KR102340366B1 - 스피커 장치, 스피커 장치의 입력 신호를 처리하는 방법, 및 오디오 시스템 - Google Patents
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Abstract
스피커 장치, 스피커 장치의 입력 신호를 처리하는 방법 및 오디오 시스템이 제공된다. 스피커 장치는 : 한 행에서 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커로서, 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 큰, 상기 제 1 복수의 스피커; 상기 제 1 복수의 스피커의 양측에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커로서, 상기 양측의 개구가 바깥쪽으로 향하고, 상기 제 2 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 큰, 상기 제 2 복수의 스피커;를 포함하고, 상기 제 1 주파수 범위는 상기 제 2 주파수 범위와 중첩된다. 따라서, 스피커 장치, 방법 및 오디오 시스템은 폭넓은 효과를 달성하고 청취자에게 거의 실제적인 서라운드 경험을 제공할 수 있다.
Description
본 출원에서 하나 이상의 실시예는 전반적으로 음향 에너지 방사 제어 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스피커 장치, 스피커 장치의 입력 신호를 처리하는 방법 및 오디오 시스템에 관한 것이다.
종래의 사운드 바(sound bar)는 홈 씨어터 시스템(home theater system)에서 사용될 수 있다. 종래의 사운드 바는 5.1, 7.1 등과 같은 다중 채널 서라운드 사운드 스피커 시스템보다 간단한 구성을 제공할 수 있다. 그러나, 종래의 사운드 바는 광대역 범위에 걸친 서라운드 사운드 경험을 제공하지 못할 수 있다. 청취자에게, 종래의 사운드 바는 좁은 사운드 필드 생성하는 것처럼 보일 수 있으며, 이는 청취 공간에서 작은 존(zone)으로 제한된다.
따라서, 다중 채널 서라운드 사운드 스피커 시스템보다 간단한 구성으로 광대역 범위에 걸쳐 서라운드 사운드 경험을 제공할 필요가 있다.
일 실시예에 따른, 스피커 장치가 제공된다. 스피커 장치는 : 한 행에서 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커로서, 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 큰, 상기 제 1 복수의 스피커; 및 상기 제 1 복수의 스피커의 양측에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커로서, 상기 양측의 개구가 바깥쪽으로 향하고, 상기 제 2 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 큰, 상기 제 2 복수의 스피커;를 포함하고,상기 제 1 주파수 범위는 상기 제 2 주파수 범위와 중첩된다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 측면 영역을 커버하고, 상기 제 2 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 전방 또는 후방 영역을 커버하고, 상기 제 3 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 상기 제 4 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 측면 영역을 커버한다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 생성된 음압(sound pressure)은 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위에서 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크다.
일부 실시예들에서, 상기 제 2 복수의 스피커에 의해 생성된 음압은 2kHz 내지 20kHz의 주파수 범위에서 상기 제 4 영역에서 보다 상기 제 3 영역에서 더 크다.
일부 실시예들에서, 상기 제 2 복수의 스피커 각각은 트위터(tweeter)와 상기 트위터와 연결된 혼(horn)을 포함하고, 상기 혼은 상기 트위터와 연결된 입력 개구와 바깥쪽을 향하는 출력 개구를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 혼의 입력 개구의 크기 대 상기 혼의 출력 개구의 크기의 비율은 2 보다 크다.
일부 실시예들에서, 상기 혼의 길이는 상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커들 사이의 간격의 절반보다 크다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커들 사이의 간격은 2 cm 내지 16 cm의 범위이고, 상기 혼의 길이는 2 cm 내지 16 cm의 범위이다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 복수의 스피커의 입력 신호는 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사를 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형 방법에 의해 처리된다.
스피커 장치의 입력 신호 처리하는 방법이 실시예들에 따라 제공되고, 상기 스피커 장치는 한 행에서 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커 및 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 양측에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커를 포함하되 상기 양측의 개구가 바깥쪽으로 향하고, 상기 제 1 복수의 스피커의 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 크고, 상기 제 2 복수의 스피커의 음향 에너지 방사는 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 크고, 상기 제 1 주파수 범위는 상기 제 2 주파수 범위와 중첩된다. 방법은 : 입력 신호에 기초하여 디지털 신호를 획득하는 단계; 상기 제 1 주파수 범위에서 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 주파수 범위에서 제 2 디지털 신호를 획득하기 위해 상기 디지털 신호를 필터링하는 단계; 및 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 상기 제 1 디지털 신호를 처리하는 단계;를 포함하고, 처리된 상기 제 1 디지털 신호는 상기 제 1 복수의 스피커로 입력되도록 적응되고, 상기 제 2 디지털 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응된다.
일부 실시예들에서, 상기 디지털 신호는 제 1 필터 및 제 2 필터에 의해 각각 필터링되어 상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호를 각각 획득하고, 상기 제 2 복수의 스피커 각각은 트위터 및 상기 트위터와 연결된 혼을 포함하고, 상기 제 1 필터 및 상기 제 2 필터의 크로스오버 주파수(crossover frequency)를 결정하는 단계는 : 상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커 사이의 간격을 결정하는 단계; 방정식(1)에 기초하여 상기 제 1 복수의 스피커의 상한 주파수(upper frequency limit)를 획득하는 단계:
여기서, c는 음속이고, Δx는 상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커들 사이의 간격이고; 혼의 길이를 결정하는 단계; 방정식(2)에 기초하여 상기 제 2 복수의 스피커의 하한 주파수를 획득하는 단계 :
여기서, c는 음속이며, 
는 상기 혼의 길이이다; 상기 상한 주파수 및 상기 하한 주파수에 기초하여 상기 크로스오버 주파수를 결정하는 단계; 및 결정된 상기 크로스오버 주파수가 상기 제 2 복수의 스피커의 성능과 매칭(match)하는지 여부를 결정하하는 단계로서, 매칭되지 않으면, 상기 크로스오버 주파수를 결정하는 단계를 반복하고, 매칭되면, 결정된 상기 크로스오버 주파수가 상기 제 1 필터 및 상기 제 2 필터의 크로스오버 주파수인 것으로 결정된다.
일부 실시예들에서, 상기 크로스 주파수는 800Hz 내지 5kHz의 범위이다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 처리된 상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호에 기초하여 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호를 획득 하는 단계; 및 상기 제 1 아날로그 신호 및 상기 제 2 아날로그 신호를 증폭하는 단계; 증폭된 상기 제 1 아날로그 신호는 상기 제 1 복수의 스피커에 입력되도록 적응되고, 증폭된 상기 제 2 아날로그 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응된다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 측면 영역을 커버하고, 상기 제 2 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 전방 또는 후방 영역을 커버하고, 상기 제 3 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 상기 제 4 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 측면 영역을 커버한다.
오디오 시스템이 또한 실시예들에 따라 제공된다. 오디오 시스템은 : 스피커 장치에 있어서, 상기 스피커 장치는 한 행에서 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커 및 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 양측에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커를 포함하되 상기 양측의 개구가 바깥쪽으로 향하고, 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 크고, 상기 제 2 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 크고, 상기 제 1 주파수 범위는 상기 제 2 주파수 범위와 중첩된, 상기 스피커 장치; 및 상기 스피커 장치의 입력 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 : 상기 입력 신호에 기초하여 디지털 신호를 획득하도록 구성된 제 1 획득 회로부(obtainment circuitry); 상기 제 1 주파수 범위에서 제 1 디지털 신호를 획득하기 위해 상기 디지털 신호를 필터링하도록 구성된 제 1 필터; 상기 제 2 주파수 범위에서 제 2 디지털 신호를 획득하기 위해 상기 디지털 신호를 필터링하도록 구성된 제 2 필터; 및 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 상기 제 1 디지털 신호를 처리하도록 구성된 디지털 신호 처리 회로부; 처리된 상기 제 1 디지털 신호는 상기 제 1 복수의 스피커로 입력되도록 적응되고, 상기 제 2 디지털 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응된다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 필터 및 상기 제 2 필터의 크로스 주파수는 800Hz 내지 5kHz의 범위이다.
일부 실시예에서, 상기 오디오 시스템은 처리된 상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호에 기초하여 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호를 획득 하도록 구성된 제 2 획득 회로부; 및 상기 제 1 아날로그 신호 및 상기 제 2 아날로그 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기;를 더 포함하고, 증폭된 상기 제 1 아날로그 신호는 상기 제 1 복수의 스피커에 입력되도록 적응되고, 증폭된 상기 제 2 아날로그 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응된다.
일부 실시예들에서, 상기 제 1 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 측면 영역을 커버하고, 상기 제 2 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 전방 또는 후방 영역을 커버하고, 상기 제 3 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 상기 제 4 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 측면 영역을 커버한다.
제 1 복수의 스피커와 제 2 복수의 스피커를 함께 조합함으로써, 일부 실시예에 따른 스피커 장치 및 오디오 시스템은 전대역 서라운드 효과를 달성할 수 있다.
구체적으로, 제 1 복수의 스피커에 의해 생성된 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 크고, 제 2 복수의 스피커에 의해 생성된 음향 에너지 방사는 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 크고, 제 1 주파수 범위는 제 2 주파수 범위와 중첩되어, 스피커 장치는 광대역 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 전체적으로 생성할 수 있다.
더구나, 상기 제 1 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 측면 영역을 커버하고, 상기 제 2 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 전방 또는 후방 영역을 커버하고, 상기 제 3 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 상기 제 4 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 측면 영역을 커버하여, 스피커 장치에 의해 생성된 측방 음향 에너지 방사는 스피커 장치에 의해 생성된 전방 음향 에너지 방사보다 더 크다. 청취자가 스피커 장치의 전방에 위치된 경우, 청취자에 의해 인식되는 측방 사운드는 청취자에 의해 인식된 전방 사운드보다 더 크며, 이는 사운드 필드를 확장시키고 청취자에게 서라운드 경험을 제공한다.
