KR100842681B1 - 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법 - Google Patents

오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수 도메인의 신호 처리에 의해 하우링을 소거하는 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 관한 것이다. 본 발명의 오디오 증폭 장치는, 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜 스피커를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호를 출력시키는 기준 신호 발생부; 외부 환경으로부터 반향된 제 1 오디오 신호를 포함하는 오디오 신호를 제 1 아나로그 전기 신호로 변환하는 마이크로폰; 마이크로폰으로부터 출력된 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 아나로그-디지털 컨버터; 주파수 도메인에서 제 1 디지털 신호를 제 1 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 1 고속 푸리에 변환부; 제 1 주파수 도메인 신호로부터 다양한 주파수 필드별 제 1 강도 계수를 추출하는 제 1 계수 추출부; 마이크로폰 및 아나로그-디지털 컨버터를 통하여 출력된 새로운 제 2 디지털 신호를 입력받아 주파수 도메인에서 제 2 디지털 신호를 제 2 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 2 고속 푸리에 변환부; 제 1 강도 계수의 역수를 이득 계수로 하여 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시키는 디지털 증폭부; 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호들을 덧셈 연산하는 덧셈부; 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호로 변환시키는 인버스 고속 푸리에 변환부; 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하는 디지털-아나로그 컨버터; 및 제 2 아나로그 전기 신호를 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력하는 스피커를 포함한다.
Figure R1020060076213
고속 푸리에 변환, 하우링, 샘플링

Description

오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법{Audio amplification device and method of amplifying audio signal}
도 1a 및 도 1b는 각각 하우링 소거 기능을 구비하는 종래의 오디오 증폭 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 오디오 증폭 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 오디오 증폭 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7는 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.
본 발명은 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 주파수 도메인 상의 신호 처리에 의해 하우링을 소거하는 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 관한 것이다.
마이크로폰과 스피커를 동시에 사용하는 오디오 증폭 장치에서, 스피커로부터 출력된 소리가 실내의 벽 등에 의해 반사되어 다시 마이크로폰으로 입력되는 경우, 하우링이 발생된다. 이와 같은 하우링의 원인은 스피커로부터 출력된 신호가 다시 마이크를 통하여 입력되는 과정에서 생기는 반복적인 정궤환 루프(positive feedback loop)에 의한 공진 또는 발진임이 알려져 있다. 하우링은 성가신 소음을 제공할 뿐만 아니라 다른 유용한 오디오 신호에 손상을 주기 때문에 통상적인 오디오 증폭 장치는 이를 소거하기 위한 장치를 구비한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 하우링 소거 기능을 구비하는 종래의 오디오 증폭 장치(9a, 9b)를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1a에 도시된 오디오 증폭 장치(9a)는 마이크로폰(1)을 통해서 입력되는 오디오 신호의 고주파 성분을 제거하고 나머지 주파수 성분의 오디오 신호를 증폭하는 주파수 필터링 특성을 갖는 마이크로폰 증폭기(2a)와 스피커(8)로 출력되는 소리를 증폭시키기 위한 아나로그 증폭기(3)로 이루어진다. 이것은 정궤환 루프에 의해 하우링을 일으킬 수 있는 특정 주파수 성분, 특히 고주파 성분의 오디오 신호에 대하여 신호의 강도를 시불변적으로 약화(attenuation) 또는 차단(cut-off)시키 는 필터링 방식에 의하여 하우링 소거 기능을 제공한다.
도 1b에 도시된 오디오 증폭 장치(9b)는 마이크로폰 증폭기(2b)와 아나로그 증폭기(3) 사이에 아나로그-디지털 컨버터(analog-digital converter; 4), 오실레이터(6)의 출력 신호에 의해 딜레이 시간 인터벌을 제공하는 딜레이 회로(5) 및 디지털-아나로그 컨버터(digital-analog converter; 7)로 이루어진다. 딜레이 회로(5)는 아나로그-디지털 컨버터(4)로부터 입력된 오디오 신호를 위상 변환한 후 디지털-아나로그 컨버터(7)에 위상 변환된 오디오 신호를 전달한다. 이것은 인간의 청각이 위상 변환에 대하여 예민하지 않은 점을 착안하여 제안된 기술로서, 상기 정궤환 루프에 입력되는 신호를 위상 변환함으로써, 하우링 소거 기능을 제공한다.
