KR101588028B1 - 서라운드 사운드 시스템 및 이를 위한 방법 - Google Patents

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로날뒤스 마리아 아르츠
베르네르 파울뤼스 요세퓌스 데 브뤼에인
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아키 사카리 헤르메
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

서라운드 사운드 시스템은 적어도 하나의 서라운드 채널을 포함하는 복수채널 공간 신호를 수신하는 수신기(301)를 포함한다. 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)는 표면의 반사를 통해 청취 위치(111)에 도달하기 위해 표면을 향하여 울트라사운드를 방출하기 위해 이용된다. 울트라사운드 신호는 특정하게 명목 청취자의 측방, 위 또는 후방으로부터 청취 위치에 도달할 수 있다. 제 1 구동 유닛(303)은 서라운드 채널로부터 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(301)를 위한 구동 신호 를 생성한다. 서라운드 사운드 신호를 제공하기 위한 울트라사운드 트랜스듀서의 이용은 스피커가 예를 들면, 이용자의 전방에 위치될 수 있게 하면서도 개선된 공간 경험을 제공한다. 특히, 울트라사운드 빔은 통상의 오디오 빔들보다 훨씬 좁고 확실하며 따라서 원하는 반사들을 제공하기 더 잘 지향될 수 있다. 일부 상황들에서, 울트라사운드 트랜스듀서(305)는 오디오 레인지 스피커(309)에 의해 보충될 수 있다.

Description

서라운드 사운드 시스템 및 이를 위한 방법{A SURROUND SOUND SYSTEM AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 서라운드 사운드 시스템에 관한 것으로, 특히 홈 시네마 서라운드 사운드 시스템에 관한 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
최근에, 예를 들면, 다양한 서라운드 사운드 시스템들의 광범위한 인기에 의해 증명되는 바와 같이 2 이상의 채널들로부터 공간 사운드 제공이 점점 더 보급되고 있다. 예를 들면, 홈 시네마 시스템들의 인기의 증가로 서라운드 사운드 시스템들은 많은 개인 가정들에서 일반적인 것이 되었다. 그러나, 통상의 서라운드 사운드 시스템들에서 문제는 이들이 적합한 위치들에 위치된 많은 수의 개별적 스피커들을 요구한다는 것이다.
예를 들면, 통상의 돌비 5.1 서라운드 사운드 시스템은 전방 중앙, 우측 및 좌측 스피커들 뿐만 아니라, 우측 및 좌측 후방 스피커들을 요구한다. 또한, 저 주파수 서브우퍼가 이용될 수도 있다.
많은 수의 스피커들은 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 이용자들에게 감소된 실용성 및 증가된 불편을 초래한다. 특히, 일반적으로 청취자들의 후방 뿐만 아니라, 전방에 여러 위치들에 스피커들이 필요하다는 것은 단점인 것으로 여겨진다. 후방 스피커들은 필요한 선 연결 및 실내의 내부에 이들이 가하는 물리적 영향에 기인하여 특히 문제가 된다.
이 문제를 완화시키기 위해서 서라운드 사운드 시스템들, 그러나 감소된 수의 스피커 위치들을 이용하여 재현 또는 에뮬레이트하는데 적합한 스피커 세트들을 생성하기 위해 연구가 착수되었다. 이러한 스피커 세트들은 사운드들이 사운드 환경 내 물체들로부터 반사들을 통해 이용자에게 도달되게 할 방향들로 사운드들을 지향시키기 위해 지향성 사운드 방사를 이용한다. 예를 들면, 오디오 신호들은 이들이 측벽들의 반사들을 통해 청취자에게 도달함으로써 사운드가 청취자의 측방(또는 심지어 뒤에서)에서 발원한다는 인상을 이용자에게 제공하게 되도록 지향될 수 있다.
그러나, 가상 사운드 소스들을 제공하는 이러한 방식들은 청취자의 후방에 위치된 실제 사운드 소스들보다는 덜 확실한 경향이 있고 감소된 오디오 퀄리티 및 감소된 공간 경험을 제공하는 경향이 있다. 사실, 원하는 가상 사운드 소스의 위치를 달성하는 원하는 반사들을 제공하기 위해 오디오 신호들을 정확하게 지향시키기는 흔히 어렵다. 또한, 이용자의 후방으로부터 수신되게 한 오디오 신호들은 직접적인 경로들 또는 대안적인 의도되지 않은 경로들을 통해 이용자에게 도달하는 경향이 있어 공간 경험을 떨어뜨린다.
그러므로, 개선된 서라운드 사운드 시스템은 잇점이 있을 것이고 특히 용이한 구현, 용이한 셋업, 감소된 수의 스피커들, 개선된 공간 경험, 개선된 오디오 퀄리티 및/또는 개선된 성능을 가능하게 할 시스템은 잇점이 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 바람직하게 위에 언급된 문제들 중 하나 이상으로 단독으로 또는 임의의 조합으로 완화시키거나 제거하려는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라서, 적어도 하나의 서라운드 채널을 포함하는 복수-채널 공간 신호를 수신하기 위한 회로; 표면의 반사를 통해 청취 위치에 도달하기 위해 표면을 향하여 울트라사운드를 방출시키기 위한 지향성 울트라사운드 트랜스듀서; 및 서라운드 채널의 서라운드 신호로부터 지향성 울트라사운드 트랜스듀서를 위한 제 1 구동 신호를 생성하기 위한 제 1 구동 회로를 포함하는, 서라운드 사운드 시스템이 제공된다.
본 발명은 개선된 서라운드 사운드 시스템을 제공할 수 있다. 특히, 시스템은 스피커가 청취자의 후방 또는 측방에 위치될 필요없이 가상 서라운드 사운드 소스를 제공할 수 있고 시스템에서 스피커들 또는 스피커 위치들의 수를 감소시킬 수 있다. 개선된 가상 서라운드 사운드 소스는 동일 정도에 제어될 수 없는 통상의 오디오 대역 신호가 아니라 고도로 지향적인 초음파 신호가 이용되기 때문에 제공될 수 있다. 방식은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서로부터 청취자에게 의도되지 않은 신호 경로들에 기인한 공간 열화가 감소될 수 있게 한다. 예를 들면, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서는 청취자의 전방에 위치될 수 있으나 반사를 위해 청취자로부터 떨어져 벽을 향한 각도로 놓여져 수 있다. 이러한 상황에서, 훨씬 감소되고 흔히 무의미한 량의 사운드가 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 실제 위치로부터 발원하는 것으로 인지될 것이다. 특히, 가상 서라운드 사운드를 생성하기 위한 훨씬 좁고 명료한 오디오 빔이 달성될 수 있고 그럼으로써 개선된 제어 및 개선된 공간 경험이 생길 수 있게 한다.
본 발명은 많은 실시예들에서 용이한 조작 및 구현을 할 수 있게 한다. 저가의 서라운드 사운드 시스템이 많은 상황들에서 달성될 수 있다.
서라운드 채널은 전방 채널이 아닌 임의의 공간 채널일 수 있다. 특히, 전방 좌측 채널, 전방 우측 채널 또는 전방 센터 채널이 아닌 임의의 채널일 수도 있다. 서라운드 채널은 구체적으로 사운드 소스에 의해 청취자 측방 또는 후방에 제공하기 위한 채널 및 특히 전방 센터 방향(예를 들면, 청취 위치에서 전방 센터 채널 스피커 위치로의 방향에 대응하는)에 대한 방향에 관하여 45°이상의 각도로 제공하게 한 채널일 수 있다.
지향성 울트라사운드 트랜스듀서는 청취자의 전방에 위치될 수 있다. 특히, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서는 전방 센터 방향(예를 들면, 청취 위치에서 전방 센터 채널 스피커 위치로의 방향에 대응하는)에 대한 방향에 관하여 45°미만의 각도로 위치될 수 있다. 지향성 울트라사운드 트랜스듀서는 예를 들면, 각각 좌측 전방 스피커 위치 및 우측 전방 스피커 위치보다 더 옆쪽인 아닌 곳에 위치될 수 있다.
서라운드 사운드 시스템은 오디오 레인지 스피커; 및 서라운드 신호로부터 오디오 레인지 스피커를 위한 제 2 구동 신호를 생성시키기 위한 제 2 구동 회로를 추가로 포함한다.
이것은 많은 실시예들에서 개선된 성능을 제공할 수 있으며 특히 많은 상황들에서 개선된 사운드 퀄리티를 제공할 수 있다. 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커는 공조하여 예를 들면, 더 나은 퀄리티 사운드 및/또는 증가된 사운드 레벨을 제공할 수 있다. 오디오 레인지 스피커는 많은 응용들에서 개선된 낮은 주파수 오디오 퀄리티를 제공할 수 있다. 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커는 공조하여 서라운드 사운드 채널에 대해 개선된 조합된 지향성 및 오디오 퀄리티를 제공할 수 있다.
지향성 울트라사운드 트랜스듀서로부터 사운드 신호는 주 공간 큐들을 이용자에게 제공할 수 있으며, 오디오 레인지 스피커는 특히 저 주파수들에서 전형적으로 지향성 울트라사운드 트랜스듀서로부터 이용가능한 것보다 더 높은 퀄리티 사운드를 제공함으로써 개선된 오디오 퀄리티를 제공할 수 있다.
지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커는 구체적으로 공존될 수 있다. 예를 들면, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커의 센터들은 서로 간에 1 미터, 또는 예를 들면, 50 cm 이내에 있을 수 있다. 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커는 단일 스피커 캐비넷에 조합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커를 위한 축상 방향들은 서로 간에 각도를 갖고 놓일 수 있다(예를 들면, 10°이상). 이것은 오디오 레인지 스피커로부터 신호에 대한 더 직접적인 경로를 제공하면서 예를 들면, 측방 또는 후방 방향들로부터 청취자에 도달하기 위해 표면을 향하여 초음파 신호의 개선된 방향이 가능하게 한다.
