KR101602298B1 - 음량측정기를 이용한 오디오시스템 - Google Patents

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오우진
황정진
서영대
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금오공과대학교 산학협력단
(주) 로임시스템
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Abstract

본 발명은 오디오시스템을 운영함에 있어 스피커 음향이 가장 작게 들리는 음향 사각지대에 음량측정기를 설치하고, 음량측정기로 입력되는 스피커 출력 신호 성분의 음량이 듣기에 적절하도록 볼륨 조절하여 음향 사각지대 없이 스피커 음향을 들을 수 있게 하거나, 또는 스피커 출력 신호 성분의 에너지, 음량 또는 음압을 가시적으로 표시하여 강사의 입장에서 적절한 크기로 발성하여 성대결절 등의 건강상 위험 요인 없이 강의할 수 있게 하고, 모든 청중이 명료하게 알아들을 수 있는 적정 볼륨으로 조절함으로써 과도하게 볼륨을 키워 발생하였던 하울링도 억제할 수 있는 음량측정기를 이용한 오디오시스템에 관한 것이다.

Description

음량측정기를 이용한 오디오시스템{AUDIO SYSTEM USING SOUND LEVEL METER}
본 발명은 오디오시스템을 운영함에 있어 스피커 음향이 가장 작게 들리는 음향 사각지대에 음량측정기를 설치하고, 음량측정기로 입력되는 스피커 출력 신호 성분의 음량이 듣기에 적절하도록 볼륨 조절하여 음향 사각지대 없이 스피커 음향을 들을 수 있게 하거나, 또는 스피커 출력 신호 성분의 에너지, 음량 또는 음압을 가시적으로 표시하여 강사의 입장에서 적절한 크기로 발성하여 성대결절 등의 건강상 위험 요인 없이 강의할 수 있게 하고, 모든 청중이 명료하게 알아들을 수 있는 적정 볼륨으로 조절함으로써 과도하게 볼륨을 키워 발생하였던 하울링도 억제할 수 있는 음량측정기를 이용한 오디오시스템에 관한 것이다.
마이크, 스피커 및 마이크의 입력신호를 신호처리하여 스피커로 출력하는 신호처리기로 구성되는 오디오 시스템은 강사의 목소리를 마이크로 집음하여 증폭 출력함으로써, 다수의 청중이 들을 수 있게 한다.
또한, 스피커와 마이크 사이의 공간 상에는 피드백 채널(Feed Back Channel)이 존재하여서, 스피커로 출력한 음향이 마이크를 통해 집음되어 스피커로 출력되는 정궤환 증폭에 따라 하울링(Howling)이 발생할 수 있으므로, 신호처리기에는 피드백 채널을 선형필터로 모델링하고, 모델링한 선형필터를 이용하여 추정되는 반향신호를 마이크를 통한 입력신호에서 차감함으로써 하울링을 억제하는 반향제거수단을 장착한다.
그런데, 오디오 시스템을 동작시킬 시에는 설치된 공간에서 모든 청중이 명료하게 들을 수 있도록 스피커의 볼륨을 조절하여야 하는데, 강사마다 목소리 크기가 상이하고, 동일한 강사라 하더라도 때에 따라 목소리 크기가 달라질 수 있다. 이에, 강사가 바뀔 때에 볼륨을 조절하여야 하지만 강의하는 도중에도 피로도에 따라 목소리 크기가 달라지면 적절한 볼륨으로 조절하여야 하는 불편을 감수하여야 했다.
더욱이, 강사는 스피커의 출력 음향이 가장 작게 들리는 위치에서 명료하게 듣고 있는지를 알수 없고, 이에, 목소리를 필요이상으로 크게 하는 경우가 다반사이며, 이럴 경우, 쉽게 피로해고 목이 쉬며, 심하게는 성대결절의 원인이 되기도 한다. 또한, 필요이상으로 스피커 볼륨을 크게 하거나 아니면 강사가 무리하여 크게 발성하면, 청중의 청취 환경이 좋지 아니하고, 반향제거수단으로 억제되지 아니하는 하울링 성분이 증가 증폭될 수 있다.
한편, 공개특허 제10-2004-0037892호는 다채널 앰프를 구비한 오디오 시스템에서 음량센서가 부착된 원격조정기를 사용하여 특정 음원을 스피커로 출력시켜 음량을 측정함으로써 음량센서의 위치에서 각 스피커의 음량을 균형있게 청취하도록 각 스피커 출력 음량을 조정할 수 있었다.
