KR101757362B1 - 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스피커나 오디오 관련 제품의 성능을 시험할 때 필요한 환경 소음을 만들기 위한 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법에 관한 것으로서, 아날로그로 출력되는 소정 핑크노이즈를 각 밴드(band)별로 분석하여 디지털 신호로 변환하는 A단계; 상기 디지털 신호화된 핑크노이즈의 각 밴드 데이터를 개별적인 파일 포맷으로 변환하여 컴퓨터 저장매체에 저장하는 B단계; 상기 저장매체에 저장된 밴드 데이터의 게인(gain)을 조정하여 각각의 밴드에 대한 레벨을 교정하는 C단계; 상기 레벨이 교정된 밴드 데이터를 합산하여 검사용 핑크노이즈를 생성하는 D단계; 및 D단계에서 생성된 검사용 핑크노이즈를 구동 스피커로 아날로그 출력하여 평탄한 주파수 특성을 가지는 핑크노이즈로 출력하는 E단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법{Pink noise output method for inspected of acoustic apparatus}

본 발명은 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스피커나 오디오 관련 제품의 성능을 시험할 때 필요한 환경 소음을 만들기 위한 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법에 관한 것이다.

음향기기의 핵심 구성 중 하나인 스피커는 전기신호를 진동판의 진동으로 바꾸어 소밀파(疏密波)를 발생시킴으로써 음파를 방사하는 음향장치이다.

스피커에 구비되는 진동판이 진동하는 원리는, 자기장에 놓여진 보이스코일에 전류가 흐를 때 발생하는 로렌츠 힘에 의해 진동판을 저주파로 진동시키면 저음이 발생하고, 고주파로 진동시키면 고음이 발생하는 현상을 이용하며, 이때 같은 진동수를 갖더라도 진폭이 커지면 음압 레벨이 높아져 소리의 크기도 커지게 된다.

이러한 스피커는 진동판을 진동시켜 공기를 직접 진동시키는 콘 스피커 방식과, 진동을 혼(horn)으로 받아들여 음을 내보내는 혼 스피커 방식이 있다.

그리고 전기신호를 음파로 변환시키는 원리와 방법에 따라 동전형, 전자기형, 정전형, 유전체형, 자기왜형 등이 있다. 음악 재생용이나 음성용으로서는 성능이 좋은 동전현(다이내믹형)이 널리 쓰인다.

동전형은 영구자석의 자기장 내에 있는 보이스코일에 음성신호 전류를 슬리면 그 전류의 세기에 따라 기계적인 힘이 코일에 작용하여 운동을 일으키는 원리를 이용한 것이다.

전자기형은 영구자석 끝에 설치한 코일에 음성전류를 흘려 보내어 코일 사이에 있는 철편을 진동시키고 이 진동을 레버에 의해 진동판에 전하여 소리를 방사한다. 취급이 간단하므로 가정용 라디오에 많이 사용되었으나 고역 특성이 나쁘고 일그러짐이 많아 점차 사용이 줄어들고 있다.

정전형은 고음용으로 사용되는 경우가 있고, 유전체형과 자기왜형은 가청주파수가 아닌 20kHz 이상의 초음파 영역에서 사용된다.

그리고 가청주파수용 스피커 중에서 특히 고역 주파수대(10kHz 이상)용으로 사용하는 것을 트위터(tweeter)라고 하는데 혼형, 원뿔형 등의 종류가 있으며, 진동계의 무게가 작다.

상술한 바와 같이 스피커는 사용 용도에 따라 크기와 모양이 다르며, 그 특성 또한 다르기 때문에 각각의 스피커마다 검사하는 전압을 정하고 일정 범위 안에서 검사하는 주파수 범위를 정하여 정현파의 신호로 스피커를 구동하여 그 소리를 마이크로 측정함으로써 불량 여부를 검사하게 된다.

한편, 음향기기의 성능을 시험할 때 필요한 환경소음을 만들기 위해서 화이트노이즈(white noise)나 핑크노이즈(pink noise)를 사용한다.

화이트노이즈는 모든 주파수 성분을 포함하는 노이즈로서 그 에너지가 모든 주파수 영역에 분포되어 있으며, 각종 측정에 사용되는 것 말고도 신시사이저에서 자연음(바람소리 등)을 만들어낼 경우의 중요한 음원이 된다.

핑크노이즈는 20Hz 내지 20kHz의 주파수 대역에서 고르게 재생되는 노이즈 레벨로서 화이트 노이즈를 옥타브당 3dB씩 감쇠하여 보정해 줌으로써 실제 청감에서 모든 주파수 대역이 동일한 레벨로 들리게 만드는 노이즈 시그널이다. 즉, 신호의 크기를 측정하기 위하여 인위적으로 만든 잡음 신호를 말하며, 단일 노이즈가 아닌 재생 주파수 대역에서 고르게 재생되는 노이즈 레벨이다.