또한, 개선된 측면 분사 스피커는 제 1 복수의 스피커의 행의 2 개의 측면에 배치된 2 개의 혼 스피커를 포함하고, 2 개의 측면에 개구가 바깥쪽을 향하고, 2 개의 혼 스피커 각각은 트위터 및 트위터와 연결된 혼을 포함하고, 혼은 트위터와 연결된 입력 개구 및 바깥쪽을 향하는 출력 개구를 포함하여, 2 개의 혼 스피커의 측면 음향 에너지 방사가 강화될 수 있고 2 개의 혼 스피커의 전방 음향 에너지 방사는 제약될 수 있다.
또한, 제 1 복수의 스피커의 입력 신호는 지연 및 가산 빔 형성 방법 또는 음압 정합 방법과 같은 디지털 신호 처리(DSP)에 기초한 빔 성형 방법에 의해 처리되어, 제 1 복수의 스피커가 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 발생시킬 수 있다.
또한, 스피커 장치의 입력 신호를 처리하는 방법이 제공되는데, 여기서 입력 신호에 기초하여 디지털 신호가 획득되고, 그런 다음 제 1 필터 및 제 2 필터에 의해 각각 필터링되어 제 1 디지털 신호를 획득하여 제 1 복수의 스피커들에 입력되도록 하고 및 제 2 디지털 신호를 획득하여 제 2 복수의 스피커들에 입력되도록 하여, 제 1 디지털 신호는 디지털 신호 처리(DSP)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 처리되어, 제 1 복수의 스피커에 의해 생성된 음향 에너지 방사가 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 클 수 있다. 제 1 필터 및 제 2 필터의 크로스오버 주파수는 제 1 복수의 스피커의 파라미터 및 혼 스피커의 파라미터와 각각 관련된 제 1 복수의 스피커의 상한 주파수 및 혼 스피커의 하한 주파수에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 스피커 장치 및 프로세서를 포함하는 오디오 시스템이 제공되며, 프로세서는 스피커 장치의 입력 신호를 처리하도록 구성된다. 구체적으로, 프로세서는 상기 제 1 주파수 범위에서 제 1 디지털 신호를 획득하고 상기 제 2 주파수 범위에서 제 2 디지털 신호를 획득하기 위해 상기 디지털 신호를 필터링할 수 있는 제 1 필터 및 제 2 필터를 포함하고, 상기 제 1 디지털 신호는 상기 제 1 복수의 스피커로 입력되도록 적응되고, 상기 제 2 디지털 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응되고; 및 상기 프로세서는 디지털 신호 처리 회로부를 더 포함하고, 이는 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 상기 제 1 디지털 신호를 처리할 수 있다.
본 개시의 상기 및 다른 특징들은 첨부 도면과 함께 이하의 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 더욱 명백해질 것이다. 이들 도면은 본 개시에 따른 몇몇 실시예 만을 도시하고, 따라서, 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 이해하고, 본 개시는 첨부 도면을 사용하여 추가의 특이성 및 세부 사항으로 설명될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 스피커 장치(10)의 구조도를 개략적으로 예시한다;
도 2는 일 실시예에 따른 혼 스피커(horn speaker)(12)의 스테레오그램(stereogram)을 개략적으로 예시한다;
도 3은 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 1 kHz에서 획득된 도 1에 도시된 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시한다;
도 4는 다른 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 1 kHz에서 획득된 도 1에 도시된 제 2 스피커 그룹(11b)의 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시한다;
도 5은 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 6 kHz에서 획득된 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사의 바람직하지 않은 지향성 패턴의 예를 개략적으로 예시한다;
도 6a는 도 1에 도시된 제 1 스피커 그룹(11a)의 전방(front) 위치 A 및 측면(side) 위치 B를 개략적으로 예시한다;
도 6b는 도 6a에 도시된 전방 위치 C 및 측면 위치 B에서 측정된 제 1 스피커 그룹(11a)의 주파수 응답을 개략적으로 예시한다;
도 7a는 트위터(20)의 전방 위치 C 및 측면 위치 D를 개략적으로 예시한다;
도 7b는 도 7a에 도시된 전방 위치 C 및 측면 위치 D에서 측정된 트위터(20)의 주파수 응답을 개략적으로 예시한다;
도 8a는 우측 혼 스피커(12)의 전방 위치 E와 측면 위치 F를 개략적으로 예시한다;
도 8b는 도 8a에 도시된 전방 위치 E 및 측면 위치 F에서 측정된 우측 혼 스피커(12)의 주파수 응답을 개략적으로 예시한다;
도 9는 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 스피커 장치(10)의 입력 신호를 처리하는 방법(30)의 흐름도를 개략적으로 예시한다;
도 10은 일 실시예에 따른 방법(30)에서 적용된 제 1 필터와 제 2 필터 사이의 크로스오버(crossover) 주파수를 결정하기 위한 방법(40)의 흐름도를 개략적으로 예시한다; 및
도 11은 일 실시예에 따른 오디오 시스템(50)의 블록도를 개략적으로 예시한다.
도 1은 일 실시예에 따른 스피커 장치(10)의 구조도를 개략적으로 예시한다;
도 2는 일 실시예에 따른 혼 스피커(horn speaker)(12)의 스테레오그램(stereogram)을 개략적으로 예시한다;
도 3은 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 1 kHz에서 획득된 도 1에 도시된 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시한다;
도 4는 다른 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 1 kHz에서 획득된 도 1에 도시된 제 2 스피커 그룹(11b)의 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시한다;
도 5은 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 6 kHz에서 획득된 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사의 바람직하지 않은 지향성 패턴의 예를 개략적으로 예시한다;
도 6a는 도 1에 도시된 제 1 스피커 그룹(11a)의 전방(front) 위치 A 및 측면(side) 위치 B를 개략적으로 예시한다;
도 6b는 도 6a에 도시된 전방 위치 C 및 측면 위치 B에서 측정된 제 1 스피커 그룹(11a)의 주파수 응답을 개략적으로 예시한다;
도 7a는 트위터(20)의 전방 위치 C 및 측면 위치 D를 개략적으로 예시한다;
도 7b는 도 7a에 도시된 전방 위치 C 및 측면 위치 D에서 측정된 트위터(20)의 주파수 응답을 개략적으로 예시한다;
도 8a는 우측 혼 스피커(12)의 전방 위치 E와 측면 위치 F를 개략적으로 예시한다;
도 8b는 도 8a에 도시된 전방 위치 E 및 측면 위치 F에서 측정된 우측 혼 스피커(12)의 주파수 응답을 개략적으로 예시한다;
도 9는 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 스피커 장치(10)의 입력 신호를 처리하는 방법(30)의 흐름도를 개략적으로 예시한다;
도 10은 일 실시예에 따른 방법(30)에서 적용된 제 1 필터와 제 2 필터 사이의 크로스오버(crossover) 주파수를 결정하기 위한 방법(40)의 흐름도를 개략적으로 예시한다; 및
도 11은 일 실시예에 따른 오디오 시스템(50)의 블록도를 개략적으로 예시한다.
이하의 상세한 설명에서, 그 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조한다. 도면에서, 달리 지시하지 않는 한, 유사한 심벌은 전형적으로 유사한 컴포넌트를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 청구 범위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본 출원에 제시된 주제의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들이 이용될 수 있고 다른 변경이 이루어질 수 있다. 본 출원에 전반적으로 설명되고 도면에 도시된 본 개시의 양태는 매우 다양한 상이한 구성으로 배열, 대체, 조합 및 디자인될 수 있으며, 이들 모두는 본 개시의 일부를 명시 적으로 고려하고 구성하는 것을 쉽게 이해할 것이다.
청취자의 서라운드 경험은 스피커 또는 스피커 어레이의 지향성(directivity)의 최적화에 의해 개선될 수 있다. 광대역 주파수 범위의 예리한(sharp) 지향성 패턴은 넓은 효과와 바람직한 서라운드 경험을 제공할 수 있다. 이러한 것을 달성하기 위해, 본 출원에서의 하나 이상의 실시예는 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형(beam forming) 방법 및 개선된 측면 분사 방법(firing method)을 이용하는 빔 성형 방법을 이용하는 스피커 또는 스피커 어레이를 포함한다. 빔 성형 방법과 개선된 측면 분사 방법을 결합하면 넓은 효과와 바람직한 서라운드 경험을 얻을 수 있다. 이러한 조합은 광대역 주파수 범위에 걸쳐 강화된 지향성을 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 도 1은 일 실시예에 따른 스피커 장치(10)의 구조도를 개략적으로 예시한다.
스피커 장치(10)는 제 1 복수의 스피커(11) 및 제 2 복수의 스피커(12)를 포함하고, 여기서 제 1 복수의 스피커(11)는 제 1 스피커 그룹(11a) 및 제 2 스피커 그룹(11b)을 포함하고, 제 1 스피커 그룹(11a)은 좌측 채널로서 적용될 수 있고, 제 2 스피커 그룹(11b)은 우측 채널로서 적용될 수 있고, 제 1 스피커 그룹(11a) 및 제 2 스피커 그룹(11b)은 대칭적으로 배치된다.
도 1에서, 제 1 스피커 그룹(11a) 및 제 2 스피커 그룹(11b)은 각각 5 개의 제 1 스피커(111)를 포함할 수 있고, 즉 총 10 개의 제 1 스피커(111)가 존재한다. 제 1 스피커(111)의 수는 실제로 변경될 수 있음에 유의해야 한다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)는 동일한 간격으로 일렬로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)는 곡선 또는 다른 방식으로 배열될 수 있다.
