KR101744716B1 - 차량 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

주행음 합성 장치가 설치된 차량 및 그 제어 방법에 관한 발명으로서, 사용자 입력부, 선택부, 제어부, 시간 변동 필터부, 음향 출력부 등으로 구성되어 있다.
주행음 합성 장치가 설치된 차량의 이용에 있어, 사용자로부터 입력 받은 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 기초로 주파수를 보정하고 시간 변동 특성을 가진 보다 생생한 주행음을 합성함으로써 운전자의 청각적인 만족을 높이고 주행을 더 즐겁게 할 수 있게 만드는 효과가 있다.

Description

차량 및 그 제어방법{Vehicle And Control Method Thereof}

본 발명은 악기음을 모사한 주행음 발생 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자가 선택한 악기의 종류 및 화음의 특성을 가진 주행음을 합성함으로써, 악기를 연주할 때와 같이 풍부하고 생동감 넘치는 주행음을 발생시키는 장치가 설치된 차량 및 그 제어방법에 관한 발명이다.

현대 사회에서 자동차는 사람들이 가장 많이 이용하는 이동 수단으로서, 그 수는 점점 증가하고 있다. 과거에는 자동차는 단순히 이동 수단 이상의 의미는 존재하지 않았으나 현대사회에 들어와서는 자동차는 단순히 이동 수단을 넘어 자신을 표현하거나 드라이브를 즐기는 수단으로 많이 이용되어지고 있다.

따라서 모터바이크나 경주용 자동차처럼 스피드를 즐기는 사람들이 많아지고 있는데 이러한 스피드를 즐기는 사람들은 단순한 자동차의 속도에서 나오는 속도감 뿐만 아니라 엔진에서 발생되는 작동음과 진동음으로부터도 많은 흥분을 느낀다. 이에 일부 운전자들은 자신이 원하는 주행음을 얻기 위해 엔진을 개조하여 사용하기도 한다.

근래 자동차 회사들은 소비자들의 이러한 욕구를 충족시키기 위해서 단순히 엔진에서 나오는 소리를 출력시키는 것이 아니라 다양한 주행음이 장착된 차량을 선보이고 있다.

현재 주행음 합성 기술은 악셀개도량, 변속단, 차속 등에 맞추어, 목표음이 갖고 있는 특정 주파수에 대해 정해진 크기의 음이 일정하게 재생되는 방식과 차량 내부에서 미리 측정된 충격응답함수(IRF)를 이용하여 스피커로부터 운전자 위치까지의 거리를 보상해주는 경로필터를 추가하는 방식이 있다.

그러나 주행음을 합성하는 기술은 운전자의 감성을 자극할 수 있도록 섬세하고 자연스러운 음을 구현하는 것이 중요한데 현재의 이러한 주행음 합성 기술은 단순히 주파수 영역에서 원하는 엔진 차수에 대핸 RPM 크기만 조정하는 방식이라, 시간 변동 성분을 고려 할 수 없어 단조로운 느낌을 준다. 또한 목표음 차수 선정시 엔지니어의 주관에 의존할 수 밖에 없는 기술적 한계를 가지고 있다. 따라서 현재의 주행음 합성 기술만으로는 마치 악기를 연주할 때와 같이 생기 있는 느낌을 표현해 줄 수 없는 문제가 발생한다. 따라서 차량 주행시 악기음과 같은 생동감 있는 주행음을 생성하기 위해서는 주행음이 시간 변동 특성을 가질 수 있도록 하는 새로운 합성 기술이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 발명으로서, 본 발명의 목적은 차량 주행시 사용자가 선택한 악기 및 화음의 특성을 가지면서 동시에 시간 변동 성분을 가지고 있는 주행음을 합성함으로써 생동감 있는 주행음을 사용자에게 제공하기 위함이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량은 사용자로부터 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 수신 받는 사용자 입력부; 음향을 출력하는 음향 출력부; 상기 수신된 화음의 샘플링 주파수 및 상기 수신된 화음의 주파수에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 선택하는 선택부; 상기 선택된 엔진음 차수의 주파수를 기초로 목표음 주파수를 결정하고 주행음을 생성하는 제어부; 및 상기 생성된 주행음을 시간 변동 필터에 통과시켜 시간 변동 특성을 가진 음향을 생성하고 상기 생성된 음향을 상기 음향 출력부로 출력하는 필터부를 포함한다.

상기 시간 변동 필터는, 상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 주파수 파형의 포락선(Envelope)을 추출하여 만든 필터를 포함할 수 있다.

상기 시간 변동 필터는, 상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 음의 크기를 표현하는 라우드니스(Loudness) 지수를 추출하여 만든 필터를 포함할 수 있다.

