KR102468272B1 - 음향 출력 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

음향 출력 장치가 개시된다. 음향 출력 장치는, 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 제1 스피커, 제1 스피커와 다른 음역을 출력하는 복수의 제2 스피커, 제1 스피커 및 복수의 제2 스피커 각각과 연결된 복수의 크로스오버 회로 및, 제1 스피커 및 복수의 제2 스피커에서 각각 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 신호가 출력되도록 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 프로세서를 포함한다.

Description

음향 출력 장치 및 그 제어 방법 { Acoustic output device and control method thereof }
본 발명은 음향 출력 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 타입의 스피커에 재생 대역을 분담시켜 음향 신호를 출력하는 음향 출력 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 유형의 전자기기가 개발 및 보급되고 있다. 특히, 가정, 사무실, 공공 장소 등 다양한 장소에서 이용되는 스피커와 같은 음향 출력 장치는 최근 수년 간 지속적으로 발전하고 있다.
음향 출력 장치의 성능이 고급화되면서, 음질 향상 및 넓은 사운드 스테이지(Sound stage) 형성을 위하여 오디오에 입력되는 신호는 다채널의 형태를 가지게 되었다.
최근, 음향 출력 장치는 기존의 분리형 스피커(L/R/Center 등으로 각각 분리된 스피커)에서 무선 스피커 및 사운드 바와 같이 소형화 및 일체화 된 형태의 제품으로 확산되고 있는 추세이다.
이러한 스피커 시스템의 소형화로 인한 공간적 제약에 따라 스피커 유닛 개수의 제한이 있으며, 신호처리만으로 음질 향상 및 음장감 구현의 물리적인 한계를 극복하기에는 무리가 있었다. 이에, 음질 향상을 위하여 하나의 스피커 유닛에서 복수의 채널 신호를 재생할 필요성이 존재하게 되었다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은, 동일한 스피커 유닛을 복수의 채널 재생에 이용하는 경우, 각 채널에 대한 크로스오버 주파수를 서로 다른 주파수 대역에서 형성하여 음질 향상을 위한 멀티 크로스오버를 제공하는 음향 출력 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치는, 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 제1 스피커, 상기 제1 스피커와 상이한 음역을 출력하는 복수의 제2 스피커, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 각각과 연결된 복수의 크로스오버 회로 및, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커에서 각각 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 신호가 출력되도록 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 프로세서를 포함한다.
여기서, 복수의 제2 스피커는 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 음향 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제2 스피커는 각각 다른 채널의 음향 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 제1 스피커는, 상기 복수의 제2 스피커 각각에 대응되는 복수의 채널의 음향 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 복수의 크로스오버 회로는, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제1 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 제1 크로스오버 회로 및, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제2 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제2 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 제2 크로스오버 회로를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 상기 제1 및 제2 크로스 오버 회로를 제어할 수 있다.
한편, 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 상이한 구조의 스피커 유닛으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 혼(Horn)을 구비하는 스피커 유닛으로 구현되고, 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커는 혼을 구비하지 않는 일반 스피커 유닛으로 구현되며, 상기 프로세서는, 상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커에 구비된 혼에 의해 유효 주파수 대역이 확장됨에 따라, 상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 제1 크로스오버 회로가 상기 제1 채널의 제1 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 상기 제1 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 상기 제2 채널의 제2 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 제2 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며, 상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역과 적어도 일부 상이할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 제1 스피커는 중간 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 중음역(midrange) 스피커로 구현되고, 상기 복수의 제2 스피커는 고주파 대역의 음향 신호를 출력하는 복수의 고음역(tweeter) 스피커로 구현되며, 상기 프로세서는, 상기 제1 크로스오버 회로가 L(Left) 및 R(Right) 채널 중 적어도 하나의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 C 채널의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며, 상기 L및 R채널 중 적어도 하나의 고주파수 대역은, 상기 C 채널의 고주파수 대역과 적어도 일부 상이할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 동일한 구조의 스피커 유닛으로 구현되며, 상기 프로세서는, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 각각에 대응되는 빔 신호 각각이 기설정된 제1 및 제2 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 제1 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커 각각이 적어도 일부 상이한 주파수 대역을 재생하도록 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 제1 스피커, 상기 제1 스피커와 상이한 음역을 출력하는 복수의 제2 스피커 및, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 각각과 연결된 복수의 크로스오버 회로를 포함하는 음향 출력 장치의 제어 방법은, 음향 신호를 입력받는 단계 및, 상기 입력된 음향 신호에 대해, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커에서 각각 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 신호가 출력되도록 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 복수의 제2 스피커는 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 음향 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제2 스피커는 각각 다른 채널의 음향 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 제1 스피커는, 상기 복수의 제2 스피커 각각에 대응되는 복수의 채널의 음향 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 복수의 크로스오버 회로는, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제1 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 제1 크로스오버 회로 및, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제2 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제2 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 제2 크로스오버 회로를 포함하며, 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 단계는,
상기 제2채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 상기 제1 및 제2 크로스 오버 회로를 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 상이한 구조의 스피커 유닛으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 제2채널을 재생하는 제2 스피커는 혼(Horn)을 구비하는 스피커 유닛으로 구현되고, 상기 제1채널을 재생하는 제2 스피커는 혼을 구비하지 않는 일반 스피커 유닛으로 구현되며, 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 단계는, 상기 제2채널을 재생하는 제2 스피커에 구비된 혼에 의해 유효 주파수 대역이 확장됨에 따라, 상기 제2채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 할 수 있다.