오디오 레인지 스피커는 구체적으로 전기역학(전형적으로 전방 파이어링(firing)) 스피커와 같은 통상의 오디오 스피커일 수 있다. 오디오 레인지 스피커는 구체적으로 10 kHz 미만의 동작 주파수 범위를 가질 수 있다. 이것은 구체적으로 서라운드 신호를 제공할 때 오디오 레인지 스피커가 지향성 울트라사운드 트랜스듀서를 보충하기 위해서만 이용되는 상황들의 경우일 수 있다. 그러나, 오디오 레인지 스피커가 다른 목적을 위해 이용될 때와 같은 상황들에서(이를테면 전방 측방 채널을 제공할 때와 같은), 동작 주파수 범위는 고 주파수들까지 확장될 수도 있다.
서라운드 사운드 시스템은 서라운드 신호로부터 발원하는 제 1 구동 신호의 제 1 신호 성분에 관하여 서라운드 신호로부터 발원하는 제 2 구동 신호의 제 2 신호 성분의 지연을 도입하기 위한 지연 회로를 추가로 포함한다.
이것은 개선된 성능을 제공할 수 있고, 특히 서라운드 신호가 초음파 신호의 방향으로부터, 즉 전형적으로 청취자의 측방, 후방 또는 위쪽일 수 있는 반사된 방향으로부터 발원하는 것으로 더 명확히 인지되는 것을 달성함으로써 개선된 공간 인지를 가능하게 한다. 지연은 구체적으로 지향성 울트라사운드 트랜스듀서로부터 신호가 오디오 레인지 스피커로부터 신호보다 먼저 수신되어 더 많은 공간 큐들을 제공하게 하는 지연일 수 있다.
방식은 고 오디오 퀄리티를 유지하면서 개선된 공간 경험 및 개선된 서라운드 사운드 지향성 인지를 제공하기 위해 프리시던스 또는 하스 효과를 이용할 수도 있다. 지연은 구체적으로 1 msec 내지 100 msec의 간격에 있을 수 있다.
지연은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서에서 청취 위치로의 송신 경로와 오디오 레인지 스피커에서 청취 위치로의 직접적인 경로 간에 송신 경로 지연 차이보다 단지 40 msec 더 크다.
이것은 개선된 성능을 제공할 수 있고, 특히 수신된 울트라사운드 신호 방향으로 단일 소스인 것으로 인지되는 서라운드 신호를 제공할 수 있다. 이에 따라, 이것은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커가 울트라사운드 신호가 수신된 방향에 위치된 단일 스피커처럼 보이게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개선된 성능은 16 msec 미만, 또는 심지어 5 msec 미만의 대응하는 상대적 지연에 대해 달성될 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 지연 회로는 송신 경로 지연 값에 응하여 지연을 가변시키도록 구성되고, 송신 경로 지연 값은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서에서 청취 위치까지의 송신 경로의 지연을 나타낸다.
이것은 개선된 성능을 제공할 수 있으며, 특히 수신된 초음파 신호 방향으로 단일 소스인 것으로 인지되는 서라운드 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커가 초음파가 수신된 방향으로 위치된 단일 스피커처럼 보이게 할 수 있다. 특정하게 송신 경로 지연 값에 일치하게 지연을 가변시킴으로써, 개선된 공간 및 단일 소스 인자가 달성될 수 있다.
송신 경로 지연 값은 예를 들면, 측정들(예를 들면, 청취 위치에 마이크로폰 을 이용하여)에 의해 결정될 수 있거나, 예를 들면, 오디오 레인지 스피커에서 청취 위치까지의 거리를 지정하는 이용자에 의해 수동으로 캘리브레이트될 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 지연 회로는 사운드 소스의 위치 값에 응하여 지연을 가변시키게 구성된다.
지연은 오디오 레인지 스피커 및 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 양쪽 모두로부터 신호들에 의해 결정되게 공간 인지를 조절하기 위해 가변될 수 있다. 특히, 두 신호들에 의해 제공된 공간 큐들은 오디오 레인지 스피커의 방향과 반사된 초음파 신호의 도달 방향 사이에서 사운드 소스 방향의 공간 인지를 제공하게 결합될 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 서라운드 신호로부터 제 1 구동 신호를 생성하기 위한 제 1 통과-대역 주파수 구간은 서라운드 신호로부터 제 2 구동 신호를 생성하기 위한 제 2 통과-대역 주파수 구간과는 다르다.
이것은 많은 상황들에서 오디오 퀄리티를 개선할 수 있으며 특히 개선되고 더 균질의 조합된 신호를 청취자에게 제공하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 제 1 통과-대역 주파수 구간에 대한 상측 차단 주파수는 기 제 2 통과-대역 주파수 구간에 대한 상측 차단 주파수보다 높다.
이것은 많은 상황들에서 오디오 퀄리티를 개선할 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 제 2 구동 회로는 저역통과 필터를 포함한다.
이것은 많은 상황들에서 오디오 퀄리티를 개선할 수 있다. 많은 상황들에서, 저역통과 필터는 잇점이 있게 600 Hz 내지 1 kHz의 구간에서, 또는 특히 750 Hz 내지 850 Hz의 구간에서 상측 (예를 들면, 6 dB) 차단 주파수를 갖는 것이 잇점이 있을 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 제 2 구동 회로는 또한 복수채널 공간 신호의 전방 채널로부터 제 2 구동 신호를 생성하도록 구성된다.
이것은 많은 실시예들에서 개선된 및/또는 감소된 복잡성의 서라운드 사운드 시스템을 제공할 수 있다. 특히, 동일 스피커가 전방 채널용으로 이용될 수 있고 아울러 서라운드 채널을 제공할 때 지향성 울트라사운드 트랜스듀서를 보충하기 위해 이용될 수 있기 때문에 감소된 수의 스피커들이 이용될 수 있게 한다. 전방 채널은 구체적으로 전방 좌측, 전방 우측 또는 전방 센터 채널일 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 서라운드 사운드 시스템은 오디오 레인지 스피커의 축상 방향에 관하여 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 축상 방향을 가변시키기 위한 수단을 추가로 포함한다.
이것은 많은 상황들에서 개선된 성능을 제공할 수 있으며, 특히 오디오 레인지 스피커로 예를 들면, 직접적인 경로에 의해 청취자에게 도달할 수 있게 하면서 최상의 반사 경로를 제공하기 위해 울트라사운드 신호의 방향을 최적화할 수 있게 함으로써 개선된 공간 경험을 갖게 한다. 축상 방향을 가변시키는 수단은 축상 방향을 가변시키는 회로일 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 서라운드 사운드 시스템은 마이크로폰으로부터 측정 신호를 수신하는 회로; 및 측정 신호에 응하여 서라운드 신호로부터 발원하는 제 1 구동 신호의 제 1 신호 성분에 관하여 서라운드 신호로부터 발원하는 제 2 구동 신호의 제 2 신호 성분의 레벨을 적응시키는 회로를 추가로 포함한다.
이것은 많은 상황들에서 개선된 성능을 제공할 수 있으며, 특히 개선된 오디오 퀄리티를 갖게 한다. 특히, 오디오 레인지 스피커에 의해 대부분 지원되는 주파수 범위와 지향성 울트라사운드 트랜스듀서에 의해 대부분 지원되는 주파수 범위 간에 원할한 크로스-오버를 할 수 있게 한다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 서라운드 신호로부터 발원하는 제 2 구동 신호의 제 2 신호 성분과 서라운드 신호로부터 발원하는 제 1 구동 신호의 제 1 신호 성분과의 정규화된 지연 보상된 상관은 단지 0.50이다.
이것은 일부 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 감소된 복잡성을 제공할 수 있다. 일부 상황들에서, 제 1 및 제 2 신호 성분들은 실질적으로 동일할 수 있다. 지연 보상은 구체적으로 제 1 신호 성분에 관하여 제 2 신호 성분의 의도적 지연을 보상할 수 있다. 지연 보상은 가장 큰 지연 보상된 상관(지연을 가변시킬 때)을 발견하는 것에 대응할 수 있다. 상관은 제 1 및/또는 제 2 신호 성분들의 진폭, 파워 및/또는 에너지에 관하여 정규화될 수 있다.
본 발명의 선택적 특징에 따라서, 서라운드 사운드 시스템은 마이크로폰으로부터 측정 신호를 수신하기 위한 회로; 및 측정 신호에 응하여 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 축상 방향을 적응시키기는 회로를 추가로 포함한다.
이것은 많은 상황들에서 개선된 성능을 제공할 수 있고, 특히 청취자에게 최상의 반사 경로를 제공하기 위해 초음파 신호의 방향을 최적화할 수 있게 함으로써 개선된 공간 경험을 갖게 한다.
본 발명의 일 양태에 따라서, 표면의 반사를 통해 청취 위치에 도달하도록 표면을 향하여 울트라사운드를 방출시키기 위한 지향성 울트라사운드 트랜스듀서를 포함하는 서라운드 사운드 시스템을 위한 동작 방법으로서, 적어도 하나의 서라운드 채널을 포함하는 복수-채널 공간 신호를 수신하는 단계; 및 서라운드 채널의 서라운드 신호로부터 지향성 울트라사운드 트랜스듀서를 위한 제 1 구동 신호를 생성하는 단계; 서라운드 신호로부터 오디오 레인지 스피커(309)를 위한 제 2 구동 신호를 생성하는 단계; 및 서라운드 신호로부터 발원하는 제 1 구동 신호의 제 1 신호 요소에 관하여 서라운드 신호로부터 발원하는 제 2 구동 신호의 제 2 신호 요소의 지연을 도입하는 단계를 포함하는, 상기 방법이 제공되고, 지연은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서로부터 청취 위치로의 송신 경로와 오디오 레인지 스피커로부터 청취 위치로의 직접 경로 사이의 송신 경로 지연 차 보다 높은 2 msec 이상이고 40 msec 이하이다.