상기 시간 변동 필터는, 상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 주파수 파형의 포락선(Envelope)과 음의 크기를 표현하는 라우드니스(Loudness) 지수를 추출하고 이 둘을 합성해서 만든 필터를 포함할 수 있다.

상기 초기 일정 시간은, 2초 이하의 시간 또는 상기 사용자에 의해 설정될 수 있다.

상기 선택부는, 상기 수신 받은 화음의 배음의 최소 개수를 선택하고 상기 배음들 중에서 가장 큰 배음의 주파수의 5배 이상이 상기 샘플링 주파수가 되도록 선택할 수 있다.

상기 제어부는, 미리 설정된 엔진의 RPM을 기준으로 상기 수신 받은 화음의 주파수와 상기 엔진음 차수의 주파수 차이 값을 변조량으로 정하고 상기 엔진의 RPM이 변해도 상기 목표음 주파수는 상기 엔진음 차수의 주파수에 상기 변조량을 합한 값이 되도록 결정할 수 있다.

상기 제어부는, 미리 설정된 엔진의 RPM을 기준으로 상기 수신 받은 화음의 주파수와 상기 엔진음 차수의 주파수 차이 값이 엔진의 RPM에 따라 비례하게 변화하는 값을 변조량으로 정하고 상기 목표음 주파수는 상기 엔진음 차수의 주파수에 상기 변조량을 합한 값이 되도록 결정할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 결정된 목표음 주파수와 상기 사용자가 입력한 화음에 대한 정보를 기초로 주행음을 생성할 수 있다.

상기 제어부는, 가산 합성(Additive Synthesis) 방식으로 주행음을 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 제어방법은, 사용자로부터 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 수신 받는 단계; 상기 수신된 화음의 샘플링 주파수 및 상기 수신된 화음의 주파수에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 선택하는 단계; 상기 선택된 엔진음 차수의 주파수를 기초로 목표음 주파수를 결정하고 주행음을 생성하는 단계; 상기 생성된 주행음을 시간 변동 필터에 통과시켜 시간 변동 특성을 가진 음향을 생성하고 상기 생성된 음향을 출력하는 단계를 포함한다.

상기 시간 변동 필터는, 상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 주파수 파형의 포락선(Envelope)을 추출하여 만든 필터를 포함할 수 있다.

상기 시간 변동 필터는, 상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 음의 크기를 음의 크기를 표현하는 라우드니스(Loudness) 지수를 추출하여 만든 필터를 포함할 수 있다.

상기 시간 변동 필터는, 상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 주파수 파형의 포락선(Envelope)과 음의 크기를 표현하는 라우드니스(Loudness) 지수를 추출하고 이 둘을 합성해서 만든 필터를 포함할 수 있다.

상기 초기 일정 시간은, 2초 이하의 시간 또는 상기 사용자에 의해 설정될 수 있다.

상기 샘플링 주파수를 선택하는 단계는, 상기 수신 받은 화음의 배음의 최소 개수를 선택하고 상기 배음들 중에서 가장 큰 배음의 주파수의 5배 이상이 상기 샘플링 주파수가 되도록 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 목표음 주파수를 결정하는 단계는, 미리 설정된 엔진의 RPM을 기준으로 상기 수신 받은 화음의 주파수와 상기 엔진음 차수의 주파수 차이 값을 변조량으로 정하고 상기 엔진의 RPM이 변해도 상기 목표음 주파수는 상기 엔진음 차수의 주파수에 상기 변조량을 합한 값이 되도록 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 목표음 주파수를 결정하는 단계는, 미리 설정된 엔진의 RPM을 기준으로 상기 수신 받은 화음의 주파수와 상기 엔진음 차수의 주파수 차이 값이 엔진의 RPM에 따라 비례하게 변화하는 값을 변조량으로 정하고 상기 목표음 주파수는 상기 엔진음 차수의 주파수에 상기 변조량을 합한 값이 되도록 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 주행음을 생성하는 단계는, 상기 결정된 목표음 주파수와 상기 사용자가 입력한 화음에 대한 정보를 기초로 주행음을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 주행음을 생성하는 단계는, 가산 합성(Additive Synthesis) 방식으로 주행음을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자가 원하는 특정 악기의 특정 화음을 주행음으로 변환하여 출력 할 수 있어 운전자의 청각적인 만족을 높이고 주행을 더 즐겁게 할 수 있게 만드는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 외관도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 내부도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량에 있어서, 차량 내부에 설치된 주행음 장치의 구성에 관한 제어 블록도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 제어 방법에 있어서, 주행음을 합성하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화성학 음계의 주파수와 이에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피아노 건반음과 목표음 주파수를 기초로 생성한 합성음의 시간 데이터를 비교한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피아노 건반음의 시간 데이터에서 추출한 중저파수 대역의 1차 포락선(Envelope)이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 포락선에서 추출한 저주파 대역의 2차 포락선(Envelope)이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 추출된 2차 포락선을 따라 합성된 주행음의 특성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피아노 건반음의 라우드니스(Loudness) 지수를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 피아노 건반음과 최종 주행음의 시간 데이터를 비교한 도면이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 피아노 건반음과 최종 주행음의 주파수 분석결과를 비교한 도면이다.