또한, 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 단계는, 상기 제1 크로스오버 회로가 상기 제1 채널의 제1 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 상기 제1 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 상기 제2 채널의 제2 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 제2 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며, 상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역과 적어도 일부 상이할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 제1 스피커는 중간 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 중음역(midrange) 스피커로 구현되고, 상기 복수의 제2 스피커는 고주파 대역의 음향 신호를 출력하는 복수의 고음역(tweeter) 스피커로 구현되며, 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 단계는, 상기 제1 크로스오버 회로가 L(Left) 및 R(Right) 채널 중 적어도 하나의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 C 채널의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며, 상기 L및 R채널 중 적어도 하나의 고주파수 대역은, 상기 C 채널의 고주파수 대역과 적어도 일부 상이할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 동일한 형태의 스피커 유닛으로 구현되며,
상기 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 단계는, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 각각에 대응되는 빔 신호 각각이 기설정된 제1 및 제2 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 제1 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커 각각이 적어도 일부 상이한 주파수 대역을 재생하도록 상기 복수의 크로스오버 회로를 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 동일한 스피커 유닛을 이용하여 복수의 채널을 재생하는 음향 출력 장치에서 채널 별로 서로 다른 주파수 대역에서 크로스오버 주파수를 형성하여, 음장 효과를 극대화하며 음질 향상이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c 는 본 발명의 이해를 돕기 위한 스피커의 재생 대역과 스피커 진동판 크기의 관계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 구성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 일반적인 스피커 유닛 및 혼을 구비한 스피커 유닛의 방사 지향성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 일반적인 스피커 유닛과 혼을 구비한 스피커 유닛의 주파수 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 일반적인 스피커 유닛과 혼을 구비한 스피커 유닛의 Decay 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 중음역 스피커와 혼을 구비한 고음역 스피커의 Decay 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 크로스오버가 적용된 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10c, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시 예에 적용되는 빔 포밍 기술을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12, 도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 음향 출력 장치가 디지털 TV로 구현된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 1에 따르면, 음향 출력 장치(100)는 복수의 스피커 유닛을 포함하며, 사운드바, 홈씨어터 시스템, One box 스피커, 룸 스피커 등으로 구현될 수 있으나, 복수의 스피커 유닛을 포함하는 장치라면 이에 한정되지 않고 적용 가능하다. 예를 들어, 복수의 스피커 유닛을 구비한 사용자 단말 장치, 스마트 TV, 오디오 장치 등으로 구현 가능하다.
음향 출력 장치(100)를 구성하는 복수의 스피커 유닛은 전기 펄스를 음파로 변환시키는 기능을 하며, 전기신호를 음파로 변환시키는 원리와 방법에 따라 구분되는 동전형(動電型) 즉, 다이내믹 형으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 적용되는 범위 내에서 정전형(靜電型), 유전체형(誘電體型), 자기왜형(磁氣歪型) 등으로 구현될 수도 있다.
