KR100996571B1 - 왜곡 제한 기술을 이용한 사운드 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 사운드 처리 시스템은 오디오 신호 및 혼합된 출력 신호의 필터 이득 및/또는 톤을 감쇠시킴으로써 고볼륨 레벨에서의 스피커 왜곡을 감소시킨다. 이 사운드 처리 시스템은 고볼륨 레벨에 응답하여 필터 이득과 톤을 감쇠시키기 위한 하나 또는 그 이상의 필터를 구비한다. 이 사운드 처리 시스템은 마이크에 의해서 제공될 수 있는 음압 레벨에 응답하여 필터 이득과 톤을 감쇠시키는 것도 가능하다.

Description

왜곡 제한 기술을 이용한 사운드 처리 시스템 및 방법{SOUND PROCESSING SYSTEM USING DISTORTION LIMITING TECHNIQUES}
도 1은 사운드 처리 시스템을 포함하는 차량을 도시하는 블럭도이다.
도 2는 사운드 처리 시스템을 도시하는 블럭도 또는 흐름도이다.
도 3은 사운드 처리 시스템을 도시하는 블럭도 또는 흐름도이다.
도 4는 전체 공간 저볼륨(정상 볼륨 이하) 청취에 대해서 제안된 센터 채널 볼륨 감쇠 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 5는 사운드 처리 시스템을 도시하는 블럭도 또는 흐름도이다.
도 6은 사운드 처리 시스템에서 음압 레벨(SPL)과 속도 간의 관계를 구성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 SPL과 속도의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8은 사운드 처리 시스템을 도시하는 블럭도 또는 흐름도이다.
도 9는 Logic 7(등록상표) 복호기(decoder)의 혼합비를 도시하는 도면이다.
도 10은 복호기의 혼합비를 도시하는 도면이다.
도 11은 분리형 복호기의 혼합비를 도시하는 도면이다.
도 12는 사운드 처리 시스템에서 코히런스 값을 추정하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 13은 사운드 처리 시스템에서 모노 신호를 입체화하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
<도면에 사용된 부호의 설명>
100: 차량
102: 오디오 시스템(AS)
104: 도어
105: 트렁크
107: 대시 보드
108: 리어 셀프
109: 운전석
112: 뒷좌석
140: 가상 뒷좌석 센터 채널
110: 조수석
150-1: 인테리어 마이크
150-2: 도어 마이크
이 출원은 미국 특허 출원 번호 제09/850,500호(발명의 명칭 「Data-Driven Architecture for Digital Sound Processing and Equalization」, 2001년 5월 7일 자 출원)의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 일반적으로 사운드 처리 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 출력수가 복수 개인 사운드 처리 시스템에 관한 것이다.
오디오 또는 사운드의 설계에는 여러 가지 많은 요소를 고려한다. 설계 시에는 대개, 스피커의 위치와 수, 각 스피커의 주파수 응답 및 기타 인자(因子)를 고려한다. 다양한 응용, 예컨대 차량 내부의 경우에는 설계 시에 일부 인자가 기타의 인자들보다 더욱 두드러진다. 예컨대, 차량의 계기판에 배치된 스피커의 바람직한 주파수 응답은 대개 뒷문 패널의 하단부에 배치된 스피커의 바람직한 주파수 응답과 다르다. 다른 인자가 더욱 두드러질 수도 있다.
음질에 관한 소비자의 기대는 높아져 가고 있다. 일부 응용, 예컨대 차량 내부의 경우, 음질에 관한 소비자의 기대는 최근 20년간 극적으로 높아졌다. 소비자는 이제, 자신의 차량 내부에서 고품질의 사운드 시스템을 기대하고 있다. 잠재적인 음원의 수는, 라디오(AM, FM 및 위성), 콤팩트 디스크(CD) 및 그의 파생 상품, 디지털 비디오 디스크(DVD) 및 그의 파생 상품, 수퍼 오디오 콤팩트 디스크(SACD) 및 그의 파생 상품, 테이프 플레이어 등을 비롯해서 늘어가고 있다. 또한, 이들 콤포넌트의 음질은 중요한 사양이다. FM 송신기에서부터 FM 라디오로와 같은 수신 방송의 신호 강도 및 특징은 변화가 심하다는 점이 잘 알려져 있다. 차량이 송신기에 대한 상대 위치를 변경하면, 강한 스테레오 신호, 약한 모노 신호, 및 그 중간의 강도와 특성을 갖는 일련의 신호가 수신될 수 있다. 또한, 대부분의 차량용 오디오 시스템은 진보된 신호 처리 기술을 이용하여, 청취 환경을 맞춤화한다. 일부 차량 용 오디오 시스템은 홈 씨어터 시스템에서 제공하는 서라운드 사운드 시스템과 비슷한 오디오 또는 사운드 처리를 채용하고 있다.
대부분의 디지털 사운드 처리 포맷은 5 개 또는 그 이상의 분리 채널의 직접 부호화 및 재생을 지원한다. 그러나, 가장 대표적인 물품은 종래의 2 채널 스테레오 모드를 이용한다. 매트릭스 사운드 처리기는 한 쌍의 입력 신호(일반적으로, 좌측 신호와 우측 신호)로부터 4 개 또는 그 이상의 출력 신호를 합성한다. 대부분의 시스템은 5 개의 채널, 즉 센터 채널, 좌측 프런트 채널, 우측 프런트 채널, 좌측 서라운드 채널 및 우측 서라운드 채널을 보유한다. 시스템에 따라서는 7 개 또는 그 이상의 채널, 즉 센터 채널, 좌측 프런트 채널, 우측 프런트 채널, 좌측 사이드 채널, 우측 사이드 채널, 좌측 리어 채널 및 우측 리어 채널을 보유한다. 다른 출력, 예컨대 별도의 서브우퍼 채널을 포함하는 경우도 있다.
일반적으로, 매트릭스 복호기는 수학적으로 입력 오디오 신호의 다양한 조합을 N ×2 또는 다른 매트릭스(N은 바람직한 출력의 수)로 묘사 또는 표현한다. 이 매트릭스는 대개, 특정의 출력 신호에 대해서 좌측 입력 오디오 신호 및/또는 우측 입력 오디오 신호의 비율을 정하는 2N 개의 매트릭스 상수를 포함한다. 통상, 이들 서라운드 사운드 처리기는 M ×N 매트릭스의 상수를 이용하여 M 개의 입력 채널을 N 개의 출력 채널로 변환한다.
대부분의 오디오 환경, 예컨대 차량 내부에서의 청취 환경은 홈 씨어터 환경과 상당히 다르다. 대부분의 홈 씨어터 시스템은 차량의 내부에서 추가되는 복잡성으로 동작하도록 설계되지는 않는다. 이 복잡성에는 최적하지 않은 운전자 자리, 변화하는 배경 잡음 및 변화하는 신호 특성 등이 있다. 차량 및 유사 환경은 통상, 홈 씨어터 시스템을 갖추고 있는 실내보다 더욱 제한되어 있다. 차량 안의 스피커는 대개 청취자와 매우 가깝게 배치되어 있다. 통상, 각 스피커를 청취자로부터 대략 동일한 거리에 배치하기가 비교적 쉬운 홈 씨어터 시스템 또는 유사 환경에 비해서, 청취자에 대해 상대적으로 스피커의 배치를 조절하기가 어렵다.
이와는 대조적으로, 차량 안에서는, 앞뒤 좌석 위치, 각 위치와 문(도어)과의 근접함, 킥 패널, 대시, 필라, 및 스피커를 수용할 수 있는 차량 인테리어 면을 고려하면, 각 스피커를 청취자로부터 동일한 거리에 배치하기가 거의 불가능하다. 이러한 배치의 제약은 청취자에게 도달하기 이전에 사운드가 확산하는 승용차 안에서 이용가능한 거리가 짧다는 점을 고려하면 구조적인 문제이다. 차량 내부에서의 대부분의 응용은 잡음이 매우 큰 변수이다. 홈 씨어터 시스템의 주변 잡음은 대개 비교적 일정하다. 그러나, 차량의 주변 잡음 레벨은 속도 조건과 도로 조건에 따라서 변한다. 잡음 외에도, FM 방송에서와 같은 수신 신호 강도는 승용차가 전송원에 대해서 상대적으로 위치를 변경시키기 때문에 수신기가 고정되어 있는 가정 환경에서보다 더욱 잘 변화한다.
본 발명은 능동 매트릭스 복호화와 수동 매트릭스 처리를 적응형으로 혼합하는 사운드 처리 시스템을 제공한다. 입력 오디오 신호가 스테레오인 경우, 사운드 처리 시스템은 능동 매트릭스 복호화된 신호를 갖는 혼합된 출력 신호를 생성한다. 입력 오디오 신호가 모노인 경우, 사운드 처리 시스템은 수동 매트릭스 처리된 신 호를 갖는 혼합된 출력 신호를 생성한다. 적응형 혼합에 의해서, 모노 신호가 센터 채널만을 통해서 전송되는 경우에는 슬래밍과, 스테레오 신호와 모노 신호의 혼성으로 인한 바람직하지 않은 영향이 감소 또는 제거된다.