제 2 복수의 스피커(12)는 제 1 복수의 스피커(11)의 2 개의 측면 영역에 배치될 수 있고, 2 개의 측면 영역의 개구는 바깥쪽을 향한다. 본 실시예에서, 2 개의 제 2 스피커(12)가 도 1에 도시되어 있다. 제 2 복수의 스피커(12)의 스피커의 수는 실제로 변경될 수 있음에 유의해야 한다. 유사하게, 제 2 복수의 스피커(12)는 라인 또는 곡선 등과 같은 상이한 방식으로 배열될 수 있다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커에서 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격은 2 cm 내지 16 cm의 범위이고, 제 1 복수의 스피커의 행의 길이는 20 cm 내지 2m의 범위이다.
일부 실시예에서, 스피커 장치(10)의 입력 신호는 제 1 복수의 스피커(11)에 의해 생성된 음향 에너지 방사가 제 1 주파수 범위에서의 제 2 존 II에서 제 1 존에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 처리된다.
일부 실시예들에서, DSP에 기초한 빔 성형 방법은 지연 및 가산 빔 성형 방법(Delay and Sum beamforming method), 또는 음압 정합 방법(sound pressure matching method)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제 2 복수의 스피커에 의해 생성된 음향 에너지 방사가 제 2 주파수 범위에서 제 4 존 IV에서 보다 제 3 존 III에서 더 크다. 일부 실시예에서, 제 1 주파수 범위는 제 2 주파수 범위와 중첩하여, 스피커 장치(10)는 광대역 범위에서 연속적으로 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)의 각각의 제 1 스피커(111)는 우퍼(woofer)일 수 있고, 제 2 복수의 스피커(12) 각각은 트위터(tweeter)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 스피커 장치(10)의 전방 영역에 있는 청취자(13)가 너무 많은 사운드를 들을 필요는 없지만, 청취자(13)에게 보다 실제적인 서라운드 경험 제공하고, 넓은 효과를 향상시키기 위해 청취자(13)의 양측의 사운드가 강화될 필요가 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제 1 존 I은 제 1 복수의 스피커(11)의 행의 2 개의 측면 영역을 커버할 수 있고, 제 2 존 II은 제 1 복수의 스피커(11)의 행의 전방 또는 후방의 영역을 커버할 수 있고, 제 3 존 III은 제 2 복수의 스피커(12)의 개구가 향하는 영역을 커버할 수 있고, 제 4 존 IV은 제 2 복수의 스피커(12)의 측면을 커버할 수 있다.
일부 실시예에서, 음향 에너지 방사는 일반적으로 음압(sound pressure)에 의해 특징 지워진다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)에 의해 생성된 음압은 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위에서 제 2 존 II에서 보다 제 1 존 I에서 더 크다. 즉, 제 1 주파수 범위는 150Hz 내지 3kHz의 범위이다. 일부 실시예에서, 제 2 복수의 스피커(12)에 의해 생성된 음압은 2kHz 내지 20kHz의 주파수 범위에서 제 4 존 IV에서 보다 제 3 존 III에서 더 크다. 즉, 제 2 주파수 범위는 2 kHz 내지 20 kHz의 범위이다.
도 2를 참조하면, 도 2는 일 실시예에 따른 혼 스피커(12)의 스테레오그램을 개략적으로 예시한다. 일부 실시예에서, 복수의 제 2 복수의 스피커(12) 각각은 트위터(121) 및 트위터(121)와 연결된 혼(horn)(122)을 포함하고, 혼(122)은 트위터(121)와 연결된 입력 개구 및 바깥쪽을 향하는 출력 개구를 포함한다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 청취자(13)의 우측에 있는 혼(122)의 개구는 도 1에 도시된 x 방향을 향할 수 있고, 청취자(13)의 좌측에 있는 혼(122)의 개구는 -x 방향을 향할 수 있다.
일부 실시예에서, 혼(122)의 출력 개구의 크기 대 혼(122)의 입력 개구의 크기의 비율, 즉 도 2에 도시된 D1/D2는 2보다 크다.
일부 실시예에서, 혼(122)의 길이는 제 1 복수의 스피커(11)의 행에서 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격의 절반보다 길다. 일부 실시예에서, 혼(122)의 길이는 2 cm 내지 16 m의 범위일 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 혼(122)의 개구와 각각의 제 1 스피커(111)의 개구 사이의 각도는 90°일 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 혼(122)의 개구와 각각의 제 1 스피커(111)의 개구 사이의 각도는 70°보다 크고 90°보다 작을 수 있으며, 이는 또한 스피커 장치(10)의 측방 음향 에너지 방사를 물리적으로 강화할 수 있다.
다른 실시예에서, 스피커 장치는 2 개 이상의 혼 스피커를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스피커 장치는 4 개의 혼 스피커를 포함할 수 있고, 스피커 장치의 측방 음향 에너지 방사를 강화시키기 위해 제 1 복수의 스피커의 각 측면에 2 개의 혼 스피커가 배치된다.
또한, 전방 음압에 대한 측방 음압의 제 1 비율은 혼(122)의 출력 단자에서의 개구의 크기와 혼(122)의 입력 단자에서의 개구의 크기, 즉 D1/D2의 제 2 비율과도 관련된다는 것에 주목해야 한다. 제 2 비율이 클수록 제 1 비율이 더 크다. 일부 실시예에서, 제 2 비율은 2 보다 크고, 예를 들어 5이다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)는 청취자(13)의 전방을 향하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 복수의 스피커는 다른 방향, 예를 들어 청취자의 일측 방향을 향하도록 배치될 수 있고, 여기서 일측 방향은 청취자의 우측 방향(도 1에 도시된 x 방향) 또는 좌측 방향(도 1에 도시된 -x 방향)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 1 복수의 스피커들은 상이한 방향들을 향하여 배치될 수 있으며, 예를 들어, 일부 제 1 스피커들은 청취자의 전방을 향하고, 다른 제 1 스피커들은 청취자의 측면 방향을 향한다.
일부 실시예에서, 광대역 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 달성하기 위해, DSP에 기초한 빔 성형 방법 및 상이한 지배적인(dominant) 주파수 범위에서 적용되는 개선된 측면 분사 방법이 조합될 수 있다. 구체적으로, DSP에 기초한 빔 성형 방법은 제 1 주파수 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 달성하기 위해 제 1 복수의 스피커(11)의 입력 신호를 처리하기 위해 적용될 수 있고; 개선된 측면 분사 방법은 제 2 주파수 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 달성하기 위해 2 개의 제 2 스피커(12)에 적용될 수 있다.
우선, 제 1 복수의 스피커(11)와 관련하여, DSP에 기초한 상이한 빔 성형 방법, 예를 들어 지연 및 가산 빔 성형 방법 또는 음압 정합 방법이 DSP에 기초한 빔 성형 방법이 원하는 영역에서 제 1 복수의 스피커(11)의 음향 에너지 방사를 강화 시킬 수 있고 원하지 않은 영역에서 제 1 복수의 스피커(11)의 음향 에너지 방사를 제한할 수 있는 경우에만 제 1 복수의 스피커(11)의 입력 신호의 입력 신호를 처리하기 위해 적용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. DSP에 기초한 상이한 빔 성형 방법의 특정 알고리즘은 본 출원에서 상세하게 논의되지 않을 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3은 일 실시예에 따라 1 kHz에서 획득된 도 1에 도시된 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시하고, 도 4는 일 실시예에 따라 1 kHz에서 획득된 도 1에 도시된 제 2 스피커 그룹(11b)의 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시하며, 도 3 및 도 4의 음향 에너지 방사의 지향성 패턴 둘 모두는 DSP 기반 빔 성형 방법을 사용하여 시뮬레이션된다.
메인 로브(mainlobe)(즉, 0°내지 60°및 300°내지 360°(0°)의 5 번째 존에서의 음향 에너지 방사) 레벨이 사이드 로브(side lobe)(즉, 6 번째 존 60°내지 300°에서의 음향 에너지 방사) 레벨보다 훨씬 더 큰 것이 명백하다. 즉, 제 1 복수의 스피커(11)의 일측 영역(0°내지 60°및 300°내지 360°(0°))에서의 음향 에너지 방사는 제 1 스피커 그룹(11a)에 의해 강화될 수 있지만, 제 1 스피커 그룹(11a)의 전방 영역, 후방 영역 및 타측 영역에서 음향 에너지 방사는 잘 제약된다. 도 4에서, 제 2 스피커 그룹(11b)의 중심에 대해 120°내지 240°범위에서 제 7 존에서의 음향 에너지 방사는 크게 강화되는 반면, 제 2 스피커 그룹들(11b)의 중심에 대해 0°내지 120°및 240°내지 360°(0°) 범위에서 제 8 영역에서의 음향 에너지 방사는 잘 제약된다. 따라서, 제 2 복수의 스피커(11b)에 의해 제 1 복수의 스피커(11)의 타측 영역에서의 음향 에너지 방사가 강화될 수 있다.
도 3 및 도 4로부터, 스피커 어레이(11)의 양측 영역에서의 음향 에너지 방사가 강화될 수 있음을 알 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 스피커 그룹(11a)의 위치에 수행되는 대신 DSP에 기초하여 빔 성형 방법에 대해 미러 대칭 동작(mirror symmetry operation)이 수행될 수 있으며, 이는 제 1 복수의 스피커(11)의 양측 영역에서 음향 에너지 방사를 또한 강화시킬 수 있다.