하지만, 공개특허 제10-2004-0037892호는 음량센서가 부착된 원격조정기를 이동시키며 사용해야 하고, 특정 음향을 스피커로 출력시키며 볼륨 조절해야 하고, 특정 음향을 출력할 때에만 볼륨을 조절할 수 있어서, 강의 중에는 사용하기에 불편하고, 주변 잡음이 있을 시에 적절한 볼륨으로 조절하기 어려우며, 강사의 목소리 크기가 달라지는 경우에는 이에 적응하여 볼륨 조절할 수도 없다.
KR 10-2004-0037892 A 2004.05.08.
따라서, 본 발명은 청중 모두가 명료하게 들을 수 있는 볼륨을 자동 조절하거나 또는 강사의 음량 상태를 알 수 있게 하고, 잡음이 있는 상황에서도 적절한 볼륨 조절 또는 적절한 음량을 표시하여 주며, 강사 목소리의 크기 변동에 강건하게 적응하며 동작하는 음량측정기를 이용한 오디오시스템을 제공하는 데 그 목적을 둔다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스피커(30)와 마이크(10) 사이의 피드백 채널(Feedback Channel)에 의해 마이크(10)로 입력되는 반향신호를 스피커(30)의 출력신호로부터 추정한 의사반향신호를 생성하고, 마이크(10)를 통한 입력신호에서 의사반향신호를 차감한 후 스피커(30)로 출력하는 음량측정기를 이용한 오디오시스템에 있어서, 스피커(30)가 설치된 공간에 설치되어 음향을 전기신호로 입력받는 음량측정기(100); 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 신호 간의 상관분석(correlation analysis)에 의해 음향 전기신호에 섞인 스피커 출력신호 성분의 에너지 비율을 산출하고, 산출한 비율이 미리 설정된 비율값 이상일 경우에 음향 전기신호에 포함된 스피커 출력신호 성분의 에너지를 채택하며, 채택한 에너지를 누적하여 평균을 산출하는 에너지추정기(200); 의사반향신호를 차감한 마이크 입력신호를 볼륨 조절하여 스피커(30)로 출력되게 하되, 에너지추정기(200)에서 산출하는 평균 에너지가 미리 설정한 에너지 값으로 수렴하도록 볼륨 조절하는 볼륨조절기(300);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, 스피커(30)와 마이크(10) 사이의 피드백 채널(Feedback Channel)에 의해 마이크(10)로 입력되는 반향신호를 스피커(30)의 출력신호로부터 추정한 의사반향신호를 생성하고, 마이크(10)를 통한 입력신호에서 의사반향신호를 차감한 후 스피커(30)로 출력하는 오디오시스템에 있어서, 스피커(30)가 설치된 공간에 설치되어 음향을 전기신호로 입력받는 음량측정기(100); 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 신호 간의 상관분석(correlation analysis)에 의해 음향 전기신호에 섞인 스피커 출력신호 성분의 에너지 비율을 산출하고, 산출한 비율이 미리 설정된 비율값 이상일 경우에 음향 전기신호에 포함된 스피커 출력신호 성분의 에너지를 채택하며, 채택한 에너지를 누적하여 평균을 산출하는 에너지추정기(200); 에너지추정기(200)에서 산출한 평균 에너지, 평균 에너지에 대응되는 음압 또는 음량을 가시적으로 인지 가능하게 표시하는 음량표시기(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 에너지추정기(200)는 음량측정기(100)의 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 신호를 미리 정한 길이의 샘플로 이루어진 블록 단위로 상관분석하여 블록 단위의 에너지에 대해 채택여부를 결정하며, 채택한 에너지의 누적 평균을 산출할 시에 망각률(forgetting factor)를 적용함을 특징으로 한다.
상기 에너지추정기(200)는 스피커로 출력되는 신호 중에 청감 특성(hearing characteristic)에 따라 청감이 상대적으로 높은 미리 설정된 대역의 신호를 추출하여 추출한 대역의 신호에 대한 에너지의 누적 평균을 산출함을 특징으로 한다.