또한, 사운드 처리 시스템은 입력 오디오 신호가 스테레오 및 모노인 경우에 혼합된 출력 신호에서의 능동 매트릭스 복호화의 정도를 감소시킨다. 사운드 처리 시스템은 좌측 오디오 신호와 우측 오디오 신호에 대한 응답 시에 코히런스 값을 계산한다. 코히런스 값은 오디오 신호에서 스테레오 신호와 모노 신호의 비이다. 능동 매트릭스 복호화의 스티어링 각(angle) 또는 정도(degree)는 코히런스 값에 대한 응답 시에 제한될 수 있다.
또한, 사운드 처리 시스템은 오디오 신호가 모노 신호를 갖는 경우에 주변 사운드 신호 또는 합성 사운드 신호를 인입 오디오 신호에 부가한다. 주변 신호 및 인입 오디오 신호들의 코히런스 값을 이용하여, 좌측 가상 스테레오 신호와 우측 가상 스테레오 신호를 생성한다. 사운드 처리 시스템은 좌측 가상 스테레오 신호 및 우측 가상 스테레오 신호를 이용하여 능동 매트릭스 복호화 신호를 갖는 혼합된 출력 신호를 생성한다.
본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 첨부 도면과 상세한 설명을 자세히 보면 당업자에게 명확하거나 명확해질 것이다. 이러한 모든 추가의 시스템, 방법, 특징 및 이점은 상세한 설명에 포함되어 있고, 본 발명의 범주에 속하며, 특허 청구 범위에 의해서 보호된다는 점을 지적해 둔다.
본 발명은 첨부 도면과 상세한 설명을 참조하면 더욱 잘 이해될 수 있다. 도면의 구성 요소는 반드시 비례 조정된 것은 아니며, 그 대신에, 본 발명의 원리를 설명할 때 강조하는 점이 있다. 또한, 도면에서, 동일한 참조 부호는 다른 도면 전반에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 오디오 또는 사운드 처리 시스템(AS)(102)을 포함하고 있는 차량(100)의 블럭도이며, 이것은 후술하는 사운드 처리 시스템 및 방법의 어떠한 조합을 포함할 수 있다. 차량(100)은 도어(104), 운전석(109), 조수석(110) 및 뒷좌석(111)을 포함한다. 4 개의 도어(104-1, 104-2, 104-3 및 104-4)를 포함하고 있는 4도어형 차량을 도시하고 있지만, 오디오 시스템(AS)(102)은 도어의 수가 더 많거나 적은 차량에도 이용 가능하다. 차량은 승용차, 화물차, 보트 등이다. 뒷좌석을 1개만 도시하고 있지만, 대형 차량은 뒷좌석 칸이 여러 개 있을 수 있다. 소형 차량은 좌석이 1개만 있을 수도 있고, 그 이상 있을 수도 있다. 특정한 구조를 도시하고 있지만, 구성 요소의 수가 그보다 적거나 구성 요소를 추가한 구조를 비롯한 다른 구조를 이용하여도 좋다.
오디오 시스템(102)은 서라운드 사운드 시스템의 공간(입체) 특성을 개선한다. 오디오 시스템(102)은 다양한 오디오 콤포넌트, 예컨대 라디오, CD, DVD, 그들의 파생 상품 등의 이용을 지원한다. 오디오 시스템(102)은 다이렉트 좌측 채널과 다이렉트 우측 채널과 같은 2채널 음원 요소를 이용하여도 좋고, 5.1 채널, 6.2 채널, 매트릭스 복호기의 디지털식으로 부호화/복호화된 분리형 음원 요소로부터의 다른 음원 요소 등을 이용하여도 좋다. 음원 요소의 진폭 특성 및 위상 특성과, 청취자 환경에서의 특정한 사운드 필드 특성의 재생 양쪽 모두는 서라운드 사운드 필드의 성공적인 재생에 중요한 역할을 한다. 오디오 시스템(102)은 분리형의 수동 복호기 서라운드 신호들 및/또는 다이렉트 2채널 출력 신호들간의 진폭, 위상 및 혼합비를 제어함으로써 서라운드 사운드 필드의 재생을 개선한다. 분리형의 수동 복호기 출력 신호들 간의 진폭, 위상 및 혼합비가 제어된다. 공간(입체) 사운드 필드 재생은, 특히 차량 환경에서, 다이렉트형, 수동형 및 능동형의 혼합 및 스티어링 변수들의 방위를 재설정함으로써 모든 좌석 위치에 대해서 개선된다. 혼합비와 스티어링비 및 공간(입체) 특성은 잡음 및 다른 환경 인자의 함수로서 적응형으로 수정될 수 있다. 차량의 경우, 데이터 버스, 마이크 및 다른 변환 장치로부터의 정보를 이용하여, 혼합 변수 및 스티어링 변수를 제어한다.
차량(100)은 전방 센터 스피커(CTR 스피커)(124), 좌측 프런트 스피커(LF 스피커)(113), 우측 프런트 스피커(RF 스피커)(115) 및 적어도 한 쌍의 서라운드 스피커를 보유한다. 서라운드 스피커는 좌측 사이드 스피커(LS 스피커)(117) 및 우측 사이드 스피커(RS 스피커)(119), 좌측 리어 스피커(LR 스피커)(129) 및 우측 리어 스피커(RR 스피커)(130), 또는 스피커 세트의 조합이다. 다른 스피커 세트를 이용하여도 좋다. 도시하고 있지는 않지만, 하나 또는 그 이상의 전용 서브우퍼 또는 다른 드라이버가 있어도 좋다. 경우에 따라서는 서브우퍼 탑재 위치는 트렁크(105), 좌석 밑(도시하지 않음) 또는 리어 셀프(108)를 포함한다. 차량(100)은 인테리어에 탑재한 하나 또는 그 이상의 마이크(150)도 보유한다.
각 CTR 스피커, LF 스피커, RF 스피커, LS 스피커, RS 스피커, LR 스피커 및 RR 스피커는 트위터 및 우프와 같은 하나 또는 그 이상의 스피커 드라이버를 포함하여도 좋다. 트위터와 우퍼는 서로 근접하게 근본적으로는 동일 위치에 또는 상이한 위치에 탑재되어도 좋다. LF 스피커(113)는 도어(104-1), 또는 사이드 미러와 대충 같은 높이의 어느 곳에 배치한 트위터를 포함하고, 트위터 아래에 도어(104-1)에 배치한 우퍼를 포함하여도 좋다. LF 스피커(113)는 트위터와 우퍼를 달리 배열하여도 좋다. CTR 스피커(124)는 전방의 대시 보드(107)에 탑재되지만, 차량 천장에, 백미러 근처에, 또는 차량(100) 안의 어느 곳에 탑재될 수 있다.
도 2는 사운드 처리 시스템(202)의 블럭도 또는 흐름도이다. 일반적으로, 헤드 유닛(212)은 한 쌍의 오디오 신호를 사운드 처리기(203)에 전송한다. 헤드 유닛(212)은 라디오, 디지털 플레이어 예컨대 CD, DVD, 또는 SACD 등을 포함하여도 좋다. 오디오 신호는 일반적으로 디지털 영역으로 변환되고 복호화되어, 크로스바 매트릭스 믹서(mixer)(226)에 대해서 별개로 복수의 복호화 신호를 생성한다. 그러나, 디지털로 변환된 오디오 신호는 복호화하지 않고 크로스바 매트릭스 믹서(226)에 전송된다. 오디오 신호는 필터링 처리될 수도 있고 필터링 처리되지 않을 수도 있다. 복호화 신호와 오디오 신호(디지털로 변환된 신호일 수도 있고 변환되지 않은 신호일 수도 있으며, 필터링 처리된 신호일 수 있도 있고 필터링 처리되지 않은 신호일 수도 있음)는 크로스바 매트릭스 믹서(226)를 이용하여 다양한 비율로 혼합된다. 비율의 범위는 오디오 신호와 복호화 신호를 포함해서, 하나 또는 그 이상의 오디오 신호(디지털로 변환된 신호일 수도 있고 변환되지 않은 신호일 수도 있으며, 필터링 처리된 신호일 수 있도 있고 필터링 처리되지 않은 신호일 수도 있음)에서부터 하나 또는 그 이상의 복호화 신호까지이다. 전치 필터(pre-filter)(236)는 부가의 톤 및 크로스오버 필터링을 오디오 신호 및 볼륨 제어와 기타의 제어에 제공한다. 사운드 처리기(203)는 조작된 오디오 신호 및 복호화 신호를 아날로그 영역으로 변환한다. 아날로그 출력은 증폭되어, 도 1에 관련해서 설명한 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 스피커(288), 예컨대 CTR 스피커, LF 스피커, RF 스피커, LS 스피커, RS 스피커, LR 스피커 및 RR 스피커로 전달된다. 특정한 구성 및 동작을 개시하고 있지만, 구성 요소의 수가 그보다 적거나 구성 요소를 부가한 구성 및 동작을 포함하는 다른 구성 및 동작을 이용하여도 좋다.
