KR101034906B1 - 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디(LED) 조명을 연출하는 조명장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 입력부와, 프로세싱부와, 다수개의 엘이디 모듈이 연결된 엘이디 조명장치를 구성하여, 연주되는 음악소리 중 각 악기별 고유음계에 대응하는 색상을 음악의 강약과 빠르기에 맞추어 엘이디 모듈을 연출시킴으로써, 엘이디 조명장치가 설치된 무대나 외부 경관 등에서 음악이 흐르면, 이 음악에 맞추어 엘이디 조명이 다양한 색상 및 밝기로 연출되어, 음악의 시각적인 연출로 인해 청각과 시각이 동시에 반응하여, 심미감을 높이고, 이는 부족한 청력으로 인해 음악을 듣지 못하는 사람들도 시각적으로 음악을 느낄 수 있어 더욱 넓은 시장을 형성할 수 있도록 하며, 악기 조율 중 조율된 음을 소리와 시각으로 함께 확인할 수 있어 정확한 음을 측정하거나, 음악을 이용한 치료방식 중 색상을 이용한 치료방식을 병행할 수 있어 건강한 치료법으로 발전할 수 있도록 한다.

엘이디 조명, 필터, 샘플링, 비교기, 음악

Description

음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치 및 이의 제어방법 { LED light represent system for music and method of control the same }

본 발명은 엘이디(LED) 조명을 연출하는 조명장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 입력되는 음악의 악기별 음계와 강약 및 빠르기에 맞춰 엘이디 조명이 연출되도록 함으로써, 각종 무대조명이나 경관조명 등에 적용하여 음악을 시각적으로 느낄 수 있도록 연출하는 엘이디 조명장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드로 불리는 엘이디(LED: luminescent diode) 조명은 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 전자 또는 정공으로 이루어진 캐리어에 전압을 가하면 재결합하면서 발광하는 것으로서, 소형으로 제작 가능하고 수명이 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환되기 때문에 저전력 고효율을 가질 뿐만 아니라, 백열등 등 일반적인 조명으로 구현하기 힘든 어렵고 다양한 색상을 구현할 수 있어, 최근 효율이 증가한 엘이디 조명이 시판되면서 기존 조명시장에 변화를 줄 수 있는 신소재 조명재료로 각광받고 있으며, 이는 일반조명에서부터 특수조명, 경관조명과 같은 다양한 조명장치로까지 점차 확대·적용되고 있다.

이러한 엘이디 조명은 구동회로만 있으면 다양한 색상으로 변화시키면서 구동 가능한 장점을 가지지만, 보통 엘이디 조명으로 구현된 무대조명이나 경관조명 등의 경우, 이미 프로그램으로 정해진 색상과 구동방식에 의해 일정한 시간마다 주기적으로 반복동작을 함으로써, 이 무대나 경관에 음악이 흐를 경우에는 배경음악과는 별개로 엘이디 조명이 변화하게 된다.

따라서, 엘이디 조명연출이 무대나 경관의 시각적인 효과는 줄 수 있으나 음악의 고유한 특색을 시각적으로 표현하기 어렵고, 특히, 음계나 강약 빠르기뿐만 아니라 각 악기별 고유한 특색을 시각적으로 표현하기 어려워, 음악과 조명의 부조화로 인해 충분한 심미적 감각을 유발시키지 못하며, 청각 장애우 같이 청력이 부족하여 음악을 듣지 못하는 사람들은 시각적으로 음악과 동떨어지고 단순히 변화하는 조명만을 보게 되는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 여러 가지 소리 중에서 음악소리만을 분리하여 추출하고, 이 추출된 음악소리 중 각 악기별 고유주파수를 찾아 샘플링 및 비교하여 최적의 음계를 추출하며, 추출한 신호의 주파수 크기를 비교하여 음향의 강양 및 빠르기 신호를 저장하여, 이 신호를 기반으로 엘이디 조명을 구동시킴으로써, 음악을 시각적으로 느낄 수 있도록 엘이디 조명을 연출하는 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치 및 이의 제어방법을 구성하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 주변 소리를 입력하는 입력부와; 상기 입력부를 통해 입력된 소리 중 음악 소리를 추출하는 필터부, 필터부에서 추출된 음악 소리 중 각 악기별 고유주파수를 찾는 샘플링부, 샘플링된 신호와 저장된 기준 신호를 비교해 음계를 추출하고 이 음계의 강약과 빠르기를 찾는 비교부, 추출된 음계를 색상신호로 변환하는 변환부, 이 신호를 기준으로 각 엘이디 조명을 구동시킬 엘이디 구동부로 구성된 프로세싱부와; 상기 프로세싱부의 엘이디 구동부를 통해 구동되는 다수개의 엘이디 모듈이 연결된 엘이디 조명장치를 구성하여, 연주되는 음악소리 중 각 악기별 고유음계에 대응하는 색상을 음악의 강약과 빠르기에 맞추어 엘이디 모듈을 연출시킨다.

