KR101768174B1 - 가상 배기음 출력 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가상 배기음 출력 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어부와, 다수개의 PWM 신호처리부, 제1 내지 제3 믹싱부, 제1 및 제2 게인, 배경잡음 발생부, 필터, 블로우오프 밸브 사운드 발생부, 앰프 및 스피커를 포함하는 가상 배기음 출력 장치로서, 상기 PWM 신호처리부는 제어부에서 출력되는 PWM 신호를 입력받아 필터와 게인을 통해 신호 레벨을 조정하여 제1 믹싱부로 가상 배기음을 출력하며, 제1 믹싱부는 다수개의 PWM 신호처리부를 통해 출력되는 신호들을 믹싱하여 제1 게인으로 가상 배기음을 출력하고, 제1 게인은 제어부의 제어신호에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 출력하며, 제2 믹싱부는 제1 게인으로부터 출력되는 가상 배기음을 자연음에 가깝게 만들기 위해 구성된 배경잡음 발생부로부터 발생된 배경잡음 신호와 믹싱하여 출력하고, 제3 믹싱부는 배경잡음 신호가 믹싱된 가상 배기음과 블로우오프 밸브 사운드 발생부로부터 발생되는 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호와 믹싱하여 출력하며, 제3 믹싱부로부터 출력된 신호를 앰프를 통해 증폭하여 스피커를 통해 출력하는 것을 특징으로 한다.

Description

가상 배기음 출력 장치 및 방법{Apparatus and method for Virtual Exhaust Sound}
본 발명은 가상 배기음 출력 장치(Virtual Exhaust Sound Device) 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PWM 다중신호를 필터링(Filtering), 믹싱(Mixing) 및 게인 레벨(Gain level)변조로 전기적 사운드를 실제 배기음과 같이 출력되도록 하는 회로 구성과 사운드패턴 알고리즘을 제공함으로써, 모든 종류의 자동차에서 사람에게 기분 좋은 배기음을 생성할 수 있는 가상 배기음 출력 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배기음은 되도록 내연기관의 소음을 줄이는 방향으로 개발되어 왔으며, 특히 디젤기관의 경우 소음은 물론 각종 배기오염물질을 줄이기 위한 DPF, EGR 같은 필터장치를 채용하여 배기소음을 줄이면서 대기오염물질도 줄일 수 있도록 자동차 제조회사들의 노력은 지속되고 있다.
최근 보급이 늘어나고 있는 전기자동차 또는 하이브리드 차량의 경우에는, 배기 소음이 발생하지 않아 안전장치로서 일정한 차량 배기음이 출력되도록 법규가 만들어지고 있다.
운전을 즐기는 운전자의 입장에서 보면 자동차의 특유의 엔진음, 배기음은 인간의 감성을 자극시켜 운전 이외에 즐거움을 주는 요소이며, 특유의 배기음을 발생하는 차량으로 예를 들어, 람보르기니, 포르쉐 같은 자동차의 운전자들은 그 배기음 자체가 매우 큰 즐거움으로 차량의 일부로 인식하고 있다.
이러한 운전자의 감성에 반하여 현대의 차량들은 대기오염 방지장치들로 말미암아 특유의 자동차 배기음이 축소된 상태로 출시되고 있어 운전자의 감성을 만족시키지 못하고 있으며, 운전자들이 다소 큰 소리의 자동차 배기음을 생성시킬 수 있는 방안을 계속해서 요구하므로 몇몇 유명 자동차회사에서는 액티브 사운드 디자인 또는 액티브 사운드 부스터 등의 가상 배기음을 만드는 기술을 개발하여 출시하고 있다.
액티브 사운드 디자인 또는 액티브 사운드 부스터 기술들은 차량정보를 받아 실제 차량의 엔진음 또는 배기음을 마이크로 모니터링하여 별도의 사운드를 첨가하여 출력하거나, 차량 정보를 받아 임의의 패턴을 미리 메모리하고 있다가 그 패턴의 주파수를 변경하는 방식의 단순한 방식을 사용하고 있으며, 가장 흔하게는 메모리칩에 유명 차종의 엔진배기음을 녹음하여 주행상태에 따라 녹음사운드를 출력하는 방식을 사용하고 있다.
종래의 기술에서는 원하는 좋은 엔진 배기음을 사용자가 선택하거나 만들기가 매우 힘들며 상대적으로 감성이 높은 슈퍼카에서 들을 수 있는 것과 같은 힘차고 우렁차면서 하드한 사운드의 엔진 배기음을 듣기에는 역부족이어서 그 한계가 분명하다.