본 발명의 이들 및 다른 면들, 특징들 및 잇점들은 이하 기술되는 실시예(들)로부터 명백할 것이고 이들에 관련하여 기술될 것이다.
본 발명의 실시예들은 단지 예로서 도면들에 관련하여 기술될 것이다.
도 1은 통상의 서라운드 사운드 시스템을 위한 스피커 시스템 셋업을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 서라운드 사운드 시스템을 위한 스피커 시스템 셋업의 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 서라운드 사운드 시스템의 요소들의 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 서라운드 사운드 시스템의 구동 회로의 요소들의 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 서라운드 사운드 시스템의 구동 회로의 요소들의 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 서라운드 사운드 시스템을 위한 스피커 시스템 셋업의 예를 도시한 도면.
도 7a는 저 진폭들에서 크로스-오버 주파수가 가능한 한 낮게 되도록 선택되는 동적 이득 함수의 주파수 영역의 예를 도시한 도면.
도 7b는 더 큰 출력 SPL이 될 수 있게 크로스-오버 주파수를 증가시키는 동적 이득 함수의 주파수 영역의 예를 도시한 도면.
도 8a는 저 진폭 설정을 위한 음향심리적으로 최적의 동적 이득을 생성하는 방법의 예의 주파수 영역을 나타낸 도면.
도 8b는 고 진폭 설정을 위한 음향심리적으로 최적의 동적 이득을 생성하는 방법의 예의 주파수 영역을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 동적 이득 함수를 가진 서라운드 사운드 시스템의 요소들의 예를 도시한 도면.
다음 설명은 5개의 공간 채널 서라운드 사운드 시스템에 적용할 수 있는 본 발명의 실시예들에 중점을 둔다. 그러나, 본 발명은 이 응용으로 제한되지 않으며 예를 들면, 7개 또는 심지어 그 이상의 공간 채널들을 가진 시스템들을 포함한 그외 많은 다른 서라운드 사운드 시스템들에 적용될 수 있음을 알 것이다.
도 1은 홈 시네마 시스템과 같은 통상의 5 채널 서라운드 사운드 시스템에서 스피커 시스템 셋업을 도시한 것이다. 시스템은 센터 전방 채널을 제공하는 센터 스피커(101), 좌측 전방 채널을 제공하는 좌측 전방 스피커(103), 우측 전방 채널을 제공하는 우측 전방 스피커(105), 좌측 후방 채널을 제공하는 좌측 후방 스피커(107), 및 우측 후방 채널을 제공하는 우측 후방 스피커(109)를 포함한다. 5개의 스피커들(101 ~ 109)은 함께 청취 위치(111)에서 공간 사운드 경험을 제공하며 이 위치에 청취자가 서라운딩 및 몰입적인 사운드 경험을 경험할 수 있게 한다. 많은 홈 시네마 시스템들에서, 시스템은 저 주파수 효과(LFE) 채널을 위한 서브우퍼를 추가로 포함할 수 있다.
스피커들이 청취 위치의 측방 또는 후방에 위치되어야 한다는 요구조건은 전형적으로 추가의 스피커들이 불편한 위치들에 위치되어야 함을 요구할 뿐만 아니라 이들이 구동원, 이를테면 전형적으로 홈 시네마 파워 증폭기에 연결되어야 할 것을 요구하기 때문에 매우 단점인 것으로 여겨진다. 전형적인 시스템 셋업에서, 와이어들이 서라운드 스피커 위치들(107, 109)에서 전방 스피커들(101, 103, 105) 근방에 전형적으로 위치되는 증폭기 유닛까지 이어져 있을 것이 요구된다. 이것은 사운드 경험을 위해 최적화되거나 이에 전용이 아닌 환경들에서 폭넓게 어필하고 응용할 수 있게 한 홈 시네마 시스템들 같은 제품들엔 특히 불편하다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스피커 시스템 셋업의 예를 도시한 것이다. 예에서, 전방 스피커들, 즉 좌측 전방 스피커(103), 중앙 스피커(101), 및 우측 전방 스피커(105)는 청취 위치(111)의 전방에 사운드 이미지를 제공한다. 그러나, 도 2의 시스템에서, 서라운드 사운드 신호들은 이용자의 후방에 위치된 개별적 스피커들에 의해 제공되는 것이 아니라 청취 위치(111)의 전방에 위치된 스피커들(201, 203)에 의해 제공된다. 구체적인 예에서, 좌측 서라운드 스피커(201)는 좌측 전방 스피커(103)에 인접하여 위치되고, 우측 서라운드 스피커(203)는 우측 전방 스피커(105)에 인접하여 위치된다.
예에서, 서라운드 스피커들(201, 203)은 청취자의 후방으로의 방향으로부터 청취 위치(111)에 도달하기 위해 측벽들(209, 211) 및 후방 벽(213)에 의해 반사되는 사운드 신호(205, 207)를 방사하도록 구성된다. 이에 따라, 후방 서라운드 스피커들(201, 203)은 청취자에게 뒤로부터 생성하는 것처럼 나타나는 서라운드 신호들(205, 207)을 제공한다. 이 효과는 후방 사운드 신호들(205, 207)이 벽들(209, 211, 213)에 의해 반사되게 이들 신호들을 방사함으로써 달성된다. 구체적인 예에서, 서라운드 사운드 신호들(205, 207)은 주로 측벽들(209, 211) 및 후방 벽(213)인 2개의 벽 반사들을 통해 청취 위치에 도달한다. 그러나, 다른 실시예들 및 상황들이 더 적은 또는 더 많은 반사들을 포함할 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 서라운드 신호들(205, 207)은 측벽(209, 211)의 단일 반사에 의해 청취 위치(111)에 도달함으로써 이용자의 측방에서 인지되는 가상 사운드 소스를 제공하게 방사될 수도 있다.
그러나, 도 2의 시스템에서, 서라운드 사운드 신호들(205, 207)은 통상의 오디오 사운드 신호들이 아니지만 오히려 울트라사운드 신호들로서 방사된다. 이에 따라, 시스템은 초음파 서라운드 사운드 신호들(205, 207)을 방사하는 울트라사운드 스피커를 채용한다.
이러한 울트라사운드 트랜스듀서들은 고 지향상 사운드 빔을 갖는다. 일반적으로, 스피커의 지향성(협소)은 파장들에 비교된 스피커의 크기에 달려있다. 가청 사운드는 몇 인치 내지 몇 피트 범위의 파장들을 가지며, 이들 파장들은 대부분의 스피커들의 크기에 필적하기 때문에, 사운드는 일반적으로 전방향으로 전파한다. 그러나, 울트라사운드 트랜스듀서에 있어서, 파장은 훨씬 더 작으며, 따라서 방사된 파장들보다 훨씬 크고 그럼으로써 이에 따라 매우 좁고 고도로 지향적인 빔을 형성하게 되는 사운드 소스를 생성하는 것이 가능하다.
이러한 고도로 지향적인 빔은 훨씬 더 잘 제어될 수 있고 도 2의 시스템에서 실내의 벽들(209 ~ 213)의 확실한 반사들을 통해 청취 위치(111)에 보내질 수 있다. 반사된 사운드는 양 귀에 도달하여 청취자에게 사운드 소스들이 실내의 후방에 위치되게 하였다는 인지를 줄 것이다. 유사하게, 울트라사운드 빔을 측벽 또는 천장에 보냄으로써, 인지된 사운드 소스들을 각각 청취자 측방 및 위로 생성시키는 것이 가능하다.
따라서, 도 2의 시스템은 청취 위치(111)의 전방에 위치된 서라운드 스피커들(201, 203)로서 또는 이들의 부분으로서 매우 지향적인 사운드 빔을 갖는 울트라사운드 트랜스듀서를 이용한다. 이 울트라사운드 빔은 반사된 사운드가 청취자의 양 귀에 도달하여 실내의 후방에 사운드 소스들이 위치되었다는 인지를 제공하게 되도록 실내의 측벽 또는 후방벽(209 ~ 213)에 용이하게 지향될 수 있다.
초음파 신호들(205, 207)은 구체적으로 서라운드 채널의 오디오 신호에 의해 울트라사운드 캐리어 신호를 진폭 변조함으로써 생성된다. 이어서, 이 변조된 신호는 서라운드 스피커들(201, 203)로부터 방사된다. 울트라사운드 신호는 청취자에 의해 직접적으로 인지될 수 없으나 오디오 신호 변조는 임의의 특정한 기능, 수신기 또는 청취장치에 대한 필요성 없이 자동으로 들릴 수 있게 될 수 있다. 특히, 트랜스듀서에서 청취자로의 오디오 경로에서 임의의 비선형성은 복조기로서 작용함으로써 울트라사운드 캐리어 신호를 변조하기 위해 이용되었던 원 오디오 신호를 재생성할 수 있다. 이러한 비선형성은 송신 경로에서 자동으로 생성할 수 있다. 특히, 전송 매체로서 공기는 울트라사운드가 가청 가능해지게 하는 비선형 특징을 내재적으로 나타낸다. 이에 따라, 예에서, 공기 자체의 비선형 특성들은 큰 세기의 울트라사운드 신호로부터 오디오 복조를 야기한다. 이에 따라, 초음파 신호는 자동으로 복조되어 오디오 사운드를 청취자에 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 비선형성은 추가의 수단에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 톤 울트라사운드 신호는 청취 위치(예를 들면, 비교적 제약된 청취 존을 제공하기 위해 위로부터)로 방사될 수 있다. 이어서, 2개의 초음파 신호들의 혼합에 의해 오디오 신호를 복조 및 재생성될 수 있게 된다.