상기 볼륨 조절기(300)로 볼륨 조절하여 수렴시키려는 상기 미리 설정한 에너지 값은 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호 성분 중에 스피커로 출력되는 신호 성분을 제외한 주변 잡음 성분의 에너지에 미리 설정한 값을 더하여 얻어지는 값임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 음량측정기로 집음되는 스피커 출력 신호 성분의 레벨에 따라 선별적으로 에너지를 취하여 누적 평균하며, 누적 평균의 크기를 적절한 값으로 수렴하도록 볼륨 조절하므로, 잡음이 섞인 상황 및 강사가 발성하지 아니한 것으로 간주되는 상황에서도 사각지대 없이 적절한 음압 또는 음량으로 강건하게 적응하여 적절한 크기로 확성 출력할 수 있다.
또한, 본 발명은 음량표시기를 구비하는 일실시예에 따르면, 모든 청중이 명료하게 들을 수 있는 상황을 즉각적으로 알 수 있어서, 강사가 무리하지 아니하고 적절하게 발성하며 강의하게 안내하고, 무리한 발성에 의한 건강상의 유해요인 없이 강의할 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 청감 특성(hearing characteristic)에 따라 정한 주파수 대역을 추출하여 볼륨 조절의 기준으로 삼음으로써, 청중이 더욱 명료하게 들을 수 있는 볼륨으로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음량측정기를 이용한 오디오시스템의 사용 상태도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음량측정기를 이용한 오디오시스템의 구성도.
도 3은 에너지추정기(200)의 세부 블록 구성도.
도 4는 등청감곡선(Equal-Loudness Contour)의 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 공지의 기술에 대해서는 본 발명의 특징적 구성을 이해를 위해 필요할 정도로만 설명하는 것으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음량측정기를 이용한 오디오시스템의 사용 상태도로서, 예를 들면 강사가 청중을 상대로 강의하는 강의실 내에 본 발명을 설치한 상태를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음량측정기를 이용한 오디오시스템의 구성도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 음량측정기를 이용한 오디오시스템은 일반적인 오디오시스템에 음량측정기(100), 에너지추정기(200), 볼륨조절기(300) 및 음량표시기(400)를 추가 장착한 것이다.
일반적인 오디오시스템의 구성요소는 강사의 강의 음성을 집음하여 전기적 음향신호로 변환하는 마이크(10)와, 마이크(10)에서 변환된 전기적 음향신호를 입력받아 스피커(30)로 출력하되, 스피커(30)와 마이크(10) 사이의 공간 상에 형성되는 피드백 채널(Feedback Channel)를 통해 마이크(10)로 입력되는 반향신호를 추정한 의사반향신호를 생성하여서 마이크(10)로 입력되는 전기적 음향신호에서 의사반향신호를 차감한 후 스피커(30)로 출력시키는 반향제거기(20)가 내장된 신호처리기(A)와, 신호처리기(A)에 의해 신호처리된 전기적 음향신호를 음파로 출력하여서 강사의 강의 음성을 강의실 내의 다수 청중에게 확성된 음성으로 들려주는 스피커(30)를 포함하여 구성된다.
신호처리기(A)에 내장된 반향제거기(20)에 대해서 도 2를 참조하여 설명하면, 피드백 채널을 모델링한 선형필터를 내장하여 스피커(30)의 출력신호(x)을 입력받아 선형필터로 필터링함으로써 의사반향신호(d)를 생성하는 반향채널 에뮬레이터(22)와, 마이크(10)를 통해 입력되는 전기적 음향신호(y)에서 의사반향신호(d)를 차감하여 스피커(30)로 출력할 보정신호(또는 에러신호, e)를 생성하는 감산기(21)와, 피드백 채널을 선형필터로 모델링할 시에 감산기(21)로 생성되는 보정신호(또는 에러신호, e)의 크기가 최소화되도록 선형필터의 필터계수를 업데이트하는 반향채널 추정기(23)를 포함하여 구성된다. 여기서, 선형필터의 필터계수 업데이트는 예를 들면 훈련신호발생기(미도시)로 훈련신호를 생성하여 스피커(30)로 출력시키는 중에 이행할 수 있으며, 스피커 출력신호(x)와 보정신호(또는 에러신호, e)에 근거한 적응알고리즘(adaptive algorithm)을 사용할 수 있다. 이와 같이 이루어지는 반향제거기(20)는 예를 들면 본 발명의 출원인이 출원 등록받은 등록특허 제10-1445186호, 등록특허 제10-1389804호 및 등록특허 제10-1306868호에서 공지되었고, 도 2에 도시한 반향제거기(20)의 성능 향상을 위한 기술도 개시하였으므로, 더 이상의 상세 설명을 생략한다.