또한, 자동차 엔진음 또는 배기음에서 사람에게 청감상 기분이 좋아질 수 있도록 배기음을 좋게 하기 위해 별도의 배기장치를 달고 튜닝을 하거나 자동차 자체의 엔진음 또는 배기음에 전자적인 소음을 추가하는 방식을 사용하고 있다.
상술한 기술들은 대부분 인간의 청감상 기분이 좋아지는 형태로 만들어지지 않고 도리어 소음으로 인식되어 불쾌감이나 두통을 일으키며 일정기간이 지나면 대부분 폐기되고 있는 실정이다.
또한, 기계적인 배기음 튜닝을 한 경우에는 자동차 구조변경 등으로 문제가 될 수 있고, 배출가스 문제를 일으키거나 지나친 소음으로 주변인들을 불쾌하게 만드는 문제들이 발생하고 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2012-0134437(공개일자 2012년12월12일)
본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, PWM 다중신호를 필터링(Filtering), 믹싱(Mixing) 및 게인 레벨(Gain level)변조로 전기적 사운드를 실제 배기음과 같이 출력되도록 하는 회로 구성과 사운드패턴 알고리즘을 제공함으로써, 모든 종류의 자동차에서 사람에게 기분 좋은 배기음을 생성할 수 있는 가상 배기음 출력 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자동차 주행상태정보를 받아 이를 반영한 가상 배기음 출력 장치(Virtual Exhaust Sound Device) 및 그 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상 배기음 출력 시스템은, 제어부와, 다수개의 PWM 신호처리부, 제1 내지 제3 믹싱부, 제1 및 제2 게인, 배경잡음 발생부, 필터, 블로우오프 밸브 사운드 발생부, 앰프 및 스피커를 포함하는 가상 배기음 출력 장치로서, 상기 PWM 신호처리부는 제어부에서 출력되는 PWM 신호를 입력받아 필터와 게인을 통해 신호 레벨을 조정하여 제1 믹싱부로 가상 배기음을 출력하며, 제1 믹싱부는 다수개의 PWM 신호처리부를 통해 출력되는 신호들을 믹싱하여 제1 게인으로 가상 배기음을 출력하고, 제1 게인은 제어부의 제어신호에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 출력하며, 제2 믹싱부는 제1 게인으로부터 출력되는 가상 배기음을 자연음에 가깝게 만들기 위해 구성된 배경잡음 발생부로부터 발생된 배경잡음 신호와 믹싱하여 출력하고, 제3 믹싱부는 배경잡음 신호가 믹싱된 가상 배기음과 블로우오프 밸브 사운드 발생부로부터 발생되는 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호와 믹싱하여 출력하며, 제3 믹싱부로부터 출력된 신호를 앰프를 통해 증폭하여 스피커를 통해 출력하되, 제2 믹싱부와 제3 믹싱부 사이에는 가상 배기음에 특정 비트를 강하게 강조하는 필터와 제2 게인이 설치되고, 제2 게인은 PWM 신호처리부를 통해 인가되는 제어부의 게인 제어신호(특정 비트를 강하게 강조한)에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 제3 믹싱부로 출력하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound)는 터보 차량에서 실제 주행시 발생하는 사운드인 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호를 발생하는 것으로, 핑크 노이즈 발생기(pink noise generator)와 제2 필터, 제3 게인, 제 필터로 구성되고, 제어부에서 차량의 주행정보에 맞춰 출력되는 PWM 신호가 PWM 신호처리부를 통해 신호 처리되어 제3 게인의 게인 제어신호로 인가되며, 제3 필터를 거쳐 필터링된 가상 배기음 신호가 제3 믹싱부로 입력되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 스피커는 스텐레스 재질의 반사가 강하고 차량 하부에 조립시 일체형 타입의 밀폐형 스피커로서, 돔 형상의 상부 케이스, 상부 케이스와 결합 체결되는 하부 방향으로 오목한 하부 케이스, 하부 케이스의 측벽에 설치되어 가상 배기음이 외부로 출력되는 머플러 형상의 파이프, 상부 케이스의 내측에 설치되는 스피커 유닛 및 스피커 유닛과 체결되는 샤시 일체형 배플이 설치 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 파이프는 차량 하부의 설치 환경에 따라 길이가 조절되며, 파이프의 끝단부가 상측에서 하측 방향으로 일정 각도 경사지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기존과 다른 관점으로 가상 배기음 출력 방법은, 제어부와, 다수개의 PWM 신호처리부, 제1 내지 제3 믹싱부, 제1 및 제2 게인, 배경잡음 발생부, 필터, 블로우오프 밸브 사운드 발생부, 앰프 및 스피커를 포함하는 가상 배기음 출력 장치를 이용하는 것으로, PWM 신호처리부는 제어부에서 출력되는 PWM 신호를 입력받아 필터와 게인을 통해 신호 레벨을 조정하여 제1 믹싱부로 가상 배기음을 출력하는 제1 단계와; 제1 믹싱부는 다수개의 PWM 신호처리부를 통해 출력되는 신호들을 믹싱하여 제1 게인으로 가상 배기음을 출력하고, 제1 게인은 제어부의 