오디오 방사를 위한 울트라사운드 트랜스듀서들의 이용의 예들 및 자세한 설명은 예를 들면, PhD 논문 "Sound from Ultrasound: The Parametric Array as an Audible Sound Source" by F. Joseph Pompei, 2002, Massachusetts Institute of Technology에서 발견될 수 있다.
서라운드 채널들의 울트라사운드 방사의 이용은 매우 좁은 빔을 제공한다. 이것은 반사들이 더 잘 규정되고 제어될 수 있게 하며, 특히 청취 위치에 "도달 각도"의 더 정확한 제어를 제공할 수 있다. 이에 따라, 방식은 서라운드 사운드 소스들의 가상 인지된 위치가 훨씬 더 규정되고 제어되게 할 수 있다. 또한, 울트라사운드 신호의 이용은 이러한 위치가 점원에 가까이 있는 것으로 인지되게, 즉 덜 스미어되게 할 수도 있다. 또한, 울트라사운드 트랜스듀서의 좁은 빔은 다른 경로들을 따른 사운드의 방사를 감소시키며 구체적으로 직접적인 경로를 통해 청취 위치에 도달하는 임의의 사운드의 사운드 레벨을 감소시킨다.
따라서, 기술된 방식은 이용자에 의해 인지되는 실질적으로 더 낫게 정의된 가상 서라운드 사운드 위치를 제공한다. 특히, 청취자에게 제공된 공간 방향 큐들은 실질적으로 더 정확하며 더 균질이고 후방에 사운드 소스 위치에 일관된다(또는 청취자의 측방에).
구체적인 예에서, 서라운드 스피커들(201, 203)은 단지 울트라사운드 트랜스듀서를 내포하거나 울트라사운드 신호들만을 방사하지 않는다. 그보다는, 서라운드 스피커들(201, 203) 각각은 오디오 주파수 범위(예를 들면, 5 ~ 10 kHz 미만)의 사운드를 방사하는 오디오 레인지 스피커 뿐만 아니라, 울트라사운드를 벽들(205, 207)을 향하여 방출하기 위한 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 양쪽 모두를 포함하는 스피커 장치를 포함한다.
특히, 이러한 초음파 방식들의 이용에 기인한 오디오 사운드 퀄리티는, 일부 실시예들 및 상황들에서, 변조 오디오 신호를 가청가능하게 하기 위해 초음파 캐리어를 복조하는 프로세스가 비효율적이고 본질적으로 비선형이기 때문에 최적이 아니다. 그러므로, 초음파 스피커들은 전형적으로 차선의 사운드 퀄리티를 제공하는 경향이 있고 또한 저 파워 취급 용량을 갖는 경향이 있어 고 사운드 레벨들을 생성하는 것을 어렵게 한다.
도 2의 시스템에서, 이 효과는 서라운드 채널로부터 사운드의 일부를 더욱 방사하는 전기역학적 전방-파이어링 스피커에 의해 보충되는 울트라사운드 트랜스듀서에 의해 완화된다. 이 오디오 대역 신호 방사는 직접적인 경로를 통해 청취 위치(111)에 도달할 수 있다. 이에 따라, 반사된 울트라사운드 신호들(205, 207) 외에도, 서라운드 스피커들(201, 203)은 구체적으로 직접적인 경로에 의해 청취자에게 도달할 수 있는 오디오 대역 신호들(215, 217)을 생성할 수도 있다.
따라서, 시스템에서, 청취 위치(111)에 의해 인지되는 좌측 서라운드 채널의 사운드는 복조된 초음파 신호(205) 및 직접적인 오디오 대역 신호(215)의 조합이다. 유사하게, 청취 위치에서 청취자에 의해 인지되는 우측 서라운드 채널의 사운드는 복조된 초음파 신호(207)와 직접적인 오디오 대역 신호(217)의 조합이다.
지향성 울트라사운드 트랜스듀서를 보충하기 위한 오디오 레인지 스피커의 이용은 많은 실시예들에서 개선된 사운드 퀄리티를 제공한다. 특히, 낮은 주파수들에서 개선된 사운드 퀄리티를 제공할 수 있다. 이러한 낮은 주파수들은 전형적으로 높은 주파수들만큼 많은 공간 큐들을 제공하지 않을 수 있으므로 청취자는 여전히 서라운드 사운드를 후방으로부터 도달하는 것으로 인지할 수 있고, 즉 여전히 후방에 가상 사운드 소스들이 있는 것으로 인지할 수 있다.
그러나, 도 2의 구체적인 실시예에서, 오디오 레인지 스피커로부터 방사된 서라운드 사운드 신호는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서로부터 방사된 서라운드 사운드 신호에 관하여 지연된다. 이에 따라, 예에서, 반사된 울트라사운드 빔의 방향으로만 도달하는 사운드의 인지가 확실히 유지될 수 있게 하기 위해서 초음파 신호에 관한 오디오 레인지 스피커의 사운드의 지연이 도입된다.
이 방식은 소위 "프리시던스 효과"("하스 효과" 또는 "제 1 파면 법칙"이라고도 함")로서 알려진 음향심리학적 현상에 기초한다. 이 현상은 동일 사운드 신호가 상이한 위치들에 그리고 충분히 작은 지연을 갖고 2개의 소스들로부터 수신될 때, 사운드가 앞에 있는 사운드 소스의 방향으로부터만, 즉 먼저 도착하는 신호로부터만 오는 것으로 인지됨을 나타낸다. 이에 따라, 음향심리학적 현상은 사람 뇌가 먼저 수신된 신호 성분들으로부터 대부분의 공간 큐들을 도출한다는 사실을 말한다.
따라서, 함께 동작하는 오디오 레인지 스피커에 의해 지향성 울트라사운드 트랜스듀서를 보충한 결과는 반사 위치에 사운드 소스의 확실한 분명한 인지가 달성되고 이와 동시에 전형적으로 통상의 스피커에 연관되는 고 퀄리티 사운드를 제공한다는 것이다.
일부 실시예들에서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 종래의 스피커는 방사된 신호들의 동일한 오디오 성분들을 재생할 수 있고, 즉, 미처리된 서라운드 사운드 입력 신호(오디오 레인지 스피커에 대해 적용되는 지연을 제외하고)는 두 소스들로부터 방사될 수 있다. 다른 실시예들에서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커는 예를 들면, 공간 환상의 확고함을 더욱 개선하기 위해서, 입력 신호의 주파수 범위의 상이한, 아마도 겹치는, 부분들을 재현할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 서라운드 스피커 장치 및 연관된 구동 기능의 예를 도시한 것이다. 명확성 및 간략성을 위해서, 도 3의 예의 좌측 서라운드 채널에 관련하여 예가 기술될 것이다. 그러나, 예 및 원리는 우측 서라운드 채널 또는 실제로는 임의의 서라운드 채널에 똑같이 적용될 수 있음을 알 것이다.
도 3은 5.1 서라운드 신호와 같은 복수-채널 공간 신호를 수신하는 수신기(301)를 도시한 것이다. 복수-채널 공간 신호는 예를 들면, 각각의 채널에 한 오디오 신호인 일군의 아날로그 신호들일 수 있으며, 또는 디지털로 인코딩된 복수-채널 공간 신호일 수 있다. 후자의 경우에, 복수-채널 공간 신호가 인코딩될 수 있고, 수신기(301)는 신호를 디코딩하도록 구성될 수 있다.
복수-채널 공간 신호는 외부 또는 내부 소스와 같은 임의의 적합한 소스로부터 수신될 수 있음을 알 것이다.
복수-채널 공간 신호는 적어도 하나의 서라운드 채널을 포함한다. 특히, 복수-채널 공간 신호는 전방 방향으로부터 청취자에게 제공되게 한 하나 이상의 전방 채널들(구체적인 예에서 3개의 전방 채널들)을 포함한다. 또한, 청취자의 측방 또는 후방에 사운드 소스 위치에 연관된 적어도 하나의 서라운드 채널이 포함된다. 이에 따라, 서라운드 채널은 전방 위치가 아닌 사운드 소스 위치에 연관되며, 구체적으로 좌측(맨 좌측) 및 우측(맨 우측) 전방 스피커들에 의해 제공되는 각도 밖이다. 구체적인 예에서, 복수-채널 공간 신호는 2개의 서라운드 채널들, 즉 좌측 후방 채널 및 우측 후방 채널을 포함한다.
도 3은 서라운드 채널들 중 하나의 처리를 더욱 예시한다. 특히, 도 3은 좌측 후방 스피커 위치에 연관된 기능의 요소들을 도시한다.
수신기(301)는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에 결합되고 이를 위한 구동 신호를 생성할 수 있는 제 1 구동 유닛(303)에 결합된다. 또한, 수신기(301)는 오디오 레인지 스피커(309)에 결합되고 이를 위한 구동 신호를 생성할 수 있는 제 2 구동 유닛(307)에 결합된다. 이에 따라, 예에서, 수신된 좌측 후방 서라운드 채널 신호는 제 1 구동 회로(303) 및 제 2 구동 회로(307)에 공급된다. 구동 회로들(303, 307)은 좌측 후방 서라운드 채널이 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309) 양쪽 모두, 즉 울트라사운드 신호 및 오디오 신호 양쪽 모두로서 방사되게 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309)를 각각 구동한다.
일부 실시예들에서, 제 1 구동 회로(303)는 간단히, 좌측 후방 오디오 신호 를 울트라사운드 캐리어 주파수로 변조하는 울트라사운드 변조기 및 이에 이어 적합한 사운드 출력 레벨을 생성하기 위해 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)를 위한 적합한 레벨로 신호를 증폭하는 파워 증폭기를 포함할 수 있다. 전형적인 응용들에서, 울트라사운드 캐리어 주파수는 20 kHz(예를 들면, 약 40 kHz) 이상이고, 음압 레벨은 110 dB (흔히 약 130 ~ 140 dB) 이상이다.
