KR101204239B1 - 실시간 하울링 제거장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간 하울링 신호 제거장치 및 그 제거방법에 관한 것으로, 스피커를 통해 출력되는 음성 및 신호가 궤환 될 때 반복적으로 들어온다는 것을 착안하여 어떠한 특정한 주파수로 변환되는 것을 감지하여, 하울링이 완전하게 재생되기 전에 특정한 주파수를 장착한 동기 발생 주파수를 하울링 신호가 구동하게 하므로 동기 발생 주파수와 하울링 주파수를 비교하여 하울링 신호가 이미 동기 발생 주파수 즉, 특정 주파수를 발생하므로 그 주파수만을 제거하여 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 가청주파수로 저역, 중역, 대역으로 분리하여 저역일 때 하울링 갯수로 즉, 주파수로 카운터 하여 3개가 일치하였을 때 같은 주파수로 분리하여 제거하며, 중역일 때는 주파수를 4개 카운터 하여 제거하고, 고역일 때는 주파수를 5개로 카운터 하여 같은 주파수라고 인정하여 제거할 수 있다. 이렇게 분리하는 것은 가청주파수에서 하울링과 비슷한 소리가 날 수 있으므로 최대한 원음을 손상 시키지 않고 그대로 재생할 수 있게 하기 위함이다.

Description

실시간 하울링 제거장치 및 그 방법 {the device for preventing howling against audio system and the method for preventing the same thereof}
본 발명은 실시간 하울링 제거장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 거의 원음을 손상하지 않고 실시간으로 어떠한 조건에도 하울링이 발생하지 않고 마음 놓고 마이크를 사용할 수 있도록 한 실시간 하울링 제거장치 및 그 방법에 관한 것이다.
하울링에 관한 종래기술을 살펴본다.
1997년 04월 23일자로 출원된 하울링 감쇄장치(특허출원번호 10-1997-0015225)에 따르면, "서라운드 및 에코효과를 구현하기 위한 처리장치에 있어서, 소리의 전달속도 변화를 위해 딜레이 타임의 지연 동작에 따른 위상 변화가 원활하게 이루어질 수 있도록 오토 컨트롤러에 의해 저항치를 바꾸어 줌으로 펄스 발생에 따른 지연 함수의 변동이 가능한 클럭 펄스 제네레이터(VCO)를 탑재하여 하울링 감쇄가 가능토록 함을 특징으로 하는 하울링 감쇄장치."가 개시된 바 있다.
2005년 07월 08일자로 출원된 적응형 하울링 상쇄기(특허출원번호 10-2005-0061814)에 따르면, "오디오 신호를 모으기 위해 소정의 공간에 설치되는 마이크로폰, 상기 공간에 설치되어 스피커로부터 상기 마이크로폰으로 음향 피드백 경로가 형성되게 하는 스피커, 및 상기 마이크로폰으로부터 공급되는 상기 오디오 신호를 증폭하여 전기신호를 상기 스피커에 제공하기 위해 상기 스피커의 입력과 상기 마이크로폰의 출력 사이에 접속된 증폭기를 포함하는 사운드 강화 시스템에서 사용되는 적응형 하울링 상쇄기(adaptive howling canceller) - 상기 적응형 하울링 상쇄기는 소정의 시간 지연을 갖는 상기 음향 피드백 경로를 거쳐 상기 스피커로부터 상기 마이크로폰으로 다시 공급되는 상기 오디오신호의 피드백 성분을 억제하기 위해 사용됨 - 로서, 상기 음향 피드백 경로의 상기 시간 지연에 대응하는 시간 지연을, 상기 증폭기로부터 제공되는 상기 전기 신호에 더함으로써 상기 시간 지연이 더해진 상기 전기 신호를 출력 신호로서 출력하는 지연부; 상기 지연부로부터 공급되는 상기 출력 신호를 수신하기 위한 입력을 갖고 업데이트 간격에서 주기적으로 업데이트되는 제1 필터 계수로 상기 지연부의 상기 출력 신호를 필터링하는 제1 적응형 필터; 상기 지연부로부터 공급되는 상기 출력 신호를 수신하기 위한 입력을 갖고 상기 제1 필터 계수의 상기 업데이트 간격보다 짧게 설정된 다른 업데이트 간격에서 주기적으로 업데이트되는 제2 필터 계수로 상기 지연부의 상기 출력 신호를 필터링하는 제2 적응형 필터; 상기 제1 적응형 필터로부터 공급되는 출력 신호를 수신하기 위한 입력을 갖고, 상기 마이크로폰으로부터 공급되는 상기 오디오 신호로부터 상기 제1 적응형 필터의 상기 출력 신호를 감산하여 감산 결과로서 출력 신호를 제공하는 제1 가산부; 및 상기 제2 적응형 필터로부터 공급되는 출력 