제어신호에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 출력하는 제2 단계; 제2 믹싱부는 제1 게인으로부터 출력되는 가상 배기음을 자연음에 가깝게 만들기 위해 구성된 배경잡음 발생부로부터 발생된 배경잡음 신호와 믹싱하여 출력하는 제3 단계; 제3 믹싱부는 배경잡음 신호가 믹싱된 가상 배기음과 블로우오프 밸브 사운드 발생부로부터 발생되는 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호와 믹싱하여 출력하는 제4 단계; 및 제3 믹싱부로부터 출력된 신호를 앰프를 통해 증폭하여 스피커를 통해 출력하는 제5 단계;를 포함하되, 제2 믹싱부와 제3 믹싱부 사이에는 가상 배기음에 특정 비트를 강하게 강조하는 필터와 제2 게인이 설치되고, 제2 게인은 PWM 신호처리부를 통해 인가되는 제어부의 게인 제어신호(특정 비트를 강하게 강조한)에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 제3 믹싱부로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound)는 터보 차량에서 실제 주행시 발생하는 사운드인 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호를 발생하는 것으로, 핑크 노이즈 발생기(pink noise generator)와 제2 필터, 제3 게인, 제 필터로 구성되고, 제어부에서 차량의 주행정보에 맞춰 출력되는 PWM 신호가 PWM 신호처리부를 통해 신호 처리되어 제3 게인의 게인 제어신호로 인가되며, 제3 필터를 거쳐 필터링된 가상 배기음 신호가 제3 믹싱부로 입력되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에서 추구하는 기술적 문제 해결은 사용자들에게 기분 좋은 청취감을 주는 가상 배기음을 발생하는 회로 구성 및 알고리즘, 그리고 그 방법을 구현함으로써 자동차나 기타 전기차, 전기 오토바이, 전기 자전거 등에 범용적으로 널리 적용되어 사용자들에게 좋은 주행 청취감을 줄 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 모든 차량에서 통신용으로 제공하는 OBD 단자에서 자동차표준규약인 CAN 통신프로토콜을 읽어 들여 차량 내의 어떤 부분에서도 별도의 구조변경 없이 법적, 안전성 문제없이 차량주행정보를 읽고 분석하여 가상 배기음을 차량상태에 맞도록 출력하여 실제 차량주행시 높은 만족감을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 사용자가 원하는 가상 배기음을 간편한 사용자 인터페이스(UI)로 조절할 수 있도록 하여 사용자 개개인에 맞는 취향의 가상 배기음을 제공하여 높은 만족감을 얻을 수 있고, 국내 및 해외 시장성이 높은 자동차 튜닝산업의 발전도 도모하여 지대한 부가가치 및 일자리를 창출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가상 배기음 출력 장치의 회로 구성을 계략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 PWM 다중신호를 처리하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 블로우오프 밸브 사운드 발생 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 사용자 인터페이스(UI)를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 사운드패턴 발생 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시된 ST20, ST30에서 사용하는 조건에 대한 직관적인 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 가상 배기음 장치(VESS : Virtual EXHAUST Sound Device)의 주요 구성을 나타낸 예시도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 고성능 스피커의 구성을 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리 범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 가상 배기음 출력 장치의 회로 구성을 계략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가상 배기음 출력 장치는 전혀 새로운 좋은 자동차 배기음을 값비싼 DSP 처리에 관련된 알고리즘이나 회로 구성을 사용하지 않고도 저렴한 제어부(CPU)에서 간단하게 제어할 수 있는 PWM 신호를 여러 개 병렬로 사용하여 변조, 필터링, 믹싱 등의 방식으로 신호를 처리하고 자연음에 가깝게 생성할 수 있는 회로 구성 및 사운드 알고리즘을 저가의 가격으로 제공하는 것으로, 제어부(10)와, 제1 내지 제8 PWM 신호처리부(20), 제1 내지 제3 믹싱부(30, 32, 34), 제1 및 제2 게인(40, 42), 배경잡음 발생부(back ground noise, 50), 필터(60), 블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound, 70), 앰프(AMP, 80) 및 스피커(90)를 포함 구성된다.