동작 시에, 주음원 헤드 유닛(212)은 좌측 채널(214)과 우측 채널(218)을 생성한다. 좌측 채널과 우측 채널은 동일하게 또는 상이하게 처리된다. 좌측 채널(214)의 오디오 신호와 우측 채널(218)의 오디오 신호가 디지털형이면, 이들 오디오 신호는 곧 바로 전치 필터(236), 복호기(228) 또는 크로스바 매트릭스 믹서(226)로 전송된다. 좌측 채널(214)의 오디오 신호와 우측 채널(218)의 오디오 신호가 아날로그형이면, 이들 오디오 신호는 하나 또는 그 이상의 아날로그 디지털 변환기(ADC)(220-1 및 220-2)를 거쳐서 전치 필터(236), 복호기(228) 또는 크로스바 매트릭스 믹서(226)에 전송된다. 전치 필터(236)는, 종래의 필터 기능, 예컨대 전역 통과 필터 기능, 저역 통과 필터 기능, 고역 통과 필터 기능, 대역 통과 필터 기능, 피크 또는 노치 필터 기능, 트레블 셀빙(treble shelving) 필터 기능, 베이스 셀빙(base shelving) 필터 기능 및/또는 기타의 오디오 필터 기능을 제공하는 하나 또는 그 이상의 필터(도시하지 않음)를 포함한다. 한 형태의 경우, 좌측 채널(214)과 우측 채널(218)은 크로스바 매트릭스 믹서(226)에 직접 입력된다. 다른 형태의 경우, 좌측 채널(214)과 우측 채널(218)은 복호기(228)에 입력된다. 또 다른 형태의 경우, 좌측 채널(214)과 우측 채널(218)은 전치 필터(236)에 입력된다. 마찬가지로, 옵션에 따른 부음원(216)은 내비게이션 유닛(234)과 휴대 전화(242)로부터의 음원 신호를 각각 아날로그 디지털 변환기(ADC)(220-3)와 아날로그 디지털 변환기(ADC)(220-4)에 전송한다. 이들 디지털 음원 신호는 크로스바 매트릭스 믹서(226) 또는 전치 필터(236)에 입력된다.
아날로그 디지털 변환기(ADC)(220-1) 및 아날로그 디지털 변환기(ADC)(220-2)로부터 직접으로 또는 전치 필터(236)로부터 간접으로 입력되는 주음원 디지털 입력으로부터, 복호기(228)는 크로스바 매트릭스 믹서(226)에 출력되는 복수의 복호화 신호를 생성한다. 한 형태의 경우, 복호화 신호는 5 개이다. 다른 형태의 경우, 복호화 신호는 7개이다. 서브우퍼용 채널을 포함한 복호화 신호의 수가 다른 수로 되어도 좋다. 복호기(228)는 본래부터 디지털형인 입력, 예컨대 DOLBY DIGITAL AC3(등록상표) 신호 또는 DTS(등록상표) 신호를 다중 채널 출력으로 복호화하여도 좋다. 복호기(228)는 부호화된 2채널 입력, 예컨대 Dolby Pro Logic Ⅰ(등록상표) 신호, Dolby Pro Logic Ⅱ(등록상표) 신호, 또는 DTS Neos 6(등록상표) 신호를 다중 채널 입력으로 복호화하여도 좋다. 복호기(228)는 다른 복호화 방법, 예컨대 능동 매트릭스를 적용하여, 다중 채널 출력을 생성하여도 좋다. 본래부터 디지털형인 입력은 5.1 출력, 즉 LF(좌측 프런트), CTR(센터), RF(우측 프런트), LR(좌측 리어), RR(우측 리어) 및 LFE(저주파수)로 될 수 있다. 또한, 본래부터 디지털형인 입력은 6.2 출력, 즉 LF, CTR, RF, LS(좌측 사이드), RS(우측 사이드), LR, RR, 좌측 LFE 및 우측 LFE로 될 수 있다. 본래부터 디지털형인 입력은 다른 출력으로 된다. 마찬가지로, 능동 매트릭스 처리된 2채널 입력은 4.0 출력, 즉 LF, CTR, FR 및 S(서라운드)로 될 수 있다. 이들 타입의 복호기가 출력한 채널들을 분리형이라고 칭한다. 채널 출력수가 다른 수로 되어도 좋다.
오디오 신호 및 부음원 신호 외에도, 복호기(228)의 출력은 크로스바 매트릭스 믹서(226)에 입력된다. 크로스바 매트릭스 믹서(226)는 2개 또는 그 이상의 합산 신호(258)를 출력한다. 한 형태의 경우, 출력 신호(258)의 수는 4개 또는 그 이상이다. 출력 신호의 수가 다른 수로 되어도 좋다. 크로스바 매트릭스 믹서(226)는 개개의 채널 입력을 포함하고 가상 채널 처리를 포함할 수 있다. 가상 채널을 더 이용하여, 다양하고 복잡한 사운드 영향에 대해서 크로스바 매트릭스에 존재하는 어떤 신호를 처리할 수 있다. 크로스바 매트릭스 믹서(226)는 헤드 관련 전달 함수 및 크로스 채널 제거 처리 기능을 보유할 수 있다. 이들은 가상 채널에 의해서 이용될 수 있고, 또한 실제의 스피커 드라이버로부터 먼 위치에 가상 사운드 이미지 또는 신호를 생성하기 위해서 크로스바 매트릭스에 포함되는 것도 가능하다.
크로스바 매트릭스 믹서(226)의 혼합된 출력 신호(258)는 후치 필터(post filter)(260)에 입력된다. 후치 필터(260)는 종래의 필터 기능, 예컨대 전역 통과 필터 기능, 저역 통과 필터 기능, 고역 통과 필터 기능, 대역 통과 필터 기능, 피크 또는 노치 필터 기능, 트레블 셀빙 필터 기능, 베이스 셀빙 필터 기능, 기타의 오디오 필터 기능, 또는 그들의 조합을 제공하는 하나 또는 그 이상의 필터(도시하지 않음)를 포함한다. 후치 필터(260)는 입력 신호(261)에 응답하여 필터링을 수행한다. 이 입력 신호(261)는 차량의 속도 및 엔진의 분당 회전수(RPM)와 같은 차량 작동 변수, 헤드 유닛(212)으로부터의 톤 레벨, 베이스 레벨, 트레블 레벨 및 전체 공간 볼륨과 같은 사운드 설정값, 인테리어 마이크(150-1, 150-2 및/또는 150-3)(도 1 참조)로부터의 입력 음압 레벨(SPL), 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 한 형태의 경우, 2채널 필터(236)는 복호기(228) 이전에 배치된다. 다른 형태의 경우, 다채널의 후치 필터(260)는 크로스바 매트릭스 믹서(226) 이후에 배치되어, DOLBY DIGITAL AC3(등록상표) 신호 또는 DTS(등록상표) 신호를 처리하는 디지털 복호기와 함께 사용된다. 다채널의 후치 필터(260)의 출력 채널을 3 개일 수도 있고 그 이상일 수도 있다.
필터(260)의 출력(262)은 볼륨 이득 블럭(264)에 연결되어 있다. 볼륨 이득 블럭(264)은 전체 공간 볼륨 감쇠를 모든 신호 출력에 적용시키거나 국부 공간 볼륨 감쇠를 특정 채널에 적용시킨다. 볼륨 이득 블럭(264)의 이득은 차량 작동 변수를 나타내는 차량용 입력 신호(266)에 의해서 결정된다. 한 형태의 경우, 차량용 입력 신호(266)는 차량용 데이터 버스(도시하지 않음)가 전송하는 차량 속도를 포함한다. 다른 형태의 경우, 차량용 입력 신호(266)는 차량 상태 신호, 예컨대 컨버터블 톱(convertable top)을 연 상태, 컨버터블 톱을 닫은 상태, 차량 출발, 차량 정지, 윈도우를 연 상태, 윈도우를 닫은 상태, 청취 위치 근처에 배치된 인테리어 마이크(150-1)로부터의 주변 차량의 잡음(SPL), 도어의 인테리어에 배치된 도어 마이크(150-2)로부터의 도어 잡음(SPL) 등을 포함한다. 다른 입력 신호, 예컨대 주음원 헤드 유닛(212)으로부터의 페이드, 밸런스 및 전체 공간 볼륨과, 내비게이션 유닛(234) 및 휴대 전화(242)를 이용하여도 좋다.