이하 주행음 발생 장치가 설치된 차량 및 주행음 발생 장치가 설치된 차량의 제어 방법에 대하여 주행음 발생 장치가 설치된 차량을 기초로 설명한다. 그러나 이하 설명되는 주행음 발생 장치는 차량에 설치된 것에 한정되지 않고 다른 종류의 차량, 예를 들면 모터사이클, 원동기 장치 등에 설치될 수도 있다.

주행음 장치는 사용자에게 운전 중에 엔진에서 나오는 주행음을 출력하는 기능을 한다. 일반적으로 이러한 기능을 하는 장치 또는 시스템을 주행음 장치라 부르나, 그 밖에 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 통용되는 다양한 용어로 지칭 될 수도 있다. 예를 들어 합성음 발생 장치, 가상 엔진음 발생 장치 등으로 불리가도 한다.

이하 도1및 도2를 참조하여 주행음 발생 장치가 설치된 차량에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 외관도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(1)은 차량(1)의 외관을 형성하는 본체(80), 차량(1)을 이동시키는 차륜(93, 94), 차륜(93, 94)을 회전시키는 구동 장치(95), 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(84), 차량(1) 내부의 운전자에게 차량(1) 전방의 시야를 제공하는 전면 유리(87), 운전자에게 차량(1) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러(91, 92), 차체(80)의 후방 측에 설치되어 차량(1) 후방의 시야를 제공하는 리어 윈도(90)를 포함하며 차체(80)는 후드(81), 프런트 휀더(82), 도어(84), 트렁크 리드(85), 및 쿼터 패널(86) 등을 포함한다.

차륜(93, 94)은 차량의 전방에 마련되는 전륜(93), 차량의 후방에 마련되는 후륜(94)을 포함하며, 구동 장치(95)는 본체(80)가 전방 또는 후방으로 이동하도록 전륜(93) 또는 후륜(94)에 회전력을 제공한다. 이와 같은 구동 장치(95)는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진(Engine) 또는 축전기(미도시)로부터 전원을 공급받아 회전력을 생성하는 모터(Motor)를 채용할 수 있다.

도어(84)는 본체(80)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자가 차량(1)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(1)의 내부를 외부로부터 차폐시킨다.

윈드 스크린(87)은 본체(80)의 전방 상측에 마련되어 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 전방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다. 또한, 사이드 미러(91, 92)는 본체(80)의 좌측에 마련되는 좌측 사이드 미러(91) 및 우측에 마련되는 우측 사이드 미러(92)를 포함하며, 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 측면 및 후방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다.

이외에도 차량(1)은 후방의 장애물 내지 다른 차량을 감지하는 근접 센서, 강수 여부 및 강수량을 감지하는 레인 센서 등의 감지 장치를 포함할 수 있다.

근접 센서의 일 예로서, 차량의 측면 또는 후면에 감지 신호를 발신하고, 다른 차량 등의 장애물로부터 반사되는 반사 신호를 수신한다. 또한 수신된 반사 신호의 파형을 기초로 차량(1) 후방의 장애물의 존재 여부를 감지하고, 장애물의 위치를 검출할 수 있다. 이와 같은 근접 센서는 초음파를 발신하고, 장애물에 반사된 초음파를 이용하여 장애물까지의 거리를 검출하는 방식을 채용할 수 있다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 내부 구성도이다. 도2를 참조하여 차량내부(10) 구성에 대해서 구체적으로 살펴본다.

일반적으로 주행음 발생 장치는 차량 내부에 독립적으로 외부적으로 설치되지는 않는다. 다만, 사용자로부터 원하는 주행음에 대한 정보를 받아야 하므로 사용자 입력부(210)와 음향을 출력하는 음향 출력부(250)는 차량 내부에 외부적으로 설치된다.

차량내부(10)에는 공조장치(16)가 설치 될 수 있다. 공조장치(16)는 차량(1)의 실내 실외의 환경 조건, 공기의 흡/배기, 순환, 냉/난방 상태 등을 포함한 공조 환경을 자동으로 제어하거나 또는 사용자의 제어 명령에 대응하여 제어하는 장치를 의미한다. 예를 들어, 난방과 냉방을 모두 수행할 수 있으며, 가열되거나 냉각된 공기를 통풍구를 통해 배출하여 차량내부(10)의 온도를 제어할 수 있다.

한편, 차량내부(10)에는 운전자가 차량(1)을 조작하기 위한 각종 기기가 설치되는 대시보드(Dashboard)(14), 차량(1)의 운전자가 착석하기 위한 운전석(15), 차량(1)의 동작 정보 등을 표시하는 클러스터 표시부(51, 52)를 포함할 수 있다.