본 발명에 따르면, 강의실 내에 설치되는 음량측정기(100)와, 신호처리기(A)에 구비되는 에너지추정기(200) 및 볼륨조절기(300)와, 강사가 시각적으로 볼 수 있는 위치에 설치되는 음량표시기(400)를 더욱 포함함으로써, 강의실 내에서 강의 음성을 들을 수 없는 사각지대가 발생하지 아니하도록 스피커의 확성 볼륨을 조절하고, 아울러, 강사가 청중 전체에게 강의 음성을 충분히 알아들을 수 있을 정도로 발성하도록 유도하여 무리하여 크게 발성하지 아니하게 하며, 이를 위한 볼륨을 강사가 직접 인위적으로 조절하지 아니하여도 되게 한다.
상기 음량측정기(100)는 스피커(30)가 설치된 공간에 설치되어 음향을 전기신호로 입력받는 구성요소로서, 청중의 위치 중에 스피커(30)로부터 가장 멀리 떨어져 있어서 스피커로 출력되는 강의 음성이 다른 청중 위치에 비해 가장 작게 들리는 위치, 또는 그 위치에 근정한 위치에 설치하는 것이 좋다. 상기 음량측정기(100)는 자신을 향해 소리로 전파되는 음향을 집음하여 전기신호로 변환하는 구성요소이므로, 예를 들면, 마이크로 구성할 수 있다.
상기 에너지추정기(200)는 음량측정기(100)로 입력받는 전기적 음향신호에서 스피커(30)로 출력되는 출력신호 성분의 에너지를 산출하여 시간 경과에 따라 누적 평균한다. 실제 오디오 시스템에 있어서, 스피커(30)에서 음향으로 출력하는 신호의 파워는 일반적으로 수 와트(W) 아니면 수십 와트(W)에 이르므로, 스피커로 출력되는 라인아웃(line out) 신호를 받아서 사용하여야 할 것이다. 아니면, 보정신호(e)를 받아서 사용할 수도 있다.
상기 에너지추정기(200)에 대한 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서는 하기에서 도 3을 참조하며 상세하게 설명한다.
상기 볼륨조절기(300)는 감산기(21)와 스피커(30) 사이에 배치되어 반향채널 추정기(23)와 병렬로 연결되며, 감산기(21)에서 출력되는 보정신호(e), 즉 마이크 입력신호에서 의사반향신호를 차감하여 얻는 보정신호(e)를 볼륨 조절한 후 스피커(30)로 출력되게 한다. 이때의 볼륨 조절은 상기 에너지추정기(200)에서 산출하는 누적 평균 에너지가 미리 설정한 에너지 값으로 수렴하게 하는 것으로서, 예를 들면, 누적 평균 에너지의 값이 미리 설정한 에너지 값보다 크면 미리 설정한 에너지 값으로 될 때까지 볼륨을 낮추고, 누적 평균 에너지의 값이 미리 설정한 에너지 값보다 낮으면 미리 설정한 에너지 값으로 될 때가지 볼륨을 높인다.
여기서, 상기 미리 설정한 에너지 값은 사람이 명료하게 들을 수 있는 음향의 에너지(또는 파워) 범위 중에 최저 값으로 선정할 수 있다.
이에, 음량측정기(100)로 입력되는 음향 중에 스피커(30)의 출력 음향을 추출하여 추출한 음향이 상기 미리 설정한 에너지 값으로 되도록 스피커(30)의 출력 볼륨을 조절하므로, 음량측정기(100)가 설치된 위치에 있는 청중은 스피커(30)의 출력 음향을 명료하게 들을 수 있고, 강사는 과도하게 발성하지 아니하여도 강의실 내의 모든 청중에게 강의 내용을 명료하게 전달할 수 있다.