조합에 관계없이, 빔 성형 기술은 적어도 조합과 비교되었을 때 광대역 범위에서 우수한 성능을 달성하는 것이 어렵다. 이것은 고주파수 범위에서 특히 그렇다. 이에 기여하는 요인은 스피커 어레이의 제한된 스케일, 스피커 크기 또는 스피커 시스템의 견고성을 포함한다. 유사하게, 조합과 독립적으로, 측면 분사 기술은 적어도 조합과 비교되었을 때 광대역 범위에서 우수한 성능을 달성하는 것이 어렵다. 일반적으로 측면 분사 기술은 고주파수 범위에서 성능이 더 우수하지만, 저주파수 범위에서는 거의 차이가 없다. 이것에 기여하는 요인은 스피커의 형상 및 크기이다. 그러나 빔 성형 방법과 측면 분사 방법의 조합을 통해, 스피커 시스템은 광대역 범위에서 우수한 성능을 달성한다. 예를 들어, 조합을 통해, 지향성은 광대역 범위에서 강화된다.
이론적으로, 도 3 또는 도 4에 도시된 효과적인 빔 성형기를 구축할 수 있는 제 1 복수의 스피커(11)의 상한 주파수 및 하한 주파수는 제 1 복수의 스피커(11)의 길이 및 제 1 복수의 스피커내 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격과 관련된다. 구체적으로, 제 1 스피커 그룹(11a) 또는 제 2 스피커 그룹(11b)의 상한 주파수는 방정식(1)에 설명된 앤티얼라이싱 조건(anti-aliasing condition)으로부터 도출될 수 있다 :
여기서, c는 음속이고, Δx는 제 1 스피커 그룹(11a) 또는 제 2 스피커 그룹(11b)내 인접한 제 1 스피커들(111) 사이의 간격이다. 일부 실시예에서, 제 1 스피커 그룹(11a)내 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격은 제 2 스피커 그룹(11b)내 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격과 동일하다. 방정식(1)로부터, 간격 Δx가 작을수록, 상한 주파수 
가 더 높아질 것이라고 결론 내릴 수 있다. 그러나, 제 1 스피커(111)의 제한된 스케일로 인해, 상한 주파수 
는 매우 높을 수 없다.
하한 주파수에 대하여, 그것의 대응하는 1/4 파장은 제 1 복수의 스피커의 길이 보다 작거나 같아야 하고(즉, 
), 조건은 방정식(2)와 같이 쓸 수 있다:
여기서, 
는 제 1 복수의 스피커들(11a)내 제 1 스피커 그룹(11a)의 행의 길이 또는 제 2 복수의 스피커들(11b)내 행의 길이이다. 일부 실시예에서, 제 1 스피커 그룹(11a) 및 제 2 스피커 그룹(11b)는 동일한 길이로 구성된다. 따라서, 하한 주파수 
가 작을 필요가 있는 경우, 제 1 복수의 스피커(11)내 제 1 스피커 그룹(11a) 또는 제 2 스피커 그룹(11b)의 길이 
는 매우 커야 한다.
상기에서, 제 1 복수의 스피커(11)는 전대역 범위에서 양호한 성능을 달성할 수 없지만, 
에서 
까지의 더 낮은 주파수 범위로 제한되는 것이 명백하다. 도 5를 참조하면, 도 5는 6 kHz에서 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사의 바람직하지 않은 지향성 패턴의 예를 개략적으로 예시하며, 이는 DSP에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 시뮬레이션된다. 상한 주파수 
보다 높은 주파수에서, 제 1 스피커 그룹(11a)은 바람직하지 않은 지향성 패턴을 나타내며, 이는 도 2 및 도 3에 도시된 타겟 지향성 패턴과는 많이 다르고, 일부 공간 착색 문제(spatial coloration problem)가 있다. 이것이 기존 기술의 사운드 바가 넓은 효과를 제한하는 이유이다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)내 제 1 복수의 스피커(11a)의 길이 및 제 2 스피커 그룹(11b)의 길이는 약 400 mm 일 수 있고, 제 1 스피커 그룹(11a) 및 제 2 스피커 그룹(11b)은 개별적으로 5 개의 제 1 스피커(111)를 포함한다. 따라서, 제 1 스피커 그룹(11a)내 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격과 제 2 스피커 그룹(11b)내 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격은 70mm로 선택될 수 있다. 방정식(1) 및(2)에 따르면, 제 1 복수의 스피커(11)의 상한 주파수는 약 2.5 kHz이고, 제 1 복수의 스피커(11)의 하한 주파수는 약 210Hz이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도 6a는 도 1에 도시된 제 1 복수의 스피커(11)내 제 1 스피커 그룹(11a)의 전방 위치 A 및 측면 위치 B를 개략적으로 예시한다. 'X'로 표시되는 전방 위치 A 및 'O'로 표시되는 측면 위치 B는 제 1 스피커 그룹(11a)의 중심에 대해 반경 1m의 원에 위치하며, 여기서 전방 위치 A는 270°방향, 즉, 제 1 스피커 그룹(11a)의 행의 전방 방향에 위치되고, 측면 위치 B는 0°방향, 즉 제 1 스피커 그룹(11a)의 행의 측면 방향에 위치된다. 도 6b는 도 6a에 도시된 전방 위치 A 및 측면 위치 B에서 제 1 스피커 그룹(11a)의 주파수 응답을 개략적으로 예시하며, 여기서 점선은 측면 위치 B에서 제 1 스피커 그룹(11a)의 주파수 응답을 나타내고, 실선은 전방 위치 A에서 제 1 스피커 그룹(11a)의 주파수 응답을 나타낸다.
일부 실시예에서, 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사는 제 1 스피커 그룹(11a)의 음압에 의해 표현되고, 측면 위치 B 및 전방 위치 A에서의 제 1 스피커 그룹(11a)의 음압 레벨은 실제로 측정된다.
일부 실시예에서, 주파수 범위에서 측면 방향인 제 1 복수의 스피커(11)의 음향 에너지 방사를 결정하기 위한 기준은, 측면 위치에서 제 1 복수의 스피커(11)의 음압이 주파수 범위에서 전방 위치에 있는 제 1 복수의 스피커(11)의 음압보다 크다는 것일 수 있다.
도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 측면 위치 B에서의 제 1 스피커 그룹(11a)의 음압은 약 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위에서 제 1 스피커 그룹(11a)의 전방 위치 A의 음압보다 커서, 제 1 스피커 그룹(11a)의 빔 성형기는 약 150Hz 내지 3kHz의 측방 방향성이다. 구체적으로, 측면 위치 B에서의 제 1 스피커 그룹(11a)의 음압 대 전방 위치 A에서의 제 1 스피커 그룹(11a)의 음압의 비율은 약 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위의 90 퍼센트 초과에서 10dB보다 크다. 그러나, 제 1 스피커 그룹(11a)의 빔 성형기는 이 주파수 범위 밖에서 이러한 방향성 효과를 달성할 수 없다.
0°방향의 측면 위치 B에서 및 270°방향의 전방 위치 A에서 제 1 스피커 그룹(11a)의 주파수 응답은 0°방향의 음압과 270°방향의 음압의 차이가 상대적으로 크기 때문에(도 3 참조) 제 1 스피커 그룹(11a)의 측방 방향 빔 성형을 입증하도록 도 6b에 도시되어 있다는 것에 유의하여야 한다. 다른 방향의 측면 위치 및 다른 방향의 전방 위치에 있는 동안, 측면 방향인 제 1 복수의 스피커(11)의 음향 에너지 방사를 결정하기 위한 상기 기준이 또한 만족될 수 있지만, 다른 방향의 측면 위치에서의 음압과 다른 방향의 전방 위치에서의 음압은 더 작아질 수 있다. 도 3을 참조하면, 음압은 0°에서 최대값에 도달하고, 측정된 측면 위치가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 0°로부터 멀어질 때, 측정된 측면 위치에서의 음압이 감소 할 수 있고, 따라서 측면 위치와 전방 위치 사이의 음압 차이가 점차 감소할 수 있다.
또한, 도 6b는 제 1 스피커 그룹(11a)의 주파수 응답을 도시하고, 한편 제 2 스피커 그룹(11b)의 주파수 응답이 그에 따라 도출될 수 있으며, 이에 대해서는 본 출원에서 상세히 설명하지 않을 것이다는 것에 또한 유의하여야 한다. 일부 실시예에서, 270°방향의 전방 위치에서의 제 2 스피커 그(11b)의 음압 대 180°방향의 측면 위치에서의 제 2 스피커 그룹(11b)의 음압의 비율은 약 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위의 90 퍼센트 초과에서 10dB보다 크고, 여기서 측면 위치 및 전방 위치는 제 2 스피커 그룹(11b)의 중심으로부터 동일한 거리를 갖는다.
결과적으로, 제 1 복수의 스피커(11)의 양측 영역(즉, 제 1 존 I)에서의 제 1 복수의 스피커(11)의 음압은 약 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위에서 제 1 복수의 스피커(11)의 전방 영역(제 2 존 II)의 제 1 복수의 스피커(11)의 음압보다 크다. 일부 실시예에서, 측면 영역은 제 1 복수의 스피커(11)의 중심에 대하여 0°내지 60° 300°내지 0°및 120°내지 240°의 범위일 수 있고, 전방 영역은 제 1 복수의 스피커(11)의 중심에 대하여 240°내지 300°의 범위일 수 있다. 특별히, 측면 위치(0°또는 180°에서의 제 1 복수의 스피커(11)의 음압 대 전방 위치(270°에서의 제 1 복수의 스피커(11)의 음압의 비율은 약 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위의 90 퍼센트 초과에서 10dB보다 클 수 있다.