신호를 수신하기 위한 입력을 갖고, 상기 제1 가산부의 상기 출력 신호로부터 상기 제2 적응형 필터의 상기 출력 신호를 감산하여 감산 결과로서의 출력 신호를 제공하는 제2 가산부를 포함하고, 상기 제1 가산부로부터의 상기 출력 신호는 상기 제1 적응형 필터로 입력되고, 상기 제2 가산부로부터의 상기 출력 신호는 상기 제2 적응형 필터로 입력되며, 상기 제2 가산부로부터의 상기 출력 신호는 상기 전기 신호로서 상기 증폭기를 거쳐 상기 스피커 및 상기 지연부로 입력되고, 상기 제1 필터 계수는 상기 제1 적응형 필터에 의해 업데이트되어 상기 제1 가산부 및 상기 지연부의 상기 출력 신호들에 기초하여 상기 음향 피드백 경로의 전달 함수를 시뮬레이션하고, 상기 제2 필터 계수는 상기 제2 적응형 필터에 의해 업데이트되어 상기 제2 가산부 및 상기 지연부의 상기 출력 신호들에 기초하여 상기 음향 피드백 경로의 상기 전달 함수를 시뮬레이션하는 적응형 하울링 상쇄기."가 개시된 바 있다.
참고로, 하울링(howling)이란 "어떤 장치의 출력이 입력 장치로 들어가서 증폭되어 다시 출력되는 일이 반복되는 현상"을 말하는 것으로, 예컨대 전화기에서는 이로 인하여 소음이 지속된다.
일반적으로 마이크와 스피커를 함께 사용하는 공간에서 필연적으로 발생하는 하울링 현상은 수많은 제거방법이 제시되고 있다.
- 마이크를 이용하여 위상을 역상으로 발생하여 제거하는 방법이 핸드폰이나 조그마한 음성을 활용하는 기계에 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 이것은 잡음과 동시에 제거하여 원음까지 제거될 수가 있다.
- 스피커 신호 즉, 축출되는 신호를 지연시키면서 제거하는 방법도 있으나 이것 또한 안전하게 하울링이 제거되지는 않는다.
- 하울링을 제거 하기 위하여 대단히 많은 량의 필터를 사용하여 제거하는 방법도 있으나, 이것은 제조원가가 많이 들어가고, 주파수의 손실을 주어 실용성에 한계가 있다.
- 일반적으로 가장 많이 사용되는 이퀼라이저를 이용하여 하울링을 제거하는 방법은 특정주파수의 이득을 감쇄시키는 방법으로 사용된다.
- 메모리에 의한 피드백을 저장하여 사용되기도 하는데 이것은 이미 하울링이 발생되는 것을 저장하여 제거하는 방법으로 고가이며, 스피커와 마이크의 위치가 바뀌면 다시 저장해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 것으로, 스피커를 통하여 출력되는 음성 및 신호가 궤환 될 때 반복적으로 들어온다는 것에 착안하여 어떠한 특정한 주파수로 변환되는 것을 감지하여, 하울링이 완전하게 재생되기 전에 특정한 주파수를 장착한 동기 발생 주파수를 하울링 신호가 구동하게 하므로 동기 발생 주파수와 하울링 주파수를 비교하여 하울링 신호가 이미 동기 발생 주파수 즉 특정 주파수를 발생하므로 그 주파수만을 제거하여 할 수 있도록 한 실시간 하울링의 제거장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 가청주파수에서 하울링과 비슷한 소리가 날 수 있으므로 최대한 원음을 손상 시키지 않고 그대로 재생할 수 있도록 하기 위하여, 가청주파수를 저역, 중역, 고역으로 분리하여 저역일 때 하울링 수를 즉, 주파수로 카운터 하여 3개가 일치하였을 때 같은 주파수로 분리하여 제거하며, 중역일 때는 주파수를 4개로 카운터하여 제거하고, 고역일 때는 주파수를 5개로 카운터 하여 같은 주파수라고 인정하여 제거 할 수 있도록 한 실시간 하울링의 제거장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 믹서, 제 1 앰프, 제 2 앰프, 저역회로, 중역회로, 고역회로, 하울링제거기를 가진 실시간 하울링의 제거장치에 있어서; 상기 저역회로는 20㎐~100㎐의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 2 앰프, 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 1 발생기, 동기고정주파수 S11과 가칭 하울링신호 AF2를 입력받아서 주파수 면에서 비교한 주파수비교신호 S12를 출력하는 제 1 비교기와, 상기 주파수비교신호 S12와 가칭 하울링신호 AF2를 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S13을 