계측기, 앰프 등 각종 장비의 주파수 재생 특성을 측정할 경우는 실제 재생 주파수가 균일한 화이트노이즈를 사용하게 되고, 사람의 귀로 청취하는 공간에서는 핑크노이즈로 측정하게 된다.

상기한 화이트노이즈와 핑크노이즈는 도1에 도시된 바와 같은 주파수 특성을 가지고 있다.

특히 헤드폰 등 사람의 귀로 청취하는 음향기기의 성능을 검사하기 위해서는 핑크노이즈 신호를 생성하여 스피커를 통해 출력하게 된다.

그러나 스피커는 각자 고유한 주파수 응답 특성을 가지기 때문에 도2에 도시된 바와 같이 스피커의 고유 응답 특성에 따라 핑크노이즈의 주파수 응답 특성이 바뀌게 된다.

이렇게 스피커에 의해서 핑크노이즈의 주파수 응답 특성이 바뀌는 것을 보상하기 위해서는 20Hz 내지 20kHz의 주파수 대역을 평탄하게 보상해주는 필터가 내장된 고가의 스피커를 사용해야만 하는 실정이다.

그리고 종래기술로서 핑크노이즈 신호를 분석하기 위하여 분해능을 1/3, 1/6, 1/12 등의 옥타브 형식으로 설정한다. 여기서 옥타브는 주파수 대역을 분할하는 밴드를 가지는데, 1/12 옥타브의 경우 20Hz 내지 20kHz까지 약 120개의 밴드를 가지게 된다.

이때 핑크노이즈의 주파수 성분을 조정하려면 주파수 대역별로 나누어진 120개의 밴드패스필터(band pass filter)를 이용하여 각 밴드별로 레벨을 조정한 후 다시 합산하면 대역이 조정된 핑크노이즈를 얻을 수 있게 된다.

그러나 상술한 종래기술은 분해능이 클수록 필요한 밴드패스필터의 수가 많아지기 때문에 구조적으로 복잡해지므로 검사 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.

또한, 밴드의 수가 많고 핑크노이즈의 재생시간이 길어질수록 많은 연산시간을 소모하게 되므로 실용화에 어려움이 있는 실정이다.

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 구조적으로 간단하고 빠른 속도로 핑크노이즈를 생성하여 검사 비용을 절감하고 작업 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 아날로그로 출력되는 소정 핑크노이즈를 각 밴드(band)별로 분석하여 디지털 신호로 변환하는 A단계; 상기 디지털 신호화된 핑크노이즈의 각 밴드 데이터를 개별적인 파일 포맷으로 변환하여 컴퓨터 저장매체에 저장하는 B단계; 상기 저장매체에 저장된 밴드 데이터의 게인(gain)을 조정하여 각각의 밴드에 대한 레벨을 교정하는 C단계; 상기 레벨이 교정된 밴드 데이터를 합산하여 검사용 핑크노이즈를 생성하는 D단계; 및 D단계에서 생성된 검사용 핑크노이즈를 구동 스피커로 아날로그 출력하여 평탄한 주파수 특성을 가지는 핑크노이즈로 출력하는 E단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 C단계는, 상기 A단계에서 출력되는 핑크노이즈를 옥타브(octaves) 분석하여 상기 구동 스피커에 대한 주파수 응답 특성을 획득하는 C-1단계와, 상기 획득된 주파수의 최대 레벨을 기준값으로 설정하는 C-2단계와, 상기 기준값이 상기 구동 스피커가 출력할 수 있는 최대값(full scale)이 되도록 상기 획득된 주파수의 전체 레벨을 동시에 증가시키는 C-3단계와, 상기 전체 레벨이 증가된 주파수의 최소 레벨을 기준으로 주파수의 전체 레벨이 평탄해지도록 각 옥타브 밴드들의 게인을 조정하는 C-4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 C단계 내지 상기 D단계를 반복 실행하여 주파수 대역이 서로 다르게 평탄화된 복수의 핑크노이즈를 생성하는 F단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 음향기기를 검사하기 위한 핑크노이즈를 생성함에 있어, 분해능에 관계없이 밴드패스필터가 필요없고 파일 형태로 기저장된 밴드 데이터를 사용하므로 검사 장비를 구조적으로 간단하게 구현할 수 있음은 물론 검사 비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 주파수 대역 교정시 이미 저장되어 있는 각 밴드 데이터의 게인만 바로 조정하여 합산하면 대역이 조정된 핑크노이즈를 재생시간에 관계없이 빠른 속도로 얻을 수 있으므로 실용화가 용이한 효과가 있다.