상기 제어부(CPU IC, 10)는 다수개의 PWM 신호를 출력하여 제1 내지 제8 PWM 신호처리부(20)로 입력하며, 제1 내지 제8 PWM 신호처리부(20)는 PWM 신호수신부(22)를 통해 제어부(10)에서 출력되는 PWM 신호를 입력받아 도시되지 않은 필터를 통해 특정 주파수로 필터링하고, 도시되지 않은 게인을 통해 신호 레벨을 조정하여 제1 믹싱부(30)로 다중 PWM 신호를 출력한다.
상기 제1 믹싱부(30)는 제어부(10)에서 출력되어 제1 내지 제6 PWM 신호처리부(20)를 통해 조정된 다중 PWM 신호를 믹싱(mixing)하여 제1 게인(40)으로 출력하고, 제1 게인(40)은 제어부(10)의 게인 제어신호에 따라 믹싱된 다중 PWM 신호의 레벨을 조정하여 제2 믹싱부(32)로 레벨 조정된 다중 PWM 신호를 출력한다.
이때, 상기 제2 믹싱부(32)는 제1 게인(20)으로부터 출력되는 다중 PWM 신호를 자연음에 가깝게 만들기 위해 구성된 배경잡음 발생부(back ground noise, 50)로부터 발생된 배경잡음 신호를 믹싱(mixing)하여 가상 배기음으로 출력한다.
배경잡음 신호가 믹싱된 가상 배기음은 전체적인 밸런스를 위해 필터(60)를 통해 필터링(filtering)되어 제2 게인(42)으로 인가되고, 제2 게인(42)은 제7 PWM 신호처리부(10)를 통해 인가되는 제어부(10)의 게인 제어신호(특정 비트를 강하게 강조한)에 따라 배경잡음 신호가 믹싱된 가상 배기음의 레벨을 조정하여 제3 믹싱부(34)로 비트가 포함된 풍부한 사운드로 가상 배기음을 출력한다.
상기 제3 믹싱부(34)에는 블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound, 70)로부터 발생되는 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호 즉, 터보 차량 등에서 실제 주행시 발생하는 사운드가 입력되어 가상 배기음과 믹싱되어 출력된다. 여기서, 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호는 실제 터보 차량에서는 운전자가 액셀을 급히 밟았다가 떼면 가스압력이 거꾸로 흐르는데 이때, 가스가 빠지는 소리를 의미한다.
이와 같이, 상기 제3 믹싱부(34)에서 가상 배기음에 급가속 후 엑셀 패달에서 발을 떼면 발생하는 블로우오프 밸브 신호까지 최종적으로 믹싱(mixing)되어 실제 차량의 주행 배기음과 유사하게 가상 배기음이 생성된다.
최종적으로 생성된 가상 배기음은 고효율 앰프(D-CLASS Digital AMP, 80)로 입력되고, 고효율 앰프(D-CLASS AMP, 80)는 제어부(10)의 제어에 따라 가상 배기음을 증폭시켜 연결된 고성능 스피커(90)를 통해 수백 KHz의 고주파 신호의 가상 배기음을 출력한다.
여기서, 상기 고효율 앰프(80)는 열이 적게 나면서 효율도 극대화되며, 예를 들어 일반적인 AB-CLASS Analog AMP에 비하여 기계적인 사운드가 강한 날카로운 사운드가 스피커(90)를 통해 출력되는데, 실제 기계적인 사운드로 출력되는 가상 배기음은 모노(MONO)인 경우 보다 스테레오(STEREO)인 경우가 훨씬 더 좋은 사운드로 출력되므로 고성능 스피커(90)를 스테레오(STEREO)로 설치하여 가상 배기음을 출력한다.
도 2는 본 발명에 따른 PWM 다중신호를 처리하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가상 배기음 출력 장치는 기본적으로 PWM 신호를 필터링하는 경우에는, 필터링하는 주파수 특성에 따라 여러 파형이 생성된다. 이때, 다양한 형태의 삼각파, 클리핑된 정현파, 정현파 등의 여러 파형을 특정 레벨로 출력하기 위한 필터회로를 설계한다.
제어부(10)로부터 출력되는 PWM 신호가 PWM 신호처리부(20)의 PWM 신호수신부(22)를 거쳐 필터(24)에 입력되면, 필터(24)를 통해 특정 주파수로 필터링되고, 게인(26)을 통해 신호 레벨이 조정되어 PWM 신호가 출력되며, 이와 같이 출력되는 여러 개의 PWM 신호가 제2 믹싱부(32)를 통해 배경잡음 발생부(back ground noise, 50)로부터 발생된 배경잡음 신호와 믹싱(mixing)되어 필터(60)와 제2 게인(42)을 거쳐 가상 배기음으로 출력된다.