출력하는 제 1 카운터로 이루어지고; 상기 중역회로는 100㎐~2㎑의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 3 앰프, 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 2 발생기, 동기고정주파수 S21과 가칭 하울링신호 AF3을 입력받아서 주파수 면에서 비교한 주파수비교신호 S22를 출력하는 제 2 비교기와, 상기 주파수비교신호 S22와 가칭 하울링신호 AF3을 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S23을 출력하는 제 2 카운터로 이루어지고; 상기 고역회로는 2㎑~20㎑의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 4 앰프, 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 3 발생기, 동기고정주파수 S31과 가칭 하울링신호 AF4을 입력받아서 주파수 면에서 비교한 주파수비교신호 S32를 출력하는 제 3 비교기와, 상기 주파수비교신호 S32와 가칭 하울링신호 AF4를 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S33을 출력하는 제 3 카운터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 믹서, 제 1 앰프, 제 2 앰프, 발생기, 비교기, 카운터로 이루어진 저역 내지 고역회로, 제거기를 가진 실시간 하울링 제거장치를 이용한 실시간 하울링 제거방법에 있어서; 상기 비교기로부터 주파수비교신호 S12가 나오고 있는 동안에 AF2의 신호를 상기 비교기 및 카운터에 넣고 주파수주기를 측정하여서 상기 카운터가 저역에서는 3번, 중역에서는 4번, 고역에서는 5번을 카운트하여 일치하면 하울링 신호라고 인정하고 그 주파수를 이미 동기발생주파수에서 알 수 있으므로 상기 믹서의 출력신호 S01에 따라서 상기 제거기는 다시 원음이 들어오는 상태에서 하울링신호를 제거하고 원음만을 하울링제거신호 S02로 내보내면서 항상 실시간으로 하울링 주파수를 측정하여 제거 하도록 한 것이다.
바람직한 실시예로서, 상기 하울링 신호는 일정부분 반복되는데 있어서 초기발생 부분과 완전히 하울링이 되어서 우리가 들을 수 있는 상태가 될 때의 주파수로 변하므로 초기발생 부분 3에서 5까지의 주기를 측정하여 진폭이 최대가 되기 전에 그 상반되는 위상을 걸어서 상쇄시켜 초기의 신호만 제거하도록 한 것이다.
본 실시예의 바람직한 형태에 따르면, 그동안 하울링 문제를 해결하기 위하여 항상 사람이 컨트롤해야 했던 점을 해결할 수 있고, 종래의 마이크 사용자가 항상 불안해하면서 음성신호를 보낼 때 마이크를 마음대로 움직일 수 없는 부분을 해소할 수 있다. 실시간 하울링을 제거하면서 원음을 하나도 손상을 입히지 않고 하울링을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시간 하울링 제거장치 및 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시간 하울링 제거장치 및 방법을 설명하기 위한 도면인 도 1에 나타낸 바와 같이, 실시간 하울링 제거장치는 믹서(10), 제 1 앰프(AMP1), 제 2 앰프(AMP2), 저역회로(20), 중역회로(30), 고역회로(40), 하울링제거기(CF1)를 포함하여 구성된다.
1)저역회로
저역회로(20)는 20㎐~100㎐의 신호를 입력받아서 하울링신호를 추출하는 기능을 수행한다.
저역회로(20)는 20㎐~100㎐의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 2 앰프(AMP2), 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 1 발생기(SF1), 동기고정주파수 S11과 가칭 하울링신호 AF2를 입력받아서 주파수 측면에서 비교한 주파수비교신호 S12를 출력하는 제 1 비교기(FC1)와, 상기 주파수비교신호 S12와 가칭 하울링신호 AF2를 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S13을 출력하는 제 1 카운터(HC1)를 포함한다. 이때, 상기 가칭 하울링신호는 하울링만을 최대한 남게 한 신호를 의미한다.