도1은 화이트노이즈와 핑크노이즈의 주파수 특성을 나타내는 그래프이고,
도2는 스피커 고유의 주파수 응답 특성에 의해 핑크노이즈의 주파수 응답 특성이 바뀌어 출력되는 상태를 나타내는 그래프이고,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도4는 본 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있는 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력장치를 나타내는 개념도이고,
도5 내지 도8은 본 발명의 실시예에 따른 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법에서 밴드 데이터의 게인을 조정하기 위한 방법을 구체적으로 설명하기 위한 예시 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법은, 도3을 참조할 수 있는 바와 같이, 아날로그로 출력되는 소정 핑크노이즈를 각 밴드(band)별로 분석하여 디지털 신호로 변환하는 A단계와, 상기 디지털 신호화된 핑크노이즈의 각 밴드 데이터를 개별적인 파일 포맷으로 변환하여 컴퓨터 저장매체에 저장하는 B단계와, 상기 저장매체에 저장된 밴드 데이터의 게인(gain)을 조정하여 각각의 밴드에 대한 레벨을 교정하는 C단계와, 상기 레벨이 교정된 밴드 데이터를 합산하여 검사용 핑크노이즈를 생성하는 D단계와, D단계에서 생성된 검사용 핑크노이즈를 구동 스피커로 아날로그 출력하여 평탄한 주파수 특성을 가지는 핑크노이즈로 출력하는 E단계;를 포함한다.

이와 같은 단계로 이루어지는 본 발명에 따라 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력장치가 구현될 수 있으며, 도4를 참조하여 각각의 단계를 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 상기 A단계에서는 마이크로폰을 통해 핑크노이즈를 입력받아 디지털 신호로 변환하게 되는데, 이때 상기 마이크로폰은 신호 저장을 위해 컴퓨터 단말기와 연결되어 있는 상태이다.

여기서, 마이크로폰은 음을 전기 신호로 변환하는 장치로서, 음의 에너지를 사용한 작은 발전기라 생각할 수 있으며, 발전 기구에 따라 종류를 구분할 수 있다. 진동판에 결합시킨 코일과 고정되어 있는 영구 자석을 사용하여 전자 유도의 원리로 발전하는 다이내믹형, 진동판과 고정 전극 사이의 용량 변화를 검출하는 콘덴서형, 진동판에 크리스털 또는 세라믹 등의 압전 소자를 붙인 크리스털형, 세라믹형 등 제각기 특징이 있어 상황에 따라 당업자에 의해 적적한 종류가 선택될 수 있다.

다음으로, 상기 B단계에서는 각 밴드(band)별로 분석된 핑크노이즈를 마이크로폰과 연결된 컴퓨터 단말기의 저장매체에 저장한다. 이때, 각 밴드 데이터를 개별적인 파일 포맷으로 변환하여 구분이 쉽게 저장하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 'Band_1_Data', 'Band_2_Data', 'Band_3_Data'과 같이 구분하여 저장하고, 추후에 언제든지 사용할 수 있도록 있도록 한다.

다음으로, 상기 C단계에서는 이미 저장되어 있는 각 밴드 데이터의 게인만을 조정하여 대역이 조정된 핑크노이즈를 빠른 속도로 얻을 수 있도록 한다.

구체적으로, 상기 C단계는, 상기 A단계에서 출력되는 핑크노이즈를 옥타브(octaves) 분석하여 상기 구동 스피커에 대한 주파수 응답 특성을 획득하는 C-1단계와, 상기 획득된 주파수의 최대 레벨을 기준값으로 설정하는 C-2단계와, 상기 기준값이 상기 구동 스피커가 출력할 수 있는 최대값(full scale)이 되도록 상기 획득된 주파수의 전체 레벨을 동시에 증가시키는 C-3단계와, 상기 전체 레벨이 증가된 주파수의 최소 레벨을 기준으로 주파수의 전체 레벨이 평탄해지도록 각 옥타브 밴드들의 게인을 조정하는 C-4단계를 포함할 수 있다.

상기 C-1단계에서는 기본적인 핑크노이즈를 구동 스피커를 통해 출력하고 재생되는 소리를 마이크로폰으로 측정하는데, 이때 옥타브 분석을 통하여 주파수 응답 특성을 그리면 도5에 예시된 바와 같이 상기 구동 스피커의 응답 특성이 나타나게 된다.