상기에서, 좌측 채널의 제 1 스피커 그룹(11a)은 스피커 장치(10)의 일측 영역에서 강화된 음향 에너지 방사를 생성할 수 있고, 우측 채널의 제 2 스피커 그룹(11b)은 스피커 치(10)의 타측 영역에서 강화된 음향 에너지 방사를 생성할 수 있어서, 1 복수의 스피커(11)의 음향 에너지 방사가 스피커 장치(10)의 양쪽 영역에서 강화될 수 있다는 것이 명백하다.
둘째, 제 2 주파수 범위, 즉 고주파수 범위에서, 개선된 측면 분사 방법이 일부 실시예에서 적용되어 제 2 복수의 스피커(12)의 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 달성한다.
일반적으로, 측면 분사 방법에서, 전방 지향성을 물리적으로 제한하면서 측면 지향성을 강화시키기 위해 측면 분사 스피커가 배치되는데, 즉 스피커는 개구가 청취자의 측면 방향을 향하도록 배치된다. 일부 실시예에서, 측면 분사 스피커는 트위터일 수 있다. 상이한 방향에서의 트위터의 주파수 응답을 연구하기 위해, 트위터의 상이한 방향에서의 음압이 측정될 수 있다.
도 7b와 관련하여 7a를 참조하면, 도 7a는 트위터(20)의 전방 위치 C 및 측면 위치 D를 개략적으로 예시하며, 여기서 'O'로 표시된 전방 위치 C는 트위터(20)의 개구가 향하는 트위터(20)의 중심에 대해 0°방향에 위치되고, 'X'로 표시되는 측면 위치 D는 트위터(20)의 중심에 대해 270°방향에 위치된다. 도 7b는 도 7a에 도시된 측면 위치 D 및 전방 위치 C에서 트위터(20)의 주파수 응답을 개략적으로 예시하며, 여기서 점선은 전방 위치 C에서의 트위터(20)의 주파수 응답을 나타내고, 실선은 측면 위치 D에서 트위터(20)의 주파수 응답을 나타낸다.
일부 실시예에서, 트위터(20)의 음향 에너지 방사는 트위터(20)의 음압에 의해 특징지어질 수 있고, 측면 위치 D에서 트위터(20)의 음압 레벨 및 전방 위치 C에서 트위터(20)의 음압 레벨은 실제로 측정된다.
도 7b로부터, 트위터(20)의 지향성 패턴은 매우 고주파수 범위, 예를 들어 8 kHz 내지 20 kHz에서만 날카롭다는 것이 명백하다. 중간 주파수 범위 및 고주파수 범위 모두에서 음압을 강화시키고 예리한 지향성 패턴을 달성하기 위해, 본 발명자들은 개선된 측면 분사 방법을 제안하는데, 이 방법은 스피커 장치(10)를 2 개의 개선된 측면 분사 스피커로 구성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 2 개의 개선된 측면 분사 스피커는 도 1 및 도 2에 도시된 2 개의 혼 스피커(12)일 수 있다.
상술한 바와 같이 제 1 복수의 스피커(11)의 하한 주파수와 유사하게, 혼 스피커(12)의 하한 주파수는 혼(122)의 길이와 또한 관련되며, 혼 스피커(12)의 주파수는 방정식(3)으로부터 도출될 수 있다 :
여기서, 
은 혼(122)의 길이이다. 따라서, 주파수 
는 혼 스피커(12)의 하한 주파수로 간주될 수 있다. 구체적으로, 혼(122)의 길이는 혼(122)의 입력 개구와 혼(122)의 출력 개구 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
스피커 장치(10)가 고주파수 및 저주파수 범위 둘 모두에서 날카로운 지향성 패턴을 생성할 수 있도록 하기 위해, 제 1 복수의 스피커(11)와 혼 스피커(12) 사이의 크로스오버 주파수는 
보다 크고 
보다 작아야 한다. 따라서, 제 1 복수의 스피커(11)의 상한 주파수 및 혼 스피커(12)의 하한 주파수는 
를 만족해야 하여서, 방정식(4)를 가질 수 있다 :
엔지니어링에서 이 조건을 보장하기 위해, 우리는 
을 가질 것이다. 따라서, 일부 실시예에서, 혼(122)의 길이 
는 제 1 복수의 스피커(11)내 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격 Δx와 대략 동일하도록 디자인된다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)내 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격 Δx은 50mm일 수 있고, 혼(122)의 길이 
는 50mm 일 수도 있어서, 혼 스피커(12)의 하한 주파수 
는 1.7 kHz이다.
도 8a 및 도 8b를 계속 참조하면, 도 8a는 도 1에 도시된 청취자(13)의 우측에 위치된 우측 혼 스피커(12)의 측면 위치 E 및 전방 위치 F를 개략적으로 예시한다. 'X'로 표시된 측면 위치 E 및 'O'로 표시된 전방 위치 F는 우측 혼 스피커(12)의 트위터(121)의 중심에 대해 반경 1m의 원에 위치하며, 여기서, 측면 위치 E는 270°방향에 위치하고, 전방 위치 F는 우측 혼 스피커(12)의 개구가 향하는 0°방향에 위치된다. 도 8b는 도 8a에 도시된 측면 위치 E 및 전방 위치 F에서 우측 혼 스피커(12)의 주파수 응답을 개략적으로 예시하며, 여기서 점선은 전방 위치 F에서 우측 혼 스피커(12)의 주파수 응답을 나타내고, 실선은 측면 위치 E에서 우측 혼 스피커(12)의 주파수 응답을 나타낸다.
일부 실시예에서, 우측 혼 스피커(12)의 음향 에너지 방사는 우측 혼 스피커(12)의 음압에 의해 특징 지워질 수 있고, 전방 위치 F 및 측면 위치 E에서 우측 혼 스피커(12)의 음압 레벨은 실제로 측정된다.
일부 실시예들에서, 주파수 범위내 측면 방향인 우측 혼 스피커(12)의 음향 에너지 방사를 결정하기 위한 기준은 측면 위치에서 혼 스피커(12)의 음압이 주파수 범위내 전방 위치에서 혼 스피커(12)의 음압보다 클 수 있다는 것이다.
도 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 전방 위치 F에서의 우측 혼 스피커(12)의 음압은 약 2 kHz 내지 20 kHz의 주파수 범위에서 측면 위치 E에서의 우측 혼 스피커(12)의 음압보다 더 높으며, 따라서 혼 스피커(12)의 음향 에너지 방사는 약 2 kHz 내지 20 kHz의 측 방 방향성이다. 특히, 전방 위치 F에서의 우측 혼 스피커(12)의 음압 대 측면 위치 E에서의 우측 혼 스피커(12)의 음압의 비율은 약 2KHz 내지 20kHz의 주파수 범위의 90 퍼센트 초과에서 10dB보다 크다.
우측 혼 스피커(12)의 측면 위치 E 및 전방 위치 F에서의 주파수 응답은 0°방향의 음압과 270°방향의 음압 사이의 차이가 상대적으로 더 크기 때문에 우측 혼 스피커(12)의 음향 에너지 방사가 측면 방향성인 것을 입증함이 도 8b에 도시된다는 것에 유의하여야 한다. 다른 방향의 측면 위치 및 다른 방향의 전방 위치에 있는 동안, 우측 혼 스피커(12)의 음향 에너지 방사는 또한 전술한 바와 같이 우측 혼 스피커(12)의 음향 에너지 방사를 결정하기 위한 기준이 측면 방향성인 것을 만족하지만, 다른 방향의 측면 위치에서의 음압과 다른 방향의 전방 위치에서의 음압의 차이는 0°와 270°에서의 음압의 차보다 작을 수 있으며, 이는 제 1 복수의 스피커(11)에 대한 대응하는 설명을 지칭할 수 있어서 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.
도 1을 참조하면, 일부 실시예에서, 제 3 존 III에서의 우측 혼 스피커(12)의 음압은 약 2 kHz 내지 20 kHz의 주파수 범위에서 제 4 존 IV에서의 혼 스피커(12)의 음압보다 더 크고, 여기서 제 3 존 III은 우측 제 2 스피커(12)의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 제 4 존 IV은 우측 제 2 스피커(12)의 측면 영역을 커버한다. 구체적으로, 제 3 영역III은 우측 혼 스피커(12)의 중심에 대하여 0°내지 60°및 300°내지 0°의 범위일 수 있고, 제 4 영역 IV은 우측 혼 스피커(12)의 중심에 대하여 240°내지 300°의 범위일 수 있다.
도 8b는 우측 혼 스피커(12)의 주파수 응답을 도시하지만, 좌측 혼 스피커(12)의 주파수 응답은 그에 따라 도출될 수 있으며, 여기서는 상세히 설명하지 않을 것이다는 것에 유의하여야 한다. 일부 실시예에서, 제 3 존 III에서의 좌측 혼 스피커(12)의 음압은 약 2 kHz 내지 20 kHz의 주파수 범위에서 제 4 존 IV에서의 좌측 혼 스피커(12)의 음압보다 더 크고, 여기서 제 3 존 III은 좌측 제 2 스피커(12)의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 제 4 존 IV은 좌측 제 2 스피커(12)의 측면 영역을 커버한다. 일부 실시예에서, 각각의 혼 스피커(12)의 2 개의 측면 영역에서의 음향 방사는 대칭이므로, 혼 스피커(12)의 2 개의 측면 영역에서의 음향 방사는 제한될 수 있는 반면, 혼 스피커(12)의 전방에서의 음향 방사는 강화될 수 있다.