이를 통해, 본 발명인 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치가 설치된 무대나 외부 경관 등에서 음악이 흐르면, 이 음악에 맞추어 엘이디 조명이 다양한 색상 및 밝기로 연출됨으로써, 음악의 시각적인 연출로 인해 청각과 시각이 동시에 반응하여, 심미감을 높이고, 이는 부족한 청력으로 인해 음악을 듣지 못하는 사람들도 시각적으로 음악을 느낄 수 있어 더욱 넓은 시장을 형성할 수 있도록 하며, 악기 조율 중 조율된 음을 소리와 시각으로 함께 확인할 수 있어 정확한 음을 측정하거나, 음악을 이용한 치료방식 중 색상을 이용한 치료방식을 병행할 수 있어 건강한 치료법으로 발전할 수 있는 등 다양한 장점을 가진다.

본 발명은 엘이디(LED) 조명을 연출하는 조명장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 입력되는 음악의 악기별 음계와 강약 및 빠르기에 맞춰 엘이디 조명이 연출되도록 함으로써, 각종 무대조명이나 경관조명 등에 적용하여 음악을 시각적으로 느낄 수 있도록 연출하는 엘이디 조명장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에 대해 대략 설명하면, 주변 소리를 입력하는 입력부와; 상기 입력부를 통해 입력된 소리 중 음악 소리를 추출하는 필터부, 필터부에서 추출된 음악 소리 중 각 악기별 고유주파수를 찾는 샘플링부, 샘플링된 신호와 저장된 기준 신호를 비교해 음계를 추출하고 이 음계의 강약과 빠르기를 찾는 비교부, 추출된 음계를 색상신호로 변환하는 변환부, 이 신호를 기준으로 각 엘이디 조명을 구동시킬 엘이디 구동부로 구성된 프로세싱부와; 상기 프로세싱부의 엘이디 구동부를 통해 구동되는 다수개의 엘이디 모듈이 연결된 엘이디 조명장치를 구성하여, 연주되는 음악소리 중 각 악기별 고유음계에 대응하는 색상을 음악의 강약과 빠르기에 맞추어 엘이디 모듈을 연출시킴으로써, 본 발명인 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치가 설치된 무대나 외부 경관 등에서 음악이 흐르면, 이 음악에 맞추어 엘이디 조명이 다양한 색상 및 밝기로 연출되어, 음악의 시각적인 연출로 인해 청각과 시각이 동시에 반응하여, 심미감을 높이고, 이는 부족한 청력으로 인해 음악을 듣지 못하는 사람들도 시각적으로 음악을 느낄 수 있어 더욱 넓은 시장을 형성할 수 있도록 하며, 악기 조율 중 조율된 음을 소리와 시각으로 함께 확인할 수 있어 정확한 음을 측정하거나, 음악을 이용한 치료방식 중 색상을 이용한 치료방식을 병행할 수 있어 건강한 치료법으로 발전할 수 있도록 한다.