그러나, 도 1a의 오디오 증폭 장치(9a)는 고주파 성분의 오디오 신호가 영구적으로 소실됨으로써 음질이 훼손되고, 고주파를 제외한 다른 주파수 성분에 의해 발생되는 하우링에 대하여 아무런 효과가 없는 문제점이 있다. 또한, 도 1b의 오디오 증폭 장치(9b)는 전대역의 오디오 신호가 딜레이됨으로써 코러스(chorus) 현상이 발생되어 음질이 저하되며, 연속적인 신호처리에 따른 극도의 복잡한 연산과 고용량의 메모리가 요구되는 리소스 부담(resource budget)이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정궤환 루프에 입력되는 오디오 신호 중 하우링을 일으키는 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 약화 또는 차단시키는 종래의 필터링 방식의 문제점과 음질의 열화 및 전대역의 오디 오 신호에 대한 연속적인 신호 처리에 따른 리소스 부담을 갖는 위상 변환 방식의 문제점을 개선할 수 있는 하우링을 소거하는 오디오 증폭 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 정궤환 루프에 입력되는 오디오 신호 중 하우링을 일으키는 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 약화 또는 차단시키는 종래의 필터링 방식의 문제점과 음질의 열화 및 전대역의 오디오 신호에 대한 연속적인 신호 처리에 따른 리소스 부담을 갖는 위상 변환 방식의 문제점을 개선할 수 있는 하우링을 소거하는 오디오 증폭 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 증폭 장치는, 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜 스피커를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호를 출력시키는 기준 신호 발생부; 상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호를 포함하는 오디오 신호를 제 1 아나로그 전기 신호로 변환하는 마이크로폰; 상기 마이크로폰으로부터 출력된 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 아나로그-디지털 컨버터; 주파수 도메인에서 상기 제 1 디지털 신호를 제 1 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 1 고속 푸리에 변환부; 상기 제 1 주파수 도메인 신호로부터 다양한 주파수 필드별 제 1 강도 계수를 추출하는 제 1 계수 추출부; 상기 마이크로폰 및 상기 아나로그-디지털 컨버터를 통하여 출력된 새로운 제 2 디지털 신호를 입력받아 주파수 도메인에서 상기 제 2 디지털 신호를 제 2 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 2 고속 푸리에 변환부; 상기 제 1 강도 계수의 역수를 이득 계수로 하여 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시키는 디지털 증폭부; 상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호들을 덧셈 연산하는 덧셈부; 상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호로 변환시키는 인버스 고속 푸리에 변환부; 상기 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하는 디지털-아나로그 컨버터; 및 상기 제 2 아나로그 전기 신호를 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력하는 상기 스피커를 포함한다.
본 발명의 오디오 증폭 장치에 따르면, 외부 환경에 따라 제 1 이득 계수를 생성시킴으로써, 고정된 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 소거시키는 종래의 필터링 방식의 음질 저하 문제를 개선할 수 있다. 또한, 근사적 방법인 고속 푸리에 변환 알고리즘에 따른 연산 프로세스를 사용하여 종래의 위상 변환 방식의 오디오 증폭 장치가 갖는 리소스 부담을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 오디오 증폭 장치는 하우링 모니터링부를 구비함으로써 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있는 오디오 증폭 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 증폭 방법은, 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜 스피커를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호를 출력시키고, 다시 상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호를 포함하는 오디오 신호를 제 1 아나로그 전기 신호로 변환한다. 이후, 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고, 주파수 도메인에서 상기 제 1 디지털 신호를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 1 주파수 도메인 신호로 변환하여, 상기 제 1 주파수 도메인 신호로부터 상기 주파수 필드별 제 1 강도 계수들을 추출하여, 상기 제 1 강도 계수들의 역수로 이루어진 제 1 이득 계수들을 생성한다.
이후, 상기 마이크로폰에 입력된 새로운 오디오 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하여, 주파수 도메인에서 상기 제 2 디지털 신호를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 2 주파수 도메인 신호를 얻는다. 상기 제 1 이득 계수만큼 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시킨다. 다시 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호를 덧셈 연산하고, 상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호로 변환한다. 상기 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하고, 이를 상기 스피커를 통하여 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력시킨다.
이로 인하여, 본 발명의 오디오 증폭 방법에서는 외부 환경에 따라 다르게 생성되는 제 1 이득 계수에 의하여, 외부 환경에 따라 달라지는 특정 주파수 필드의 정궤환 루프를 유연하게 차단할 수 있으며, 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의한 근사적 방법으로 음질의 저하를 최소화하면서도 용이하게 하우링 현상을 소거할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아 니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 오디오 증폭 장치(1000)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 3은 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치(1000)의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.
도 2 내지 도 4을 참조하면, 기준 신호 발생부(200)는 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜, 스피커(290)를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호(10)를 출력시킨다(S10). 상기 기준 신호란 가청 주파수 대역, 즉 15 Hz 내지 20 kHz 범위 내의 주파수 대역에서 실질적으로 일정한 기준 강도를 갖는 신호, 즉, 주파수별 강도가 실질적으로 일정한 신호 또는 평탄한 신호를 의미한다. 예를 들면, 상기 기준 신호로서 시간 영역의 임펄스 신호가 사용될 수 있다. 상기 외부 환경이란 본 발명의 오디오 증폭 장치가 사용되는 밀폐된 장소, 예를 들면, 룸, 차량 및 영화관 등일 수 있다.