대시보드(14)는 윈드 스크린(11)의 하부로부터 운전자를 향하여 돌출되게 마련되며, 운전자가 전방을 주시한 상태로 대시보드(14)에 설치된 각종 기기를 조작할 수 있도록 한다.

운전석(15)은 대시보드(14)의 후방에 마련되어 운전자가 안정적인 자세로 차량(1)의 전방과 대시보드(14)의 각종 기기를 주시하며 차량(1)을 운행할 수 있도록 한다.

클러스터 표시부(51, 52)는 대시보드(14)의 운전석(15) 측에 마련되며, 차량(1)의 운행 속도를 표시하는 주행 속도 게이지(51), 동력 장치(미도시)의 회전 속도를 표시하는 rpm 게이지(52)를 포함할 수 있다.

또한, 차량 내부(10)에는 차량의 각종 장치들의 조작을 위한 별도의 조그 다이얼(60)을 포함할 수 있다. 조그 다이얼(60)은 회전시키거나 압력을 가하여 구동 조작을 수행하는 방법뿐만 아니라, 터치 인식 기능을 구비한 터치 패드를 구비하여 사용자의 손가락 또는 별도의 터치 인식 기능을 구비한 도구를 이용하여 구동 조작을 위한 필기 인식을 수행할 수 있다.

자동차의 운행을 조작하는 조향 장치는 운전자로부터 주행 방향을 입력 받는 조향 핸들(42), 조향 핸들(42)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하는 조향 기어(미도시), 조향 기어(미도시)의 왕복 운동을 앞바퀴(93)에 전달하는 조향 링크(미도시)를 포함할 수 있다. 이와 같은 조향 장치는 바퀴의 회전축의 방향을 변경함으로써 차량(1)의 주행 방향을 변경할 수 있다.

제동 장치는 운전자로부터 제동 조작을 입력 받는 제동 페달(미도시), 바퀴와 결합된 브레이크 드럼(미도시), 마찰력을 이용하여 브레이크 드럼(미도시)의 회전을 제동시키는 브레이크 슈(미도시) 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 제동 장치는 바퀴의 회전을 정지시킴으로써 차량(1)의 주행을 제동할 수 있다.

이상 도1 및 도 2를 통하여 주행음 장치가 장착된 차량(1)의 외부와 내부(10) 구성에 대해 알아보았다. 이하 주행음 장치의 내부 구성 및 동작 단계에 대해 알아본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행음 장치의 내부 구성도를 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, 주행음 발생 장치는 사용자로부터 주행음에 관한 정보를 수신 받는 사용자 입력부(210), 샘플링 주파수 및 엔진음 차수 주파수를 선택하는 선택부(220), 목표음 주파수를 결정하고 주행음을 합성하는 제어부(230), 제어부에서 생성된 주행음이 시간 변동 특성을 갖도록 주행음을 필터에 통과시키는 필터부(240) 및 필터부(240)에서 통과된 최종 주행음을 출력하는 음향 출력부(250)를 포함한다.

사용자 입력부(210)는 사용자로부터 주행음 발생에 관한 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 수신 받고 수신 받은 정보들을 선택부(220)와 제어부(230)에게 전달하는 역할을 한다. 사용자는 사용자 입력부(210)에 직접 정보를 입력하거나 또는 음성 인식 기능을 통하여 음성으로 정보를 입력할 수 있다.

사용자 입력부(210)는 사용자로부터 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 직접 받을 수 있도록 터치 패널이 포함된 터치스크린 또는 음성 인식에 필요한 마이크 및 음성 수신 장치 등을 포함할 수 있다.

터치스크린부는 터치 패널(touch panel)에 인가되는 터치 조작을 감지하고 감지된 터치 조작을 기초로 전기적 신호를 생성 및 출력할 수 있다. 터치 조작은 터치 수단, 일례로 손가락, 손 또는 터치 펜 등에 의해 수행될 수 있다. 터치스크린부는 터치 수단을 감지한 경우 화면이 표시되는 모든 영역에서 터치 조작을 감지하도록 할 수도 있다.

또한 터치스크린을 통한 입력 방식은 사용자의 터치 조작을 감지하는 저항식 터치스크린 방식, 정전 용량 커플링 효과를 이용하여 사용자의 터치 조작을 감지하는 정전식 터치스크린 방식, 적외선을 이용하는 광학식 터치스크린 방식이나 초음파를 이용하는 초음파 터치스크린 방식일 수도 있으며 상기 예시된 입력 방식은 이에 제한 되지 않고 다양하게 존재할 수 있다.