개선된 측면 분사 방법을 사용하여, 2 개의 혼 스피커(12)가 강화 지향성의 음향 에너지 방사를 달성할 수 있는 제 2 주파수 범위는 혼(122)의 길이 및 개구가 모두 클 때, 즉 제 2 주파수 범위가 실제로 중간 주파수 범위와 고주파수 범위 둘 모두를 커버할 때 확대된다.
따라서, DSP에 기초한 빔 성형 방법과 개선된 측면 분사 방법을 함께 조합하고, 혼 스피커(12)의 하한 주파수(예를 들어, 2kHz)와 제 1 복수 스피커(11)의 고주파수 한계치(예를 들어, 3kHz) 사이의 크로스오버 주파수를 선택할 수 있다.
일부 실시예들에서, 2.4 kHz의 크로스오버 주파수가 선택된다. 그런다음, 스피커 장치(10)의 양측 영역에서 스피커 장치(10)의 음압은 청취자(13)가 약 150Hz 내지 20kHz의 주파수 범위에 있는 스피커 장치(10)의 전방 영역에서 스피커 장치(10)의 음압보다 크다. 일부 실시예에서, 측면 영역은 스피커 장치(10)의 중심에 대하여 0°내지 60° 300°내지 0°및 120°내지 240°의 범위일 수 있고, 전방 영역은 스피커 장치(10)의 중심에 대하여 240°내지 300°의 범위일 수 있다. 특히, 스피커 장치(10)의 중심에 대해 0°또는 180°방향의 측면 위치에서의 스피커 장치(10)의 음압 대 스피커 장치(10)의 중심에 대해 270°방향의 전방 위치에서의 스피커 장치(10)의 음압의 비율은 약 150Hz 내지 20kHz의 주파수 범위의 90 퍼센트 초과에서 10dB보다 클 수 있으며, 여기서 측면 위치와 전방 위치는 스피커 장치(10)의 중심으로부터 동일한 거리를 갖는다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)에서 인접한 제 1 스피커(111)의 간격 및 혼(12)의 길이는 각각 10cm 및 12cm로 설정될 수 있고, 제 1 복수의 스피커(11)의 상한 주파수 
는 1.7kHz이고, 혼 스피커(12)의 하한 주파수 
는 700Hz이고, 크로스오버 주파수는 1.5kHz로 선택될 수 있다. 제 1 복수의 스피커(11)내 제 1 스피커(111)의 수는 저주파수 범위를 확장시키기 위해 적어도 3 개 이어야 한다. 혼(122)의 출력 단자에서의 개구의 크기 대 혼(122)의 입력 단자에서의 개구의 크기의 제 2 비율은 약 5로 선택된다.
스피커 장치(10) 가 광대역 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 생성할 수 있도록 하기 위해, 제 1 복수의 스피커(11) 및 혼 스피커(12)의 다양한 파라미터 디자인이 존재한다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)에서 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격은 2 cm 내지 16 cm의 범위일 수 있고, 혼(122)의 길이는 2 cm 내지 16 cm의 범위 일 수 있고, 제 1 복수의 스피커(11)의 길이는 20 cm 내지 2 m의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 스피커 장치(10)는 40Hz 내지 20kHz의 넓은 주파수 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)는 40Hz 내지 8kHz의 주파수 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 생성할 수 있고, 2 개의 혼 스피커(12)는 800Hz 내지 20kHz 주파수 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서 제 1 복수의 스피커(11)의 강화된 지향성 음향 에너지 방사는 소프트웨어(즉, DSP에 기초한 빔 성형 방법)에 의해 달성될 수 있는 반면, 2 개의 제 2 스피커(12)의 강화된 지향성 음향 에너지 방사는 하드웨어(즉, 트위터 및 혼을 포함하는 개선 된 측면 분사 스피커)에 의해 달성될 수 있고, 제 1 복수의 스피커(11)는 제 1 주파수 범위(즉, 저주파수 범위)에서 작동하도록 구성되고, 2 개의 제 2 스피커(12)는 제 2 주파수 범위(중간 및 고주파수 범위)에서 작동하도록 구성되고, 제 1 주파수 범위는 제 2 주파수 범위와 중첩된다. 따라서, 일부 실시예에서, 스피커 장치(10)는 청취자(13)에게 거의 실제적인 서라운드 경험을 제공하기 위해 광대역 주파수 범위에서 강화된 지향성 음향 에너지 방사를 전체적으로 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이 스피커 장치(10)의 입력 오디오 신호를 처리하는 방법이 또한 실시예에 따라 제공된다.
도 9를 참조하면, 도 9는 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 스피커 장치(10)의 입력 오디오 신호를 처리하는 방법(30)의 흐름도를 개략적으로 예시한다. 스피커 장치(10)는 한 행(row)에 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커(11), 및 제 1 복수의 스피커의 행의 2 개의 측면에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커(12)를 포함하고, 양측의 개구는 바깥쪽을 향하고, 제 1 복수의 스피커(11)의 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존 II에서 보다 제 1 존 I에서 더 크고, 제 2 복수의 스피커(12)의 음향 에너지 방사는 제 2 주파수 범위에서 제 4 존 IV에서 보다 제 3 존 II에서 더 크고, 및 제 1 주파수 범위는 제 2 주파수 범위와 중첩된다. 방법(30)은 이하의 단계들을 포함할 수 있다.
S31에서, 디지털 신호가 입력 신호에 기초하여 획득된다. 일부 실시예에서, 입력 신호는 스테레오 또는 다중 채널 오디오 신호일 수 있고, 디지털 신호를 획득하기 위해 입력 신호에 대해 디코딩 또는 아날로그-디지털(A/D) 변환이 수행될 수 있다. 입력 신호가 디지털 신호이면, 입력 신호가 디코딩되고; 입력 신호가 아날로그 신호이면 A/D 변환이 입력 신호에 수행된다.
S32a 및 S32b에서, 디지털 신호는 제 1 주파수 범위에서 제 1 디지털 신호 및 제 2 주파수 범위에서 제 2 디지털 신호를 획득하기 위해 필터링된다. 일부 실시예에서, 디지털 신호는 제 1 디지털 신호를 획득하기 위해 S32a에서 제 1 필터에 의해 필터링되고, 디지털 신호는 또한 제 2 디지털 신호를 획득하기 위해 S32b에서 제 2 필터에 의해 필터링되며, 여기서 제 1 필터 및 제 2 필터는 크로스오버 주파수를 갖는다. 구체적으로, 제 1 필터는 저역 통과 필터일 수 있고 제 2 필터는 고역 통과 필터일 수 있다.
S33에서, 제 1 디지털 신호는 제 1 복수의 스피커(11)에 의해 생성된 음향 에너지 방사가 제 2 존 II에서 보다 제 1 존 I에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP)에 기초한 빔 성형 방법에 의해 처리되고,제 1 존 I은 제 1 복수의 스피커(11)의 행의 측면 영역을 커버할 수 있고, 제 2 존 II은 제 1 복수의 스피커(11)의 행의 전방 또는 후방의 영역을 커버할 수 있고, 일부 실시예들에서, DSP에 기초한 빔 성형 방법은 지연 및 가산 빔 성형 방법(Delay and Sum beamforming method), 또는 음압 매칭 방법(sound pressure matching method)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 1 kHz에서 도 1에 도시된 제 1 복수의 스피커(11)내 제 1 스피커 그룹(11a)의 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시하며, 이는 DSP에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 시뮬레이션된다. 여기에서, 제 1 스피커 그룹(11a)의 중심점이 원점으로 정의되고, 제 1 스피커 그룹(11a)의 행의 일측 방향은 0°로 정의되고, 제 1 그룹의 스피커(11a)의 행의 전방 방향 즉, 복수의 제 1 스피커(11)의 중심에 대하여 청취자(13)가 위치한 방향이 270°로 정의된다. 메인 로브(mainlobe)(즉, 0°내지 60°및 300°내지 360°(0°)의 5 번째 존에서의 음향 에너지 방사) 레벨이 사이드 로브(side lobe)(즉, 6 번째 존 60°내지 300°에서의 음향 에너지 방사) 레벨보다 훨씬 더 큰 것이 명백하다. 즉, 제 1 스피커 그룹(11a)의 일측 영역(0°내지 60°및 300°내지 360°(0°))에서의 음향 에너지 방사는 DSP에 기초한 빔 성형 방법을 이용하여 제 1 스피커 그룹(11a)의 입력 신호를 처리함으로써 크게 강화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 복수의 스피커(11)는 제 1 스피커 그룹(11a) 및 제 2 스피커 그룹(11b)을 포함하고, 제 1 스피커 그룹(11a)은 좌측 채널로서 적용될 수 있고, 제 2 스피커 그룹(11b)은 우측 채널로서 적용될 수 있고, 제 1 스피커 그룹(11a) 및 제 2 스피커 그룹(11b)은 대칭적으로 배치된다.
도 3을 참조하면, 도 3 은 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 제 2 스피커 그룹(11b)의 1 kHz에서 음향 에너지 방사의 예시적인 지향성 패턴을 개략적으로 예시하며, 이는 DSP에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 시뮬레이션된다. 제 2 스피커 그룹(11b)의 중심에 대해 120°내지 240°범위에서 제 7 존에서의 음향 에너지 방사는 크게 강화되는 반면, 제 2 그룹의 스피커들(11b)의 중심에 대해 0°내지 120°및 240°내지 360°(0°) 범위에서 제 8 영역에서의 음향 에너지 방사는 잘 제약된다는 것이 명백하다. 따라서, DSP에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 제 2 스피커 그룹(11b)의 입력 신호를 처리함으로써 제 1 복수의 스피커(11)의 타측 영역에서의 음향 에너지 방사가 강화될 수 있다.