기준 신호 발생부(200)는 예를 들면, 디지털-아나로그 컨버터(230)의 입력부에 연결될 수 있다. 이 경우, 기준 신호 발생부(200)에서 출력된 상기 기준 신호는 가청 주파수 대역에서 일정한 강도를 갖는 디지털 신호이며, 상기 디지털 기준 신호는 디지털-아나로그 컨버터(230)에 입력된 후 아나로그 증폭부(27) 및 스피커(290)를 통하여 제 1 오디오 신호(10)로서 상기 외부 환경으로 출력된다. 이 때, 출력되는 제 1 오디오 신호(10)는 가청 주파수 대역에서 일정한 강도를 갖는 상기 기준 신호와 실질적으로 동일한 특성, 즉 평탄한 특성을 가질 수 있다.
이후, 스피커(290)를 통하여 상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호(10R)는 마이크로폰(210)을 통하여 제 1 아나로그 전기 신호로 변환될 수 있다(S20). 도시하지는 않았으나, 마이크로폰(210)의 출력부와 아나로그-디지털 컨버터(220)의 입력부 사이에 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 증폭하기 위한 마이크로폰 증폭부를 부설할 수 있다.
마이크로폰(210)으로부터 출력된 상기 제 1 아나로그 전기 신호는 아나로그-디지털 컨버터(220)에 의해서 제 1 디지털 신호(30)로 변환될 수 있다(S30). 아나로그-디지털 컨버터(220)는 FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22kHz 내지 CD 음질의 샘플링 레이트인 44.1kHz 수준으로 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호(30)로 변환할 수 있다.
제 1 고속 푸리에 변환부(FFT; 510)는 제 1 디지털 신호(30)를 입력받아, 주파수 도메인에서 제 1 디지털 신호(30)를 제 1 주파수 도메인 신호(40)로 변환한다(S40). 제 1 고속 푸리에 변환부(510)는 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의하여 제 1 디지털 신호(30)를 주파수 도메인에서 복수의 주파수 필드들을 갖는 제 1 주파수 도메인 신호(40)로 변환할 수 있다.
이 후, 제 1 계수 추출부(610)는 제 1 고속 푸리에 변환부(510)에 의해 생성된 제 1 주파수 도메인 신호(40)로부터 주파수 필드별로 제 1 강도 계수들(50)을 추출하며, 제 1 강도 계수들(50)의 역수로 이루어진 제 1 이득 계수들(55)을 생성한다(S50). 이 때, 제 1 강도 계수(50)는 각 주파수 필드에 해당하는 제 1 주파수 도메인 신호(40)의 강도를 의미한다.
예를 들면, 제 1 디지털 신호(30)가 FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22 kHz로 생성되고, 제 1 고속 푸리에 변환부(510)가 1024 개의 주파수 필드들에 대하여 제 1 디지털 신호(30)를 고속 푸리에 변환한 경우, 1024 개의 주파수 필드를 갖는 제 1 주파수 도메인 신호(40)가 생성된다. 이때, 각 주파수 필드의 크기는 21.5 Hz가 된다. 제 1 계수 추출부(610)는 제 1 주파수 도메인 신호(40)로부터 1024 개의 제 1 강도 계수들(50)을 추출하고, 이로부터 1024 개의 제 1 이득 계수들(55)을 얻는다. 생성된 제 1 이득 계수는 레지스터와 같은 기억부(700)에 저장될 수 있다.
기준 신호 발생부(200)는 제 1 계수 추출부(610)에 의해서 얻어지는 제 1 이득 계수들(55)의 분포가 소정의 오차 범위로 수렴될 때까지 상기 기준 신호를 반복하여 발생시킬 수 있다. 그에 따라, 제 1 오디오 신호(10)를 출력하는 단계(S10) 내지 주파수 필드별로 제 1 이득 계수들(50)을 생성하는 단계(S50)가 반복 실시(×n)될 수 있다.
마이크로폰(210)에 새로이 입력되는 오디오 신호, 예를 들면, 음성 신호(S)는 아나로그 전기 신호로 변환된다. 이후, 음성 신호(S)의 아나로그 전기 신호는 아나로그-디지털 컨버터(220)에 의하여 상술한 제 1 오디오 신호(10)와 동일한 샘플링 레이트, 예를 들면, FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22 kHz 수준으로 샘플링되어 제 2 디지털 신호(60)로 변환된다(S60).
제 2 고속 푸리에 변환부(520)는 제 2 디지털 신호(60)를 입력받아, 주파수 도메인에서 제 2 디지털 신호(60)를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 2 주파수 도메 인 신호(70)로 변환한다(S70). 제 2 고속 푸리에 변환부(520)도 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의하여 제 1 주파수 도메인 신호(40)와 동일한 개수, 예를 들면, 1024 개의 주파수 필드를 갖도록 제 2 디지털 신호(60)를 제 2 주파수 도메인 신호(70)로 변환할수 있다.