선택부(220)는 사용자 입력부(210)로부터 수신 받은 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 기초로 샘플링 주파수를 선택하고 수신 받은 화음의 주파수에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 선택하여 선택된 주파수들에 대한 정보를 제어부로 출력한다.

제어부(230)는 주행음 발생 장치의 각종 기능을 수행하는 것으로서 사용자 입력부(210), 선택부(220), 필터부(240) 및 음향 출력부(250)와 연결되어 있다.

제어부(230)는 선택부(220)에서 받은 엔진음 차수 주파수를 기초로 목표음 주파수를 결정하고 결정된 목표음 주파수와 사용자로부터 받은 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 기초로 주행음을 합성한다. 또한 제어부(230)는 합성된 주행음이 시간 변동 특성을 갖도록 주행음을 필터부(240)로 출력한다.

선택부(220)와 제어부(230)는 도4와 도5에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

필터부(240)는 제어부(230)에서 받은 주행음이 시간 변동 특성을 가지도록 주행음을 시간 변동 필터에 통과시킨다. 그리고 통과된 주행음을 음향으로 변환시켜 음향 출력부(250)로 출력한다.

필터부(240)는 전기 음향 변환 장치를 사용하여 주파수 음파를 대역별로 분리하므로 필터 구성에 필요한 각종 회로 기판, 예를 들어 저항(Resistance), 인덕터(Inductor), 커페시터(Capacitr), 공진기(Resonator) 등을 포함 할 수 있다. 그리고 필터부(240)의 필터는 추출하는 주파수 대역에 따라 저역 필터(Low Pass Filter), 고역 필터(High Pass Filter) 또는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)가 될 수 있다.

음향 출력부(250)는 필터부(240)를 통과한 주행음을 음향으로 변환시켜 최종적으로 사용자에게 음향을 출력한다. 주행음을 출력하는 장치가 독립적으로 설치될 수 있지만 차량 내부에서 음향 출력 역할을 하는 스피커가 동시에 음향 출력부(250) 역할을 할 수 있다.

이상 주행음 발생 장치의 내부 구성에 대해 알아보았다. 이하 주행음을 생성하는 동작 흐름에 대해 알아본다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량에 설치된 주행음 발생 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

도 4를 참조하면, 주행음 발생 장치는 사용자 입력부(210)를 통하여 사용자로부터 사용자가 듣고 싶은 악기의 종류 및 화음에 대한 정보(화성학 음계 및 음의 크기)를 수신 받는다.(S100)

악기의 종류는 피아노, 드럼, 기타 등 각종 악기 등이 포함될 수 있으며 화성학 음계와 음의 크기는 사용자가 임의로 선택하여 입력할 수 있다. 이하 설명되는 주행음 발생 장치의 동작은 악기는 피아노로, 화음은 C4, E4, G4, D5, E5를 선택하였다고 가정한다.

사용자로부터 수신을 받으면, 선택부(220)는 수신 받은 화음의 샘플링 주파수를 선택한다.(S200)

샘플링 주파수를 선택하는 방법은, 우선 수신 받은 화음의 주파수를 분석하고 좋은 음색이 구성되도록 화음의 최소 배음의 개수를 선정한다. 여기서 좋은 음색을 선정하는 기준은 이미 실험으로 구성되어 있는 자료를 바탕으로 선정되어 진다.

예를 든 화음(C4, E4, G4, D5, E5)의 경우 실험 결과 18개 이상의 배음을 사용해야 좋은 음질을 구현할 수 있음을 이미 분류되어 있는 자료를 통하여 얻을 수 있다. 따라서 최소 배음의 개수는 18개로 선택된다. 그 후 선정된 배음들 중에서 가장 큰 배음의 주파수의 5배 이상이 샘플링 주파수가 되도록 선택한다. 5배 이상으로 선택하는 이유는 주행음을 조화 함수 방식으로 합성하는 경우 5배 이상이 되어야 적절한 조화함수 형상이 나올 수 있기 때문이다.

예를 든 화음(C4, E4, G4, D5, E5)의 경우 위에 설명한 과정들을 거쳐8192Hz로 샘플링 주파수가 선택된다. 8192Hz 이하에서는 타임랙은 없으나 음질이 떨어지고 8192Hz 이상에서는 타임랙이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.

샘플링 주파수가 선택되면 선택부(220)는 다음 단계로 수신 받은 화음의 주파수에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 선택한다.(S300)

사용자가 듣는 주행음은 엔진 소리를 이용하여 합성되어 지므로 이 과정은 사용자가 선택한 화음들의 주파수와 가장 비슷하게 대응될 수 있는 엔짐음 차수의 주파수를 선택하는 과정이다. 여기서 엔진음 차수의 주파수는 엔진 폭발 주파수에 의해 결정되며, 엔진 폭발 주파수의 배수 및 반배수로 결정되어 진다. 엔진 폭발 주파수는 실린더의 수와 실린더의 왕복 행정을 고려하여 엔진 폭발 성분을 주파수로 변화한 것을 말한다. 도 5는 S300 과정에 의해 수신 받은 화음의 주파수에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 표시한 도면이다.