제 2 구동 회로(307)는 간단히 오디오 레인지 스피커(309)를 직접 구동하는 적합한 파워 증폭기를 포함할 수 있다.
이에 따라, 근본적으로 동일한 오디오 신호가 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309)에 공급될 수 있다. 특히, 제 1 구동 회로(303) 및 오디오 레인지 스피커(309)의 출력 신호들의 오디오 신호 성분들 간 상관은 매우 높을 수 있고, 특히 에너지 정규화된 상관은 0.5 이상일 수 있다. 두 구동 회로들(303, 307)로부터 오디오 신호들이 서로에 대해 지연되는 상황들에서, 상관은 이러한 지연에 대한 보상 후에 결정될 수 있다. 상관은 구체적으로 두 구동 회로들(303, 307)로부터 구동 신호들의 오디오 신호들 간에 최대 상관으로서 결정될 수 있다.
그러나, 다른 실시예들에서, 제 1 구동 회로(303) 및/또는 제 2 구동 회로(307)는 오디오 신호 성분들이 두 경로들에서 다르게 처리하게 되는 처리를 포함할 수 있다. 특히, 앞서 언급된 바와 같이, 오디오 레인지 스피커(309)를 위한 오디오 신호는 지연되고/지연되거나 필터링될 수 있다.
도 4는 지연 및 필터링 동작들 양쪽 모두를 포함하는 제 2 구동 회로(307)의 예를 구체적으로 도시한 것이다. 예에서, 서라운드 신호는 먼저 지연(401)에서 지연되고 이어서 저역통과 필터(403)에서 필터링된다. 지연되고 저역통과 필터링된 오디오 신호는 이어서 파워 증폭기(405)에 공급되고 파워 증폭기(405)는 오디오 레인지 스피커(309)를 위한 적합한 레벨로 신호를 증폭한다.
이에 따라, 예에서, 지연은 청취자가 모든 또는 대부분의 사운드가 오디오 레인지 스피커(309)로부터 오디오 신호(215)의 방향으로부터가 아니라 반사된 사운드 빔(205)의 방향으로부터 발원하는 것으로 인지할 수 있게 하기 위해서 오디오 레인지 스피커(309)를 위한 신호에 더해진다. 결과는 후방 벽(213)으로부터 반사의 위치에서 그렇지만 개선된 음질의 오디오 레인지 스피커(309)를 가진 사운드 소스의 확실한, 분명한 인지이다.
이 프리시던스(또는 하스) 효과는 두 스피커들이 동일한 신호를 방사하지만 한 신호가 다른 신호에 관하여 짧은 지연을 갖고 수신될 때 생성한다. 효과는 일반적으로 약 1 ms 내지 전형적으로 5 ~ 40 ms의 상한의 범위 내 상대적 지연에 대해서서 생성한다. 이러한 상황에서, 사운드는 지연되지 않은 스피커의 방향으로부터 도달하고 있는 것으로 인지된다. 상한은 확고히 신호에 유형에 달려있다. 약 5 ms의 가장 낮은 값은 매우 짧은, 클릭 또는 펄스와 같은 사운드들에 대해 유효하고 40 ms까지의 높은 값들은 스피치에 대해 일어날 수 있다. 지연이 상한 위로 증가된다면, 지연안 된 소스의 위치에 사운드 소스들의 인지적 퓨전은 더 이상 일어나지 않으며, 두 소스들은 개별적으로 (에코) 인지된다. 반면, 지연이 프리시던스 효과(약 1 ms)의 하한보다 작다면, "서밍 로컬라이즈(summing localization)"이 일어나며, 단일 사운드 소스이 두 사운드 소스들 사이에 위치에서 인지된다.
예에서, 지연은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)로부터의 신호가 오디오 레인지 스피커(309)로부터의 신호보다 약간 앞에서 수신되게 설정된다.
최적 프리시던스 효과를 달성하기 위해서, 지연은 매우 주의깊게 달성되어야 하며, 특히 지연 τ은 두 성분들을 포함하는 제 2 구동 회로(307)에 적용되어야 한다. 제 1 지연 성분 τt1은 각각 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309)로부터 발원하는 음파들에 대해 청취자의 양 귀까지의 상이한 경로 길이들에 기인한 이동 시간차를 보상한다. 도 2로부터 명백한 바와 같이, 송신 경로 지연은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에서 측벽(209) 상에 반사 지점까지의 거리(DU1)와, 후방 벽(213) 상에 반사 지점부터 측벽(209) 상에 반사 지점까지의 거리(DU2)와, 후방 벽(213) 상에 반사 지점부터 청취 위치(111)까지의 거리(DU3)를 합한 것에 대응한다. 거리차는 오디오 레인지 스피커(309)에서 청취 위치(111)까지의 경로 길이(DC)를 감산함으로써 발견될 수 있다. 따라서, 이 거리차는 DU1 + DU2 + DU3 - DC이고, 따라서 이것을 보상하기 위해서, τt1 = (DU1 + DU2 + DU3 - DC)/c 초(c는 사운드의 속도)의 지연이 요구된다.
이 지연을 적용함으로써 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)로부터 반사된 사운드 및 오디오 레인지 스피커(309)로부터의 직접적인 사운드가 동시에 청취자'의 양 귀에 도달하도록 된다. 이 보상 지연 외에, 프리시던스 효과가 달성되기 위해서 추가의 지연 성분 τt2이 요구된다. 따라서, 오디오 레인지 스피커(309)의 신호에 적용되는 총 지연은 τ = τt1 + τt2이다.
앞서 언급된 바와 같이, τt2의 값은 이것이 신호 유형에 따르는 것인 1 ms 내지 프리시던스 효과의 상한 사이에 있는 한 매우 중요하진 않다.
가장 중요한 유형의 신호로서 짧은 클릭들에 있어서,τt2에 대한 상한은 5 ms이고, 따라서 일부 상황들에선 1 ~ 5 ms 범위 내에서 지연 τt2을 선택하는 것이 잇점이 있을 수 있다. 이러한 지연은 예를 들면, 송신 경로 지연이 알려져 있고 정적인 구성을 주위 깊게 셋업하는 것이 가능한 상황들에서 이용될 수 있다.
그러나, 보상 지연 τt1(송신 경로 지연)을 위해 필요한 값은 거의 실내의 기하구조적 레이아웃, 스피커 배치 및 청취 위치에 좌우되고, 전형적인 구성들에선 몇 ms 내지 수십 ms(예를 들면, 3 ~ 30ms)의 범위이다. 이것은 1 ~ 5 ms의 작은 τt2의 경우에 총 요구되는 지연 τ이 τt1의 정확한 값에 의해 훨씬 많이 결정됨을 의미하며, τt1의 값을 실제 기하학적 구성에 주의 깊게 대응하게 설정하는 것이 필요하다.
따라서, 일부 실시예들에서, 지연(401)은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에서 청취 위치(111)까지의 송신 경로에 대한 송신 경로 지연 값에 응하여 가변될 수 있는 지연일 수 있다. 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에 대한 송신 경로 지연 값은 오디오 레인지 스피커(309)에서 청취 위치(111)까지의 송신 경로에 대한 송신 경로 지연에 의해 감소되고 그럼으로써 경로 변화를 벌충하기 위해 이용되는 송신 경로 지연 차이 값을 생성할 수 있다.
송신 경로 지연 보상은 이용자에 의해, 예를 들면, 상대적 송신 경로 지연 τt1을 설정함으로써 수동으로 실행될 수 있다. 이 설정은 예를 들면, 이용자에 의해, 또는 원하는 효과가 인지될 때까지 이용자가 수동으로 지연을 조절하게 함으로써, 2개의 물리적 경로 길이들의 측정에 기초할 수 있다.
또 다른 예로서, 마이크로폰은 청취 위치(111) 내 배치되고 구동 기능에 결합될 수 있다. 마이크로폰으로부터 측정 신호는 송신 경로 지연 차를 보상함과 아울러 원하는 프리시던스 효과를 제공하게 지연(401)을 맞추기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 범위 거리 측정 프로세스는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309)로부터 캘리브레이션 신호들을 방사시킴으로써 실행될 수 있다.
이에 따라, 기술된 예에서 시스템은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에서 청취 위치(111)까지의 송신 경로와 오디오 레인지 스피커(309)에서 청취 위치(111)까지의 경로 간에 송신 경로 지연 차이보다 큰 40 msec만인 지연을 도입시키게 구성된다. 사실, 많은 실시예들에서, 지연은 단지 15 msec이거나 이 송신 경로 지연 차보다 5 msec 큰 것이 잇점이 있다. 사실, 이것은 송신 경로 지연 차이의 결정에 기초하여 시스템의 캘리브레이션 및 적응에 의해 달성될 수 있고/있거나 특정한 실내 특징들에 대해 스피커들의 위치를 제어함으로써 달성될 수 있다.
큰 범위로 이용하는 경우들에서 시스템을 실제 기하학적 구성에 덜 민감하게 되게 하고 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)의 반사된 사운드의 방향으로 확고한 로컬라이즈를 보증하기 위해서, 일부 실시예들에서 τt2의 값을 비교적 높게 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 많은 상황들에서 이 방식의 잇점은 대부분의 경우들에 있어서 특정한 구성에 따라 지연 τt1을 설정할 필요가 없을 것임을, 즉 동일 지연이 송신 경로 지연 차이에서 비교적 큰 변화에 적합할 것이라는 것이다. 그러나, τt2가 5 ms보다 크게 설정될 수 있기 때문에, 프리시던스 효과는 퍼쿠시브 음악에서 트랜지엔트들과 같은 매우 짧은 신호들에 대해선 더 이상 완벽하게 나타나지지 않을 수 있다.