디지털 증폭부(710)는 제 1 이득 계수(55)만큼 제 2 주파수 도메인 신호(70)를 해당 주파수 필드별로 증폭시킨다(S80). 예를 들면, 상술한 바와 같이 22 kHz로 동일하게 샘플링된 제 1 디지털 신호(30)와 제 2 디지털 신호(60)에 대하여, 각각 1024 개의 주파수 필드들을 갖도록 고속 푸리에 변환한 경우, N 은 1024가 되며, 각 주파수 필드의 크기는 약 21.5 Hz인 제 1 주파수 도메인 신호(40)와 제 2 주파수 도메인 신호(70)가 생성된다. 제 2 주파수 도메인 신호(70)의 해당 주파수 필드에 해당하는 강도 계수(α1, α2, α3, ..., αi, ..., α1022, α1023, α1024)와 제 1 이득 계수(G1, G2, G3, ..., Gi, ..., G1022, G1023, G1024)에 대하여 주파수 필드별로 곱셈 연산(80)을 수행하여, 해당 주파수 필드별로 새로운 강도 계수(Y1, Y2, Y3, ..., Yi, ..., Y1022, Y1023, Y1024)를 갖도록 제 2 주파수 도메인 신호(70)가 증폭될 수 있다.
이후, 덧셈부(720)는 상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호(70)에 대하여 덧셈 연산(90)을 수행한다(S90). 이후, 인버스 고속 푸리에 변환부(inverse FFT; 730)는 상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호(100)로 변환한다(S100). 제 3 디지털 신호(100)는 디지털-아 나로그 컨버터(D/A converter; 110)에 의하여 제 2 아나로그 전기 신호로 변환된다(S120). 다음, 상기 제 2 아나로그 전기 신호는 스피커(290)를 통하여 제 2 오디오 신호(130)로 변환되어 상기 외부 환경으로 출력된다(S130).
이 때, 본 발명의 오디오 증폭 장치(1000)는 디지털-아나로그 컨버터(230)의 출력부와 스피커(290)의 입력부 사이에 연결되어, 상기 제 2 아나로그 전기 신호를 증폭하는 아나로그 증폭부(270)을 더 포함할 수 있다. 스피커(290)를 통하여 출력되는 제 2 오디오 신호(130)는 전체 주파수에 걸쳐 비교적 평탄한 강도 분포를 가지게 되어 하우링 현상의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(1000)는 아나로그-디지털 컨버터(220)로부터 출력되는 제 2 디지털 신호(60), 예를 들면 마이크로폰(210)에 입력된 음성 신호(S)에 의한 디지털 신호와 오디오 디지털 데이터를 포함하는 멀티미디어 데이터를 저장하는 기록 매체(400)로부터 출력된 디지털 신호를 서로 결합하여 제 2 고속 푸리에 변환부(520)에 제공하는 혼성부(300)를 더 포함할 수 있다. 그로 인하여, 오디오 증폭 장치(1000)는 하우링 소거 기능을 갖는 노래방 장치로서 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제 1 이득 계수들(50)은 오디오 증폭 장치(1000)의 외부 환경, 예를 들면, 룸, 차량, 영화관 등의 환경 특성뿐만 아니라 오디오 증폭 장치의 내부 증폭 특성을 반영한 것이다. 제 1 이득 계수들(50)은 출력된 제 1 오디오 신호(10)가 상기 외부 환경으로부터 반향되어 다시 마이크로폰(210)에 입력되고 다시 반향된 제 1 오디오 신호(10R)가 다시 스피커(290)를 통하여 출력될 때 형 성되는 루프에서, 가청 주파수 대역에서 반향된 제 1 오디오 신호(10R)가 평탄한 특성을 갖도록 증폭할 수 있는 이득 계수에 해당한다. 그 결과, 제 1 이득 계수들(50)은 하우링 현상을 발생시키는 주파수 필드에 해당하는 정궤환 루프의 형성을 외부 환경을 반영하여 주파수 필드별로 억제할 수 있다.