도 5의 표를 보면 정확히 일치하지는 않지만 화성학 음계의 주파수와 그에 대응되는 엔진음 차수의 주파수가 비슷하다는 것을 알 수 있다. 따라서 이 엔진음 주파들을 기초로 주행음이 합성되어 진다. 여기서 엔진의 rpm을 3924rpm으로 선택한 이유는 이 때의 4기통 엔진의 1차 성분이 화성학의 C2 음계와 일치하는 65.4Hz 이기 때문이다.

엔진음 차수의 주파수가 선택되어 지면 제어부(230)는 이를 수신 받고 이를 기초로 목표음 주파수를 결정한다.(S400)

목표음 주파수는 합성되는 주행음의 주파수를 말하는 것으로 엔진음 차수의 주파수에 주파수 변조량을 합한 값으로 결정된다. 일반적인 주행음 장치의 경우 기본 엔진음 차수의 정확히 배음 또는 반음으로 계산된 주파수를 가지고 음을 합성하기 때문에 소리가 인위적으로 합성한 느낌이 강하게 나타나는 문제가 존재한다.

따라서 본 주행음 발생 장치는 이러한 인위적인 느낌을 없애기 위해 일반적인 주행음 발생 장치와 달리 주파수의 차이값을 반영하여 주행음을 합성한다. 도 5를 보면 화성학 음계의 주파수와 이에 대응되는 엔진음 차수의 주파수가 조금씩 차이가 있는 것을 알 수 있는데 본 주행음 발생 장치는 이러한 주파수 차이값을 반영하여 목표음 주파수를 결정하고 주행음을 합성하기 때문에 좀 더 자연스러운 주행음을 합성할 수 있다.

이러한 차이점을 반영하여 목표음 주파수를 결정하는 방법은 2가지가 존재한다.

첫 번째 방법은 주파수 변조량을 항상 일정하게 유지시키는 방법으로써, 수신 받은 화음의 주파수와 이에 대응되는 엔진음 차수 주파수의 차이값을 주파수 변조량으로 설정하고 엔진의 RPM이 변하더라도 항상 이 값을 일정하게 유지시키는 방법이다. 즉, 기본적으로 설정한 엔진의 RPM을 기준으로 수신 받은 화음의 주파수와 엔진음 차수의 주파수 차이값을 주파수 변조량으로 저장하고 엔진의 RPM이 변하여도 목표음 주파수는 엔진음 차수의 주파수에 주파수 변조량을 합한 값으로 결정한다.

두 번째 방법은 주파수 변조량을 엔진의 RPM에 따라 변화시키는 방법으로써, 수신 받은 화음의 주파수와 이에 대응되는 엔진음 차수 주파수의 차이값을 엔진의 RPM 변화에 맞추어 비례하게 변화시키고 변화되는 이 값을 주파수 변조량으로 설정한다. 따라서 이 경우 목포음 주파수는 엔진음 차수의 주파수 값에 엔진의 RPM에 따라 변하는 주파수 변조량을 합한 값이 된다.

목표음 주파수가 결정되어 지면 제어부(230)는 사용자로부터 받은 화음에 대한 정보를 기초로 주행음을 생성한다.(S500)

S100 단계에서 사용자는 목표음에 대한 크기를 같이 입력하므로 제어부 (230)는 목표음 주파수와 목표음 크기를 합성하고 합성된 주행음을 필터부(240)로 출력한다. 합성 방식의 일 예로 가산 합성(Additive Synthesis) 방식으로 주행음을 합성할 수 있으며 누적 조화 함수 방식으로 합성할 수 도 있다.

도 6은 실제 건반음과 S500 단계를 거쳐 합성된 합성음과의 시간 데이터를 비교한 도면이다.

도 6을 참고하면, S500까지의 과정을 거친 합성음의 경우 주파수 특성은 비슷하다는 것을 알 수 있으나 실제 건반음이 가지고 있는 특징, 예를 들어 시간에 따라 진동하거나 초기에 강한 충격음 등을 가지고 있지 않아 실제 건반음과 청감상 많은 차이가 존재한다.

따라서 필터부(240)는 주행음이 이러한 시간 변동 특성을 갖도록 제어부(230)에서 받은 주행음을 시간 변동 필터에 통과시킨다.(S600)

시간 변동 필터는 초기 일정 시간 동안 사용자로부터 수신 받은 악기 연주음에 대한 주파수의 포락선(Envelope) 및 라우드니스(Loudness) 지수를 추출한 후 이 둘을 합성하여 만들어진다. 포락선(Envelope)은 파형의 끝을 서로 연결하여 파형을 둘러싸듯이 그려진 선을 말하고 라우드니스(Loudness) 지수는 음의 크기를 나타내는 지수를 말한다.