그러나, 예에서, 제 2 구동 회로(307)는 오디오 대역 신호가 오디오 레인지 스피커(309)에 공급되기 전에 이를 저역 통과 필터링하는 저역통과 필터(403)를 포함한다. 이에 따라, 예에서, 오디오 레인지 스피커(309)는 주로 서라운드 신호의 주파수 스펙트럼의 하측 부분을 재생하기 위해 이용되며 트랜지엔트들을 포함하는 스펙트럼의 고 주파수 부분은 주로 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(306)에 의해 재생된다.
이에 따라, 예에서, 제 1 구동 회로(303) 및 제 2 구동 회로(305)를 위한 통과-대역들은 서로 다르다.
저역통과 필터(403)의 차단 주파수는 오디오 레인지 스피커(309)로부터 방사되는 사운드로부터 트랜지엔트들을 효과적으로 걸러내고 그럼으로써 프리시던스 효과에 대한 지연 요건을 완화시키게 충분히 낮게 설정될 수 있다. 그러나, 오디오 레인지 스피커(309)에 의해 효과적으로 재생되는 가장 높은 주파수와 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에 의해 효과적으로 재생되는 가장 낮은 주파수 간에 갭이 없게 하도록 충분히 크게 설정될 수도 있다. 사실, 울트라사운드 트랜스듀서들이 흔히 불량한 저-주파수 응답을 갖기 때문에, 차단 주파수는 원할한 크로스-오버를 보증하게 효과적으로 설정될 수 있다.
실제 실험들은 전형적인 거실 구성에서 그리고 입력 신호들로서 다양한 유형들의 음악에 대해서 10 ms의 τt2의 값 및 800 Hz의 저역통과 차단 주파수에 의해 매우 만족스러운 결과들이 달성될 수 있음을 시사하였다.
일부 실시예들에서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)와 오디오 레인지 스피커(309) 간 크로스-오버는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309)의 기지의 특징들에 기초하여 저역통과 필터의 적합한 설계에 의해 제어될 수 있는데, 즉, 정적인 크로스-오버 성능이 설계될 수 있다.
그러나, 청취 위치에서 인지되는 크로스-오버가 특정 환경의 특징들뿐만 아니라 이들 특징들에 변화들에 좌우되기 때문에, 크로스-오버는 일부 실시예들에서 피드백 메커니즘에 기초하여 맞추어질 수 있다.
예를 들면, 청취 위치(111)에 위치된 마이크로폰으로부터의 측정 신호는 크로스-오버를 맞게 맞추기 위해 이용될 수 있다. 구체적으로, 오디오 레인지 스피커(309)에 관한 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)를 위한 신호 레벨은 마이크로폰 신호에 기초하여 조절될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 저역통과 필터(403)의 차단 주파수가 조절될 수 있다.
예로서, 제 2 구동 유닛(307)은 마이크로폰 신호를 수신할 수 있다. 이것을, 차단 주파수(예를 들면, 500Hz ~ 700 Hz) 미만의 주파수 구간에 신호 레벨 및 차단 주파수(예를 들면,(900)Hz ~ 1100 Hz) 이상의 주파수 구간에 신호 레벨을 결정하기 위해 분석할 수 있다. 저 주파수 구간에 신호 레벨이 고 주파수 구간에 주파수 구간보다 낮다면, 파워 증폭기(405)의 증폭 및/또는 저역통과 필터(403)의 차단은 증가되어 오디오 레인지 스피커(309)로부터의 신호 레벨이 증가되게 할 수도 있다. 반대로, 저 주파수 구간에 신호 레벨이 고 주파수 구간에 주파수 구간보다 높다면, 파워 증폭기(405)의 증폭 및/또는 저역통과 필터(403)의 차단은 감소되어 오디오 레인지 스피커(309)로부터의 신호 레벨이 감소되게 할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 지연(401)에 의해 제공되는 지연은 반사된 신호의 도달 방향에 대응하는 것이 아니라 그보다는 이 위치와 오디오 레인지 스피커(309)의 위치 간 위치에 대응하는 공간 사운드 소스 위치가 인지되도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 이들 지점들 사이에 원하는 위치를 나타내는 사운드 소스 위치 값이 제공될 수 있고, 따라서 제 2 구동 유닛(307)은 지연을 설정할 수 있게 된다.
이것은 구체적으로 지연 τt2을 0 내지 1 ms 사이의 값에 설정함으로서 달성될 수 있다. 이 경우에, 프리시던스 효과보다는 "서밍 로컬라이즈" 인지가 일어나게 될 것이다. 이것은 반사된 울트라사운드 빔의 방향들과 오디오 레인지 스피커(309) 사이에서 소스가 인지되게 한다. 그러므로, 지연을 제어함으로써, 인지된 가상 소스의 위치는 통상의 스테레오 재생과 유사한 방식으로 제어될 수 있다. 이러한 실시예들은 바람직하게 지연의 정확한 설정을 보증하기 위해서 송신 경로 지연 차이의 정확한 추정 또는 결정을 수반한다.
프리시던스 효과는 지연된 및 비-지연된 스피커들이 신호의 주파수 스펙트럼의 상이한 부분들을 재생하는 상황에서 나타날 것이라는 것은 현 지식으로부터 자명하지 않은 것에 유의해야 한다. 그보다는, 프리시던스 효과의 음향심리학에서 교시하는 바는 동일 신호가 2개의 소스들로부터 방사되는 상황으로 제약된다. 그러나, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309)에 의해 재생되는 주파수 구간들 간에 거의 중첩이 없이 실제 실험들이 실행되었다. 이들 실험들은 두 소스들이 주파수 내용은 서로 다르지만 동일 인벨로프 변조 또는 유사한 전체 시간적 신호 특징들을 공유하고 있는 신호들을 재생한다면 프리시던스 효과가 나타남을 보여주었다.
예에서, 오디오 레인지 스피커(309) 및 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)는 서로 각을 이루도록 구성되는데, 즉 이들의 축상 방향들 또는 주 파이어링 방향들은 서로 각을 이루고 있다. 이것은 많은 상황들에서 개선된 성능을 제공할 수 있고 특히 오디오 레인지 스피커(309)가 청취 위치(111)에 직접 겨낭될 수 있게 하면서 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)가 신호를 직접 측벽에 방사하게 할 수 있다. 이에 따라, 서라운드 스피커(201)는 상이한 어쿠스틱 환경들에서 최적의 사운드 재생을 위해 캘리브레이트되고 그럼으로써 개선된 오디오 퀄리티 및/또는 개선된 공간 경험을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)의 축상 방향은 오디오 레인지 스피커(309)의 축상 방향에 관하여 가변될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 변화는 수동으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 청취자는 청취 위치에 도달하기 위해 최적의 반사들을 제공하는 측벽 반사 지점을 향하여 초음파 사운드 빔이 보내질 수 있게 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)의 각도를 지향시키는 수단이 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305) 및 오디오 레인지 스피커(309) 중 적어도 하나의 방향은 피드백 캘리브레이션 루프에 의해 설정될 수 있다. 예를 들면, 구동 유닛은 청취 위치(111)에 마이크로폰에 결합될 수 있고 이로부터 측정된 신호를 수신할 수 있다. 이것은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)의 각도 및 이에 따라 벽들(209, 213) 상에 반사 지점들을 조절하기 위해 이용될 수 있다. 캘리브레이션 신호는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)(그외 모든 다른 스피커들이 묵음인 상태에서)에 공급될 수 있고, 초음파 빔의 방향은 이것이 마이크로폰에 의해 측정된 가장 큰 신호 레벨을 제공할 때까지 조절될 수 있다.
초음파 빔의 방향은 전기적으로(예를 들면, 빔 포밍 기술을 이용하여) 또는 예를 들면, 수동으로 조절될 수 있거나 서보 모터들에 의해 구동될 수 있는 힌지식 메커니즘 상에 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)를 장착함으로써 변경될 수 있다.
도 2의 예에서, 각각의 공간 채널은 이 자신의 개개의 스피커에 의해 방사된다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 기술된 방식은 서라운드 스피커들(201, 203)이 이용자의 전방에 위치되게 하거나 특히 전방 스피커들(101, 103, 105) 중 하나에 함께 놓이거나 인접하게 있게 하면서도 효과적인 서라운드 경험을 갖게 한다. 그러나, 이것은 동일 스피커가 공간 채널들 중 하나 이상을 제공하게 한다. 이에 따라, 많은 실시예들에서, 서라운드 스피커들(201, 203)은 전방 채널들 중 하나를 제공하기 위해 이용될 수 있다.
구체적인 예에서, 좌측 서라운드 스피커(201)는 좌측 전방 채널 및 우측 서라운드 스피커(203)을 제공할 수 있고 우측 전방 채널을 제공할 수 있다. 그러나, 좌측 및 우측 전방 채널들이 전방으로부터, 즉 스피커 위치로부터 직접 오는 것으로 나타나게, 청취 위치(직접적인 경로를 통해)에 직접 제공되어야 할 때, 전방 채널은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)로부터가 아니라 오디오 레인지 스피커(309)로부터만 제공된다.
이것은 특히 좌측 서라운드 채널의 신호로부터만이 아니라 좌측 전방 채널로부터도 생성되는 오디오 레인지 스피커(309)를 위한 구동 신호에 의해 달성될 수 있다. 도 5는 구체적으로 지연되고 저역통과 필터된 좌측 서라운드 신호를 좌측 전방 신호와 결합하는 결합기(501)를 포함하게 도 4의 제 2 구동 유닛(307)이 어떻게 수정될 수 있는지를 도시한 것이다. 예에서, 결합기(501)는 저역통과 필터(403)와 파워 증폭기(405) 사이에 삽입된다.
따라서, 좌측 전방 스피커(103) 및 우측 전방 스피커들(105)은 제거되고 대신에 좌측 서라운드 스피커(201)의 오디오 레인지 스피커(309) 및 우측 서라운드 스피커(203)의 오디오 레인지 스피커(309)가 이용되어 도 6의 시스템이 될 수 있다.