이와 같은 제 1 이득 계수들(50)은 기준 신호로부터 추출된 것이지만, 마이크로폰(210)을 통하여 입력되는 음성 신호(S)에 대하여도 제 1 이득 계수들(50)을 적용함으로써, 하우링이 발생될 수 있는 특정 주파수 필드의 신호를 선택적으로 약화시킬 수 있다. 이와 같이 하우링이 발생될 수 있는 특정 주파수 필드의 신호가 선택적으로 약화된 제 3 디지털 신호(100)를 스피커(290)를 통해 최종적으로 출력시킴으로써 하우링 현상을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 오디오 증폭 장치를 노래방 기계로 사용하는 경우, 가수의 움직임에 따라 마이크로폰과 스피커의 상대적 위치가 변경될 수 있으므로, 외부 환경 요인을 고려한 제 1 이득 계수(55)가 수정될 필요가 있다. 이하, 실시간으로 하우링 현상을 모니터링하고 하우링 현상을 소거할 수 있도록 제 1 이득 계수(55)를 수정할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 대하여 상술한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 오디오 증폭 장치(2000)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 6은 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치(2000)의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 7는 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치(2000)에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(2000)는 실시간으로 하우링 현상이 일어나는지 모니터링하고 이를 소거하는 하우링 모니터링부(640)를 더 포함한다. 본 발명의 하우링 모니터링부(640)는 제 3 고속 푸리에 변환부(530), 제 2 계수 추출부(620) 및 계수 수정부(630)을 포함한다. 이하, 하우링 모니터링부(640)의 구성과 기능에 대하여 다른 구성 요소들과 관련하여 상술한다.
도 3에서 제 2 오디오 신호(130)를 상기 외부환경으로 출력시킨 후(S130), 외부 환경으로부터 반향된 제 2 오디오 신호(130R)와 새로운 음성 신호(S) 등을 포함하는 제 3 오디오 신호(140)는 마이크로폰(210)에 입력되어, 제 3 아나로그 전기 신호로 변환된다(S140). 도시하지는 않았으나, 마이크로폰(210)의 출력부와 아나로그-디지털 컨버터(220)의 입력부 사이에 상기 제 3 아나로그 전기 신호를 증폭하기 위한 마이크로폰 증폭부를 부설할 수 있다.
마이크로폰(210)으로부터 출력된 상기 제 3 아나로그 전기 신호는 아나로그-디지털 컨버터(220)에 의하여 제 4 디지털 신호(150)로 변환될 수 있다(S150). 상술한 바와 같이, 제 4 디지털 신호(150)는 상기 제 3 아나로그 전기 신호로부터 FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22kHz 내지 CD 음질의 샘플링 레이트인 44.1kHz 수준으로 변환될 수 있다.
이후, 제 3 고속 푸리에 변환부(530)는 제 4 디지털 신호(150)를 입력받아, 주파수 도메인에서 제 4 디지털 신호(150)를 제 3 주파수 도메인 신호(160)로 변환한다(S160). 제 3 고속 푸리에 변환부(530)도 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의하 여 제 1 주파수 도메인 신호(40)와 동일한 개수, 예를 들면, 1024 개의 주파수 필드를 갖도록 제 4 디지털 신호(150)를 제 3 주파수 도메인 신호(160)로 변환할 수 있다.
이 후, 제 2 계수 추출부(620)는 제 3 고속 푸리에 변환부(530)에 의해 생성된 제 3 주파수 도메인 신호(160)로부터 주파수 필드별로 제 2 강도 계수들(170)을 추출한다(S170). 계수 수정부(630)는 제 2 강도 계수들(170) 중 적어도 하나가 소정 임계 값을 초과하는지 판정한다(S180). 제 2 강도 계수들(170) 중 적어도 어느 하나가 상기 임계 값을 초과하는 경우, 하우링 현상이 일어난 것으로 판단할 수 있다. 상기 임계 값은 오디오 증폭 장치(2000)가 사용되는 외부 환경에 따라 적합한 소음 수치를 고려하여 선택될 수 있다.
계수 수정부(630)는 하나 이상의 제 2 강도 계수(170)가 상기 임계 값을 초과하는 경우, 상기 임계 값을 초과하는 해당 주파수 필드의 제 2 강도 계수의 역수로 제 1 이득 계수를 수정한다(S190). 디지털 증폭부(710)는 수정된 주파수 필드별 제 1 이득 계수(175)에 의하여 상기 임계 값을 초과하는 제 2 강도 계수(170)를 갖는 해당 주파수 필드의 제 2 주파수 도메인 신호(70)를 선별하여 증폭한다(S200).
예를 들면, 22 kHz로 샘플링된 제 4 디지털 신호(150)와 제 2 디지털 신호(60)를 1024 개의 주파수 필드들에 대하여 각각 고속 푸리에 변환한 경우, 각각 1024 개의 주파수 필드를 갖는 제 3 주파수 도메인 신호(160)와 제 2 주파수 도메인 신호(70)가 생성된다. 이때, 주파수 필드의 크기는 약 21.5 Hz가 된다. 제 2 주파수 도메인 신호(70)의 해당 주파수 필드에 해당하는 강도 계수(α1, α2, α3, ..., αi, ..., α1022, α1023, α1024) 및 제 3 주파수 도메인 신호(160)로부터 추출된 제 2 강도 계수들(170) 중 상기 임계 값을 초과하는 강도 계수(Xi')의 역수로 수정된 제 1 이득 계수(G1, G2, G3, ..., Gi', ..., G1022, G1023, G1024)에 대하여 주파수 필드별로 곱셈 연산(190)을 수행한다.
