KR100584609B1 - 이어폰 주파수 특성 보정 방법 및 장치 - Google Patents

이어폰 주파수 특성 보정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

타겟 커브를 선정하여 이어폰의 주파수 응답 특성을 보정하는 이어폰(earphone)의 주파수 특성 보정 방법 및 장치가 개시되어 있다. 본 발명은 귀 커널에 의해 발생하는 주파수 특성을 고려한 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정하는 과정, 측정된 이어폰의 주파수 응답 특성과 타겟 커브의 주파수 특성을 비교하여 필터 계수를 추출하는 과정, 추출된 필터 계수를 바탕으로 상기 이어폰의 주파수 특성을 보정하는 과정을 포함한다.

Description

이어폰 주파수 특성 보정 방법 및 장치{Method and apparatus for compensating the frequency characteristic of earphone}
도 1은 본 발명에 따른 이어폰의 주파수 특성 보정 시스템을 보이는 블록도이다.
도 2는 도 1의 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터의 이어폰 측정 부분의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이어폰의 주파수 특성 보정 방법을 보이는 전체 흐름도이다
도 4는 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터를 이용하여 측정된 레퍼런스 이어폰의 응답 특성을 보이는 일실시예이다.
도 5는 확산 필드에서 측정된 귀 특성 커브를 보이는 일실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 음악 재생 장치에 적용할 디지털 필터 계수를 설계하는 상세 흐름도이다.
본 발명은 이어폰(earphone) 음질 보정 시스템에 관한 것이며, 특히 타겟 커 브를 선정하여 이어폰의 주파수 응답 특성을 보정하는 이어폰(earphone)의 주파수 특성 보정 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로 이어폰은 전기적 진동을 음파로 바꾸는 변환기의 일종으로, 귀에 밀착시켜 장착함으로써 귀에 직접 음이 전해지도록 한 기구이다. 이러한 이어폰은 MP3 플레이어와 같은 휴대용 음악 재생 장치의 음을 재생한다. 종래의 이어폰은 평탄치 못한 주파수 응답 특성을 보정해줄 장치없이 그대로 사용되었다. 또한 이어폰내의 작은 스피커로 인해 발생되는 열악한 주파수 특성을 보정하기 위해 제조사는 휴대용 음악 재생 장치에 락(Rock)모드나 째즈(Jazz) 모드의 이퀄라이져 필터를 내장시킨다. 그러나 소비자가 번들로 제공한 이어폰을 사용하지 않고 타 회사에서 제작한 이어폰을 사용할 경우 휴대용 음악 재생 장치는 제대로 된 이어폰 이퀄라이져를 반영할 수 없다. 그렇다고 다양한 업체의 모든 이어폰에 대한 이퀄라이져 데이터를 휴대용 음악 재생 장치에 저장한다는 것도 현실적으로 불가능하다.
또한 이어폰의 만족스럽지 못한 성능을 보상하기 위하여 휴대용 음악 재생 장치에 미리 세팅된 몇개의 이퀄라이져 모드로 청취 했을 경우 정확한 이어폰의 성능을 모르는 상태에서 오히려 레벨을 낮추어야 할 주파수 밴드에 레벨을 올릴 수 있는 확률이 많은 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 타겟 커브를 선정하여 이어폰의 주파수 응답 특성을 보정하는 이어폰(earphone)의 주파수 특성 보정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 타겟 커브를 선정하여 이어폰의 주파수 응답 특성을 보정하는 이어폰(earphone)의 주파수 특성 보정 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이어폰의 주파수 특성 보정 방법에 있어서,
귀 커널에 의해 발생하는 주파수 특성을 고려한 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정하는 과정;
상기 과정에서 측정된 이어폰의 주파수 응답 특성과 타겟 커브의 주파수 특성을 비교하여 필터 계수를 추출하는 과정;
상기 과정에서 추출된 필터 계수를 바탕으로 상기 이어폰의 주파수 특성을 보정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이어폰의 주파수 특성 보정 시스템에 있어서,
이어폰과 인간 귀의 모양을 형상화하여 이어폰에서 발생하는 음을 마이크로 입력하는 귀 형상 시뮬레이터부;
상기 귀 형상 시뮬레이터부에서 발생되는 신호의 주파수를 분석하거나 스티뮬러스를 귀 형상 시뮬레이터부로 출력하는 신호 분석부
상기 신호 분석기에서 발생되는 귀 형상 시뮬레이터부에 의한 이어폰의 주파수 응답 특성을 분석하고, 그 분석된 이어폰의 주파수 응답 특성과 타겟 커브의 주파수 특성을 비교하여 필터 계수를 추출하고, 추출된 필터 계수를 바탕으로 이어폰 의 주파수 특성을 보정하는 이어폰신호 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 이어폰의 주파수 특성 보정 시스템을 보이는 블록도이다.