2)중역회로
중역회로(30)는 100㎐~2㎑의 신호를 입력받아서 하울링신호를 추출하는 기능을 수행한다.
중역회로(30)는 100㎐~2㎑의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 3 앰프(AMP3), 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 2 발생기(SF2), 동기고정주파수 S21과 가칭 하울링신호 AF3을 입력받아서 주파수 측면에서 비교한 주파수비교신호 S22를 출력하는 제 2 비교기(FC2)와, 상기 주파수비교신호 S22와 가칭 하울링신호 AF3을 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S23을 출력하는 제 2 카운터(HC2)를 포함한다.
3)고역회로
고역회로(40)는 2㎑~20㎑의 신호를 입력받아서 하울링신호를 추출하는 기능을 수행한다.
고역회로(40)는 2㎑~20㎑의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 4 앰프(AMP4), 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 3 발생기(SF3), 동기고정주파수 S31과 가칭 하울링신호 AF4을 입력받아서 주파수 측면에서 비교한 주파수비교신호 S32를 출력하는 제 3 비교기(FC3)와, 상기 주파수비교신호 S32와 가칭 하울링신호 AF4를 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S33을 출력하는 제 3 카운터(HC3)를 포함한다.
한편, 상기 제 1 내지 제 3 카운터(HC1)(HC2)(HC3)로부터 출력된 하울링신호 S13, S23, S33와 상기 믹서(10)로부터 출력된 원래의 신호 S01을 입력받아서 하울링신호가 제거된 하울링제거신호 S02를 출력하는 제거기(CF1)를 포함하여 구성된다.
상술한 구성을 토대로 실시간 하울링 제거방법을 살펴본다.
입력단자를 통해 마이크 신호를 입력받아 오디오 신호와 함께 믹서(10)를 통하여 음성과 오디오 신호가 합성하여 출력된 신호(원래의 신호 원음)를 AMP1을 통하여 증폭하여서 각각의 주파수를 비교한 부분으로 분리하여 분리된 신호를 잡음과 기타신호를 분리하는 AMP2를 통해 AF2라는 하울링 신호와 합성된 SF1으로 부터 동기발생주파수를 AF2신호에 의하여 동작시킴으로써 동기발생주파수에서 나오는 S11신호와 AF2가 하울링 신호와 비교하여 일치하면 주파수비교신호 S12를 내보내면서 진짜 하울링 신호인가를 다시 한번 확인 한다.
주파수비교신호 S12가 나오고 있는 동안에 AF2의 신호를 넣고 주파수 주기를 측정하여서 카운터(HC1)에 의해서 저역에서는 3번, 중역에서는 4번, 고역에서는 5번을 카운트하여 일치하면 하울링 신호라고 인정하고 그 주파수를 이미 동기발생주파수에서 알 수 있으므로 S01의 신호에 따라서 CF1에서 다시 원음이 들어오는 상태에서 하울링신호를 제거하고 원음만을 하울링제거신호 S02로 내보내면서 항상 실시간으로 하울링 주파수를 측정하여 제거한다. 이렇게 함으로써 원음을 그대로 유지하면서 하울링을 제거 할 수 있다.
또한, HC1에서 저역, 중역, 고역의 카운트 수를 다르게 하는 것은 실제 저역에서는 그 파형의 주기가 길어서 실제 원음과 하울링을 구분하는 것이 3번이면 완전히 찾을 수 있다. 하지만 중역과 고역에서는 최초 발생하는 하울링 신호가 낮게 들어오면 놓칠 수 있는 염려가 있기 때문에 중역에서 4번, 고역에서는 5번 정도 카운트하여 완전한 하울링을 찾을 수 있다.
동기발생 주파수가 하울링 신호와 다른 신호에 의하여 동작하여도 주파수 비교기에서 하울링 신호와 동기발생에서 동작하는 신호 S11를 비교한다. 비교한 결과 일치하지 않을 경우에는 다시 S11 신호에 의하여 매번 리셋을 시켜주므로 매번 나올 때마다 1번의 신호만이 나왔다가 사라지는 방법이 반복될 것이다.