볼륨 이득 블럭(264)의 출력(268)은 지연기(270)에 입력된다. 지연기의 출력(272)은 리미터(274)에 입력된다. 리미터(274)의 출력(276)은 디지털 아날로그(DAC) 변환기(278)에 입력된다. 리미터(274)는 클립 검출기(280)를 채용할 수 있다. 디지털 아날로그(DAC) 변환기(278)의 출력(282)은 증폭기(284)에 입력된다. 증폭기(284)의 출력(286)은 하나 또는 그 이상의 스피커(288)에 입력된다.
디지털 영역에서 동작하는 동안, 사운드 처리 시스템(202)은 디지털식 부호화 요소[DOLBY DIGITAL AC3(등록상표), DTS(등록상표) 등]를 복호화하거나, 디지털 영역으로 변환된 트랙을 부호화한다. 이들 아날로그 신호를 복호화하기 위해서, 복호기는 DOLBY PRO LOGIC(등록상표) 또는 LOGIC 7(등록상표)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 능동 매트릭스 복호화 기술과, 홀 모드, 클럽 모드, 극장 모드 등을 포함하는 다양한 환경 효과를 채용한다. 능동 매트릭스 복호화의 경우, 복호기는 좌측 채널 입력과 우측 채널 입력을 센터 채널 출력, 좌측 채널 출력, 우측 채널 출력 및 서라운드 채널 출력으로 변환한다. 옵션에 따라서는, 복호기는 저주파수 채널을 출력할 수 있고, 이 저주파수 출력은 서브우퍼에 전송된다.
능동 매트릭스 복호화는 디지털 처리 기술을 적용하여, 입력 신호를 조작함으로써 센터 채널, 좌측 채널, 우측 채널 및 서라운드 채널 간의 분리도를 상당히 향상시킨다. 한 형태의 경우, 능동 매트릭스 채널 분리도는 4채널 전체 간에 약 30 dB이다. 능동 매트릭스 처리는 상수가 시간, 음원 또는 기타의 어떤 변수에 따라서 변하는 곳에 채용될 수 있다. 가상 센터 채널은 좌측 스피커와 우측 스피커로부터 합성될 수 있다.
수동 매트릭스 처리는 저항성 네트워크를 이용하여, 아날로그 입력 신호를 조작한다. 수동 매트릭스 처리는 디지털화된 입력으로부터의 디지털 영역에서 달성될 수도 있다. 수동 매트릭스 처리는 크로스바 매트릭스 믹서(226)에서 또는 사운드 처리 시스템의 다른 어떤 곳에서 구현되어도 좋다. 수동 매트릭스 처리는 서라운드 사운드 복호기가 없는 시스템에서 또는 서라운드 사운드 복호기와의 조합에서와 같이 능동 매트릭스 처리 없이 이용될 수 있다. 한 형태의 경우, 사용자는 능동 복호화와 수동 처리 중 어느 하나를 선택한다. 다른 형태의 경우, 처리 시스템은 오디오 신호에 기초하여 처리 타입을 선택한다.
승용차에서 사용하는 것 이외에도, 디지털화된 신호의 수동 매트릭스 처리는 가정 환경과 승용차 환경에서 그리고 특히 후술하는 바와 같은 신호 악화 시에 유익하다. 채널간 분리도가 30 dB가 될 수 있는 능동 매트릭스 처리와 달리, 수동 매트릭스 처리는 일반적으로, 좌측 채널과 우측 채널 및 센터 채널과 서라운드 채널 간의 분리도가 >40 dB이지만 인접 채널간, 예컨대 좌측/우측과 센터, 및 좌측/우측과 서라운드간 분리도는 약 3 dB에 불과하다. 이것에 비해서, 능동 매트릭스 처리는 수동 매트릭스보다 약 배수의 분리도 크기를 얻는다. 센터 채널만을 통해서 모노 신호를 전송하는 능동 매트릭스 시스템과 달리, 수동 매트릭스 처리에서는 모든 스피커가 오디오 신호를 전송한다. 따라서, 수동 매트릭스 처리를 이용하여, 진폭 변조(AM) 라디오, 주파수 변조(FM) 라디오, CD 및 카세트 테이프를 포함하는 음원에 대해서 슬래밍과 스테레오 대 모노 혼성의 다른 바람직하지 않은 영향을 감소시킬 수 있다.
디지털 영역에서 수동 매트릭스 처리를 달성하기 위해서, 크로스바 매트릭스 믹서(226)는 좌측 오디오 입력 채널(214)과 우측 오디오 입력 채널(218)의 N 개의 출력 채널을 혼합한다. 수동 매트릭스는 시간에 따라서 변하지 않는 매트릭스 상수를 포함한다. 한 형태의 경우, N은 5 또는 7이다. N이 5인 경우, 차량용 사운드 시스템은 좌측 프런트(LF) 스피커, 우측 프런트(RF) 스피커, 우측 사이드(RS) 스피커 또는 우측 리어(RR) 스피커, 좌측 사이드(LS) 스피커 또는 우측 리어(LR) 스피커 및 센터(CTR) 스피커를 포함하는 것이 바람직하다. N이 7인 경우, 차량용 사운드 시스템은 사이드 스피커 쌍과 리어 스피커 쌍 양쪽 모두를 보유한다.
서라운드 사운드 처리기로부터이든 다른 어떤 것으로부터이든 재생된 사운드의 톤 품질을 향상시키기 위해서, 왜곡 제한 필터를 사용할 수 있다. 사운드 처리 시스템(202)은 하나 또는 그 이상의 왜곡 제한 필터를 전치 필터(236) 또는 후치 필터(260)에 내장할 수 있다. 한 형태의 경우, 이들 필터는 오디오 신호 자체의 성질에 부가하거나 그 대신에 차량 상태 정보와 사용자 설정값에 기초하여 설정된다.
고(高) 청취 레벨 시에는 사운드 왜곡이 확대된다. 이러한 확대는 적용된 필터 이득(소리 크기의 보상) 또는 다른 소스, 예컨대 증폭기의 클립핑 또는 스피커의 왜곡에 응답하여 생길 수 있다. 필터 감쇠를 미리 정해진 볼륨 레벨 또는 고 볼륨 레벨로 적용함으로써, 음질을 향상시킬 수 있다. 미리 정해진 볼륨 레벨은 제조업자게 미리 설정하거나 사운드 처리 시스템의 사용자가 선택한 전체 공간 볼륨 설정값일 수 있다. 미리 정해진 볼륨 레벨은 전술한 바와 같이 음압 레벨일 수도 있다. 더욱 높은 고 볼륨 레벨은 전체 공간 볼륨 설정값이 고 볼륨 임계값을 초과하는 경우이다. 이 감쇠는 이미 적용된 필터 이득을 갖는 신호 또는 「원시(raw)」신호에 적용될 수 있다. 감쇠는 트레블 셀프 필터, 베이스 셀프 필터 또는 노치 필터(또는 이들 필터 기능 또는 다른 것들의 어떤 조합)을 전체 공간 볼륨 위치에 결합하고 그 감쇠 필터를 원하는 대로 연동시킴으로써 달성될 수 있다.
유사하게, 미리 정해진 또는 고 청취 레벨에서 톤 필터 감쇠에 의해서 음질을 개선하는 것도 가능하다. 이 감쇠는 이미 톤 보상 처리된 신호 또는 「원시」신호」에 적용될 수 있다. 톤 필터 감쇠는 필터 블럭(236) 또는 필터 블럭(260)에 내장될 수 있다. 감쇠는 하나 또는 복수의 필터(트레블 셀프 필터, 베이스 셀프 필터, 노치 필터 또는 다른 필터)를 베이스 톤 제어, 트레블 톤 제어 또는 중간 대역 톤 제어에 결합하고 감쇠 필터를 원하는 대로 연동시킴으로써 달성될 수 있다.
이들 감쇠는 전체 공간 볼륨 제어 및/또는 톤 제어의 위치에만 기초하여 수행될 수 있지만, 감쇠는 차내 마이크, 예컨대 인테리어 마이크(150-1)(도 1 참조)가 제공하는 SPL 정보를 이용하여 감쇠량을 동적으로 보상함으로써 적용되는 것도 가능하다.
다른 형태의 경우, 크로스바 매트릭스 믹서(226)는, 공간(입체)적 밸런스를 개선하고 스티어링의 인위성을 감소하기 위해서, 적응형 혼합을 수행하여 복호기(228)로부터의 분리된 채널 출력들 간의 채널간 혼합비, 스티어링 각 및 필터 변수를 변경한다. 공간(입체)적 밸런스는 생성된 사운드 스테이지의 균등화와, 그 사운드 스테이지에서의 특정 사운드를 찾을 수 있는 능력으로서 생각될 수 있다. 스티어링 인위성은, 하나의 스피커 위치로부터의 신호 중 일부를 듣고 나서 그 일부가 다른 스피커 위치로 이동하는 것을 듣는 경우에서와 같이, 사운드 스테이지의 청취 가능한 불연속으로서 생각될 수 있다. 또한, 스티어링 각이 너무 심하면, 과도 스티어링, 즉 「펌핑」으로 들리고, 이것은 신호의 볼륨을 변경시키게 된다. 믹서는 다이렉트 신호, 복호화 신호 또는 수동 처리된 신호를 분리된 신호, 비(非)스티어링 신호 또는 부분 스티어링 신호와 혼합하여, 각 탑승자 위치에서 들리는 사운드의 공간(입체)적 밸런스를 개선할 수 있다. 이러한 개선은 음악 신호, 영상 신호 등에 적용 가능하다.