악기음 주파수의 포락선(Envelope)을 추출하는 과정은 주행음이 시간에 따라 감쇠하거나 음이 진동하는 시간 변동 특성을 가지도록 하기 위한 과정이고 음의 크기를 나타내는 라우드니스(Loudness) 지수를 추출하는 과정은 주행음이 악기음이 초기에 가지고 있는 강한 악센트 특성을 가지도록 하기 위한 과정이다.

사용자의 설정에 따라 위에서 설명한 두 가지 특성을 다 가진 필터를 만들 수 있고 두 가지 중 하나의 특성만 가진 필터를 만들 수 있다.

일반적으로 피아노 건반음을 터칭한 후 감쇠가 끝나는 시간은 약 1.5초 정도가 된다. 따라서 포락선을 추출하는 초기 일정 시간은 일반적으로 1.5초로 설정되나 사용자의 설정에 의해 초기 일정 시간은 변동될 수 있다.

라우드니스 지수를 추출하는 과정 또한 초반 악기 연주음의 강한 악센트가 지속되는 시간은 일반적으로 0.2초 정도가 된다. 따라서 라우드니스 지수를 추출하는 시간 또한 0.2초로 설정되나 이 또한 사용자의 설정에 의해 변동될 수 있다.

악기 연주음의 주파수의 포락선을 추출 하는 과정은 일반적으로 2번의 과정에 의해 이루어진다. 즉, 1차적으로 중저파 대역에서 포락선을 추출하고 다시 이로부터 저주파 대역의 포락선을 추출한다. 이러한 과정을 거치면 시간에 따라 진동하는 특성을 모사할 수 있고 고주파 대역의 잡음을 제거할 수 있는 장점이 있다. 좀 더 간단한 필터를 만들기 위해 한번에 저주파 대역의 포락선을 추출할 수 도 있다.

도 7은 상기 과정에 따라 시간 데이터로부터 1차적으로 포락선을 추출한 모습을 나타낸 도면이고 도 8은 1차 포락선으로부터 다시 2차 포락선을 추출한 모습을 나타낸 도면이다.

도 7은 초기 일정시간(1.5초) 동안 중저파 대역(0~500hz)에서 추출된 포락선을 나타낸 것이고 도8은 1차 포락선 저주파 대역(0~50hz)에서 추출된 포락선을 나타낸 것이다. 이러한 과정을 거쳐 주행음을 합성하는 것이 악기음의 청감과 가장 비슷한 음색을 낼 수 있다.

포락선을 추출하는 과정은 화음과 관련성이 없으므로 선택된 악기의 대표음을 이용하여 포락선을 추출할 수 있다.

도 9는 목표음 주파수를 2차 포락선을 따라 합성한 주행음을 나타낸 도면이다.

도9를 참고하면, 포락선을 따라 합성한 주행음은 시간에 따라 진동하는 특성은 모사할 수 있다. 그러나 피아노 건반음을 터칭할 때와 같은 강한 악센트는 표현이 잘 되지 않는 문제점이 있다. 즉, 도 9의 그래프에서 보듯이 초기 시간(0 ~ 0.2초 사이)에 악기 연주음이 갖는 강한 악센트가 존재 하지 않아 주행음의 생동감이 조금 떨어지는 단점이 있다.

따라서 라우드니스 지수를 추출하는 과정은 주행음이 이러한 악센트 특성을 가지도록 하기 위한 것으로서 시간 변동 필터는 주행음이 추출한 라우드니스 지수를 따라가도록 만든다.

도 10은 피아노 건반음의 시간 데이터로부터 초기 0.2초동안의 라우드니스 지수를 추출한 데이터를 나타낸 도면이다.

도10을 참고하면, 초반 라우드니스 지수가 높게 추출 되므로 주행음이 이 라우드니스 지수를 따라가도록 합성을 하면 실제 악기 연주음처럼 악센트 있는 생생한 주행음을 만들 수 있다.

도 11은 실제 건반음과 시간 변동 필터를 통과한 최종 주행음과의 시간 데이터를 비교한 도면이고 도 12는 실제 건반음의 최종 주행음의 주파수를 비교한 도면이다.

도 11과 도 12를 참고하면, 실제 피아노 건반음과 최종 합성음이 거의 비슷한 특징을 가지는 것을 알 수 있다. 시간 변동 필터를 통과하였기 때문에 시간에 따라 감쇠하거나 진동하는 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 악기 연주음이 가지고 있는 초반 충격음 특성도 가지고 있어 보다 생생한 주행음을 합성할 수 있다.