그러나 하울링 신호를 감지하면 동일한 주파수이기 때문에 주파수비교신호 S12를 내보내는 방법이 가능하다. 하울링 신호는 일정부분 반복되는데 있어서 초기발생 부분과 완전히 하울링이 되어서 우리가 들을 수 있는 상태가 될 때의 주파수로 변하므로 초기발생부분 3에서 5까지의 주기를 측정하여 진폭이 최대가 되기 전에 그 상반되는 위상을 걸어서 상쇄시키므로 초기의 신호만 제거할 수 있다
10 ; 믹서 AMP1 ~ AMP4 ; 제 1 내지 제 4 앰프
SF1 ~ SF3 ; 제 1 내지 제 3 발생기
FC1 ~ FC3 ; 제 1 내지 제 3 비교기
HC1 ~ HC3 ; 제 1 내지 제 3 하울링카운터
CF1 ; 제거기 20 ; 저역회로
30 ; 중역회로 40 ; 고역회로

Claims (3)

  1. 믹서(10), 제 1 앰프(AMP1), 제 2 앰프(AMP2), 저역회로(20), 중역회로(30), 고역회로(40), 하울링제거기(CF1)를 가진 실시간 하울링의 제거장치에 있어서,
    상기 저역회로(20)는 20㎐~100㎐의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 2 앰프(AMP2), 사전에 미리 설정된 동기발생 고정주파수를 발생하여 출력하는 제 1 발생기(SF1), 동기고정주파수 S11과 가칭 하울링신호 AF2를 입력받아서 주파수 측면에서 비교한 주파수 비교신호 S12를 출력하는 제 1 비교기(FC1)와, 상기 주파수비교신호 S12와 가칭 하울링신호 AF2를 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S13을 출력하는 제 1 카운터(HC1)로 이루어지고;
    상기 중역회로(30)는 100㎐~2㎑의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 3 앰프(AMP3), 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 2 발생기(SF2), 동기고정주파수 S21과 가칭 하울링신호 AF3을 입력받아서 주파수 측면에서 비교한 주파수비교신호 S22를 출력하는 제 2 비교기(FC2)와, 상기 주파수비교신호 S22와 가칭 하울링신호 AF3을 입력받아 하울링신호를 카운트하여 하울링신호 S23을 출력하는 제 2 카운터(HC2)로 이루어지고;
    상기 고역회로(40)는 2㎑~20㎑의 신호를 입력받아서 증폭하여 출력하는 제 4 앰프(AMP4), 사전에 미리 설정된 동기발생고정주파수를 발생하여 출력하는 제 3 발생기(SF3), 동기고정주파수 S31과 가칭 하울링신호 AF4을 입력받아서 주파수 측면에서 비교한 주파수비교신호 S32를 출력하는 제 3 비교기(FC3)와, 상기 주파수비교신호 S32와 가칭 하울링신호 AF4를 입력받아 하울링신호를 카운트하여, 하울링신호 S33을 출력하는 제 3 카운터(HC3)로 이루어진 것을 특징으로 하는 실시간 하울링의 제거장치.
  2. 믹서(10), 제 1 앰프(AMP1), 제 2 앰프(AMP2), 발생기, 비교기, 카운터로 이루어진 저역, 중역, 고역회로(20)(30)(40), 제거기(CF1)를 가진 실시간 하울링 제거장치를 이용한 실시간 하울링 제거방법에 있어서,
    상기 비교기로부터 주파수비교신호 S12가 나오고 있는 동안에 AF2의 신호를 상기 비교기 및 카운터에 동기 신호로 넣고, 주파수주기를 측정하여서 상기 카운터(HC1)가 저역에서는 3번, 중역에서는 4번, 고역에서는 5번을 카운트하여 일치하면 하울링 신호라고 인정하고 그 주파수를 이미 동기발생주파수에서 알 수 있으므로 상기 믹서(10)의 출력신호 S01에 따라서 상기 제거기(CF1)는 다시 원음이 들어오는 상태에서 하울링신호를 제거하고 원음만을 하울링제거신호 S02로 내보내면서 항상 실시간으로 하울링 주파수를 측정하여 제거하도록 한 것을 특징으로 하는 실시간 하울링의 제거방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하울링 신호는 일정부분 반복되는데 있어서 초기발생 부분과 완전히 하울링이 되어서 우리가 들을 수 있는 상태가 될 때의 주파수로 변하므로 초기발생 부분 3에서 5까지의 주기를 측정하여 진폭이 최대가 되기 전에 그 상반되는 위상을 걸어서 상쇄시켜 초기의 신호만 제거하도록 한 것을 특징으로 하는 실시간 하울링 제거방법.





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