이와 같은 특징을 가지는 본 발명인 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치 및 이의 제어방법을 각 도면에 도시한 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명인 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치는 도1에 도시한 바 와 같이 크게, 소리를 입력하는 입력부와 입력된 소리에서 음악소리를 추출하여 각 악기별 음계와 강약 및 빠르기에 맞춰 색상신호로 변환하는 프로세싱부 및 이 프로세싱부를 통해 전달되는 신호에 따라 엘이디 조명을 작동시키는 다수개의 엘이디 모듈로 구성되는데, 이들의 기계적 구성요소를 살펴보면, 우선, 입력부는 주변에서 입력되는 모든 소리를 받아들여 전기적인 신호로 변환하는 변환기의 형태로 구성되며, 이렇게 입력부에 의해 전기적 신호로 변환된 소리는 프로세싱부로 전달된다.

다음으로, 프로세싱부는 씨피유(CPU)와 에이치피에프(HPF: High Pass Filter), 엘피에프(LPF: Low Pass Filter), 비피에프(BPF: Band Pass Filter) 등의 필터와 동조기 및 데이터를 저장하는 메모리형태의 데이터 저장부 등의 하드웨어를 패널에 형성한 마이컴(microcomputer) 형태의 구동회로로 구성되어, 필터부, 샘플링부, 비교부, 변환부 및 엘이디 구동부 등으로 순차로 구동되도록 한다.

상기 프로세싱부의 구동을 살펴보면, 먼저, 필터부는 입력부를 통해 전달된 신호를 필터링하는 것으로서, 도2에 도시한 바와 같이 데이터 저장부에 저장된 고유 주파수를 기준으로 기준 내에 있는 주파수 신호 외의 다른 신호는 잡음으로 처리하여 소거하는 구조를 가지는데, 즉 입력부를 통해 입력된 다양한 주파수대의 신호가 에이치피에프(HPF)와 엘피에프(LPF)를 거친 후 비피에프(BPF)를 거쳐 기준 외의 신호는 제거하고 악기의 기준 주파수만 유지한다.

이때, 음악의 고유 주파수는 각 악기별 그리고 악기와 성악별로 각각 다른 주파수대를 가지지만, 각 악기가 가지는 고유 주파수대를 미리 설정함으로써, 그 외의 신호는 필터부를 거쳐 제거되어 악기의 고유 주파수대만 남게 되는데, 예를 들어 표1을 기준으로 바이올린을 설정할 경우, 192Hz ∼ 3,136Hz의 주파수대가 바이올린의 고유 주파수므로 이 대역의 주파수만을 유지하고 나머지 신호는 제거하게 되며, 이외의 다른 악기를 적용할 시에도 동일하게 작동한다.

악기	주파수 대역(Hz)		악기	주파수 대역(Hz)
베이스비올라	41.2 ∼ 246.9		클라리넷	164.8 ∼ 1568
베이스 튜바	43.6 ∼349.8		베이스 클라리넷	73 ∼587
바순	61 ∼ 493		바이올린	196 ∼ 3,136
파곳	61.74 ∼ 493.9		오보에	261.6 ∼ 1568
첼로	65.47 ∼ 698.5		플롯	261.6 ∼2349.3
파이프 오르간	70 ∼ 16,000		피콜로	523.2 ∼ 4698.7
트롬본	82.41 ∼ 493.9		성악	주파수 대역(Hz)
팀파니	87 ∼ 174.6		베이스	87.31 ∼ 349.2
프렌치 혼	110 ∼ 880		바리톤	98 ∼ 392
비올라	130.81 ∼ 1174.7		테너	130.81 ∼ 493.9
트럼펫	164.8 ∼ 987.8		알토	174.6 ∼ 698.5
소프라노 색소폰	196 ∼ 1174		소프라노	246.9 ∼ 1174.7

그리고 샘플링부는 상기 필터부를 통해 필터링된 신호를 샘플링하는 것으로서, 동조기를 이용하여 저장된 각 악기의 고유 주파수대에 맞는 신호만을 걸러내 순수한 음악 신호만 남도록 추출하며, 비교부는 역시 동조기를 이용하여 음악 신호와 저장된 고유 주파수를 비교해 음악 신호의 음계 값을 찾고, 이 음계의 주파수 크기에 따라 음계의 강약 및 빠르기를 비교하여 찾도록 한다.