여기서, 가상 배기음의 배경잡음(noise signal)은 제2 믹싱부(32)를 통해 여러 개의 저주파수에 고주파수가 믹싱되어 고조파(harmonics)가 생성되고, 그 배경에 저주파수의 타이밍에 링크된 배경잡음이 실려 있는 실제 자연 배기음 상태의 파형(S1)이 만들어지게 된다.
이때, 제7 PWM 신호처리부(20)의 특정 타이밍에 맞춰 게인(42)을 증가시키면 그 타이밍에 맞는 저주파수만 강하게 비트가 발생되어 자동차 배기음의 폭발음 같은 청취감을 느끼게 되어 도 2에 도시된 파형(S1)처럼 기본 사운드 패턴이 생성된다.
도 3은 본 발명에 따른 블로우오프 밸브 사운드 발생부의 내부 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound, 70)는 터보 차량 등에서 실제 주행시 발생하는 사운드인 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호를 발생하는 것으로, 핑크 노이즈 발생기(pink noise generator, 71)와, 제2 필터(72), 제3 게인(73), 제3 필터(74)로 구성되고, 제어부(10)에서 차량의 주행정보에 맞춰 출력되는 PWM 신호가 제8 PWM 신호처리부(10)를 통해 신호 처리되어 제3 게인(73)의 게인 제어신호로 인가되며, 제3 필터(74)를 거쳐 필터링된 가상 배기음 신호가 제3 믹싱부(34)에 입력된다.
도 4는 본 발명에 따른 사용자 인터페이스(UI)를 나타낸 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사용자 인터페이스(UI)는 사용자가 원하는 사운드를 적절하게 튜닝하기 위한 선택 패널로서, 세로 방향으로 레벨 세트(LEVEL SET)의 채널(CH) 항목이 다수 개 배치되며, 액셀러레이터(Acce)의 디폴트(DEF) 및 밸류(VALUE)가 배치되고, 톤_A(TONE_A)의 디폴트(DEF) 및 밸류(VALUE)가 배치되며, 톤_B(TONE_B)의 디폴트(DEF) 및 밸류(VALUE)가 배치되고, 블로우오프 밸브(Blowoff valve)가 배치되며, 가로 방향으로 알피엠/스피드(RPM/SPEED) 게이지(GAUGE)가 0 ~ 8,000까지 배치된다.
여기서, 도 4에 도시된 사용자 인터페이스(UI)는 단지 예시도이며, 기본적인 항목은 동일하면서 더욱 직관적이며 디자인적으로 사용자에게 편의를 제공할 수 있는 사용자 인터페이스(UI)로 변경하여 사용할 수 있도록 구성된다.
도 5는 본 발명에 따른 사운드패턴 발생 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 가장 중요한 자연음 같은 사운드 패턴 발생 알고리즘으로, 사람에게 실제 배기음으로 들리게 하는 사운드를 합성하는 방법으로, 이 방법으로 자연음에 가깝게 또는 사람에게 청감상 좋은 사운드를 제공하는 것이 가능하게 된다.
실제 부드러운 자연 배경잡음(Back ground noise)에 저주파수가 적당히 섞여있고, 고주파수가 특정패턴으로 음압이 계속 변동되는 상태여야 사람들에게 기분 좋은 청취감을 느끼게 할 수 있다. 즉, 사람들에게 기분 좋은 가상 배기음을 제공하려면 다음과 같은 조건을 만족해야 한다.
1) 부드러운 자연 배경잡음의 레벨이 '적당' 해야 한다.
2) 딱딱하지 않은 저주파수의 레벨이 '적당히' 커야한다.
3) 특정 패턴의 고주파수가 음압레벨이 일정하지 않고 계속 '적당히' 변동해야 한다.
4) 이 모든 1), 2), 3) 성분이 '적당히' 믹싱되고 '적당한' 레벨과 '적당한' 환경에서 발생해야 한다.
본 발명은 위의 4)가지 조건을 만족하도록 가상 배기음 발생 알고리즘과 회로를 구성하는 것으로, 실제로는 단순히 처리 알고리즘만으로는 구현하기 어려우며, 실제 청취자가 기분 좋은 사운드라고 느끼는 지점을 여러 실험을 거쳐서 찾아야 하고, 본 발명에서는 그 지점을 명확히 명시하지 않으며 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명하도록 한다.
상술한 바와 같이 기분 좋은 사운드 조건 1), 2), 3)을 만족시키기 위하여 어떤 식으로 변동하는 것은 미리 입력된 레벨값에 사용자의 선택사양과 현재 주행중인 차량의 상태에 따라 일부 수정이 가해지며 이미 조건 1), 2), 3)으로 만들어진 사운드 패턴에 조건 4)를 믹싱시키면 된다.
이러한 과정을 알고리즘으로 설명한 것이 도 5에 도시된 ST10 부터 ST40까지의 알고리즘이다.