상기 음량표시기(400)는 스피커(30)로 출력된 후 상기 음량측정기(100)로 입력된 음향의 에너지를 사람이 인지할 수 있게 출력하는 구성요소로서, 에너지 값을 수치로 출력하거나 또는 서로 다른 색의 램프를 점등시켜 에너지 값의 레벨을 알 수 있게 하는 것이면 만족한다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이 소정 길이의 샘플에 대한 에너지에 대해 평균을 산출하는 경우 샘플 길이를 적용하여 에너지로부터 음압(음의 강도)를 얻을 수 있으므로, 상기 음량측정기(100)에서 입력받는 강사의 발성 크기를 음압으로 강사에게 인지시킬 수 있다. 즉, 에너지에 대응되는 음압을 데시벨(dB) 단위로 7세그먼트에 출력시킬 수 있고, 아니면, 적/황/청의 램프를 마련하여 음압이 60dB 미만이면 발성 크기를 높여야 함을 황색 램프의 점등으로 인지시키고 음압이 60dB~80dB이면 현재 발성 크기로 발성하여도 됨을 청색 램프의 점등으로 인지시키고 음압이 80dB를 초과하면 발성 크기를 낮추어도 됨을 적색 램프의 점등으로 인지시킨다. 물리적 강도를 나타내는 음압을 대신하여 사람의 지각적 강도로 표시되는 음량(loudness)로 표시하여도 된다.
여기서, 상기 음량표시기(400)는 음량측정기(100)의 위치에 전달되는 스피커(30) 음향의 레벨을 강사에게 시각적으로 알려주므로, 강사가 자신의 발성 크기를 스스로 조절하도록 안내하게 되며, 이에 맞춰 강사가 발성하면, 상기 미리 설정한 에너지 값으로의 수렴을 보다 신속하게 수행한다.
한편, 본 발명은 볼륨조절기(300) 및 음량표시기(400) 중에 어느 하나만을 포함하도록 구성할 수도 있다.
다른 한편으로서, 상기 음량표시기(400)는 음량측정기(100)로 입력되는 음향신호 중에 주변 잡음, 즉, 소음이 특정 기준을 넘을 경우, 이를 알리는 수단을 포함할 수도 있다.
즉, 상기 에너지추정기(200)는 입력되는 음향신호 중에 스피커 출력신호 성분의 에너지를 제외한 주변 잡음 성분의 에너지를 획득하여서, 주변 잡음 성분의 에너지가 미리 설정된 기준치보다 큰 경우에, 상기 음량표시기(400)를 이용하여 표시한다. 이때, 표시하는 방법은 주변 소음이 크다는 것을 안내하는 메시지를 디스플레이하거나, 아니면, 상기한 램프와는 별도의 램프를 마련하여 점등하는 방식을 채용할 수 있다.
도 3은 상기 에너지추정기(200)의 세부 블록 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 2개로 마련되어 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 출력신호에 대한 샘플링 데이터를 획득하는 샘플링부(210)와, 2개의 샘플링부(210)로부터 각각 샘플링 데이터를 전달받아 상관분석하고 상관분석 결과에 따라 선택적으로 에너지를 산출하는 상관분석부(220)와, 상관분석부(220)의 상관분석 결과에 따라 산출한 에너지를 누적 평균하여 평균 에너지의 값을 상기 볼륨조절기(300) 또는 음량표시기(400)에 전달함으로써 상기 볼륨조절기(300) 또는 음량표시기(400)의 동작이 이루어지게 하는 누적산출부(230)를 포함하여 구성된다.
구체적인 실시예에 따르면, 2개의 샘플링부(210)는 각각 입력받는 신호를 ADC(analog-digital converter)를 이용하여 디지탈 데이터로 변환하고, 디지탈 데이터를 미리 설정된 샘플 길이로 순차적으로 취하여서, 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 출력신호에 대한 샘플링 데이터를 미리 설정된 샘플 길이의 블록 단위로 획득한다.
상관분석부(220)는 2개 경로로 획득한 블록 단위 샘플링 데이터 간의 상관분석(correlation analysis)을 수행하여 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호에 섞인 스피커 출력신호의 성분의 에너지 비율을 산출한다. 상관분석 결과의 그래프에 따르면, 스피커 출력신호 성분에서 피크가 검출되므로, 그 피크의 크기로 에너지 비율을 산출할 수 있다.
이때, 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호에서는 스피커 출력신호의 성분을 제외한 성분은 외부 잡음(예를 들면 청중의 웅성거림에 의한 잡음)이 섞일 수 있으며, 이러한 외부 잡음의 에너지도 상관분석의 결과로 얻을 수 있다.