도 3은 사운드 처리 시스템(302)의 블럭도 또는 흐름도이다. 사운드 처리 시스템(302)은 좌측 채널 신호(314)와 우측 채널 신호(318)를 헤드 유닛 또는 다른 음원(도시하지 않음)으로부터 수신하는 사운드 처리기(303)를 보유한다. 좌측 채널 신호(314)와 우측 채널 신호(318)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)(320-1 및 320-2)에 입력된다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)(320-1)의 출력과 아날로그 디지털 변환기(ADC)(320-2)의 출력은 복호기(328)에 입력된다. 복호기(328)의 출력은 크로스바 매트릭스 믹서(326)에 입력되고, 크로스바 매트릭스 믹서(326)는 LFOUT 출력 신호(344), RFOUT 출력 신호(345), RSOUT/RROUT 출력 신호(346), LSOUT/LROUT 출력 신호(347) 및 CTROUT 출력 신호(343)를 각각 생성한다. CTROUT 신호(343)는 센터 채널 볼륨 보상기(341)에 입력되고, 센터 채널 볼륨 보상기(341)는 헤드 유닛 또는 다른 음원, 예컨대 차량용 데이터 버스로부터의 볼륨 입력(361)도 수신한다. 센터 채널 볼륨 보상기(341)는 좌측 출력 및 우측 출력(LFOUT, RFOUT, RSOUT, LSOUT, RROUT, LROUT)에 비해 상대적으로 낮은 볼륨 설정값의 센터 채널의 이득을 감소시킨다. 낮은 볼륨 설정값이란 전체 공간 볼륨 설정값이 임계 볼륨보다 낮거나 같을 때를 말한다. 임계 볼륨은 미리 결정되어도 좋고 다른 변수에 상관되어도 좋다.
도 4는 제안된 센터 채널 이득/볼륨 관계를 설명하는 그래프이다. 센터 채널 이득/볼륨 관계가 이것과 달라도 좋다. 센터 채널 볼륨 보상기(341)(도 3 참조)는 전체 공간 볼륨 레벨이 낮은 경우에 센터 채널의 감쇠를 제공한다. 보다 구체적으로, 센터 채널 볼륨 보상기(341)는 청취 레벨이 정상보다 낮은 경우에 센터 채널을 감쇠시킨다. 전체 공간 볼륨 설정값이 낮을 때 감쇠를 행하지 않으면, 음악 사운드는 센터 스퍼커에서만 흘러나오는 것처럼 들린다. 센터 스피커는 근본적으로 오디오 시스템의 다른 스피커를 마스킹한다. 전체 공간 볼륨 레벨이 낮을 때 센터 스피커를 감쇠시킴으로써, 사운드 처리기(302)는 음질을 개선하게 된다. 음악 사운드는 모든 스피커로부터 흘러나오는 것처럼 들린다.
유사하게, 프런트 채널 볼륨 보상기(346)와 리어 채널 볼륨 보상기(348)(도 3 참조)를 이용하여, LF 스피커(113), RF 스피커(115), LS 스피커(117), LR 스피커(129), RS 스피커(119) 및 RR 스피커(130)의 볼륨을 센터 스피커(124)에 비해서 증대시킨다(도 1 참조). 좌측 채널 볼륨과 추측 채널 볼륨을 센터 채널 볼륨에 비해 증대시킴으로써, 전체 공간 볼륨 레벨 보상에 유사한 효과를 얻는다. 센터 채널 볼륨 보상기(341)와는 대조적으로, 프런트 채널과 리어 채널에 적용되는 볼륨 보상 곡선은 도 4의 곡선의 역이 될 수 있다.
도 5는 사운드 처리 시스템(502)의 블럭도 또는 흐름도이다. 사운드 처리 시스템(502)은 배경 음압 레벨(SPL)의 편차를 조절한다. 속도가 빨라지면 배경 음압 레벨(SPL)과 도로 잡음이 증가한다. 도로 잡음은 도어 탑재용 스피커 스피커로부터 오는 사운드를 마스킹하거나 제거하는 경향이 있다. 사운드 처리 시스템(502)은 추가 이득을 도어 탑재용 스피커에, 차량 작동 변수의 함수로서, 예컨대 속도, 도어 탑재용 마이크(150-2) 또는 인테리어 마이크(150-1)(도 1 참조)와 같은 인테리어 마이크로부터의 SPL 측정값, 또는 그들의 조합의 함수로서 적용한다.
사운드 처리 시스템(502)은 좌측 채널 신호(514)와 우측 채널 신호(518)를 헤드 유닛 또는 다른 음원(도시하지 않음)으로부터 수신한다. 좌측 채널 신호(514)와 우측 채널 신호(518)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)(520-1)와 아날로그 디지털 변환기(ADC)(520-2)에 입력된다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)(520-1)의 출력과 아날로그 디지털 변환기(ADC)(520-2)의 출력은 복호기(528)에 입력된다. 복호기(528)의 출력은 크로스바 매트릭스 믹서(526)에 입력된다. 크로스바 매트릭스 믹서(526)는 LF 출력 신호, RF 출력 신호, LS/LR 출력 신호, RS/RR 출력 신호 및 CTR 출력 신호를 생성한다. 도어 탑재용 스피커에 전송되는 이들 신호는 SPL에서의 변화를 고려하도록 조절된다. 도어 탑재용 스피커는 LF 스피커 및 RF 스피커뿐이거나, LS 스피커 및 RS 스피커뿐이거나, LF 스피커, RF 스피커, LS 스피커 및 RS 스피커이거나, 다른 스피커 조합일 수 있다. 한 형태의 경우, LF 스피커 및 RF 스피커는 도어에 있을 수 있고, LR 스피커 및 RR 스피커는 리어 데크에 있을 수 있다. 다른 형태의 경우, LF 스피커 및 RF 스피커는 킥 패널에 있을 수 있고, LS 스피커, RS 스피커, LR 스피커 및 RR 스피커는 도어에 탑재된다. 또 다른 형태의 경우, LF 스피커, RF 스피커, LR 스피커 및 RR 스피커 전부는 도어에 있다. CTR 스피커는 도어에 탑재되지 않는다. 또 다른 형태의 경우, 1 개의 서라운드 스피커가 리어 셀프(108)(도 1 참조)에 탑재된다.
도어 탑재용 스피커와 관련되어 있는 크로스바 매트릭스 믹서(526)의 출력은 도어 탑재 스피커 보상기(531)에 출력된다. 도어 탑재 스피커 보상기(531)는 차량 상태 입력(566)을 수신하고, 차량 상태 입력(566)은 차량용 데이터 버스 또는 다른 어떤 음원으로부터 수신된다. 차량 상태 입력(566)은 차량 속도, 도어 잡음 등일 수 있다. 추가 이득을 차량 속도의 함수로서 도어 탑재용 스피커에 제공함으로써, 음질이 개선된다. 한 형태의 경우, 도어 탑재 스피커 보상기(531)는 SPL 신호를 도어의 인테리어 탑재용 마이크(150-2) 또는 차량의 인테리어 탑재용 마이크(150-1)로부터 실시간으로 수신한다. 이와 같이 하여, 볼륨 보정은 차량 속도 레벨과 도어 SPL 레벨의 함수로서, 또는 SPL 레벨만의 함수로서 적용된다.
도 6은 사운드 처리 시스템에서 음압 레벨(SPL)과 차량 속도 간의 관계를 달성하기 위한 방법의 흐름도이다. 주변 SPL은 차량에서 엔진이 0 mph로 운전 중이고 헤드 유닛 및 다른 음원이 꺼진 상태에서 측정된다(단계 651). SPL은 속도의 함수로서 기록된다(단계 652). 결과를 작도한다(단계 653). 선형, 비선형 또는 다른 어떤 형의 곡선 설정을 측정 데이터에 관하여 이용한다. 도어 탑재용 스피커를 조절 한다(단계 654).
도 7은 SPL 대 차량 속도의 관계를 설명하는 그래프이다. 점선 A는 모든 스피커의 보정전 이득을 속도의 함수로서 나타낸다. 실선 B는 도어 탑재용 스피커의 보정후 이득을 나타낸다. 도어 탑재 스피커 보상기(531)(도 5 참조)는 도어 탑재용 스피커의 보정후 이득을 이용하여, 음질을 개선한다.