도 1의 이어폰의 주파수 특성 보정 시스템은 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110), 신호 분석기(120), 퍼스널 컴퓨터(130), 휴대용 음악 재생 장치(140)를 구비한다.
헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110)는 휴대용 음악 재생 장치에 의해 출력되는 음을 보정하기 위해 이어폰과 인간 귀의 모양을 형상화한 마네퀸이다. 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110)는 이어폰과 마이크로폰, 마이크 앰프를 내장하고 있다.
신호 분석기(120)는 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110)에서 발생되는 신호의 주파수를 분석하거나 랜덤 신호와 같은 스티뮬러스를 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110)로 출력한다.
퍼스널 컴퓨터(130)는 이어폰의 주파수 응답 특성을 보정하는 수단으로서 신호 분석기(120)에서 분석된 주파수 특성 데이터를 입력하여 이어폰 자체의 특성을 분석하거나 이어폰의 이퀄라이져를 계산하는 프로그램을 저장하고 있다. 따라서 퍼스널 컴퓨터(130)는 신호 분석기(120)에서 발생되는 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터에 의한 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정하고, 그 측정된 이어폰의 주파수 응답 특성과 타겟 커브의 주파수 특성을 비교하여 필터 계수를 추출하고, 추출된 필터 계수를 바탕으로 이어폰의 주파수 특성을 보정한다.
휴대용 음악 재생 장치(140)는 퍼스널 컴퓨터(130)에서 설계된 필터 계수를 다운로드하여 이어폰으로 출력되는 음을 보정한다.
도 2는 도 1의 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110)의 이어폰 측정 부분의 단면도이다.
사람의 귀는 귀 바퀴와 고막 사이에 귀 커널이 있으며 이 귀 커널의 공진에 의해 특정 고주파 대역이 증폭된다. 도 2를 참조하면 이어폰이 귀에 밀착될 수 있도록 이어폰 홀더를 장착하고 사람의 귀 형상과 재질을 본뜬 귀 커널 형상의 고무와 고막의 위치에 마이크로 폰을 장착한다. 따라 마이크로 폰을 통해 발생되는 임펄스 신호를 이용하여 휴대용 음악 재생 장치의 이어폰의 주파수 응답을 측정한다.
도 3은 본 발명에 따른 이어폰의 주파수 특성 보정 방법을 보이는 전체 흐름도이다
먼저, 이어폰과 와 신호 분석기(120)와 퍼스널 컴퓨터(130)를 서로 연결한다(310 과정). 즉, 이어폰과 귀 모양을 형상화한 헤드 및 토소 시뮬레이터(110)를 연결하고, 헤드 및 토소 시뮬레이터(110)의 귀 부분안에 위치한 마이크의 출력 단자를 마이크 앰프에 연결하고, 마이크 앰프의 출력 단자는 마이크 케이블을 통해 신호 분석기(120)에 연결한다. 그리고 신호 분석기(120)는 통신 버스를 통해 퍼스널 컴퓨터(130) 및 헤드 및 토소 시뮬레이터(110)의 이어폰과 연결한다. 따라서 신호 분석기(120)는 퍼스널 컴퓨터(130)내부에 설치된 프로그램으로 가청 대역(20Hz - 20Khz)에 해당하는 신호(예를 들면, 랜덤 신호)를 헤드 및 토소 시뮬레이터(110)내의 이어폰으로 출력한다.