상기 C-2단계에서는 마이크로폰을 통해 측정된 주파수 레벨의 최대값을 기준값으로 설정하며, 상기 C-3단계에서 상기 기준값이 구동 스피커의 D/A 컨버터가 출력할 수 있는 최대값이 되도록 도6에 예시된 바와 같이 전체 주파수 레벨을 동시에 증가시킨다. 여기서, 구동 스피커의 최대값은 실제 적용 회로마다 다를 수 있으므로 본 실시예에서는 120dB로 가정하기로 한다.

상기 C-4단계에서는 전체 주파수 레벨을 동시에 증가시킨 상태에서 전체 주파수 특성 중 최소값을 기준으로 레벨이 평탄해지도록 도7에 예시된 바와 같이 각 옥타브 밴드들의 게인을 조정한다.

옥타브 밴드를 평탄하게 만들기 위해서는 낮은 주파수 밴드의 레벨을 증가시켜야 한다. 그러나 실제 출력 회로의 AMP 성능과 구동 스피커의 출력 성능에는 한계가 있기 때문에 잘못된 레벨 조정은 상기한 한계에 도달하여 평탄한 주파수 특성을 얻을 수 없게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상술한 C-1단계 내지 C-4단계에서와 같이 구동 스피커의 주파수 응답 특성 중 최대값을 출력할 수 있는 최대 레벨로 조정한 후 이 상태에서 다시 최소값을 기준으로 옥타브 밴드의 레벨을 감소시킴으로써 구동 스피커가 출력 한계에 도달하지 않고 안정되고 평탄한 주파수 특성을 얻을 수 있게 되는 것이다.

다음으로, 상기 D단계에서는 컴퓨터 단말기 내에 기설정된 프로그램이나 로직을 통해 레벨이 교정된 밴드 데이터를 합산함으로써 검사를 위한 핑크노이즈를 생성하게 된다.

다음으로, 상기 E단계에서는 생성된 검사용 핑크노이즈를 D/A 컨버터를 거쳐 구동 스피커로 아날로그 출력함으로써 음향기기의 검사를 위한 평탄한 주파수 특성을 가지는 핑크노이즈로 출력할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 C단계 내지 상기 D단계를 반복 실행하여 주파수 대역이 서로 다르게 평탄화된 복수의 핑크노이즈를 생성하는 F단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 음향기기의 종류나 검사 환경에 따라 다양한 핑크노이즈를 미리 생성해놓음으로써 다양한 음향기기를 검사함에 있어 작업의 효율을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 음향기기를 검사하기 위한 핑크노이즈를 생성함에 있어, 분해능에 관계없이 밴드패스필터가 필요없고 파일 형태로 기저장된 밴드 데이터를 사용하므로 검사 장비를 구조적으로 간단하게 구현할 수 있음은 물론 검사 비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 주파수 대역 교정시 이미 저장되어 있는 각 밴드 데이터의 게인만 바로 조정하여 합산하면 대역이 조정된 핑크노이즈를 재생시간에 관계없이 빠른 속도로 얻을 수 있으므로 실용화가 용이한 효과가 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법에 있어서,
   아날로그로 출력되는 소정 핑크노이즈를 각 밴드(band)별로 분석하여 디지털 신호로 변환하는 A단계;
   상기 디지털 신호화된 핑크노이즈의 각 밴드 데이터를 개별적인 파일 포맷으로 변환하여 컴퓨터 저장매체에 저장하는 B단계;
   상기 저장매체에 저장된 밴드 데이터의 게인(gain)을 조정하여 각각의 밴드에 대한 레벨을 교정하는 C단계;
   상기 레벨이 교정된 밴드 데이터를 합산하여 검사용 핑크노이즈를 생성하는 D단계; 및
   상기 D단계에서 생성된 검사용 핑크노이즈를 구동 스피커로 아날로그 출력하여 평탄한 주파수 특성을 가지는 핑크노이즈로 출력하는 E단계;를 포함하며,
   상기 C단계는,
   상기 A단계에서 출력되는 핑크노이즈를 옥타브(octaves) 분석하여 상기 구동 스피커에 대한 주파수 응답 특성을 획득하는 C-1단계와,
   상기 획득된 주파수의 최대 레벨을 기준값으로 설정하는 C-2단계와,
   상기 기준값이 상기 구동 스피커가 출력할 수 있는 최대값(full scale)이 되도록 상기 획득된 주파수의 전체 레벨을 동시에 증가시키는 C-3단계와,
   상기 전체 레벨이 증가된 주파수의 최소 레벨을 기준으로 주파수의 전체 레벨이 평탄해지도록 각 옥타브 밴드들의 게인을 조정하는 C-4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 C단계 내지 상기 D단계를 반복 실행하여 주파수 대역이 서로 다르게 평탄화된 복수의 검사용 핑크노이즈를 생성하는 F단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향기기 검사용 핑크노이즈 출력방법.

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