도 8은 가상 센터 채널을 보유한 사운드 처리 시스템(802)의 블럭도 또는 흐름도이다. 도 9는 Logic7(등록상표) 복호기의 혼합비를 나타낸다. 도 10은 복호기의 다른 혼합비를 나타낸다. 도 11은 분리형 복호기의 혼합비를 나타낸다. 사운드 처리 시스템(802)은 뒷좌석 탑승자를 위한 가상 센터 채널(140)(도 1 참조)을 생성한다. 대개, 차량의 후방에는 센터 채널이 없다. 또한, 앞좌석은 센터 스피커의 사운드가 뒷좌석 탑승자에게 도달하지 못하게 차단하는 경향이 있다. 이 문제는 좌석 칸이 여러 개 있는 차량, 예컨대 스포츠 유틸리티 차량 및 밴에서 더욱 명백해진다. 한 형태의 경우, 가상 센터 채널은 다이렉트 신호와 능동형으로 복호화되거나 수동형으로 복호화된 신호의 비를 수정함으로써 생성된다. 선택된 오디오 채널의 스티어링, 이득 및/또는 신호 지연도 수정될 수 있다. 다른 형태의 경우, 가상 센터 채널의 음질은 대역 제한되는 1차 내지 4차 전역 통과 필터(크로스오버)에 의해서 처리된 복호화 신호, 수동 매트릭스 처리된 신호, 및 다이렉트 신호를 단수로서 또는 조합으로 여러 가지 혼합비를 이용함으로써 개선될 수 있다.
도 9의 경우, 크로스바 매트릭스 믹서(826)는 LSIN 신호 및 RSIN 신호를 LFIN 신호 또는 RFIN 신호와 조합하여 가상 뒷좌석 센터 채널(140)을 생성한다. 크로스바 매트릭스 믹서(826)는 60 % LSIN을 40 % LFIN과 혼합하고 60 % RSIN을 40 % RFIN과 혼합함으로써 가상 뒷좌석 센터 채널(140)을 생성한다. 다른 혼합비를 사용하여도 좋다. LFIN 신호와 RFIN 신호는 복호기를 통과하지 않는 다이렉트 좌측 채널 신호와 다이렉트 우측 채널 신호일 수 있다. 좌측 채널 신호와 우측 채널 신호는 통상의 스테레오 재생 시에 사용하기 위한 가상 센터 채널을 생성하고 사이드 신호와 후방 신호를 변경시키기 위해서 수정된 신호를 생성하기에 충분한 정보를 포함하고 있다.
도 10의 경우, 크로스바 매트릭스 믹서(826)는 LSIN 신호 및 RSIN 신호를 LFIN 신호 또는 RFIN 신호와 조합하여 CTRIN 신호와 조합하여 가상 뒷좌석 센터 채널(140)을 생성한다. 그러나, 크로스바 매트릭스 믹서(826)는 80 % LSIN을 80 % LFIN과 혼합하고 80 % RSIN을 20 % RFIN과 혼합함으로써 가상 뒷좌석 센터 채널(140)을 생성한다. 한 형태의 경우, 이 혼합비는 LFIN 및 RFIN 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 강한 CTR 성분을 갖는 경우에 이용된다. 다른 혼합비를 사용하여도 좋다. 복호기에 따라서는 LFIN과 RFIN으로 흘러나오는 센터 채널 상호 작용이 강한 것도 있다. 이러한 복호기의 경우에는 LFIN 신호와 RFIN 신호만을 이용하여 허구(虛構)의 센터를 생성할 수 있다.
도 11의 경우, 크로스바 매트릭스 믹서(826)는 LSIN 신호와 CTRIN 신호를 혼합하고 RSIN 신호와 CTRIN 신호를 혼합함으로써 가상 뒷좌석 센터 채널(140)을 생성한다. 크로스바 매트릭스 믹서(826)는 80 % LSIN을 80 % CTRIN과 혼합하고 80 % RSIN을 20 % CTRIN과 혼합함으로써 가상 뒷좌석 센터 채널(140)을 생성한다. 또한, 혼합비는 특정 차량 및/또는 오디오 시스템에 따라서 변경되어도 좋다.
도 8과 관련하여, RS 출력과 LS 출력은 전역 통과 필터(810)를 통과한다. 생성되었을 때, 가상 뒷좌석 센터 채널은 이미지가 좋지 않을 수 있다. 다시 말하면, 가상 뒷좌석 채널의 사운드는, 특히 도어의 저부에 탑재된 스피커로부터 생성되는 경우에, 차량 안의 저부에 위치한 음원으로부터 사운드가 흘러나오는 것처럼 들릴 수 있다. 센터 사운드 필드의 이미지는 「흐릿」해지고, 의도한 위치에서 재생되지 않는다. 전역 통과 네트워크는 가상 센터의 이미징과 안정성을 개선하여, 청취자는 차량 안에서 센터 사운드 스테이지가 귀 높이에 보다 가까운 높이에 배치된 것으로 믿게 된다.
RS 출력과 LS 출력은 전역 통과 네트워크(825)를 통과한다. 차량 안의 공간 요건 때문에, CTR 스피커의 크기(직경과 깊이)는 앞뒷문의 스피커 위치에 비해서 제약을 받는다. 크기가 작으면, CTR 채널 스피커는 저주파수를 큰 도어 스피커만큼 양호하게 재생하지 못한다. 이 제약 때문에 생기는 영향은 CTR 신호가 고주파수에서 저주파수로 또는 저주파수에서 고주파수로 비월할 때 CTR 스피커 사운드 이미지의 「공간(입체)적 흐릿함」을 유발한다. LF 신호 및 RF 신호의 (주파수 대역 및/ 또는 혼합 레벨에 의해서 정의된) 일부 또는 전부를 전역 통과 네트워크를 통해서 처리함으로써 CTR 채널의 저주파수는 보다 작은 CTR 스피커로부터 흘러나오는 것처럼 감지된다. 따라서, 센터 채널 저주파수의 이미징과 안정성이 개선된다.
종래의 서라운드 사운드 처리기는 모노 신호와 모노 스테레오 혼합 신호로부터 낮은 품질의 사운드를 생성한다. 시스템은 신호 강도의 악화 때문에 스테레오와 모노의 수신 사이를 전환하므로, 복호기는 센터 채널 및 다른 채널 간에 「슬래밍」 효과를 생성한다. 슬래밍은 모든 스피커에 전송되고 있는 스테레오 신호가 모노 신호로 악화되고 센터 스피커에만 전송될 때 생긴다. 청취자는, 신호가 스테레오에서 모노로 다시 스테레오로 전환하는 것처럼, 사운드가 차량 전체로부터 차량의 프런트 센터만으로, 다시 차량 전체로 고속 전이 또는 슬래밍하는 것처럼 감지하게 된다.
도 12는 사운드 처리 시스템에서의 코히런스 값 추정 방법에 관한 흐름도이다. 코히런스 값은 입력 중인 오디오 신호에서 스테레오 신호와 모노 신호의 비율이다. 이 코히런스 추정기에 응답하여, 능동 매트릭스 복호화의 정도 또는 스티어링은 모노 스테레오 신호 또는 모노만의 신호의 처리 기간 중에 감소된다. 적용된 스티어링의 양을 감소시키면 완전 스티어링된 스테레오 신호에 비해서 음질이 떨어지지만, 스티어링 감소는 완전 스티어링 혼합 신호 또는 모노 신호로부터 빈발하는 슬래밍 및 다른 음향 비정상에 바람직하다.
코히런스 추정기를 이용하여 코히런스 값을 달성하기 위해서, 좌측 채널 입력과 우측 채널 입력을 대역 제한한다(단계 1255). 순수 스테레오 신호(채널간 중 첩이 없는 신호)에는 0 값을 할당하고, 순수 모노 신호(채널간 중첩이 완전한 신호)에는 1 값을 할당한다. 모노/스테레오 혼합 신호에는 그 신호의 스테레오 대 모노 특성에 정비례해서 0과 1 사이의 값을 할당한다. 코히런스 값 C를 계산한다(단계 1256). 좌측 채널 출력 대 우측 채널 출력에 대한 스티어링 각 추정값과 센터 채널 출력 대 서라운드 채널 출력에 대한 스티어링 각 추정값을 결정한다(단계 1257). 센터 대 서라운드의 스티어링 각과 좌측 대 우측의 스티어링 각을 계산된 코히런스 값 C의 함수로서 제한한다(단계 1259).
스티어링 각을 수신 신호의 스테레오/모노 특성의 함수로서 연속적으로 제한함으로써, 시스템은 완전 능동 스티어링 대 제한된 스티어링의 각도 처리 사이를 전이한다. 코히런스 값을 연속해서 갱신함으로써, 스티어링 각은 이용 가능한 수신 신호에 연속적으로 최적화된다. 스티어링 각 전이를 원활하게 함으로써 슬래밍이 감소된다.