지금까지 사용자로부터 수신 받은 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 기초로 주행음을 합성하는 주행음 발생 장치가 포함된 차량 및 주행음 발생 장치가 포함된 차량의 제어 방법에 대해 설명하였다. 이에 따르면, 사용자가 원하는 특정 악기에 대한 특정 화음을 생동감 있는 주행음으로 변환하여 출력 할 수 있어 사용자의 청각적인 만족을 높이고 주행을 더 즐겁게 할 수 있게 만드는 효과가 있다.

이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

1: 차량
10: 차량 내부
210: 사용자 입력부
220: 선택부
230: 제어부
240: 필터부
250: 음향 출력부

Claims (22)

1. 사용자로부터 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 수신 받는 사용자 입력부;
   상기 수신된 화음의 샘플링 주파수 및 상기 수신된 화음의 주파수에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 선택하는 선택부;
   상기 선택된 엔진음 차수의 주파수를 기초로 목표음 주파수를 결정하고 주행음을 생성하는 제어부; 및
   상기 생성된 주행음을 시간 변동 필터에 통과시켜 시간 변동 특성을 가진 음향을 생성하는 필터부를 포함하고
   상기 시간 변동 필터는,
   상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 주파수 파형의 포락선(Envelope)과 음의 크기를 표현하는 라우드니스(Loudness) 지수를 추출하고 이 둘을 합성해서 만든 필터를 포함하고,
   상기 제어부는,
   미리 설정된 엔진의 RPM을 기준으로 상기 수신 받은 화음의 주파수와 상기 엔진음 차수의 주파수 차이 값이 엔진의 RPM에 따라 비례하게 변화하는 값을 변조량으로 정하고 상기 목표음 주파수는 상기 엔진음 차수의 주파수에 상기 변조량을 합한 값이 되도록 결정하는 차량.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 생성된 음향을 출력하는 음향 출력부를 더 포함하는 차량
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 초기 일정 시간은,
   2초 이하의 시간 또는 상기 사용자에 의해 설정될 수 있는 차량
7. 제 1항에 있어서,
   상기 선택부는
   상기 수신 받은 화음의 배음의 최소 개수를 선택하고 상기 배음들 중에서 가장 큰 배음의 주파수의 5배 이상이 상기 샘플링 주파수가 되도록 선택하는 차량
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 목표음 주파수와 상기 사용자가 입력한 화음에 대한 정보를 기초로 주행음을 생성하는 차량
11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    가산 합성(Additive Synthesis) 방식으로 주행음을 생성하는 차량
12. 사용자로부터 악기의 종류 및 화음에 대한 정보를 수신 받는 단계; 상기 수신된 화음의 샘플링 주파수 및 상기 수신된 화음의 주파수에 대응되는 엔진음 차수의 주파수를 선택하는 단계; 상기 선택된 엔진음 차수의 주파수를 기초로 목표음 주파수를 결정하고 주행음을 생성하는 단계; 상기 생성된 주행음을 시간 변동 필터에 통과시켜 시간 변동 특성을 가진 음향을 생성하는 단계를 포함하고
    상기 시간 변동 필터는,
    상기 수신 받은 악기의 연주음에 대해 초기 일정 시간 동안의 음의 크기를 음의 크기를 표현하는 라우드니스(Loudness) 지수를 추출하여 만든 필터를 포함하고
    상기 목표음 주파수를 결정하는 단계는,
    미리 설정된 엔진의 RPM을 기준으로 상기 수신 받은 화음의 주파수와 상기 엔진음 차수의 주파수 차이 값이 엔진의 RPM에 따라 비례하게 변화하는 값을 변조량으로 정하고 상기 목표음 주파수는 상기 엔진음 차수의 주파수에 상기 변조량을 합한 값이 되도록 결정하는 단계를 포함하는 차량의 제어 방법
13. 제12항에 있어서,
    상기 생성된 음향을 출력하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제 12항에 있어서,
    상기 초기 일정 시간은,
    2초 이하의 시간 또는 상기 사용자에 의해 설정될 수 있는 차량의 제어 방법
18. 제 12항에 있어서,
    상기 샘플링 주파수를 선택하는 단계는,
    상기 수신 받은 화음의 배음의 최소 개수를 선택하고 상기 배음들 중에서 가장 큰 배음의 주파수의 5배 이상이 상기 샘플링 주파수가 되도록 선택하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법
19. 삭제
20. 삭제
21. 제 12항에 있어서,
    상기 주행음을 생성하는 단계는,
    상기 결정된 목표음 주파수와 상기 사용자가 입력한 화음에 대한 정보를 기초로 주행음을 생성하는 단계를 포함하는 차량의 제어 방법
22. 제12항에 있어서,
    상기 주행음을 생성하는 단계는,
    가산 합성(Additive Synthesis) 방식으로 주행음을 생성하는 단계를 더 포함하는 차량의 제어 방법

Images