ST20과 ST30의 Sub ROUTINE 1, 2가 실제로 기분 좋은 사운드를 만드는 사운드 패턴을 만드는 조건 알고리즘이다.
이러한 조건을 만족하면 최종적으로 ST40의 배기음이 출력되며 이것은 도 2에 도시된 S1 신호와 동일한 신호가 된다.
S1 신호가 알고리즘에 의해 제어되어 도 5에 도시된 S2 처럼 기본패턴이 변화하면서 사람이 느끼는 실제 사운드로 변화된다.
즉, 단발성이 아닌 실시간으로 변화하는 패턴이 사람들에게 지루함을 주지 않고 능동적인 사운드로 출력된다.
본 발명에서는 실제로 특정 주파수 및 특정 시간으로 한정하지 않으며 각종 변수에 따라 다르게 표현하고 있다. 도 5에 도시된 도면은 단지 예시를 하는 것이며 기술적으로는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 설명하고 있다.
주파수가 달라지면 실제로 4개의 작은 비트가 아니라 여러 개의 비트가 생기기도 하고 더 적어지기도 한다.
도 6은 도 5에 도시된 ST20, ST30에서 사용하는 조건에 대한 직관적인 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 자동차의 주행정보 중 가장 기본이 되는 RPM/SPEED와 출력 신호 주파수의 상관관계를 설명한다.
기본적으로 다음과 같은 수식을 기본으로 출력한다.
freq_1=a+K (then, a=1st sound tone, K=가속도 수식)
freq_2=freq1 x b (then, b=2th sound tone)
freq_3=freq2 x c (then, c=3th sound tone)
a는 현재 시작되는 주파수의 시작점이 어디인지 나타내며, x는 기본 주파수로서 주행중인 자동차의 PRM/SPEED 이고, K는 가속도로서 기울기가 급격한가 아닌가에 따라 속도감이 달라지며, b는 RPM/SPEED의 대역폭, c는 고조파(harmonics) 이다.
여기서, 대역폭이 넓거나 좁음에 따라 차종이 달라지고, 그에 따른 실제 차량에서의 배기음이 달라지게 되며, 고 RPM으로 빨리 올라가느냐 천천히 올라가느냐에 따라 주행감이 달라지게 된다.
또한, 실시간 패턴은 자동차의 주행정보 및 사용자가 입력한 신호패턴에 따라 그 값을 불러와서 참조하여 만들어진다.
즉, 사용자가 입력한 신호 패턴을 기준으로 자동차 주행정보, RPM/SPEED, 기어 위치, 브레이크, 엑셀레이터의 급가속 여부, 기타 필요한 차량정보에 따라 패턴이 만들어지도록 알고리즘 되어 있다.
이러한 신호들이 패턴알고리즘에 따라 전체적으로 제어되며 본 발명의 기존 기술과 다르게 실제 자연음으로 들리도록 하는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 가상 배기음 장치(VESS : Virtual EXHAUST Sound Device)의 주요 구성을 나타낸 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가상 배기음 장치(200)는 OBD 단자(110)와 CAN 통신 모듈(120)이 연결되며, 자동차 표준 규격인 OBD 단자(110)에서 CAN 통신모듈(120)로 현재 차량의 주행정보를 받아 분석하여 사운드 패턴을 생성하도록 구성된다. 이와 같이 구성된 가상 배기음 장치(200)는 모든 차종에 적용이 가능하며 표준규격이므로 범용적이며 시장성이 크고 고장의 우려가 없게 된다.
가상 배기음 장치(200)는 도 7에 도시된 바와 같이, 사용자의 노트북, 테블릿 PC, 스마트폰 등에 설치된 유저 인터페이스(100)와 RS-232 통신 모듈(130)을 서로 연결하여 사용자가 자신의 취향에 맞춰 사운드 패턴을 변경할 수 있도록 구성된다. 또한, RS-232 통신 모듈(130)을 통해 별도의 통신 장치가 확장 연결될 수 있으며, 예를 들어 REMOCON 장치 등을 연결하여 사용자가 선택할 수 있다.(실시예로 UART 통신으로도 변경가능하게 적용할 수도 있다.)