한 형태의 경우, 코히런스 값 C는 다음과 같이 정의된다.
C=P2 LR/PLL*PRR=코히런스 값
(여기서, PLL=좌측 입력 신호의 전력,
PRR=우측 입력 신호의 전력,
PLR=좌측 입력 신호 및 우측 입력 신호의 교차 전력이다)
따라서, C=1.0인 경우에 음원은 순수 모노이고, C=0.0인 경우에 음원은 순수 스테 레오이다.
신호(경우에 따라서 순수 스테레오인 것도 있음)의 저주파수 베이스 내용(content)에 베이스 주파수의 무지향 특성으로 인해 베이스 주파수의 중첩이 포함되어 있는 경우에는, 코히런스 추정기는 먼저, 코히런스 값을 계산하기 이전에 좌측 입력 신호와 우측 입력 신호를 대역 제한한다. 이와 같이 하여, 정합 추정값은 베이스 내용(content)가 큰 음악에 의해서 빗나가지 않는다.
능동 매트릭스 복호기는 센터 신호/서라운드 신호=좌측 신호/우측 신호=0일 때 복호기로부터의 매트릭스가 LFOUT=LIN, RFOUT=FIN, LSOUT=LIN, RSOUT=RIN, CTROUT=0.707(LIN+RIN)(스테레오의 비서라운드 매트릭스임)으로 되도록 설계될 수 있다.
따라서, 서라운드 사운드 보강 또는 스티어링의 정도는 코히런스 값의 함수로서 수행되고, 여기서,
CTR/S 각=f(CTR/SMEASURED, C),
L/R 각=f(L/RMEASURED, C) 및
S는 서라운드 신호이다.
한 형태의 경우, 이 함수는 다음과 같이 구현될 수 있다.
YCTR/S=(1-알파)XCTR/S+(알파)Xstereo (C > 스테레오 임계값인 경우)
YCTR/S=(1-알파)XCTR/S+(알파)Xmonaural (그 밖의 경우)
(여기서, YCTR/S=복호기에 전송하여 처리할 CTR/S 각,
XCTR/S=「원시」CTR/S 각 측정값,
C=코히런스 값(1.0=모노, 0.0=스테레오),
알파=1.0보다 매우 적은, 예컨대 2.20 내지 0.0001인 스케일 인자,
Xstereo=CTR/S 스테레오 스티어링 한계값,
Xmonaural=CTR/S 모노 스티어링 한계값이다)
도 13은 사운드 처리 시스템에서의 모노 신호 입체화 방법에 관한 흐름도이다. 한 형태의 경우, 코히런스 추정기(도 12 참조)는 모노 공간(입체)화기를 이용하여 적응된다. 이 모노 공간(입체)화기를 이용하여, 주변 환경을 순수한 또는 거의 순수한 모노 신호에 부가한다. 정보를 모노 공급에 부가함으로써, 모노 신호는 능동형 서라운드 처리기, 예컨대 DOLBY PRO LOGIC Ⅰ(등록상표) 처리기, DOLBY PRO LOGIC Ⅱ(등록상표) 처리기, DTS Neos 6(등록상표) 처리기 등에 의해서 처리된다. 따라서, 모노 사운드의 음질이 개선된다. 승용차용 플랫폼에 이점이 있지만, 순수한 또는 거의 순수한 모노 공급으로부터 생성된 가상 스테레오 신호를 능동형으로 처리함으로써 달성되는 음질 향상은 홈 씨어터 시스템에도 역시 이익이 된다.
모노 공간(입체)화기에는 합성 서라운드 (주변) 신호 SF를 연속적으로 형성한다(단계 1363). 한 형태의 경우, SF는 Lraw 입력 신호와 Rraw 입력 신호를 약 7 ㎑ 이상으로 대역 제한하고 이들 L 대역 제한 신호와 R 대역 제한 신호를 합산한 후 이 합계를 2로 나눔으로써 유도될 수 있다. 다른 형태의 경우에는 입력 신호들을 먼저 합산한 후 대역 제한 이전에 나눈다. 코히런스 추정값(C)을 전술한 바와 같이 L 입력 신호와 R 입력 신호에 대해서 연속적으로 계산한다(단계 1365). 원시 입력 신호(Lraw 및 Rraw)를, 원시 입력 신호와, SF 신호 형성(단계 1363)과 코히런스 계산(단계 1365)의 가중된 합에 응답해서, 연속적으로 수정하여 가상 스테레오 신호 Lt와 Rt를 생성한다(단계 1367). 가상 스테레오 신호 Lt 및 Rt는 서라운드 사운드 처리를 위해서 능동형 복호기에 출력된다(단계 1369).
모노 공간(입체)화기의 설계는, 순수한 또는 거의 순수한 모노 신호로부터, CTR 신호로부터 약 3 dB에서부터 약 6 dB 이하까지인 LF 신호 및 RF 신호와, CTR 신호로부터 약 6 dB 이하인 서라운드 신호를 생성할 수 있는 가상 스테레오 신호가 생성되도록 행해진다. 가상 스테레오 신호 Lt 및 Rt는 능동형 복호기에 입력될 수 있다. Lt 및 Rt는 약 7 ㎑로 대역 제한되는 모노의 또는 거의 모노의 Lraw 신호 및 Rraw 신호로부터 유도되고, 그 결과, Lb1 및 Rb1을 생성한다. 유도값 Lt 및 Rt는 다음과 같다.
SF=(Lb1+Rb1)/2,
Lt=(X*Lraw)+(Y*SF*C),
Rt=(X*Rraw)+(Y*SF*C)
여기서, SF는 합성 서라운드 신호이고,
Lb1 및 Rb1은 대역 제한된 원시 입력 신호이며,
C는 전술한 바와 같이 0.0과 1.0 사이의 코히런스 값이고,
X는 1.707 또는 다른 가중 인자이며,
Y는 0.7 또는 다른 가중 인자이다.
가중 인자 X와 Y는 원하는 서라운드 사운드 효과에 따라서 변한다. 따라서, 코히런스 추정기에 의해서, 어떤 신호가 특성상 순수하게 또는 거의 순수하게 모노인 것으로 판정하면, 능동 복호화 처리 이전에 서라운드 정보를 그 신호에 부가한다. 그러나, C가 0(순수 스테레오)에 근사하면, 합성 서라운드의 양은 감소되고, 그 결과, 그 신호의 스테레오 특성이 증가함에 따라서 진정한 스테레오에 가까워지도록 가상 스테레오가 제거된다. 따라서, 코히런스 추정기, 모노 공간(입체)화기 및 능동형 복호화를 조합함으로써, 다양한 모노 신호 및 악화된 스테레오 신호의 음질이 개선될 수 있다. 코히런스 추정기에 더하여 또는 그 대신에, 수신 신호 강도 추정기를 이용하여, 능동 매트릭스 처리의 정도 또는 스티어링을 변경하는 것도 가능하다.
이 사운드 처리 시스템은 승용차용 사운드 시스템에 이점이 있다. 그러나, 여러 가지 예에서, 이 사운드 처리 시스템은 홈 씨어터 시스템에 사용하여도 이점이 있다. 이 사운드 처리 시스템은 애드온 장치를 부가함으로써 차량 안에 구현되 는 것도 가능하고, 또는 기존의 필수 처리 기능을 이용하여 차량 안에 합체되는 것도 가능하다.
설명한 대부분의 처리 방법은 디지털 영역에서도 수행 가능하고 아날로그 영역에서도 수행 가능하다. 공개한 실시예를 충분한 기능의 단일 디지털 처리 시스템으로 구현하여, 복수의 아날로그 및/또는 디지털 처리기에 대한 요구를 제거할 수 있다. 이러한 디지털 처리기는 옵션에 따라서 적절한 디지털 공급을, 예컨대 콤팩트 디스크, DVD, SACD 또는 위상 라디오로부터 변환할 수 있다. 이와 달리, 디지털 처리기는 아날로그 디지털 변환기를 내장하여, 아날로그 신호, 예컨대 디지털에서 아날로그로 이미 변환된 신호, AM 또는 FM 무선 신호, 또는 카세트 플레이어와 같은 본래부터 아날로그인 장치로부터의 신호를 처리할 수 있다.
이 사운드 처리 시스템은 2 채널 음원 요소를 처리할 수 있고, 적절한 복호기를 사용하는 경우에는 다른 다채널, 예컨대 5.1 다채널 신호 및 6.2 다채널 신호를 처리하는 것도 가능하다. 이 사운드 처리 시스템은 복수의 음원으로부터의 서라운드 사운드 시스템의 입체 공간 특성을 개선할 수 있다.