이에 따라, 기술된 방식의 매우 현저한 잇점은 전방에 위치된 스피커들에 의해 서라운드 사운드들이 생성되게 할 뿐만 아니라 필요한 스피커들의 총 개수를 줄일 수 있게 한다는 것이다.
대안적으로 또는 추가로, 서라운드 스피커들(203, 205)은 센터 채널용으로 이용될 수도 있다. 예를 들면, 좌측 전방 채널이 결합기(501)에 공급되는 대신에 이에 센터 채널이 공급될 수도 있다. 이에 따라, 좌측 서라운드 스피커(203)의 오디오 레인지 스피커(309)는 센터 채널을 방사하기 위해 이용될 수도 있다. 마찬가지로 센터 채널은 우측 서라운드 스피커(205)가 좌측 및 우측 서라운드 스피커들(203, 205)에 의해 방사되는 센터 채널 신호에 대해 중앙에서 인지되는 사운드 소스의 위치를 제공하기 위해 결합기(501)에 공급될 수도 있다.
사실, 일부 실시예들에서, 시스템은 서라운드 스피커들(203, 205)만을 이용하여 공간 서라운드 사운드를 제공할 수 있고, 특히 서라운드 스피커들(203, 205) 은 좌측 및 우측 서라운드 채널 양쪽 모두와, 좌측 및 우측 전방 채널, 및 센터 채널을 재생성하기 위해 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 구동 유닛(301)은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에 의해 제공되는 적어도 하나의 서라운드 채널과는 복수-채널 공간 신호의 적어도한 다른 채널의 신호의 특징에 응하여 구동 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 구동 신호는 이들 다른 채널들 중 하나 이상의 신호 레벨에 응하여 생성될 수 있다.
사실, 많은 상황들에서, 울트라사운드 스피커를 이용하여 매우 높은 사운드 레벨들을 생성하는 것이 가능하지 않거나 바람직하지 않다. 이것은 예를 들면, 울트라사운드 노출에 대한 규제들에 의해서 또는 실제 구현 제약들에 의해 제한될 수 있다. 또한 울트라사운드의 주관적 효과는 총 노출 시간에 달려 있고 이에 따라 이 시간은 잇점이 있게 제한될 수도 있다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 제 1 구동 신호는 복수-채널 공간 신호의 다른 오디오 채널들에 의해 생성되는 음압 레벨을 고려하기 위해 생성될 수 있다. 따라서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서에 의해 생성된 울트라사운드는 다른 채널들 중 하나 이상에서 신호 레벨이 기준을 충족하는 시간들로 제한될 수 있다. 특히, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서는 전체 오디오 레벨이 낮을 때의 시간들에서만 이용될 수 있고 그럼으로써 청취자에게 안전한 노출 레벨을 제공하기 위해 지향성 울트라사운드 트랜스듀서가 확실히 제약될 수 있다. 특히, 낮은 전체 음압 레벨 및 구별되는 서라운드 오디오 효과들을 가진 시퀀스들은 영화용 오디오에서 일반적이고 기술된 방식은 예를 들면, 특히 홈 시네마 시스템들용으로 적합할 수 있다.
지향성 울트라사운드 트랜스듀서들(305s)은 내재적으로 낮은 효율 및 불량한 저 주파수 응답을 갖는다. 사운드가 생성되게 하는 지배하는 비선형 프로세스는 가청 사운드가 변조 인벨로프의 제곱의 2차미분에 비례함을 언급하는 Berktay(Berktay, H. O. (1965). Possible exploitation of non-linear acoustics in underwater transmitting applications. J. Sound Vib.,(2),435-461)의 원장 근사화에 의해 근사화될 수 있다.
Figure 112012000516447-pct00001
y(t)는 오디오 신호이고 E(t)는 변조 인벨로프이다. E(t)는 재생되는 오디오 신호 의 함수이다. 2차 미분항은 f2에 비례하는 주파수 종속적 이득 함수를 도입하며, f는 주파수이다. 이 이득 함수는 주파수에서 매 제곱에 대해서 초음파 스피커의 효율은 12 dB만큼 증가함을 의미한다.
지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)로부터 고 품질 오디오를 제공하기 위해서 등화함수는 밸런스 주파수 응답을 제공하기 위해 적용되어야 한다. 내재적 f2 종속성을 등화시키기 위해서, 필터는 1/f2 관계를 갖고 입력 신호에 인가될 수 있다. 이 필터는 12 dB 기울기를 가진 저역통과 필터와 등가이다.
이 저역통과 등화 필터에 대해 -3dB 점(차단 주파수)의 선택은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서에 대해 최대 달성가능한 오디오 출력 음압 레벨(SPL)을 결정한다. 모든 것들이 동일할 때, 2000 Hz에서 차단 주파수를 갖는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서는 1000 Hz에서 차단 주파수를 갖는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서보다 12 dB 더 크게 재현할 수 있다.
발명에서 기술된 바와 같이, 오디오 레인지 스피커(309)는 이 차단 주파수 미만의 중간/저 주파수들을 제공하기 위해 이용된다. 이상적으로 저 주파수 차단점은 가능한 한 낮은 주파수에 있도록 선택될 것이다. 이것은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서가 로컬라이즈 목적들을 위해 더 많은 큐들을 제공하며 오디오 레인지 스피커에 의해 야기되는 로컬라이즈 큐들이 최소화됨을 의미한다. 한편, 저 주파수들에서 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 오디오 출력은 낮아, 시스템의 최대 출력 SPL을 제한시킨다.
전형적인 지향성 울트라사운드 트랜스듀서는 1000 Hz에서 약 70 dB의 최대 오디오 출력이 되게 할 수 있다. 홈 시네마 사운드 재생에 있어서, 70 dB은 몰입적이고 포용하는 효과를 생성하기엔 충분하지 않을 수 있다. 홈 시네마 사운드 재생에 유용하도록 최대 진폭은 증가될 필요가 있을 수 있다.
지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 SPL을 증가시키는 것은 트랜스듀서의 동작 한계들을 빠르게 초과하여 전자장치들이 심한 왜곡을 나타내고 위험한 레벨들의 울트라사운드를 전송할 가능성이 것이기 때문에 간단히 SPL을 증가시키는 것은 가능하지 않다. 더 큰 주관적 진폭을 달성하기 위해 동적 이득 함수가 이용될 수 있다. 동적 이득 함수는 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 등화 필터의 저 주파수 차단 및 오디오 레인지 스피커에 적용되는 저역통과 필터(403) 차단 주파수를 순시 오디오 SPL 요건들에 기초하여 자동으로 변경시킨다. 이에 따라 인입 오디오에 기초하여 두 필터들의 인입 오디오 신호 -3 dB 점들은 필요한 SPL에 도달되게 자동으로 조절된다. 대부분의 기본 구현에서 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 저 주파수 차단 및 오디오 레인지 스피커를 위한 저역통과 필터(403)의 -3 dB 주파수는 동일하며 크로스오버 주파수라 지칭될 수 있다.
예를 들면, 제공될 신호가 진폭이 낮을 때, 크로스오버 주파수는 가능한 한 낮게 되도록 선택될 수 있고, 도 7a를 참조한다. 이 선택은 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 반사 지점으로부터 오디오 큐들을 최대화하여, 강한 청각적 환상을 제공한다. 제공될 신호의 진폭이 주어진 크로스오버 주파수에서 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 최대 SPL 용량을 초과한다면, 크로스오버 주파수는 더 높은 주파수들에서 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 개선된 효율을 이용하기 위해 증가될 수 있고, 도 7b를 참조한다. 이 선택은 오디오 SPL 출력을 더 높게 하고 왜곡을 더 낮출 수 있게 하나, 청각적 환상의 강도를 약간 낮춘다. 이에 따라 동적 이득 함수는 오디오 환상의 강도를 최대 시스템 SPL과 절충한다.
도 7a 및 도 7b의 범례에서 이용되는 "울트라사운드 스피커" 및 "통상의 스피커"는 각각 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 및 오디오 레인지 스피커임에 유의한다. 도 8a 및 도 8b에 대해서 마찬가지로 적용된다.
순시 크로스오버 주파수 및 시스템 SPL을 규정하는 관계는 Berktay의 공식에서 f2 의존성으로부터 구성될 수 있다. P1000이 최대 비왜곡 오디오 SPL(Pascal)이라면, 초음파 스피커는 1000 Hz에서 달성될 수 있고, Pslg는 요구되는 순시 SPL(Pascal)이고, 크로스오버 지점 fc는 다음 식과 같다.
Figure 112012000516447-pct00002
위에 기술된 실시예에서, 크로스오버 주파수 가 증가됨에 따라, 오디오 레인지 스피커로부터 원치않는 지향성 큐들이 증가하는 반면 지향성 울트라사운드 트랜스듀서로부터 투사된 지향성 오디오 큐들의 상대적 강도는 감소한다. 결과는 미약한 오디오 환상이다. 성능을 최대화하기 위해서, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서의 저 주파수 차단 및 오디오 레인지 스피커에 대한 저역통과 필터의 차단 주파수는 음향심리학적으로 최적화된 시스템에 기초하여 독립적으로 제어될 수 있다. 이 서라운드 사운드 시스템은 중요 범위의 주파수들, 예를 들면, 800 Hz 내지 2000 Hz에 대해 저 주파수 스피커에 의해 전달되는 에너지를 제한시킬 것이다. 이 방식으로, 지향성 울트라사운드 트랜스듀서에 의해 투사되는 지향성 오디오 큐들의 상대적 강도는 평탄한 주파수 응답의 대가로 이 중요 주파수 대역에 대해 유지되며, 도 8a 및 도 8b를 참조한다. 이제 동적 이득 함수는 평탄한 주파수 응답에 대해 최대 진폭을 절충할 수 있고 청각적 환상의 강도는 거의 영향을 받지 않는다. 동적 이득 함수 의 정확한 본질은 모든 오디오 출력 레벨들에서 환상 강도를 최대화하기 위해 최적화된 음향심리학적 가중 함수에 의해 결정된다.