다음으로, 변환부는 씨피유를 이용하여 상기 비교부를 통해 찾은 음계를 색상 값으로 변환하는데, 각 음계 및 그 강약이나 빠르기에 따라 그에 대응하는 미리 지정된 색상 값으로 변환하며, 이 색상 값은 표2의 색상자료에 예시한 바와 같이 일일이 대응하는 색상 값으로 변환하여 엘이디 구동부로 전달함으로써, 엘이디 구동부는 적, 녹, 청의 세 가지 색상으로 구분된 전기적 신호로 전달받고, 이 신호에 따라 각 엘이디 모듈이 정확한 색상과 밝기로 발광하도록 제어한다.

상기와 같이 구성된 프로세싱부는 무대나 외부 경관 등에 설치된 다수개의 엘이디 모듈과 연결되는데, 조명기능을 가지는 이러한 각 엘이디 모듈은 도3에 도시한 바와 같이 적·녹·청의 엘이디 각 블록을 직렬로 연결한 블록구조로 형성하며, 이 엘이디 모듈의 동작을 위해서는 버퍼를 구성함으로써, 일정한 전류 및 전압을 공급하면서 전달되는 신호가 버퍼를 거치면서 일정하고 동일한 시간으로 엘이디 모듈의 각 블록을 동작시킬 수 있도록 하며, 이러한 다수개의 엘이디 모듈은 엘이디 구동부에 각각 병렬적 처리방식구조로 연결되어 빠른 응답구조를 가지도록 한다.

상기와 같이 형성한 엘이디 모듈의 엘이디는 하나의 칩 내부에 각각의 칩이 구성된 엘이디를 사용함으로써, 각각의 칩으로 구성된 엘이디에 비해 색상구현을 용이하게 하고, 전압 공급이 더욱 유리한 장점을 가진다.

이상에서 설명한 본 발명인 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치는 음악이 나오는 곳으로 입력부를 설치하고, 조명을 비출 장소에 엘이디 모듈을 설치하는 방법으로 무대에 설치해 무대조명으로 사용하거나, 실외에 설치해 경관조명으로 사용하는데,이러한 엘이디 조명장치를 제어하면서 음악에 맞춰 연출시키는 제어방법을 도4를 참조하여 살펴보면, 우선, 프로세싱부에 연주될 음악의 악기종류를 선택하여 기준 주파수대를 정하게 되면, 입력부를 통해 소리가 입력되면서 악기의 주파수인지 판단하여 필터부에서 기준 주파수대 외의 소리는 제거하고 유지되는 주파수를 샘플링부로 전달한다.

그리고 이 전달된 주파수는 샘플링부에서 음악신호로 샘플링 추출되고, 샘플링된 음악신호는 비교부를 통해 악기의 고유 주파수와 비교하면서 음계 및 강약과 빠르기를 찾아 정한 후, 변환부에서 이를 각 음계와 강약과 빠르기에 대응하는 색상신호로 변환하여 엘이디 구동부로 전달한다.

이렇게 엘이디 구동부로 전달된 색상신호는 엘이디의 색상 데이터와 비교하여 이에 맞는 적·녹·청 데이터로 나누어 엘이디 모듈로 전달하고, 엘이디 모듈은 입력되는 신호에 따라 각 엘이디 블록이 정확한 색상으로 발광함으로써, 각 엘이디 모듈이 음악에 맞추어 시각적으로 연출되도록 한다.

상기와 같이 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 모듈은 적·녹·청의 엘이디 각 블록을 직렬로 연결한 블록구조로 형성되면서 버퍼로 연결되어, 각 엘이디 블록이 일정하고 동일한 시간으로 작동하면서 더욱 정확한 색상으로 발광하도록 하고, 각 엘이디 모듈이 병렬적 처리방식구조로 연결되어 빠른 응답구조를 가져, 엘이디 모듈의 작동이 지연되지 않고 연주되는 음악과 엘이디 조명장치의 연출이 정확히 일치되도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명인 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치는 각종 무대나 외부 경관 등에 조명으로 설치됨으로써, 음악이 흐르면 이 음악의 주파수를 시각적으로 연출하는 방식으로 음악에 맞추어 엘이디 조명이 다양한 색상 및 밝기로 연출되어, 음악의 시각적인 연출로 인해 청각과 시각이 동시에 반응하면서 심미감을 높이며, 특히, 청각 장애우와 같이 부족한 청력으로 인해 음악을 듣지 못하는 사람들도 시각적으로 음악을 느낄 수 있도록 해 동일한 감상을 하도록 하며, 이를 통해 더욱 넓은 시장을 형성할 수 있도록 한다.