이어서, 헤드 및 토소(head and torso)시뮬레이터(110)를 이용하여 보정하고자하는 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정한다(320 과정). 즉, 신호 분석기(120)는 음성 대역(20Hz - 20KHz)을 충분히 가질수 있는 특정 신호를 헤드 및 토소 시뮬레이터(110)내의 이어폰으로 출력시킨다. 이어폰을 통해 재생된 신호는 헤드 및 토소 시뮬레이터(110)내에서 귀 모양을 본 뜬 고무 커널을 통과하여 고막 위치에 장착된 마이크로폰으로 입력된다. 신호 분석기(120)는 헤드 및 토소 시뮬레이터(110)내 마이크로폰으로부터 출력되는 신호의 주파수 성분을 분석한다. 퍼스널 컴퓨터(130)는 신호 분석기(120)로부터 분석된 신호의 주파수 성분을 바탕으로 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정한다
이어서, 퍼스널 컴퓨터(130)는 타겟 커브(Target curve)로서 레퍼런스급 이어폰의 주파수 특성 또는 사용자가 원하는 응답 특성을 지정한다(330 과정).
이때 퍼스널 컴퓨터(130)는 타겟 커브(Target curve)로서 레퍼런스급 이어폰을 선택했을 경우 헤드 및 토소(head and torso) 시스템을 통해 도 4에 도시된 바와 같은 레퍼런스 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정하여 저장한다(340 과정). 여기서 레퍼런스 이어폰의 주파수 응답 특성도 보정할 이어폰의 주파수 응답 특성과 동일한 방법으로 측정한다. 그리고 퍼스널 컴퓨터(130)는 프로그램을 통해 보정할 이어폰의 주파수 특성과 레퍼런스 이어폰의 주파수 특성간의 차이를 추출하여 그 차이를 보상하는 필터 계수를 계산한다(350 과정).
또한 퍼스널 컴퓨터(130)는 타겟 커브(Target curve)로서 사용자가 원하는 응답 특성 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같은 확산 필드(diffuse field)에서 측정된 귀 특성 커브를 선택했을 경우 PC의 프로그램을 통해 보정할 이어폰의 주파수 특성과 타겟 커브의 주파수 특성간의 레벨 차이를 추출하여 그 레벨 차이를 보상하는 필터 계수를 계산한다(360 과정).
최종적으로 퍼스널 컴퓨터(130)는 추출된 필터 계수를 휴대용 음악 재생 장치(140)에 통신 버스를 통해 다운로드(download)한다(370 과정).
따라서 휴대용 음악 재생 장치(140)는 이어폰의 응답 특성을 반영함으로써 최상의 음질 상태로 음을 재생할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 음악 재생 장치에 적용할 디지털 필터 계수를 설계하는 상세 흐름도이다.
헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110)를 통해 보정하고자 하는 이어폰의 응답 특성을 측정한다(610 과정). 즉, 6a는 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터(110)를 통해 발생되는 이어폰의 임펄스 응답 파형이다.
이어서, 임펄스 신호에 대해 고속 프리에 변환(FFT)를 수행하여, 시간적 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다(620 과정). 6b는 6a과 같은 이어폰의 임펄스 응답 파형을 고속 프리에 변환(FFT)를 통해 주파수 영역의 신호로 변환한 파형이다.
이어서, 고속 프리에 변환된 임펄스 응답 신호에 대해 옥타브 밴드 변환을 통해 옥타브 밴드들로 나누고, 각 밴드들은 대표 음압 레벨로 표현한다(630 과정). 6c는 대표 음압 레벨값으로 나타낸 각 밴드별 파형도이다.
이어서, 6d에 도시된 바와 같이 미리 정해진 레퍼런스 레벨과 각 밴드별 레벨간의 차이를 계산한다(640 과정).
이어서, 6e에 도시된바와 같이 밴드별 레벨 차이를 반영한 IIR 필터 계수를 계산한다(650 과정).