가상 배기음 장치(200)는 고효율 앰프(D-CLASS HIGH POWER AMP, 80)를 사용하여 R-CH 및 L-CH 연결된 고성능 스피커(90)로 가상 배기음을 출력하며, 고성능 스피커(90)를 사용함으로써, 특정한 영역의 저음은 보강하고, 특정한 영역의 귀에 거슬리는 고음은 커버하여 풍부한 청취감을 갖도록 한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 고성능 스피커의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고성능 스피커(90)는 스텐레스 재질의 반사가 강하고 차량 하부에서 조립될 때, 신뢰성 높게 견딜 수 있는 일체형 타입의 밀폐형 스피커로서, 돔 형상의 상부 케이스(91), 상부 케이스(91)와 결합 체결되는 하부 방향으로 오목한 하부 케이스(92), 하부 케이스(92)의 측벽에 설치되어 가상 배기음이 외부로 출력되는 머플러 형상의 파이프(93), 상부 케이스(91)의 내측에 설치되는 스피커 유닛(91) 및 스피커 유닛(94)과 체결되는 샤시 일체형 배플(baffle, 95)이 설치 구성된다. 여기서, 파이프(93)는 차량 하부의 설치 환경에 따라 길이가 조절되며, 파이프의 끝단부가 상측에서 하측 방향으로 일정 각도 경사지게 설치된다.
이와 같이 고성능 스피커(90)는 사이즈 및 구조상 기존의 스피커와 다르게 설계되었으며, 스피커의 주파수 특성 및 강력한 음압을 만들기 위하여 특정한 치수 및 구조로 디자인하여 시험 제작하였다. 또한, 고성능 스피커(90)는 일체형 원통 스피커로서 출력되는 사운드는 음압이 강력하여야 하며 부밍음이 없고 평탄한 주파수 특성을 가지도록 설계되었다.
상술한 바와 같이 본 발명은 사용자들에게 기분 좋은 청취감을 주는 가상 배기음을 발생하는 회로 및 알고리즘, 그리고 그 방법을 구현함으로써 자동차나 기타 전기차, 전기 오토바이, 전기 자전거 등에 범용적으로 널리 적용되어 사용자들에게 좋은 주행 청취감을 줄 수 있고, 모든 차량에서 통신용으로 제공하는 OBD 단자에서 자동차표준규약인 CAN 통신프로토콜을 읽어들여 차량 내의 어떤 부분에서도 별도의 구조변경 없이 법적, 안전성 문제없이 차량주행정보를 읽고 분석하여 가상 배기음을 차량상태에 맞도록 출력하여 실제 차량주행시 높은 만족감을 얻을 수 있으며, 사용자가 원하는 가상 배기음을 간편한 사용자 인터페이스(UI)로 조절할 수 있도록 하여 개개인에 맞는 취향의 가상 배기음을 제공하여 높은 만족감을 얻을 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 제어부 20 : 제1 내지 제8 PWM 신호처리부
30, 32, 34 : 제1 내지 제3 믹싱부 40, 42 : 제1 및 제2 게인
50 : 배경잡음 발생부(back ground noise)
60 : 필터
70 : 블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound)
80 : 고효율 앰프 90 : 고성능 스피커
100 : 유저 인터페이스(UI) 110 : OBD 단자
120 : CAN 통신 모듈 200 : 가상 배기음 장치

Claims (10)

  1. 제어부와, 다수개의 PWM 신호처리부, 제1 내지 제3 믹싱부, 제1 및 제2 게인, 배경잡음 발생부, 필터, 블로우오프 밸브 사운드 발생부, 앰프 및 스피커를 포함하는 가상 배기음 출력 장치로서,
    상기 PWM 신호처리부는 제어부에서 출력되는 PWM 신호를 입력받아 필터와 게인을 통해 신호 레벨을 조정하여 제1 믹싱부로 가상 배기음을 출력하며,
    제1 믹싱부는 다수개의 PWM 신호처리부를 통해 출력되는 신호들을 믹싱하여 제1 게인으로 가상 배기음을 출력하고, 제1 게인은 제어부의 제어신호에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 출력하며,
    제2 믹싱부는 제1 게인으로부터 출력되는 가상 배기음을 자연음에 가깝게 만들기 위해 구성된 배경잡음 발생부로부터 발생된 배경잡음 신호와 믹싱하여 출력하고,
    제3 믹싱부는 배경잡음 신호가 믹싱된 가상 배기음과 블로우오프 밸브 사운드 발생부로부터 발생되는 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호와 믹싱하여 출력하며,
    제3 믹싱부로부터 출력된 신호를 앰프를 통해 증폭하여 스피커를 통해 출력하되,
    제2 믹싱부와 제3 믹싱부 사이에는 가상 배기음에 특정 비트를 강하게 강조하는 필터와 제2 게인이 설치되고,
    제2 게인은 PWM 신호처리부를 통해 인가되는 제어부의 게인 제어신호(특정 비트를 강하게 강조한)에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 제3 믹싱부로 출력하는 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound)는 터보 차량에서 실제 주행시 발생하는 사운드인 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호를 발생하는 것으로,
    핑크 노이즈 발생기(pink noise generator)와 제2 필터, 제3 게인, 제 필터로 구성되고,
    제어부에서 차량의 주행정보에 맞춰 출력되는 PWM 신호가 PWM 신호처리부를 통해 신호 처리되어 제3 게인의 게인 제어신호로 인가되며, 제3 필터를 거쳐 필터링된 가상 배기음 신호가 제3 믹싱부로 입력되는 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피커는 스텐레스 재질의 반사가 강하고 차량 하부에 조립시 일체형 타입의 밀폐형 스피커로서,
    돔 형상의 상부 케이스, 상부 케이스와 결합 체결되는 하부 방향으로 오목한 하부 케이스, 하부 케이스의 측벽에 설치되어 가상 배기음이 외부로 출력되는 머플러 형상의 파이프, 상부 케이스의 내측에 설치되는 스피커 유닛 및 스피커 유닛과 체결되는 샤시 일체형 배플이 설치 구성된 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파이프는 차량 하부의 설치 환경에 따라 길이가 조절되며, 파이프의 끝단부가 상측에서 하측 방향으로 일정 각도 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 장치.
