KR100944564B1 - 컴팩트 서라운드 사운드 시스템 - Google Patents

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Abstract

오디오 입력 신호에 응답하여 다수의 서라운드 사운드 채널을 생성하는 오디오 시스템에 있어서, 단일 인콜로저에서 서라운드 사운드 입력신호와 상 어레이로 부분적으로 배치된 다수의 전기음향 변환기를 수용하며, 상기 서라운드 사운드 입력신호에 기초하여 서라운드 사운드를 방출하는 증폭기 시스템을 포함하며; 상기 인클로저는 적어도 하나의 좌측 전기음향 변환기 및 적어도 하나의 우측 전기음향 변환기와, 상기 좌우측 변환기를 통해 방출되는 입력신호의 저주파 콘텐트를 전환시키는 필터를 포함한다.
서라운드 사운드, 다중채널, 변환기, 필터, 컬럼

Description

컴팩트 서라운드 사운드 시스템{COMPACT SURROUND-SOUND SYSTEM}
본 발명은 다중방향 음장에서 청취자를 파묻히게 하는 다중 채널을 구비한 서라운드 사운드 시스템에 관한 것으로서, 특히 단일의 컴팩트 인클로저(enclosure)로부터 서라운드 사운드를 생성할 수 있는 서라운드 사운드 시스템에 관한 것이다.
최근 다중채널 시청각 시스템에서 다중채널 스테레오 사운드가 널리 사용되고 있다. 이러한 기법에서의 경향은 종래의 스테레오 사운드 재생시스템과는 달리 음장이 청취자의 후방에서 청취자측으로 다이나믹하게(그리고 의도적으로) 이동하는 "서라운드 사운드"를 지향하고 있다.
청취자 인식 특성을 개선하기 위하여, 좌우측(가장 바람직하기로는 중앙)의 사운드 채널과 함께 하나이상의 서라운드 사운드 채널[과거에는 종종 "앰비언스(ambience)" 또는 "특수효과" 채널로 언급되었다]을 포함하는 다중채널 사운드 재생 시스템이 공지되어 있다. 이러한 시스템들은 지금은 영화상영 극장에서는 일반적으로 사용되고 있으며, 고객의 가정에서도 점점 더 일반화되고 있다. 고객 가정에서 이러한 시스템이 확산되는 그 배후의 원동력은 서라운드 사운드 홈 비디오 소프트웨어, 주로 극장개봉용으로 제조된 후 이어서 홈 비디오 미디어[예컨대, 디지 탈 비디오 디스크(DVD), 비디오카세트, 비디오디스크, 및 방송용 또는 케이블 텔레비젼]로 전환되는 서라운드 사운드 극장영화의 광범위한 유용성에 기인하고 있다.
청취자 후방으로 연장되는 음장을 제공하는 방식이나 또는 사운드 영상을 청취자의 후방에 배치하는 방식으로 사운드 재생되는 경우에 있어서, 2개의 (전방) 확성기는 좌우측 채널 재생을 위하여 청취자의 전방에서 좌우측에 배치되고, 적어도 하나 또는 두개의 확성기가 서라운드 또는 후방 채널 재생을 위하여 청취자 후방에 배치된다. 또한, 현대의 서라운드 사운드 시스템은 좌측전방 스피커와 우측전방 스피커 사이에서 청취자의 전방에 배치되는 중앙 스피커를 포함한다. 사운드 품질을 개선하기 위하여, 오디오신호의 저주파부분은 또 다른 서브우퍼(subwoofer)로 지향된다. 청취자에 대한 서브우퍼의 정확한 위치는 서라운드 사운드 시스템의 전체적인 성능에는 중요한 사항이 아니다.
그러나, 일반적인 가정에 있어서, 실내에 5개 내지 6개의 확성기를 배치하는 것은 어려운 일이다. 새로운 서라운드 사운드 시스템은 현존의 스테레오 시스템과는 양립할 수 없기 때문에, 사용자는 하나의 방에서 2개가 공존하는 시스템을 선택할 기회를 갖게 되거나(스피커의 갯수를 최대 7개 또는 8개), 또는 오래된 시스템을 제거하게 된다. 이것은 확실히 만족스럽지 못한 것이므로, 최근에는 스피커의 갯수를 감소시켜 서라운드 사운드를 생성하거나 또는 새로운 서라운드 시스템과 구시대의 스테레오 설비 사이에서 적어도 양호한 융합을 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다.