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 헤드 및 토소(head and torso) 시뮬레이터를 이용하여 확산 필드에서 측정된 귀 특성 커브를 타겟으로 사용할 이어폰의 주파수 특성을 보정함으로써 청감상 평탄한 스피커에서 재생되는 듯한 주파수 응답 특성을 얻을 수 있다. 또한 레퍼런스급의 이어폰을 기준으로 사용할 이어폰의 주파수 특성을 보정함으로써 보정할 이어폰의 주파수 특성이 레퍼런스급 이어폰의 토널 밸런스(Tonal Balance)와 유사하게된다. 또한 본 발명은 사람 귀에 장착된 실제적인 이어폰의 주파수 응답 특성을 반영한 이어폰의 주파수 특성을 보정할 수 있다.

Claims (9)

  1. 이어폰의 주파수 특성 보정 방법에 있어서,
    귀 커널에 의해 발생하는 주파수 특성을 고려한 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정하는 과정;
    상기 과정에서 측정된 이어폰의 주파수 응답 특성과 타겟 커브의 주파수 특성을 비교하여 필터 계수를 추출하는 과정;
    상기 과정에서 추출된 필터 계수를 바탕으로 상기 이어폰의 주파수 특성을 보정하는 과정을 포함하는 이어폰 주파수 특성 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타겟 커브는 헤드 및 토소(head and torso) 시스템을 근거로 레퍼런스급 이어폰의 주파수 응답 특성임을 특징으로 하는 이어폰 주파수 특성 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 타겟 커브는 청취자가 원하는 응답 특성임을 특징으로 하는 이어폰 주파수 특성 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 타겟 커브는 확산 필드에서 측정된 귀의 주파수 특성 커브임을 특징으로 하는 이어폰 주파수 특성 보정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필터 계수 추출 과정은
    정해진 타겟 커브를 기준으로 보정할 이어폰의 응답 특성과의 레벨 차이를 계산하는 과정;
    상기 계산된 차이값을 보상하는 필터 계수를 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이어폰 주파수 특성 보정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 추출된 필터 계수를 휴대용 음악 재생 장치로 다운로드하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이어폰 주파수 특성 보정 방법.
  7. 이어폰의 주파수 특성을 보정하는 필터 셋팅 방법에 있어서,
    귀 커널에 의해 발생하는 주파수 특성을 고려한 이어폰의 임펄스 응답을 측정하는 과정;
    상기 측정된 이어폰의 임펄스 응답을 주파수 영역으로 변환하는 과정;
    상기 주파수 영역의 임펄스 응답에 대해 소정 간격의 밴드들로 나누고, 각 밴드들에 대해 대표 음압 레벨을 설정하는 과정;
    상기 설정된 각 밴드별 레벨과 미리 정해진 레퍼런스 레벨간의 차이를 계산하는 과정;
    상기 과정에서 계산된 밴드별 레벨 차이를 반영한 필터 계수를 설정하는 과정을 포함하는 이어폰의 주파수 특성 보정 방법.
  8. 이어폰의 주파수 특성 보정 시스템에 있어서,
    이어폰과 인간 귀의 모양을 형상화하여 이어폰에서 발생하는 음을 마이크로 입력하는 귀 형상 시뮬레이터부;
    상기 귀 형상 시뮬레이터부에서 발생되는 신호의 주파수를 분석하거나 스티뮬러스를 귀 형상 시뮬레이터부로 출력하는 신호 분석부
    상기 신호 분석기에서 발생되는 귀 형상 시뮬레이터부에 의한 이어폰의 주파수 응답 특성을 분석하고, 그 분석된 이어폰의 주파수 응답 특성과 타겟 커브의 주파수 특성을 비교하여 필터 계수를 추출하고, 추출된 필터 계수를 바탕으로 이어폰의 주파수 특성을 보정하는 이어폰신호 보정수단을 포함하는 이어폰의 주파수 특성 보정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 이어폰 신호 보정수단은
    귀 커널에 의해 발생하는 주파수 특성을 고려한 이어폰의 주파수 응답 특성을 측정하고,
    상기 측정된 이어폰의 주파수 응답 특성과 타겟 커브의 주파수 특성과 레벨 차이를 추출하고,
    상기 추출된 레벨 차이값을 보상하는 필터 계수를 설정하는 것임을 특징으로 하는 이어폰의 주파수 특성 보정 장치.
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