  6. 가상 배기음 출력 방법은 제어부와, 다수개의 PWM 신호처리부, 제1 내지 제3 믹싱부, 제1 및 제2 게인, 배경잡음 발생부, 필터, 블로우오프 밸브 사운드 발생부, 앰프 및 스피커를 포함하는 가상 배기음 출력 장치를 이용하는 것으로,
    PWM 신호처리부는 제어부에서 출력되는 PWM 신호를 입력받아 필터와 게인을 통해 신호 레벨을 조정하여 제1 믹싱부로 가상 배기음을 출력하는 제1 단계와;
    제1 믹싱부는 다수개의 PWM 신호처리부를 통해 출력되는 신호들을 믹싱하여 제1 게인으로 가상 배기음을 출력하고, 제1 게인은 제어부의 제어신호에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 출력하는 제2 단계;
    제2 믹싱부는 제1 게인으로부터 출력되는 가상 배기음을 자연음에 가깝게 만들기 위해 구성된 배경잡음 발생부로부터 발생된 배경잡음 신호와 믹싱하여 출력하는 제3 단계;
    제3 믹싱부는 배경잡음 신호가 믹싱된 가상 배기음과 블로우오프 밸브 사운드 발생부로부터 발생되는 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호와 믹싱하여 출력하는 제4 단계; 및
    제3 믹싱부로부터 출력된 신호를 앰프를 통해 증폭하여 스피커를 통해 출력하는 제5 단계;를 포함하되,
    제2 믹싱부와 제3 믹싱부 사이에는 가상 배기음에 특정 비트를 강하게 강조하는 필터와 제2 게인이 설치되고, 제2 게인은 PWM 신호처리부를 통해 인가되는 제어부의 게인 제어신호(특정 비트를 강하게 강조한)에 따라 가상 배기음의 레벨을 조정하여 제3 믹싱부로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    블로우오프 밸브 사운드 발생부(Blowoff valve sound)는 터보 차량에서 실제 주행시 발생하는 사운드인 블로우오프 밸브(Blowoff valve) 사운드 신호를 발생하는 것으로, 핑크 노이즈 발생기(pink noise generator)와 제2 필터, 제3 게인, 제 필터로 구성되고,
    제어부에서 차량의 주행정보에 맞춰 출력되는 PWM 신호가 PWM 신호처리부를 통해 신호 처리되어 제3 게인의 게인 제어신호로 인가되며, 제3 필터를 거쳐 필터링된 가상 배기음 신호가 제3 믹싱부로 입력되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 스피커는 스텐레스 재질의 반사가 강하고 차량 하부에 조립시 일체형 타입의 밀폐형 스피커로서,
    돔 형상의 상부 케이스, 상부 케이스와 결합 체결되는 하부 방향으로 오목한 하부 케이스, 하부 케이스의 측벽에 설치되어 가상 배기음이 외부로 출력되는 머플러 형상의 파이프, 상부 케이스의 내측에 설치되는 스피커 유닛 및 스피커 유닛과 체결되는 샤시 일체형 배플이 설치 구성된 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파이프는 차량 하부의 설치 환경에 따라 길이가 조절되며, 파이프의 끝단부가 상측에서 하측 방향으로 일정 각도 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 가상 배기음 출력 방법.
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JP2005167379A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Sony Corp スピーカ装置
JP2006069487A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Yamaha Motor Co Ltd エンジン音合成装置およびそれを備えた車両、ならびにエンジン音合成方法
JP2011215437A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Namco Bandai Games Inc 音制御装置、車両、ゲームシステム、プログラム及び情報記憶媒体

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