그리고, 상관분석부(220)는 에너지산출부(221)를 내장함으로써, 상기에서 산출한 에너지의 비율이 미리 설정한 비율값 이상일 경우에만 스피커 출력신호 성분의 에너지를 획득하여 누적 평균할 에너지로 채택한다. 다시 말해서, 음량측정기(100)에서 전기신호로 변환되어 입력되는 음향 성분 중에 스피커 출력 음향이 미리 설정한 비율값 이상일 경우에만 그 에너지를 산출하여 채택한다.
오디오 시스템이 동작하는 강의실 내에서 강사가 강의할 시에 강의 내용이 중간 중간 끊길 수 있고, 때에 따라서는 청중이 질문하는 상황도 발생할 수 있고, 강사가 발성을 하더라도 스피커로 확성되지 않도록 속삭이듯이 발성하는 상황도 발생할 수 있다.
이에, 본 발명의 일실시예에 따르면, 음량측정기(100)로 입력되는 음향 성분 중에 스피커 출력 음향이 미리 설정한 비율값 이상일 경우에만 강사의 목소리를 확성하려는 상황으로 가정하여, 이때 음향측정기(100)으로 입력되는 스피커 출력 음향에 대한 에너지를 채택한다. 여기서, 상기 미리 설정한 비율값은 예를 들면 70%로 할 수 있다.
또한, 스피커(30)로 출력되는 신호의 파워가 미리 설정한 임계값보다 커야 된다는 조건을 추가할 수도 있다. 즉, 강사가 발성하지 아니한 상황에서는 주변 잡음이 마이크를 통해 집음되어 스피커로 출력될 수 있으므로, 이를 감안하여 상기 임계값을 적절하게 선정함으로써 강사가 발성할 시에 나타나는 에너지만 채택하게 하는 것이다. 여기서, 스피커(30)를 대신하여 마이크(10)로 입력되는 신호의 파워가 상기 미리 설정한 임계값보다 커야 된다는 조건으로 할 수도 있다.
그리고, 누적산출부(230)는 상기 상관분석부(220)에서 채택한 에너지를 시간 경과에 따라 순차적으로 입력받을 시에 누적 평균한다. 이때의 누적 평균은 상기 미리 설정한 샘플 길이의 블록 단위 샘플링 데이터에서 스피커 출력 신호 성분에 대한 에너지를 순차적으로 입력받을 시에, 이전에 평균한 값(Sn-1)에 망각률(forgetting factor)을 적용한 값과 망각률에 대응되는 가중치(γ)를 새로 받은 에너지(E)에 적용한 값을 합산함으로써 새로운 평균 값(Sn=(1-γ)Sn-1+γE)을 획득하는 방식으로 이루어진다.
누적산출부(230)에서 획득한 누적 평균 에너지는 볼륨조절기(300) 또는 음량표시기(400)에 전달된다.
상술한 바와 같이 볼륨조절기(300)는 전달받는 누적 평균 에너지가 상기 미리 설정한 에너지 값으로 수렴할 때까지 볼륨 조절함으로써, 상기 음량측정기(100)로 입력되는 스피커 출력 신호 성분이 상기 누적 평균 에너지로 되도록 스피커(30)의 출력을 조절한다.
여기서, 상기 볼륨조절기(300)는 상기 상관분석부(220)에서 주변 잡음의 음압을 얻을 수 있으므로, 주변 잡음의 음압에 미리 설정한 음압을 합산한 음압으로 수렴하도록 볼륨 조절하여서, 주변 잡음보다 큰 소리로 강의를 듣게 할 수도 있다.
즉, 에너지추정기(200)는 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호 성분 중에 스피커로 출력되는 신호 성분을 제외한 주변 잡음 성분의 에너지를 산출한다. 그리고, 볼륨 조절하여 누적 평균 에너지를 수렴시키려는 목표치인 상기 미리 설정한 에너지 값은 주변 잡음 성분의 에너지에 미리 설정한 값(즉, 상기한 미리 설정한 음압에 대응되는 에너지 값)을 더한 값으로 설정하여서, 볼륨 조절기(300)의 볼륨 조절량으로 사용되게 한다.
음량표시기(400)의 경우는 전달받은 누적 평균 에너지를 강사가 인지할 수 있게 함으로써, 강사가 자신의 목소리 크기를 가감하여 적정 음량으로 발성하게 한다. 여기서, 볼륨조절기(300)와 함께 음량표시기(400)를 동작시킴으로써, 볼륨 조절과 동시에 강사가 스스로 목소리 크기를 가감하면, 상기 미리 설정한 에너지 값으로의 수렴이 보다 신속하게 이루어진다.
