것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 회로.
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출 수단의 입력단은 상기 선택 수단의 출력단에 결합되는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 회로.
  4. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 입력단과 상기 가산 수단의 추가 입력단 사이에 결합되는 적어도 하나의 추가 신호 스태이지를 포함하며,
    상기 신호 스테이지는,
    상기 선택 수단의 상기 선택된 신호에 인접한 주파수 내의 상기 입력 신호의 일부를 선택하는 선택특성을 가지는, 상기 입력단에 결합되는 추가 선택 수단과,
    상기 추가 선택 수단에 의해 선택된 신호의 고조파들을 발생시키기 위해서 상기 추가 선택 수단에 결합되는 추가 고조파들 발생기와,
    상기 추가 선택 수단에 의해 선택된 신호의 레벨을 검출하기 위해서 상기 추가 선택 수단에 결합되는 추가 검출 수단과,
    상기 레벨에 응답하여 상기 추가 고조파들 발생기에 의해 발생된 고조파들을 스케일링하기 위한 추가 스케일링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 회로.
  5. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고조파들 발생기는 복수의 케스케이드 증배기들(cascaded multipliers)을 포함하고, 각각의 증배기는 두 개의 입력단들과 한 개의 출력단을 가지며, 상기 증배기들의 케이케이드의 제1 증배기의 입력단들은 상기 고조파들 발생기의 입력단에 결합되며, 각각의 나머지 증배기들의 나머지 입력단은 상기 고조파들 발생기의 입력단에 결합되고, 각각의 상기 증배기들의 출력단은 계수를 통해 추가 가산 수단의 각각의 입력단에 결합되며, 상기 고조파들 발생기의 상기 입력단은 계수를 통해 상기 가산 수단의 입력단에 결합되며, 상기 가산 수단은 상수값을 더 수신하며, 상기 가산 수단의 출력단은 상기 발생된 고조파들을 공급하는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 회로.
  6. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고조파들 발생기는 0 교차 검출기(zero crossing detector)와 검출된 0 교차들에 응답하여 파형을 발생시키기 위한 파형 발생기를 포함하며, 발생된 파형의 진폭은 상기 검출 수단에 의해 공급되는 상기 레벨에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파형 발생기는 상기 검출 수단에 의해 공급되는 상기 레벨에 의해 제어되는 전류 소스, 용량(capacitance), 및 상기 검출된 0 교차들에 응답하여 상기 용량을 충전 및 방전하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 회로.
  8. 오디오 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 청구항 제 1 또는 제 2항의 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오디오 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    고역 통과 특성을 갖는 적어도 스피커를 포함하며, 상기 선택 수단의 상기 선택된 주파수 대역은 상기 스피커의 상기 고역 통과 특성과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는, 오디오 시스템.
  10. 오디오 신호를 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 오디오 신호의 저주파수 대역을 선택하는 단계와,
    상기 선택된 신호의 고조파들을 발생하는 단계와,
    상기 오디오 신호와 발생된 고조파들의 합을 공급하는 단계를 포함하는 오디오 신호처리 방법에 있어서,
    선택된 저주파수 대역을 포함하는 상기 오디오 신호의 스펙트럼의 적어도 일부의 레벨에 응답하여, 상기 발생된 고조파들을 스케일링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호 처리 방법.
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