뿐만 아니라, 악기를 조율하는 중 조율된 음을 소리와 시각으로 함께 확인하면서 더욱 정확한 음을 측정하거나, 또는, 음악을 이용한 치료방식과 색상을 이용한 치료방식을 동시에 병행하면서 시행할 수 있어 치료효과를 더욱 높이고 건강한 치료법으로 발전하는 등 다양하고 넓게 적용할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 복합적으로 다양한 변형·실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도1은 본 발명에 따른 엘이디 조명장치의 블록도.

도2는 본 발명에 따른 프로세싱부 설명도.

도3은 본 발명에 따른 엘이디 모듈의 설명도.

도4는 본 발명에 따른 엘이디 조명 제어과정 순서도.

Claims (5)

1. 삭제
2. 입력되는 소리를 전기적인 신호로 변환하는 입력부와;

   상기 입력부에서 전달된 신호에서 음악소리를 추출하여 음악소리에 대응하는 색상신호로 변환하는 프로세싱부와;

   적·녹·청의 엘이디 각 블록을 직렬로 연결하여, 상기 프로세싱부를 통해 입력되는 신호에 따라 작동하는 다수개의 엘이디 모듈로 형성된 엘이디 조명장치를 구성하되,

   상기 프로세싱부는, 씨피유(CPU)와 필터와 동조기와 데이터 저장부를 패널에 형성한 구동회로로 구성해, 기준 주파수를 추출하는 필터부, 주파수를 샘플링하는 샘플링부, 신호를 비교하는 비교부, 음악신호를 색상신호로 변환하는 변환부, 각 색상에 따라 후술하는 엘이디 모듈을 구동시키는 엘이디 구동부의 동작을 하도록 구성함으로써,

   음악신호를 색상신호로 정확하게 변환하여, 흐르는 음악에 대응하여 엘이디 모듈의 색상이 변화하는 것을 특징으로 하는 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 엘이디 모듈은, 직렬로 연결된 엘이디 각 블록에 버퍼를 연결하여 버퍼를 거쳐 신호가 전달되도록 하고;

   다수개의 엘이디 모듈이 프로세서부에 병렬적 처리방식구조로 연결됨으로써,

   일정하고 동일한 시간에 엘이디 모듈의 각 블록을 동작시키고, 엘이디 모듈이 빠른 응답구조를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치.
4. 청구항 2항 또는 청구항 3항에 해당하는 엘이디 조명장치가 구비되어,

   입력부를 통해 입력된 소리를 음악신호로 변환해 프로세싱부로 전달하고;

   필터부에서 기준 주파수대 외의 소리를 제거하고, 샘플링부를 통해 유지되는 음악신호를 샘플링하며, 이 샘플링된 음악신호는 비교부를 통해 음계를 확인한 후, 변환부가 음악신호를 음계에 대응하는 색상신호로 변환하며, 변환된 색상신호는 엘이디 구동부에서 적·녹·청 데이터로 나뉘어 각 엘이이디 모듈로 전달되며;

   각 엘이디 모듈은 입력되는 신호에 따라 각 엘이디 블록을 발광시킴으로써,

   엘이디 조명장치를 구동시키는 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치의 제어방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 비교부는,

   샘플링된 음악신호 음계의 강약과 빠르기를 함께 비교하여 확인함으로써,

   음악에 대응하는 엘이디 조명장치의 연출을 정확하게 하는 것을 특징으로 하는 음악을 시각적으로 연출하는 엘이디 조명장치의 제어방법.

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