그 결과, 해당 주파수 필드별로 새로운 강도 계수(Y1, Y2, Y3, ..., Yi', ..., Y1022, Y1023, Y1024)를 갖는 제 3 디지털 신호(100m)를 얻을 수 있다. 임계 값을 초과하여 하우링 현상을 발생시킬 수 있는 Xi' 강도 계수를 갖는 해당 주파수 필드의 강도 계수는 Gi'만큼 감소되기 때문에 하우링 현상이 실시간으로 억제될 수 있다.
이후, 덧셈부(720)은 상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호(70)에 대하여 덧셈 연산(90)을 수행하고(S90), 인버스 고속 푸리에 변환부(730)에 의하여 상기 덧셈 연산(90)된 제 2 주파수 도메인 신호가 시간 도메인의 제 3 디지털 신호(100m)로 변환된다(S100). 제 3 디지털 신호(100m)는 디지털-아나로그 컨버터(110)에 의하여 제 2 아나로그 전기 신호로 변환된다(S120). 다음, 제 2 아나로그 전기 신호는 아나로그 증폭부(270)에 의해 증폭되어 스피커(290)를 통하여 제 2 오디오 신호(130)로 변환된 후, 상기 외부 환경으로 출력될 수 있다(S130). 이 때, 제 2 오디오 신호(130)는 전체 주파수에 걸쳐 비교적 평탄한 강도 분포를 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 수정된 제 1 이득 계수(175)에 의하여 해당 주파수 필드의 상기 제 2 주파수 도메인 신호(70)를 선별 증폭하는 연산 프로세스(S170)는 제 2 디지털 신호(60)의 음질 저하를 방지하기 위하여, 인간의 최대 가청 주파수가 20 kHz 임을 고려할 때, 청각으로 구분되기 어려운 20 ㎲ 내지 200 ㎲ 동안 수행되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 수정된 제 1 이득 계수(175)는 수정 전의 제 1 이득 계수(55)로 복원된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 따르면, 마이크로폰(210)을 통하여 입력되는 반향된 제 2 오디오 신호(130R)와 음성 신호(S)를 포함하는 새로운 제 3 오디오 신호(140)에 대하여 실시간으로 하우링이 존재하는지 여부를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 하우링 현상이 검출된 경우, 하우링을 발생시키는 주파수 필드의 신호만을 선별 (감소)증폭함으로써 음질의 열화를 최소화하면서 하우링 현상을 소거할 수 있다. 또한, 인간의 청각으로 구분하기 어려운 시간 동안에 한하여 상술한 신호 처리를 수행함으로써 음질의 지속적인 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(2000)도 아나로그-디지털 컨버터(220)로부터 출력되는 제 2 디지털 신호(60), 예를 들면 마이크로폰(210)에 입력된 음성 신호(S)를 포함하는 디지털 신호와 오디오 디지털 데이터를 포함하는 멀티미디어 데이터가 저장된 기록 매체(400)로부터 출력된 디지털 신호를 서로 결합하여, 이를 제 2 고속 푸리에 변환부(520)에 제공하는 혼성부(300)를 더 포함할 수 있다. 그 결과, 하우링 현상이 빈번하게 발생하는 노래방 장치에 본 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(2000)를 적용하는 경우, 노래방 장치에서 발생할 수 있는 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 오디오 증폭 장치에 있어서, 고속 푸리에 변환부들(510, 520, 530), 계수 추출부(610, 620), 계수 수정부(630), 기억부(700), 디지털 증폭부(710), 덧셈부(720) 및 인버스 고속 푸리에 변환부(730) 중 어느 하나 또는 이들의 조합은 아나로그-디지털 컨버터(220)의 출력부와 디지털-아나로그 컨버터(230)의 입력부 사이에 연결된 단일한 디지털 신호 처리 장치(digital signal processor; 800)로 구현될 수도 있다. 이때, 오디오 증폭 장치는 상기 디지털 신호 처리 장치(800)를 제어하기 위한 마이크로 컴퓨터를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1, 제 2 및 제 3 고속 푸리에 변환부(510, 520, 530)는 기능적으로 구분된 것으로서 당업자에게 있어, 이들은 각각 별개의 소프트웨어 또는 하드웨어적 구성을 가질 수도 있으며, 단일한 소프트웨어 또는 하드웨어적 구성(500)을 가질 수 있음은 자명하다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
따라서, 본 발명의 오디오 증폭 장치에 따르면, 외부 환경에 따라 제 1 이득 계수를 생성시킴으로써, 고정된 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 소거시키는 종래의 필터링 방식의 음질 저하 문제를 개선할 수 있다. 또한, 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의한 본 발명에 따른 연산 프로세스는 근사적 방법으로서 계산이 덜 복잡하여, 종래의 위상 변환 방식의 오디오 증폭 장치가 갖는 리소스 부담(resource budget)을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 오디오 증폭 장치는 하우링 모니터링부를 구비함으로써 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있는 오디오 증폭 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 오디오 증폭 방법에 따르면, 외부 환경에 따라 다르게 생성되는 제 1 이득 계수에 의하여, 외부 환경에 따라 달라지는 특정 주파수 필드의 정궤환 루프를 유연하게 차단할 수 있다. 또한, 본 발명의 오디오 증폭 방법에서는 근사적 방법인 고속 푸리에 변환 알고리즘을 사용하여 용이하게 하우링 현상을 소거할 수 있을 뿐만 아니라, 하우링 모니터링 단계를 포함함으로써 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있는 오디오 증폭 방법을 제공할 수 있다.