도 2 및 도 3 으로부터, 제 1 복수의 스피커(11)의 양측 영역에서의 음향 에너지 방사가 강화될 수 있음을 알 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 스피커 그룹(11a)의 위치에 수행되는 대신 DSP에 기초하여 빔 성형 방법에 대해 미러 대칭 동작이 수행될 수 있으며, 이는 제 1 복수의 스피커(11)의 양측 영역에서 음향 에너지 방사를 강화시킬 수 있다.
S34a 및 S34b에서, 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호는 처리된 제 1 디지털 신호 및 제 2 디지털 신호에 기초하여 획득된다. 구체적으로, 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호를 각각 획득하기 위해 제 1 디지털 신호 및 제 2 디지털 신호 각각에 대해 디지털-아날로그(D/A) 변환이 수행될 수 있다.
S35a 및 S35b에서, 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호는 각각 증폭되며, 증폭된 제 1 아날로그 신호는 제 1 복수의 스피커(11)에 입력되도록 적응되고, 증폭된 제 2 아날로그 신호는 제 2 복수의 스피커(12)에 입력되도록 적응된다.
일부 실시예들에서, 방법(30)은 S32a와 S33 사이의 S36a 및 S32b와 S34b 사이의 S36b를 더 포함할 수 있다. S36a 및 S36b에서, 스피커 장치(10)의 오디오가 보다 쾌적하고 오디오 소스 자체에 더 가깝게 되도록 하기 위해 제 1 디지털 신호 및 제 2 디지털 신호 각각에 대해 사운드 튜닝이 수행된다.
다른 실시예에서, 사운드 튜닝 단계는 S32a 및 S32b 이전에 수행될 수 있으며, 즉 사운드 튜닝은 전대역에서 디지털 신호에 대해 수행될 수 있다.
S32a에 적용된 제 1 필터 및 S32b에 적용된 제 2 필터는 크로스오버 주파수를 가지므로, 제 1 복수의 스피커(11)가 작동하는 제 1 주파수 범위는 2 개의 제 2 스피커(12)가 작동하는 제 2 주파수 범위와 중첩될 수 있다. 또한, 스피커 장치(10) 가 광대역에서 원하는 지향성의 음향 방사를 생성할 수 있도록 크로스오버 주파수가 신중하게 결정될 필요가 있다. 도 10을 참조하면, 도 10은 일 실시예에 따른 크로스오버 주파수를 결정하기 위한 방법(40)의 흐름도를 개략적으로 예시한다. 일부 실시예에서, 복수의 제 2 복수의 스피커 각각은 트위터 및 트위터와 연결된 혼을 포함하고, 방법(40)은 이하의 단계를 포함할 수 있다.
S41에서, 제 1 복수의 스피커(11)에서 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격 Δx가 결정된다.
S42에서, 제 1 복수의 스피커(11)의 상한 주파수 
는 방정식(5)에 기초하여 계산된다 :
여기서, c는 음속이고, Δx는 인접한 제 1 스피커들(111) 사이의 간격이다.
S43에서, 혼(122)의 길이 
가 결정된다. 일부 실시예들에서, 제 1 복수의 스피커들(11)의 상한 주파수 
가 획득되고, 혼 스피커(12)의 이론적인 하한 주파수 
가 획득되면, 혼(122)의 길이 
가 이론적인 하한 주파수 
에 기초하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 혼 스피커(12)의 이론적인 하한 주파수 
는 제 1 복수의 스피커(11)의 상한 주파수 
보다 작을 수 있다.
S44에서, 2 개의 혼 스피커(12)의 하한 주파수 
는 방정식(6)에 기초하여 계산된다 :
여기서, c는 음속이며, 
는 S43에서 결정된 혼(122)의 길이이다. 실제로 측정되는 혼 스피커(12)의 하한 주파수는 일반적으로 여기에서 계산된 하한 주파수 
과 약간 다르다는 점에 유의해야 한다.
S45에서, 크로스오버 주파수는 상한 주파수 
및 하한 주파수 
에 기초하여 결정된다.
일부 실시예에서, 방법은 S46을 더 포함할 수 있다. S46에서, S45에서 결정된 크로스오버 주파수가 제 2 복수의 스피커(12) 즉 2 개의 혼 스피커(12)의 성능과 매칭되는지 여부가 결정된다. 만약 매칭되지 않으면, 예컨대, 크로스오버 주파수가 너무 작고 트위터(121)가 정상적으로 재생할 수 없는 경우, 이는 방법(40)에서 상기 결정된 파라미터가 적절하지 않다는 것을 의미하고, 방법(40)은 S41으로 향하여, 제 1 복수의 스피커(11) 내의 복수의 제 1 스피커(111)의 간격 Δx이 재조정될 것이고, 방법(40)의 S41 내지 S46의 단계는 S46에서 적절한 크로스오버 주파수가 결정될 때까지 반복될 것이다; 만약 매칭되면, 방법(40)은 S47로 향하고, 즉 방법(40)은 종료된다.
일부 실시예에서, 제 1 복수의 스피커(11)에서 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격 Δx와 혼(12)의 길이 
는 각각 10cm 및 12cm로 설정될 수 있고, 제 1 복수의 스피커(11)의 상한 주파수 
는 1.7kHz이고, 혼 스피커(12)의 하한 주파수 
는 700Hz이고, 크로스오버 주파수는 1.5kHz로 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 복수의 스피커들(11)의 상한 주파수 
는 8 kHz 일 수 있고, 혼 스피커(12)의 하한 주파수 
는 800 Hz 내지 20 kHz 일 수 있고, 저역 통과 필터 및 고역 통과 필터의 크로스오버 주파수는 800Hz에서 5kHz 사이에서 선택될 수 있다.
일부 실시예에 따라 오디오 시스템이 또한 제공된다. 도 11을 참조하면, 도 11은 실시예들에 따른 오디오 시스템(50)을 개략적으로 예시한다.
일부 실시예에서, 오디오 시스템(50)은 도 1에 도시된 전술한 스피커 장치(10) 및 프로세서(51)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스피커 장치(10)는 한 행(row)에 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커(11), 및 제 1 복수의 스피커(11)의 행의 2 개의 측면에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커(12)를 포함하고, 양측의 개구는 바깥쪽을 향하고, 제 1 복수의 스피커(11)에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존 II에서 보다 제 1 존 I에서 더 크고, 제 2 복수의 스피커(12)에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 2 주파수 범위에서 제 4 존 IV에서 보다 제 3 존 II에서 더 크고, 제 1 주파수 범위는 제 2 주파수 범위와 중첩된다.
일부 실시예에서, 제 1 존 I은 제 1 복수의 스피커(11)의 행의 측면 영역을 커버할 수 있고, 제 2 존 II은 제 1 복수의 스피커(11)의 행의 전방 또는 후방의 영역을 커버할 수 있고, 제 3 존 III은 제 2 복수의 스피커(12)의 개구가 향하는 영역을 커버할 수 있고, 제 4 존 IV은 제 2 복수의 스피커(12)의 측면을 커버할 수 있다. 스피커 장치(10)의 구조 및 기능은 상기 설명을 참조할 수 있고, 이에 대해서는 여기에서 상세히 설명하지 않을 것이다.
일부 실시예에서, 프로세서(51)는 스피커 장치(10)의 입력 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 프로세서(51)는 제 1 획득 회로부(511), 제 1 필터(512), 제 2 필터(513) 및 디지털 신호 처리 회로부(514)를 포함할 수 있다.
제 1 획득 회로부(511)는 입력 신호에 기초하여 디지털 신호를 획득하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 획득 회로부(511)는 디코더 또는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)일 수 있다.
제 1 필터(512)는 제 1 주파수 범위에서 제 1 디지털 신호를 획득 하기 위해 디지털 신호를 필터링하도록 구성되고, 제 2 필터(513)는 제 2 주파수 범위에서 제 2 디지털 신호 를 획득하기 위해 디지털 신호를 필터링하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 필터(512)는 저역 통과 필터일 수 있고, 제 2 필터(513)는 고역 통과 필터일 수 있으며, 여기서 저역 통과 필터 및 고역 통과 필터는 크로스 주파수를 갖는다.
디지털 신호 처리 회로부(514)는 제 1 복수의 스피커(11)에 의해 생성된 음향 에너지 방사가 제 2 존 II(도 1에 도시됨)보다 제 1 존 I(도 1에 도시됨)에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 제 1 디지털 신호를 처리하도록 구성되고 여기서 처리된 제 1 디지털 신호는 제 1 복수의 스피커(11)에 입력되도록 적응되고, 제 2 디지털 신호는 제 2 복수의 스피커(12)에 입력되도록 적응된다.
일부 실시예에서, 프로세서(51)는 제 2 획득 회로부(515)를 더 포함할 수 있고, 오디오 시스템(50)은 증폭기(516)를 더 포함할 수 있다.
제 2 획득 회로부(515)는 처리된 제 1 디지털 신호 및 제 2 디지털 신호에 기초하여 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호를 획득하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제 2 획득 회로부(515)는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)일 수 있다.
증폭기(516)는 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호를 증폭 시키도록 구성되며, 증폭된 제 1 아날로그 신호는 제 1 복수의 스피커(11)에 입력되도록 적응되고, 증폭된 제 2 아날로그 신호는 제 2 복수 스피커(12)에 입력되도록 적응된다.