하드웨어 부품수를 감소시키기 위한 가장 진보된 시스템은 본 출원인이 소유 한 국제특허출원 WO-0123104호에 개시되어 있다. 상기 국제특허출원 WO-0123104호에 따르면, 변환기 어레이는 독립적으로 조종가능한 다수의 사운드 비임을 생성한다. 작동시, 상기 사운드 비임은 청취자의 좌우측에서 반사면이나 벽의 적절한 위치로 지향되어, 청취자 후방에서 좌우측 모서리를 향하게 된다. 반사된 사운드는 이른바 "스윗 스폿(sweet spot)"으로 불리워지는 청취자 위치를 향하여, 이러한 위치에 위치된 확성기로부터 돌출되는 방식과 동일한 방식으로 수렴된다. 따라서, 시스템은 실내에서 하나의 위치 이상에 확성기를 가질 필요성을 제거한다.
여러 용도로의 사용은 만족스럽지만, 작은 방에서의 설치를 촉진시키기 위하여 이러한 시스템의 전체 칫수를 감소시킬 필요성이 제기되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 텔레비젼 세트와 필적할 수 있는 칫수를 갖는 단일의 인클로저로부터 서라운드 사운드를 생성할 수 있는 시스템을 생산하기 위해, 국제특허출원 WO-0123104호의 장치를 개선하기 위한 것이다.
상술의 목적에 비추어볼 때, 본 발명은 독립항에 청구한 장치를 제공한다.
본 발명의 제1특징에 따르면, 오디오 입력 신호에 응답하여 다수의 서라운드 사운드 채널을 생성하는 오디오 시스템에 있어서, 단일 인콜로저에서 서라운드 사운드 입력신호와 상 어레이로 부분적으로 배치된 다수의 전기음향 변환기를 수용하고, 상기 서라운드 사운드 입력신호에 기초하여 서라운드 사운드를 방출하는 증폭기 시스템을 포함하며; 상기 인클로저는 적어도 하나의 좌측 전기음향 변환기 및 적어도 하나의 우측 전기음향 변환기와, 상기 좌우측 변환기를 통해 방출되는 입력 신호의 저주파 콘텐트를 전환시키는 필터를 포함하는 오디오 시스템이 제공된다.
기본적으로, 본 발명은 종래 텔레비젼 세트 크기의 하우징으로부터 인클로저의 측면에 각각 배치되는 적어도 2개의 우퍼 스피커와 전방면에 배치된 변환기의 상 어레이를 사용하여, 청취자 위치에서 진정한 서라운드 사운드 환경을 생성할 수 있는 컴팩트한 서라운드 사운드 시스템을 제공한다.
본 발명의 제1실시예에서, 상기 우퍼 스피커는 서라운드 사운드 신호의 저주파 콘텐트(content)를 재생하는데 사용되며; 변환기 어레이는 좌측, 우측, 중앙, 서라운드 좌측/우측 및 신호에 제공된 기타 다른 채널을 생성한다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에서, 상기 시스템은 상이한 환경에 대한 신속한 적용을 위하여 방출모드 제어부를 포함한다. 특히, 신규의 오디오 시스템은 서라운드 사운드 재생의 좌우측 채널이 방출되는 모드를 변화시킬 수 있으며, 또한 특정 채널을 방출하기 위하여 변환기를 작동시키거나 작동정지시킬 수 있다. 이러한 새로운 특징은 다양한 환경과 다양한 사용자 요구에 따라 시스템의 사용성을 강화한다.
본 발명의 이러한 특징 및 기타 다른 특징은 첨부의 도면을 참조한 비제한적인 실시예를 참조로 상세히 서술될 것이다.
도1A는 본 발명에 따른 오디오 시스템의 사시도.
도1B는 도1A의 시스템의 수평단면도.
도2는 본 발명에 따른 오디오 시스템의 블록도.
도3은 도2의 시스템의 부분적인 특징을 도시하기 위한 개략적인 다이아그램.
도4는 도2의 시스템을 상세히 도시하기 위한 개략적인 다이아그램.
도5A 내지 도5C는 도2의 시스템의 방출모드 제어부를 도시한 도면.
도1에는 단일 인클로저(또는 하우징)(10)가 구비된 오디오 시스템(100)이 도시되어 있다. 전방 패널(111)은 변환기(121)의 어레이를 포함하고 있다. 좌우측면(112, 123)은 좌우측 우퍼 확성기[122(WL): 123(WR)]를 각각 장착하는데 사용된다. DVD 플레이어나 리시버 등과 같은 외부 오디오 신호원에 연결된 증폭기 부분(130)은 입력소켓(131)을 통해 또 다른 포위부(110)로 둘러싸인다. 상기 증폭기 부분은 주공급원(133)에 의해 공급되는 동력유니트(132)를 포함한다.