Claims (24)

  1. 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜 스피커를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호를 출력시키는 기준 신호 발생부;
    상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호를 포함하는 오디오 신호를 제 1 아나로그 전기 신호로 변환하는 마이크로폰;
    상기 마이크로폰으로부터 출력된 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 아나로그-디지털 컨버터;
    주파수 도메인에서 상기 제 1 디지털 신호를 제 1 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 1 고속 푸리에 변환부;
    상기 제 1 주파수 도메인 신호로부터 다양한 주파수 필드별 제 1 강도 계수를 추출하는 제 1 계수 추출부;
    상기 마이크로폰 및 상기 아나로그-디지털 컨버터를 통하여 출력된 새로운 제 2 디지털 신호를 입력받아 주파수 도메인에서 상기 제 2 디지털 신호를 제 2 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 2 고속 푸리에 변환부;
    상기 제 1 강도 계수의 역수를 이득 계수로 하여 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시키는 디지털 증폭부;
    상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호들을 덧셈 연산하는 덧셈부;
    상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신 호로 변환시키는 인버스 고속 푸리에 변환부;
    상기 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하는 디지털-아나로그 컨버터; 및
    상기 제 2 아나로그 전기 신호를 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력하는 상기 스피커를 포함하는 오디오 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 신호는 가청 주파수 대역에서 일정한 강도를 갖는 디지털 신호인 오디오 증폭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생부는 상기 제 1 계수 추출부에 의해 추출된 주파수 필드별 제 1 강도 계수의 분포가 오차 범위에 수렴할 때까지 상기 제 1 오디오 신호를 반복하여 발생시키는 오디오 증폭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 오디오 신호는 임펄스 신호인 오디오 증폭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아나로그-디지털 컨버터는 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호 를 동일한 샘플링 레이트로 변환시키는 오디오 증폭 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 필드별 제 1 강도 계수를 저장하기 위한 기억부를 더 포함하는 오디오 증폭 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 오디오 신호를 포함하는 제 3 오디오 신호가 상기 마이크로폰 및 상기 아나로그-디지털 컨버터를 경과하면서 변환된 제 3 아나로그 전기 신호를 주파수 도메인에서 제 3 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 3 고속 푸리에 변환부;
    상기 제 3 주파수 도메인 신호로부터 주파수 필드별로 제 2 강도 계수들을 추출하는 제 2 계수 추출부;
    상기 제 2 강도 계수들 중 적어도 하나가 소정 임계 값을 초과하는 경우, 상기 임계 값을 초과하는 해당 주파수 필드의 제 2 강도 계수의 역수로 상기 주파수 필드의 제 1 이득 계수를 수정하는 계수 수정부를 포함하는 하우링 모니터링부를 더 포함하며,
    상기 디지털 증폭부는 상기 수정된 주파수 필드별 제 1 이득 계수에 의하여 상기 임계 값을 초과하는 제 2 강도 계수를 갖는 해당 주파수 필드의 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 선별 증폭시키는 오디오 증폭 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주파수 도메인 신호는 상기 제 1 주파수 도메인 신호와 동일한 개수의 주파수 필드들에 대하여 변환된 오디오 증폭 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 디지털 증폭부에서는 상기 제 2 주파수 도메인 신호가 20 ㎲ 내지 200 ㎲ 동안 선별 증폭되고, 수정된 제 1 이득 계수가 수정 전의 제 1 이득 계수로 복원되는 오디오 증폭 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 디지털 신호와 오디오 디지털 데이터를 포함하는 멀티미디어 데이터가 저장된 기록 매체로부터 출력된 디지털 신호를 서로 결합하여 상기 제 2 고속 푸리에 변환부에 제공하는 혼성부를 더 포함하는 오디오 증폭 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로폰의 출력부와 상기 아나로그-디지털 컨버터의 입력부의 사이에 연결되어, 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 증폭하는 마이크로폰 증폭부를 더 포함하는 오디오 증폭 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 디지털-아나로그 컨버터의 출력부와 상기 스피커의 입력부의 사이에 연결되어, 상기 제 2 아나로그 전기 신호를 증폭하는 아나로그 증폭부를 더 포함하는 오디오 증폭 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 고속 푸리에 변환부, 상기 제 2 고속 푸리에 변환부, 상기 제 3 고속 푸리에 변환부, 상기 제 1 계수 추출부, 상기 제 2 계수 추출부, 상기 계수 수정부, 상기 디지털 증폭부, 상기 덧셈부 및 상기 인버스 고속 푸리에 변환부 중 적어도 하나 또는 이들의 조합은 상기 아나로그-디지털 컨버터의 출력부에 연결되고 상기 디지털-아나로그 컨버터의 입력부에 연결된 단일한 디지털 신호 프로세서(digital signal Processor; DSP)에서 구현되는 오디오 증폭 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 프로세서를 제어하기 위한 마이크로컴퓨터를 더 포함하는 오디오 증폭 장치.