일부 실시예에서, 프로세서(51)는 디지털 신호 처리 회로부(514)에 의해 제 1 디지털 신호를 처리하기 전에 제 1 디지털 신호에 대해 사운드 튜닝(sound tuning)를 수행하도록 구성되고, 제 2 획득 회로부(515)에 의해 제 2 아날로그 신호를 획득하기 전에 제 2 디지털 신호에 대해 사운드 튜닝을 수행하도록 구성된 사운드 튜닝 회로부(517)를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제 1 필터(512) 및 제 2 필터(513)의 크로스 주파수는 800Hz 내지 5kHz의 범위이다. 제 1 필터(512) 및 제 2 필터(513)의 크로스 주파수를 결정하는 방법은 도 10의 방법(40)에 대한 상기 설명을 참조할 수 있으며, 여기서는 상세히 설명하지 않을 것이다.
실시예는 제 1 복수의 스피커(11)의 길이, 인접한 제 1 스피커(111) 사이의 간격, 및 측면 분사 스피커를 향상시킬 수 있는 혼(122)의 길이 및 개구, 및 제 1 복수의 스피커(11)와 2 개의 혼 스피커(12)의 크로스오버 주파수를 최적화하여, 스피커 장치(10)는 넓은 주파수 범위에서 강화된 지향성의 음향 에너지 방사를 발생시킬 수 있고, 청취자(13)에 의해 인지되는 측방 사운드는 청취자(13)에 의해 인지되는 전방 사운드보다 더 크다. 따라서, 스피커 장치, 스피커 장치의 입력 신호를 처리하는 방법 및 오디오 시스템은 폭넓은 효과를 달성하고 청취자에게 거의 실제적인 서라운드 경험을 제공할 수 있다.
다양한 양태들 및 실시예들이 본 출원에 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들이 당업자에게 명백할 것이다. 본 출원에 개시된 다양한 양태 및 실시예는 예시를 위한 것이며 제한하기 위한 것이 아니며, 진정한 범위 및 사상은 이하의 청구 범위에 의해 표시된다.
Claims (18)
- 스피커 장치에 있어서,
한 행에서(in a row) 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커로서, 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사(acoustic energy radiation)는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 큰, 상기 제 1 복수의 스피커; 및
상기 제 1 복수의 스피커의 행의 양측에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커로서, 상기 양측의 개구가 바깥쪽으로 향하고, 상기 제 2 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 큰, 상기 제 2 복수의 스피커;를 포함하고,
상기 제 1 주파수 범위는 상기 제 2 주파수 범위와 중첩되며,
상기 제 1 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 측면 영역을 커버하고, 상기 제 2 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 전방 또는 후방 영역을 커버하고, 상기 제 3 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 상기 제 4 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 측면 영역을 커버하는, 스피커 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 생성된 음압(sound pressure)은 150Hz 내지 3kHz의 주파수 범위에서 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 큰, 스피커 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 복수의 스피커에 의해 생성된 음압은 2kHz 내지 20kHz의 주파수 범위에서 상기 제 4 존에서 보다 상기 제 3 존에서 더 큰, 스피커 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 복수의 스피커 각각은 트위터(tweeter)와 상기 트위터와 연결된 혼(horn)을 포함하고, 상기 혼은 상기 트위터와 연결된 입력 개구와 바깥쪽을 향하는 출력 개구를 포함하는, 스피커 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 혼의 출력 개구의 크기 대 상기 혼의 입력 개구의 크기의 비율은 2보다 큰, 스피커 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 혼의 길이는 상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커들 사이의 간격의 절반보다 큰, 스피커 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커들 사이의 간격은 2 cm 내지 16 cm의 범위이고, 상기 혼의 길이는 2 cm 내지 16 cm의 범위인, 스피커 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 복수의 스피커의 입력 신호는 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사를 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형 방법에 의해 처리되는, 스피커 장치.
- 스피커 장치의 입력 신호를 처리하는 방법에 있어서, 상기 스피커 장치는 한 행에서 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커 및 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 양측에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커를 포함하되 상기 양측의 개구가 바깥쪽으로 향하고, 상기 제 1 복수의 스피커의 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 크고, 상기 제 2 복수의 스피커의 음향 에너지 방사는 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 크고, 상기 제 1 주파수 범위는 상기 제 2 주파수 범위와 중첩되고,
입력 신호에 기초하여 디지털 신호를 획득하는 단계;
상기 제 1 주파수 범위에서 제 1 디지털 신호 및 제 2 주파수 범위에서 제 2 디지털 신호를 획득하기 위해 상기 디지털 신호를 필터링하는 단계; 및
상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크게 되도록 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 상기 제 1 디지털 신호를 처리하는 단계;를 포함하되,
처리된 상기 제 1 디지털 신호는 상기 제 1 복수의 스피커로 입력되도록 적응되고, 상기 제 2 디지털 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응되며,
상기 제 1 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 측면 영역을 커버하고, 상기 제 2 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 전방 또는 후방 영역을 커버하고, 상기 제 3 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 상기 제 4 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 측면 영역을 커버하는, 방법. - 제 10 항에 있어서, 상기 디지털 신호는 제 1 필터 및 제 2 필터에 의해 필터링되어 상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호를 각각 획득하고, 상기 제 2 복수의 스피커 각각은 트위터 및 상기 트위터와 연결된 혼을 포함하고, 상기 제 1 필터 및 상기 제 2 필터의 크로스오버 주파수(crossover frequency)를 결정하는 단계는 :
상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커 사이의 간격을 결정하는 단계;
방정식(1)에 기초하여 상기 제 1 복수의 스피커의 상한 주파수(upper frequency limit)를 획득하는 단계:
(1),
여기서, c는 음속이고, Δx는 상기 제 1 복수의 스피커의 행에서 인접한 스피커들 사이의 간격이고;
상기 혼의 길이를 결정하는 단계;
방정식(2)에 기초하여 상기 제 2 복수의 스피커의 하한 주파수를 획득하는 단계 :
(2),
여기서, c는 음속이며,는 상기 혼의 길이이다.
상기 상한 주파수 및 상기 하한 주파수에 기초하여 상기 크로스오버 주파수를 결정하는 단계; 및
결정된 상기 크로스오버 주파수가 상기 제 2 복수의 스피커의 성능과 매칭(match)하는지 여부를 결정하는 단계로서, 매칭되지 않으면, 상기 크로스오버 주파수를 결정하는 단계를 반복하고, 매칭되면, 결정된 상기 크로스오버 주파수가 상기 제 1 필터 및 상기 제 2 필터의 크로스오버 주파수인 것으로 결정되는, 방법. - 제 11 항에 있어서, 상기 크로스오버 주파수는 800Hz 내지 5kHz의 범위인, 방법.
- 제 10 항에 있어서,
처리된 제 1 디지털 신호 및 제 2 디지털 신호에 기초하여 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호를 획득하는 단계; 및
상기 제 1 아날로그 신호 및 상기 제 2 아날로그 신호를 증폭하는 단계;를 더 포함하되,
증폭된 상기 제 1 아날로그 신호는 상기 제 1 복수의 스피커에 입력되도록 적응되고, 증폭된 상기 제 2 아날로그 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응되는, 방법. - 삭제
- 오디오 시스템에 있어서,
스피커 장치에 있어서, 상기 스피커 장치는 한 행에서 간격을 두고 배열된 제 1 복수의 스피커 및 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 양측에 대칭으로 배치된 제 2 복수의 스피커를 포함하되 상기 양측의 개구가 바깥쪽으로 향하고, 상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 1 주파수 범위에서 제 2 존에서 보다 제 1 존에서 더 크고, 상기 제 2 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사는 제 2 주파수 범위에서 제 4 존에서 보다 제 3 존에서 더 크고, 상기 제 1 주파수 범위는 상기 제 2 주파수 범위와 중첩된, 상기 스피커 장치; 및
상기 스피커 장치의 입력 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하되,
상기 입력 신호에 기초하여 디지털 신호를 획득하도록 구성된 제 1 획득 회로부(obtainment circuitry);
상기 제 1 주파수 범위에서 제 1 디지털 신호를 획득하기 위해 상기 디지털 신호를 필터링하도록 구성된 제 1 필터;
상기 제 2 주파수 범위에서 제 2 디지털 신호를 획득하기 위해 상기 디지털 신호를 필터링하도록 구성된 제 2 필터; 및
상기 제 1 복수의 스피커에 의해 발생된 음향 에너지 방사가 상기 제 2 존에서 보다 상기 제 1 존에서 더 크게 하기 위해 디지털 신호 처리(DSP : Digital Signal Processing)에 기초한 빔 성형 방법을 사용하여 상기 제 1 디지털 신호를 처리하도록 구성된 디지털 신호 처리 회로부;를 포함하고,
처리된 상기 제 1 디지털 신호는 상기 제 1 복수의 스피커로 입력되도록 적응되고, 상기 제 2 디지털 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응되며,
상기 제 1 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 측면 영역을 커버하고, 상기 제 2 존은 상기 제 1 복수의 스피커의 행의 전방 또는 후방 영역을 커버하고, 상기 제 3 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 개구가 향하는 영역을 커버하고, 상기 제 4 존은 상기 제 2 복수의 스피커의 측면 영역을 커버하는, 오디오 시스템. - 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 필터 및 상기 제 2 필터의 크로스 주파수는 800Hz 내지 5kHz의 범위인, 오디오 시스템.
- 제 15 항에 있어서,
처리된 상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호에 기초하여 제 1 아날로그 신호 및 제 2 아날로그 신호를 획득하도록 구성된 제 2 획득 회로부; 및
상기 제 1 아날로그 신호 및 상기 제 2 아날로그 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기;를 더 포함하되,
증폭된 상기 제 1 아날로그 신호는 상기 제 1 복수의 스피커에 입력되도록 적응되고, 증폭된 상기 제 2 아날로그 신호는 상기 제 2 복수의 스피커에 입력되도록 적응되는, 오디오 시스템. - 삭제
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