디지털 및 아날로그 주음원 음악 신호 외에도, 이 사운드 처리 시스템은 부가의 부음원, 예컨대 휴대 전화, 레이더 검출기, 스캐너, 시티즌 밴드(CB) 라디오 및 내비게이션 시스템으로부터의 사운드 입력을 처리하는 것도 가능하다. 디지털 주음원 음악 신호는 DOLBY DIGITAL AC3(등록상표), DTS(등록상표) 등을 포함한다. 아날로그 주음원 음악 신호는 모노, 스테레오, 부호화 신호 등을 포함한다. 부음원 신호는 주음원 신호와 부음원 신호간의 점진적인 전환을 가능하게 하도록 음악 신 호와 함께 처리될 수 있다. 이것은 차량을 운전하면서 전화 호출에 답하거나 내비게이션 시스템으로부터의 우회전 지시를 수신할 때 음악 소리를 배경으로 뭍히게 하고 싶은 경우에 이점이 있다.
대부분의 인자를 고려할 수 있지만, 서라운드 사운드 필드를 승용차 안에서 성공적으로 재생하는 역할을 하는 두 개의 인자는 음원 요소의 진폭 특성과 위상 특성이다. 이 사운드 처리 시스템은 음악 신호의 진폭, 위상 및 혼합비를 헤드 유닛의 출력에서부터 증폭기의 입력까지 처리하면서 이들을 제어함으로써 서라운드 사운드 필드의 재생을 개선하는 방법을 포함한다. 이 시스템은 탑승자 위치에 따라서 다이렉트형, 수동형 또는 능동형의 혼합 및 스티어링 변수의 방위를 재설정함으로써 모든 좌석 위치에 대해 입체 공간 사운드 필드 재생의 개선을 제공한다. 탑승자 위치에 따른 혼합 및 스티어링 변수, 혼합 및 스티어링의 비, 및 입체 공간 특성은 적응 성질상 차량 속도 및/또는 잡음의 함수로서 수정되는 것도 가능하다.
본 발명의 다양한 실시예에 관하여 설명하였지만, 당업자에게는 본 발명의 범주에 속하는 보다 많은 실시예 및 구현예이 가능하다는 점이 명백할 것이다.

Claims (33)

  1. 헤드 유닛과,
    상기 헤드 유닛에 연결되고, 상기 헤드 유닛으로부터의 오디오 신호에 응답하여, 복호된 신호를 생성하는 복호기와,
    상기 헤드 유닛에 연결되고, 상기 헤드 유닛으로부터의 오디오 신호를 수신하고 상기 복호기로부터 복호된 신호를 수신하며 상기 오디오 신호와 상기 복호된 신호에 응답하여, 혼합된 출력 신호를 생성하는 크로스바 매트릭스 믹서와,
    상기 크로스바 매트릭스 믹서에 연결되고, 미리 정해진 볼륨 레벨에 응답하여 상기 오디오 신호 및 혼합된 출력 신호 중 적어도 하나의 적용된 필터 이득을 감쇠시키는 후치 필터를 포함하는 사운드 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 상기 헤드 유닛의 미리 정해진 볼륨 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 사용자가 선택 가능한 볼륨 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 후치 필터에 연결된 마이크로폰을 더 포함하고, 상기 마이크로폰은 음압 레벨 정보를 상기 후치 필터에 제공하며, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 헤드 유닛과 상기 크로스바 매트릭스 믹서 사이에 연결된 전치 필터를 더 포함하고, 상기 전치 필터는 상기 오디오 신호의 상기 적용된 필터 이득을 감쇠시키는 것인 사운드 처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 후치 필터에 연결된 마이크로폰을 더 포함하고, 상기 마이크로폰은 음압 레벨 정보를 상기 전치 필터 및 상기 후치 필터에 제공하며, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  9. 헤드 유닛과,
    상기 헤드 유닛에 연결되고, 상기 헤드 유닛으로부터의 오디오 신호에 응답하여, 복호된 신호를 생성하는 복호기와,
    상기 헤드 유닛에 연결되고, 상기 헤드 유닛으로부터의 오디오 신호를 수신하고 상기 복호기로부터 상기 복호된 신호를 수신하며 상기 오디오 신호와 상기 복호된 신호에 응답하여, 혼합된 출력 신호를 생성하는 크로스바 매트릭스 믹서와,
    상기 크로스바 매트릭스 믹서에 연결되고, 미리 정해진 볼륨 레벨에 응답하여 상기 오디오 신호 및 혼합된 출력 신호 중 적어도 하나의 톤을 감쇠시키는 후치 필터를 포함하는 사운드 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 톤은 베이스, 트레블 및 중간 대역 중 적어도 하나인 것인 사운드 처리 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 상기 헤드 유닛의 미리 정해진 볼륨 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 사용자가 선택 가능한 볼륨 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 후치 필터에 연결된 마이크로폰을 더 포함하고, 상기 마이크로폰은 음압 레벨 정보를 상기 후치 필터에 제공하며, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 헤드 유닛과 상기 크로스바 매트릭스 믹서 사이에 연결된 전치 필터를 더 포함하고, 상기 전치 필터는 상기 오디오 신호의 상기 톤을 감쇠시키는 것인 사운드 처리 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 후치 필터에 연결된 마이크로폰을 더 포함하고, 상기 마이크로폰은 음압 레벨 정보를 상기 전치 필터 및 상기 후치 필터에 제공하며, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 시스템.
  18. 오디오 신호에 응답하여, 복호된 신호를 생성하는 단계와,
    상기 복호된 신호 및 상기 오디오 신호에 응답하여, 혼합된 출력 신호를 생성하는 단계와,
    미리 정해진 볼륨 레벨에 응답하여, 상기 오디오 신호와 상기 혼합된 출력 신호 중 적어도 하나의 적용된 필터 이득을 감쇠시키는 단계와,
    상기 오디오 신호 및 상기 혼합된 출력 신호 중 적어도 하나를 2개 이상의 출력 스피커에 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 상기 출력 스피커에서의 공간적 밸런스(spatial balance)를 유지하도록 선택되는 것인 사운드 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 미리 정해진 헤드 유닛 볼륨 레벨인 것인 사운드 처리 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 방법.
  21. 오디오 신호에 응답하여, 복호된 신호를 생성하는 단계와,
    상기 복호된 신호 및 상기 오디오 신호에 응답하여, 혼합된 출력 신호를 생성하는 단계와,
    미리 정해진 볼륨 레벨에 응답하여, 상기 오디오 신호와 상기 혼합된 출력 신호 중 적어도 하나의 톤을 감쇠시켜 적어도 하나의 톤-감쇠된 신호를 생성하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 톤-감쇠된 신호를 스피커에 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 상기 스피커에서 스피커 왜곡(speaker distortion)을 피하도록 선택되는 것인는 사운드 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 톤은 베이스, 트레블 및 중간 대역 중 적어도 하나인 것인 사운드 처리 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨은 미리 정해진 헤드 유닛 볼륨 레벨인 것인 사운드 처리 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨은 음압 레벨인 것인 사운드 처리 방법.
  25. 헤드 유닛과,
    상기 헤드 유닛에 전자적으로 커플링되고, 상기 헤드 유닛으로부터의 오디오 신호에 응답하여, 복호된 신호를 생성하도록 구성되는 복호기와,
    상기 헤드 유닛 및 복호기에 전자적으로 커플링되고, 상기 헤드 유닛으로부터 상기 오디오 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 복호기로부터 상기 복호된 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 복호된 신호에 응답하여, 혼합된 출력 신호를 생성하도록 구성되는 크로스바 매트릭스 믹서와,
    상기 크로스바 매트릭스 믹서에 전자적으로 커플링되고, 미리 정해진 볼륨 레벨에 응답하여, 상기 혼합된 출력 신호 중 적어도 하나의 톤을 톤-필터 감쇠시키도록 구성되는 필터와,
    상기 필터에 전자적으로 커플링되는 스피커
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 상기 스피커에서의 스피커 왜곡을 피하도록 선택되는 것인 사운드 처리 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 필터는 트레블-쉘프 필터(treble-shelf filter)를 포함하는 것인 사운드 처리 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 필터는 베이스-쉘프 필터(bass-shelf filter)를 포함하는 것인 사운드 처리 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 상기 필터는 노치 필터(notch filter)를 포함하는 것인 사운드 처리 시스템.
  29. 제9항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 오디오 시스템의 글로벌 볼륨 셋팅(global volume setting)인 것인 사운드 처리 시스템.
  30. 제18항에 있어서, 상기 적용된 필터 이득은 소리 크기 보상 이득(loudness compensation gain)인 것인 사운드 처리 방법.
  31. 제18항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 오디오 시스템의 글로벌 볼륨 셋팅(global volume setting)인 것인 사운드 처리 방법.
  32. 제21항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 오디오 시스템의 글로벌 볼륨 셋팅인 것인 사운드 처리 방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 미리 정해진 볼륨 레벨은 사운드 처리 시스템의 사용자에 의해 미리 설정된 글로벌 볼륨 셋팅인 것인 사운드 처리 방법.
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