  15. 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜 스피커를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호를 출력시키는 단계;
    상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호를 포함하는 오디오 신호를 제 1 아나로그 전기 신호로 변환하는 단계;
    상기 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 단계;
    주파수 도메인에서 상기 제 1 디지털 신호를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 1 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 1 고속 푸리에 변환 단계;
    상기 제 1 주파수 도메인 신호로부터 상기 주파수 필드별 제 1 강도 계수들을 추출하여, 상기 제 1 강도 계수들의 역수로 이루어진 제 1 이득 계수들을 생성하는 단계;
    상기 마이크로폰에 입력된 새로운 오디오 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 단계;
    주파수 도메인에서 상기 제 2 디지털 신호를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 2 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 2 고속 푸리에 변환 단계;
    상기 제 1 이득 계수만큼 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시키는 단계;
    상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호를 덧셈 연산하는 단계;
    상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호로 변환하는 인버스 고속 푸리에 변환 단계;
    상기 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 제 2 아나로그 전기 신호를 상기 스피커를 통하여 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력시키는 단계를 포함하는 오디오 증폭 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 마이크로폰을 통하여 제 1 아나로그 전기 신호로 변환하는 단계 이후에, 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하는 오디오 증폭 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하는 단계 이후에, 상기 제 2 아나로그 전기 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하는 오디오 증폭 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 기준 신호는 가청 주파수 대역에서 일정한 강도를 갖는 디지털 신호인 오디오 증폭 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 기준 신호는 임펄스 신호인 오디오 증폭 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 이득 계수들이 오차 범위에 수렴될 때까지 상기 제 1 오디오 신호를 출력시키는 단계 내지 상기 제 1 강도 계수들의 역수로 이루어진 제 1 이득 계수들을 생성하는 단계를 반복 실시하는 오디오 증폭 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호는 동일한 샘플링 레이트로 변환된 오디오 증폭 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력시키는 단계 이후에,
    상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 2 오디오 신호를 포함하는 제 3 오디오 신호를 제 3 아나로그 전기 신호로 변환하는 단계;
    상기 제 3 아나로그 전기 신호를 제 4 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 제 4 디지털 신호를 주파수 도메인에서 제 3 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 3 고속 푸리에 변환 단계;
    상기 제 3 주파수 도메인 신호로부터 주파수 필드별 제 2 강도 계수를 추출하는 단계;
    상기 제 2 강도 계수가 임계 값을 초과하는지 판정하는 단계; 및
    상기 제 2 강도 계수가 상기 임계 값을 초과하는 경우, 상기 임계 값을 초과하는 해당 주파수 필드의 제 2 강도 계수의 역수로 상기 주파수 필드의 제 1 이득 계수를 수정하는 단계로 이루어진 하우링 모니터링 단계를 더 포함하며,
    상기 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시키는 단계에서는, 상기 수정된 주파수 필드별 제 1 이득 계수에 의하여 상기 임계 값을 초과하는 제 2 강도 계수를 갖는 해당 주파수 필드의 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 선별 증폭시키는 오디오 증폭 방법;
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 주파수 도메인 신호를 선별 증폭시키는 단계는, 20 ㎲ 내지 200 ㎲ 동안 수행되고, 상기 수정된 제 1 이득 계수는 수정 전의 제 1 이득 계수로 복원되는 오디오 증폭 방법.
  24. 제 15 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 디지털 신호와 오디오 디지털 데이터를 포함하는 멀티미디어 데이터가 저장된 기록 매체로부터 출력된 디지털 신호를 서로 결합하여 상기 제 2 고속 푸리에 변환 단계에 제공하는 단계를 더 포함하는 오디오 증폭 방법.
KR1020060076213A 2006-08-11 2006-08-11 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법 KR100842681B1 (ko)

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JP2003188776A (ja) 2001-12-21 2003-07-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 音響エコー消去方法、装置及び音響エコー消去プログラム
JP2005252761A (ja) 2004-03-05 2005-09-15 Nec Corp ハウリング抑圧方法及び装置
JP2006166375A (ja) 2004-12-10 2006-06-22 Yamaha Corp ハウリングキャンセラ

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