도2의 기본 블럭도는 증폭기 부분(130)의 주요 부품들을 도시하고 있다. 다중채널 오디오신호는 엔코딩 디지탈 비트스트림(211)으로서 도달되는 것으로 가정된다. 디지탈 데이터는 신호를 다양한 오디오 채널 신호로 분리하는 디코더 시스템(212)에 인입되며; 상기 오디오 채널 신호는 좌우측 채널(L, R)과, 중앙채널(C)과, 서라운드 채널(SC)(서라운드 또는 좌측후방, 서라운드 또는 우측후방 등등)과, 저주파 효과 채널(LFE)을 포함한다.
이와 같이 디코딩된 신호는 다양한 오디오 채널중에서 저주파 콘텐트의 분포를 제어하는 크로스오버 시스템(crossover system)(213)으로의 입력값을 형성한다. 도3에 도시된 바와 같이, 적절한 이득 조정단계(311) 후에 n 서라운드 채널과 L, R, C 채널은 하이패스 및 로우패스 필터(312)를 사용하여 대역분기되며, 그 저주파 콘텐트는 LFE 신호와 함께 궁극적으로 좌우측 우퍼 채널(WL, WR)을 통해 방출되는 우퍼 채널에 부가된다. 상기 고주파 콘텐트는 패스온된다.
WL 및 WR 채널을 통해 방출되는 다른 신호는 하기에 서술되는 방출모드 제어시스템(214)에 의해 결정된다.
도2에 도시된 크로스오버 시스템(213)과 방출모드 제어시스템(214)은 통상적으로 변환기(121)의 전체 상 어레이 및 우퍼(WL, WR)를 위해 동력 드라이버 유닛(216)을 제어하는 디지탈 신호 처리유닛(215)의 서브섹션으로서 작동된다. 상기 시스템은 청취자를 향해 직접 투사되거나 벽 및/또는 천정으로부터 반사되는, 조종가능한 협소한 사운드 비임을 독립적으로 생성할 수 있다. 이러한 시스템은 구입가능한 것으로서, 본 발명의 출원인인 1엘 리미티드는 이를 구입하였다. 상 변환기 어레이의 작동 및 조작에 관한 상세한 사항을 도4를 참조하여 하기에 서술하기로 한다.
도4에 있어서, 서라운드 채널(43)은 표준 표본비율 및 비트 길이로의 변환을 위한 다중채널 표본비율 컨버터(44)에 입력값을 제공한다. 다중채널 표본비율 컨버터(44)의 출력값은 모든 채널을 포함하는 단일의 고속 시리얼 신호와 조합된다.
시리얼화된 데이터는 데이터를 부가로 처리하는 디지탈 신호처리(DSP) 유닛(45)으로 인입된다. 상기 유닛은 133MHz에서 작동되며 이동소숫점 형식으로 대부분의 연산을 실행하는, 상용화된 한쌍의 텍사스 인스트루먼츠 TMS20C6701 DSP를 포함한다.
제1DSP는 사용된 변환기의 주파수 응답에서의 불균일을 보상하기 위한 필터 링을 실행한다. 이러한 장치는 4회의 오버샘플링(over-sampling)과, 상기 오버샘플링에 의해 생성된 고주파 콘텐트를 제거하기 위한 보간(interpolation)을 제공한다.
제2DSP는 195kHz의 샘플레이트에서 단어길이를 9비트로 감소시키기 위해 양자화 및 노이즈 쉐이핑(noise shaping)을 실행한다.
제2DSP로부터의 출력은 버스(451)를 사용하여 상용가능한 11개의 Xilinx XCV200 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA)(46)에 평행하게 분포된다. 상기 게이트 어레이는 각각의 채널 및 각각의 변환기에 독특한 시간지연을 인가한다. 그 출력은 입력값의 수많은 상이한 버전 또는 복제물이며, 그 갯수는 변환기 갯수에 채널의 갯수를 곱한 값이다. 이러한 실시예에서 변환기(121)의 갯수가 74개라면, 이러한 스테이지에서는 입력값의 수백개의 상이한 버전 또는 복제물이 생성된다. 채널의 각각의 버전은 각각의 변환기에 대해 가산기(47-1 내지 48-n)에서 총합되어, 펄스폭 변조기(PWN)(48-1 내지 48-n)를 통과한다. 각각의 펄스폭 변조기는 변환기(121)로의 출력을 제어하도록 공급전압이 조정될 수 있는 D급 출력 스테이지(49-1 내지 49n)를 구동한다. 시스템에서 좌우측 우퍼 스피커(WL, WR)의 제어 관찰점은 어레이의 변환기(121)로서 처리될 수 있다는 것에 주목해야 한다.
시스템의 초기설정은 마이크로 제어기(491)의 제어하에 이루어진다. 일단 초기설정이 이루어지면, 상기 마이크로 제어기는 적외선 원격제어기(도시않음)를 통해 사용자로부터 방향 및 체적에 대한 조정지령을 수용하고, 이를 시스템 디스플레이상에 디스플레이한 후, 이들을 제3DSP(492)를 통과시키는데 사용된다.