동적 이득 함수의 선택은 응용에 따를 수 있다. 예를 들면, HiFi 응용들에 대해서, 평탄한 주파수 응답은 가장 중요한 인자인 것으로 간주될 수 있고 기본적인 동적 이득 방식이 채용될 수도 있을 것이다. 홈 시네마 응용에 있어서, 후방으로부터 강한 로컬라이즈 큐들을 달성하는 것은 가장 중요한 인자인 것으로 간주될 수 있다. 이 경우 음향심리적으로 최적화된 동적 이득 함수가 가장 적합할 것이다.
도 9는 발명에 따라 동적 이득 함수를 갖는 서라운드 사운드 시스템의 구조예를 도시한 것이다. 이 구조는 동적 이득 제어 유닛(900)을 추가로 포함하는 도 2의 구조이다. 상기 유닛(900)은 위에 논의된 바와 같이 최대 SPL에 기초하여 크로스오버 주파수를 조절한다. 크로스-오버 주파수는 제 1 구동 회로(303) 및 제 2 구동 회로(307)에 전달된다.
명확성을 위한 상기 설명은 상이한 기능 회로들, 유닛들 및 프로세서들에 관련하여 본 발명의 실시예들을 기술하였음을 알 것이다. 상이한 기능 회로들, 유닛들 또는 프로세서들 간에 기능의 임의의 적합한 분배가 발명 내에서 이용될 수도 있음이 명백할 것이다. 예를 들면, 개별적 프로세서들 또는 제어기들에 의해 실행될 것으로 예시된 기능은 동일한 프로세서 또는 제어기들에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 특정 기능 유닛들 또는 회로들로의 참조들은 엄밀한 논리적 또는 물리적 구조 또는 구성을 나타내기보다는 기술된 기능을 제공하기 위한 적합한 수단에 대한 참조로서만 보아야 한다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 어떤 조합을 포함한 임의의 적합한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명은 선택적으로 하나 이상의 데이터 프로세서들 및/또는 디지털 신호 프로세서들에서 실행되는 컴퓨터 소프트웨어로서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예의 요소들 및 성분들은 물리적으로, 기능적으로, 및 논리적으로 임의의 적합한 방식으로 구현될 수 있다. 실제로, 기능은 단일 유닛, 복수의 유닛들 또는 그외 기능 유닛들의 부분으로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 단일 유닛으로 구현될 수 있거나, 상이한 유닛들 및 프로세서들 간에 물리적으로 기능적으로 분산될 수도 있다.
본 발명이 일부 실시예들에 관련하여 기술되었을지라도, 여기에 개시된 특정 형태로 제한하려는 것은 아니다. 그보다는 본 발명의 범위는 동반된 청구항들에 의해서만 제한된다. 부가적으로, 특징이 특정 실시예들에 관련하여 기술된 것으로 보일지라도, 당업자는 기술된 실시예들의 다양한 특징들이 발명에 따라 조합될 수 있음을 인식할 것이다. 청구항들에서, 용어 포함하는(comprising)은 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
또한, 개별적으로 열거되었을지라도, 복수의 수단, 요소들, 회로들 또는 방법의 단계들은 예를 들면, 단일의 회로, 유닛 또는 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 또한, 개개의 특징들이 상이한 청구항들에 포함될 수 있을지라도, 이들은 아마도 잇점이 있게 조합될 수 있으며, 상이한 청구항들에 포함은 특징들의 조합이 가능하지 않고/않거나 잇점이 없다는 것을 의미하지 않는다. 또한, 청구항들의 한 부류에 특징의 포함은 이 부류로의 한정을 의미하지 않으며 그보다는 특징은 적합할 때 다른 청구항 부류들에 동등하게 적용될 수 있음을 나타낸다. 또한, 청구항들에 특징들의 순서는 특징들이 작동되어야 하는 임의의 특정한 순서를 의미하지 않으며 특히 방법 청구항에 개개의 단계들의 순서는 이 순서로 실행되어야 함을 의미하지 않는다. 그보다는 단계들은 임의의 적합한 순서로 실행될 수 있다. 또한, 단수 표현들은 복수를 배제하지 않는다. 따라서, 부정관사("a", "an"), "제 1", "제 2" 등의 언급들은 복수를 배제하지 않는다. 청구항들에 참조부호들은 단지 명확하게 하려는 예로서만 제공되며 어떠한 식으로든 청구항들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않을 것이다.
301: 수신기 303: 제 1 구동 유닛
305: 지향성 울트라사운드 트랜스듀서 307: 제 2 구동 유닛
403: 저역통과 필터 405: 파워 증폭기
501: 결합기
900: 동적 이득 제어 유닛

Claims (15)

  1. 서라운드 사운드 시스템에 있어서:
    적어도 하나의 서라운드 채널을 포함하는 복수-채널 공간 신호를 수신하기 위한 회로(301);
    표면의 반사를 통해 청취 위치(111)에 도달하기 위해 상기 표면을 향하여 울트라사운드를 방출시키기 위한 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(directional ultrasound transducer)(305);
    상기 서라운드 채널의 서라운드 신호로부터 상기 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)를 위한 제 1 구동 신호를 생성하기 위한 제 1 구동 회로(303);
    오디오 레인지 스피커(309);
    상기 서라운드 신호로부터 상기 오디오 레인지 스피커(309)를 위한 제 2 구동 신호를 생성시키기 위한 제 2 구동 회로(307); 및
    상기 서라운드 신호로부터 발원하는 상기 제 1 구동 신호의 제 1 신호 성분에 관하여 상기 서라운드 신호로부터 발원하는 상기 제 2 구동 신호의 제 2 신호 성분의 지연을 도입하기 위한 지연 회로(401)를 포함하고,
    상기 지연은 상기 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)에서 상기 청취 위치(111)까지의 송신 경로와 상기 오디오 레인지 스피커(309)에서 상기 청취 위치(111)까지의 직접적인 경로 간 송신 경로 지연 차보다 더 큰 1 msec 이상이고 40 msec이하인, 서라운드 사운드 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연 회로(401)는 송신 경로 지연 값에 응하여 상기 지연을 가변시키도록 구성되고, 상기 송신 경로 지연 값은 상기 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(309)에서 상기 청취 위치(111)까지의 송신 경로의 지연을 나타내는, 서라운드 사운드 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연 회로(401)는 사운드 소스의 위치 값에 응하여 상기 지연을 가변시키도록 구성되는, 서라운드 사운드 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 서라운드 신호로부터 상기 제 1 구동 신호를 생성하기 위한 제 1 통과-대역 주파수 구간은 상기 서라운드 신호로부터 상기 제 2 구동 신호를 생성하기 위한 제 2 통과-대역 주파수 구간과는 다른, 서라운드 사운드 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 통과-대역 주파수 구간에 대한 상측 차단 주파수는 상기 제 2 통과-대역 주파수 구간에 대한 상측 차단 주파수보다 높은, 서라운드 사운드 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 회로(307)는 저역통과 필터(403)를 포함하는, 서라운드 사운드 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 회로(307)는 또한 상기 복수-채널 공간신호의 전방 채널로부터 상기 제 2 구동 신호를 생성하도록 구성된, 서라운드 사운드 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 오디오 레인지 스피커(305)의 축상(on-axis) 방향에 관하여 상기 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(309)의 축상 방향을 가변시키기 위한 회로를 추가로 포함하는, 서라운드 사운드 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    마이크로폰으로부터 측정 신호를 수신하는 회로; 및
    상기 측정 신호에 응하여 상기 서라운드 신호로부터 발원하는 상기 제 1 구동 신호의 제 1 신호 성분에 관하여 상기 서라운드 신호로부터 발원하는 상기 제 2 구동 신호의 제 2 신호 성분의 레벨을 적응시키는 회로를 추가로 포함하는, 서라운드 사운드 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 서라운드 신호로부터 발원하는 상기 제 2 구동 신호의 제 2 신호 성분과 상기 서라운드 신호로부터 발원하는 상기 제 1 구동 신호의 제 1 신호 성분과의 정규화된 지연 보상된 상관은 단지 0.50인, 서라운드 사운드 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    마이크로폰으로부터 측정 신호를 수신하기 위한 회로; 및
    상기 측정 신호에 응하여 상기 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(309)의 축상 방향을 적응시키기는 회로를 추가로 포함하는, 서라운드 사운드 시스템.
  12. 표면의 반사를 통해 청취 위치(111)에 도달하도록 상기 표면을 향하여 울트라사운드를 방출시키기 위한 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)를 포함하는 서라운드 사운드 시스템을 위한 동작 방법에 있어서:
    적어도 하나의 서라운드 채널을 포함하는 복수-채널 공간 신호를 수신하는 단계;
    상기 서라운드 채널의 서라운드 신호로부터 상기 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)를 위한 제 1 구동 신호를 생성하는 단계;
    서라운드 신호로부터 오디오 레인지 스피커(309)를 위한 제 2 구동 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 서라운드 신호로부터 발원하는 제 1 구동 신호의 제 1 신호 요소에 관하여 서라운드 신호로부터 발원하는 상기 제 2 구동 신호의 제 2 신호 요소의 지연을 도입하는 단계를 포함하고,
    상기 지연은 상기 지향성 울트라사운드 트랜스듀서(305)로부터 청취 위치(111)로의 송신 경로와 상기 오디오 레인지 스피커(309)로부터 청취 위치(111)로의 직접 경로 사이의 송신 경로 지연 차 보다 높은 1 msec 이상이고 40 msec 이하인, 서라운드 사운드 시스템을 위한 동작 방법.
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