상술한 바와 같이 주변 잡음 성분의 에너지를 산출하는 경우, 누적 평균 에너지와 주변 잡음 성분 에너지의 차이를 음량표시기(400)로 표시함으로써, 강사가 주변 잡음보다 얼마나 더 크게 발성하여야 하는 지를 인지하게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 음량측정기(100)로 입력되는 스피커 출력신호 성분에 따라 볼륨조절함으로서, 강의실 내에 음향 사각지대 없이 모든 청중이 강의를 명료하게 들을 수 있게 함은 물론이고, 강사의 입장에서는 성대결정 등의 건강상 위험 요인 없이 적절한 목소리 크기로 강의할 수 있다.
또한, 본 발명은 모든 청중이 강의를 명료하게 들을 수 있는 볼륨으로 스피커의 볼륨을 조절함으로써 필요이상으로 확성함에 따라 발생하였던 하울링도 억제할 수 있다. 하울링은 반향채널 추정기를 이용하여 피드백 채널을 반향채널 에뮬레이터로 모델링하였더라도 발성을 높여 모델링할 시의 환경보다 반향신호의 파워가 크게 되거나 또는 마이크에 근접한 상태에서 발성하여 스피커 출력을 크게 하는 등의 상황이 발생하면, 반향제거기(20)로 억제되지 아니하고 잔존하는 하울링 성분이 커진다. 그렇지만, 본 발명은 상기한 상황이 발생하지 않게 하기위해서 상기 음량표시기(400)를 가동하여 적절한 발성 크기를 강사에게 인지시키며, 이에, 상기한 상황에서 발생할 수 있었던 하울링이 발생하지 아니하게 한다.
한편, 인간의 귀는 모든 주파수의 소리를 동일한 세기로 듣지 못하고, 물리적인 음압의 크기가 동일하더라도 그 음의 주파수가 달라지면 인간의 귀에 의한 음의 감수 정도는 달라지며, 이와 같이 인간이 인지하는 음의 크기를 물리적 음압과 구분하여 음량(loudness, 통상 phon이라는 단위를 사용함)이라고 한다.
도 4는 인간의 귀가 음을 감수하는 주파수 특성을 반영하여 도시한 등청감곡선(Equal-Loudness Contour)의 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가청주파수 대역 중에 대략 2000Hz~6000Hz 대역은 다른 주파수 대역보다 상대적으로 작은 크기의 음압(dB)을 갖더라도 사람이 명료하게 청취할 수 있다.
이에, 본 발명의 일실시예에서는 등청감곡선에 근거한 청감 특성(hearing characteristic)에 따라 청감이 상대적으로 높은 미리 설정된 대역을 설정함으로써, 볼륨 조절의 근거 또는 음량표시기(400)로 출력하는 음량 크기의 근거가 되는 누적 평균 에너지의 획득과정에서 설정 대역에 대한 성분을 추출하여 추출한 대역의 누적 평균 에너지를 획득한다.
즉, 상기 상관분석부(220)는 블록 단위의 샘플링 데이터를 상기 미리 설정된 대역의 필터로 필터링한 데이터에 대해 상관분석함으로써, 스피커 출력신호 중에 상기 미리 설정된 대역에 대해서만 상관분석을 한다.
그리고, 상기 미리 설정된 대역에 대한 상관분석 결과, 스피커 출력 신호 성분이 상기 미리 설정된 비율값 이상이면 상기 미리 설정된 대역의 신호에 대한 에너지를 채택하고, 채택한 에너지를 누적산출부(230)에 전달하여 상기 미리 설정된 대역의 누적 평균 에너지를 산출하게 한다.
이에, 볼륨조절기(300)는 음량측정기(100)로 입력되는 스피커 출력 신호 성분중에 상기 미리 설정된 대역의 신호 성분이 상기 미리 설정한 에너지 값으로 수렴하도록 스피커의 음량을 조절하게 된다.
여기서, 상기 미리 설정된 대역은 인간이 명료하게 들을 수 있는 파찰음의 주파수 대역으로 설정할 수도 있다.