시스템에서 상기 제3DSP(492)는 각각의 채널을 상이한 방향으로 조종할 수 있도록 각 변환기의 각각의 채널에서 필요로 하는 시간지연을 연산하는데 사용된다. 예를 들어, 제1채널쌍은 실내의 좌우측 측벽(서라운드 사운드 재생 시스템의 위치에 대한)으로 지향될 수 있는 반면에, 제2쌍은 서라운드 사운드를 생성하기 위해 후방벽의 좌우측으로 지향된다. 이와 같이 설정된 지연 요건은 데이터 샘플로서 동일한 평행버스(51)에 대해 FPGA(46)에 분포된다. 상술한 대부분의 단계는 본 발명에 참조인용된 국제특허출원 WO-0123104호에 상세히 서술되어 있다.
마이크로 제어기(491)와 제3DSP(492)는 채널정보를 변환기(121)의 출력을 제어하는 방출 매트릭스로 오버레이하므로써 방출모드를 제어한다.
도5A 내지 도5C의 실시예에서, 방출 매트릭스는 숫자 n의 어레이 또는 벡터이며, 어레이에서 숫자의 위치는 그 숫자의 값에 의해 제어된 변환기를 의미한다. 방출 매트릭스는 "1" 과 "0"의 세트로 실행될 수 있다. "1"은 당해 채널을 출력하는 것을 의미하며, "0"은 이를 차단하는 것을 의미한다. 마이크로 제어기의 메모리에 대응의 방출 매트릭스를 로딩하므로써 상이한 방출모드가 실행된다. 좌우측 채널에 대해서는 3개의 방출모드가 예상된다. 제1L/R 방출모드는 좌우측 채널을 좌우측 우프로 각각 지향시킨다. 도5A에서 이러한 모드의 매트릭스는 우퍼 변환기를 나타내는 바닥 모서리 위치(WL, WR)로 도시되어 있다. 도5B에 매트릭스로 도시된 제2L/R 방출모드는 좌측 채널을 어레이 변환기의 제1컬럼으로 지향시키고, 우측 채널을 변환기 어레이의 마지막 컬럼 우측으로 지향시키지만, 우퍼는 배제되어 있다. 도5C에 도시된 제3실시예에서는 전체 어레이에 의해 좌우측 채널이 방출되므로써 조종가능한 비임으로 방출되는 간단한 관통모드를 서술하고 있다. 이러한 비임은 반사면으로 지향되고, 반사후에는 반사점으로부터 스테밍되는 것으로 인식된다.
방출모드는 필요에 따라 방출채널에 변환기를 가감하게 되는 다른 형태의 변환기를 포함할 수도 있음을 쉽게 인식할 수 있다. 예를 들어, 저주파 콘텐트는 전방면 하부에 위치되거나 어레이 중간에 배치된 우퍼 확성기로 지향될 수도 있다.

Claims (5)

  1. 오디오 입력 신호에 응답하여 다수의 서라운드 사운드 채널을 생성하는 오디오 시스템에 있어서,
    단일 인클로저에서, 서라운드 사운드 입력신호를 수용하는 증폭기 시스템; 및 다수의 전기음향 변환기를 포함하는 상 어레이를 포함하며,
    상기 상 어레이는 상 어레이로부터의 서라운드 사운드 채널 비임을 다중 방향으로 지향시키어 상기 서라운드 사운드 입력신호에 기초하여 서라운드 사운드를 방출하며, 각각의 비임은 상 어레이내의 다수의 전기음향 변환기 모두를 이용하여 발생되며,
    상기 인클로저는 적어도 하나의 좌측 전기음향 변환기 및 적어도 하나의 우측 전기음향 변환기와, 상기 좌우측 전기음향 변환기를 통해 방출되는 입력신호의 저주파 콘텐트를 전환시키는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 인클로저의 전방면에 장착되는 상 어레이와, 그 각각의 측면에 좌우측 전기음향 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 설정의 서라운드 사운드 방출모드 사이를 설정하는 구성 시스템을 포함하며, 상기 설정의 서라운드 사운드 방출모드를 위하여 상기 다수의 전기음향 변환기를 작동 및 정지시키는 것을 특징으로 하는 오디오 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구성 시스템은 서라운드 사운드의 좌우측 채널의 방출모드 사이를 선택하는 것을 특징으로 하는 오디오 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구성 시스템은 외부 제어신호의 설정에 따라 좌우측 채널의 방출을 좌우측 변환기와, 상 어레이나 완전 상 어레이 또는 이들 조합의 변환기의 좌우측 컬럼으로 절환하는 것을 특징으로 하는 오디오 시스템.
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