한편, 상기한 본 발명의 실시예에서, 스피커(30)로 출력하는 신호 또는 보정신호(e)를 샘플링부(210)로 취하여 음량측정기(100)의 입력신호와 상관분석하였으나, 마이크(10)로 입력받는 신호를 샘플링부(210)로 취하여 음량측정기(100)의 입력신호와 상관분석할 수도 있다. 이와 같이 마이크(10)로 입력받는 신호를 취할 경우, 하울링이 억제되지 아니한 신호를 이용하게 되지만, 스피커(30) 출력신호 또는 보정신호(e)를 이용할 때와 마찬가지로 상관분석할 수 있고, 에너지를 획득할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 마이크
20 : 반향제거기
21 : 감산기 22 : 반향채널 에뮬레이터 23 : 반향채널 추정기
30 : 스피커
100 : 음량측정기
200 : 에너지추정기
210 : 샘플링부 220 : 상관분석부 230 : 누적산출부
300 : 볼륨조절기
400 : 음량표시기

Claims (5)

  1. 스피커(30)와 마이크(10) 사이의 피드백 채널(Feedback Channel)에 의해 마이크(10)로 입력되는 반향신호를 스피커(30)의 출력신호로부터 추정한 의사반향신호를 생성하고, 마이크(10)를 통한 입력신호에서 의사반향신호를 차감한 후 스피커(30)로 출력하는 오디오시스템에 있어서,
    스피커(30)가 설치된 공간에 설치되어 음향을 전기신호로 입력받는 음량측정기(100);
    음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 신호 간의 상관분석(correlation analysis)에 의해 음향 전기신호에 섞인 스피커 출력신호 성분의 에너지 비율을 산출하고, 산출한 비율이 미리 설정된 비율값 이상일 경우에 음향 전기신호에 포함된 스피커 출력신호 성분의 에너지를 채택하며, 채택한 에너지를 누적하여 평균을 산출하는 에너지추정기(200);
    의사반향신호를 차감한 마이크 입력신호를 볼륨 조절하여 스피커(30)로 출력되게 하되, 에너지추정기(200)에서 산출하는 평균 에너지가 미리 설정한 에너지 값으로 수렴하도록 볼륨 조절하는 볼륨조절기(300);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 음량측정기를 이용한 오디오시스템.
  2. 스피커(30)와 마이크(10) 사이의 피드백 채널(Feedback Channel)에 의해 마이크(10)로 입력되는 반향신호를 스피커(30)의 출력신호로부터 추정한 의사반향신호를 생성하고, 마이크(10)를 통한 입력신호에서 의사반향신호를 차감한 후 스피커(30)로 출력하는 오디오시스템에 있어서,
    스피커(30)가 설치된 공간에 설치되어 음향을 전기신호로 입력받는 음량측정기(100);
    음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 신호 간의 상관분석(correlation analysis)에 의해 음향 전기신호에 섞인 스피커 출력신호 성분의 에너지 비율을 산출하고, 산출한 비율이 미리 설정된 비율값 이상일 경우에 음향 전기신호에 포함된 스피커 출력신호 성분의 에너지를 채택하며, 채택한 에너지를 누적하여 평균을 산출하는 에너지추정기(200);
    에너지추정기(200)에서 산출한 평균 에너지, 평균 에너지에 대응되는 음압 또는 음량을 가시적으로 인지 가능하게 표시하는 음량표시기(400);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 음량측정기를 이용한 오디오시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 에너지추정기(200)는 음량측정기(100)의 음향 전기신호와 스피커로 출력되는 신호를 미리 정한 길이의 샘플로 이루어진 블록 단위로 상관분석하여 블록 단위의 에너지에 대해 채택여부를 결정하며, 채택한 에너지의 누적 평균을 산출할 시에 망각률(forgetting factor)를 적용함을 특징으로 하는 음량측정기를 이용한 오디오시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 에너지추정기(200)는 스피커로 출력되는 신호 중에 청감 특성(hearing characteristic)에 따라 청감이 상대적으로 높은 미리 설정된 대역의 신호를 추출하여 추출한 대역의 신호에 대한 에너지의 누적 평균을 산출함을 특징으로 하는 음량측정기를 이용한 오디오시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 볼륨 조절기(300)로 볼륨 조절하여 수렴시키려는 상기 미리 설정한 에너지 값은 음량측정기(100)로 입력받은 음향 전기신호 성분 중에 스피커로 출력되는 신호 성분을 제외한 주변 잡음 성분의 에너지에 미리 설정한 값을 더하여 얻어지는 값임을 특징으로 하는 음량측정기를 이용한 오디오시스템.
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