또한, 음향 출력 장치(100)는 재생 대역을 저음?중음?고음으로 음역을 구분하고, 각각에 알맞은 스피커 유닛에 구분된 음역을 분담시키는 멀티웨이 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 세 가지 타입의 스피커에 재생 대역을 분담시킨 3 웨이 방식의 경우, 복수의 스피커 유닛은 고주파 음향 신호를 재생하기 위한 적어도 하나의 고음역 스피커(tweeter), 중간 주파수 음향 신호를 재생하기 위한 적어도 하나의 중음역 스피커(midrange), 저주파 음향 신호를 재생하기 위한 적어도 하나의 저음역 스피커(또는 우퍼(woofer)) 등을 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 다른 예로, 두 가지 타입의 스피커에 재생 대역을 분담시킨 2 웨이 방식의 경우, 고음역 스피커 및 중음역 스피커를 포함하는 형태로 구현될 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 이해를 돕기 위한 스피커의 재생 대역과 스피커 진동판 크기의 관계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 스피커를 진동판이 평판인 음원이라고 가정을 할 경우, Q 점에서 음압은 평판의 여러 개의 미소 면적 dS의 음압들의 합으로 나타나게 된다. 이 경우 r과 r’의 전달 경로 차이가 발생하고 이는 신호의 보강 및 간섭의 결과로 나타나게 되며, 상대적으로 파장이 긴 저주파수 대역보다 파장이 짧은 고주파수 대역에서 보강 및 간섭의 특성이 크게 나타나게 된다.
이에 따라, 스피커의 진동판 면적 및 특성에 따라서 최적화된 주파수 영역이 존재한다. 예를 들어, 고주파수 대역의 경우, 넓은 진동판일 경우 나쁜 지향 특성으로 좁은 sweet spot이 형성되며 진동판의 decay 및 응답 특성이 떨어져 음 명료도를 해치는 원인이 되므로, 일반적으로 지름이 작은 진동판을 이용하게 된다. 또한, 저주파수 대역의 경우, 좁은 진동판일 경우 큰 동적 거동 거리가 필요하므로 재생의 한계가 존재하며 소리의 왜곡이 발생하는 원인이 되므로, 일반적으로 지름이 큰 진동판을 이용하게 된다.
이에 따라, 도 2c에 도시된 바와 같이 음향 출력 장치(100)가 전체 가청 주파수 대역(예를 들어 20Hz~20kHz)을 재생할 때 효율을 극대화 하기 위하여 각 스피커 유닛에 해당하는 주파수 대역만을 재생하도록 크로스오버를 적용하게 된다. 예를 들어, 진동판의 면적 측면에서는 재생 유효한 하한 주파수의 파장이 진동판 지름의 10배, 유효한 상한 주파수는 진동판 지름을 충족시키도록 설계하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수의 스피커는 5.1 채널, 7.1 채널 등과 같이 L(Left) 채널, R(Right) 채널, C(Center) 채널을 제공하는 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 5. 1 채널을 지원하는 경우, C 채널, Front L 채널, Front R 채널, Rear L 채널, Rear 채널을 제공할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 일 실시 예에 따라 음향 재생 대역을 저음?중음?고음으로 음역을 나누어지는 경우, 특정 재생 대역을 담당하는 적어도 하나의 스피커는 적어도 두 개의 채널을 재생할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 중음역 스피커는 L 채널, R 채널 및 C 채널을 재생하거나, L 채널, R 채널을 재생하는데 이용될 수 있다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이 일반적인 음향 시스템(310)에서 음장 효과를 내기 위해서는 각 채널 별로 재생을 담당하는 스피커 유닛이 필요하며, 각 채널 별 스피커 어레이(311, 312, 313)를 구성함으로써 더욱더 넓은 음장감을 제공하게 된다. 하지만 각 채널 별로 스피커 어레이를 구비하게 되는 경우 큰 공간을 차지하게 되며, 많은 개수의 스피커 유닛을 필요로 하게 된다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에서는 하나의 스피커 유닛이 복수의 채널을 재생하도록 하여 공간, 스피커 개수 및 비용적인 한계를 극복할 수 있다.
일 예시로서, 도 3a의 하부에 도시된 바와 같이 고주파수 대역을 재생하는 고음역 스피커 유닛(Tweeter uint)은 L/R/C 각 채널의 고주파 대역을 재생하는 TW_L, TW_R, TW_C로 구성되며, 중음역 스피커 유닛(Midrange uint)는 적어도 두 개의 채널을 재생하는 1, MID_2, MID_3, MID_4로 구성될 수 있다. 다만, 3 웨이 방식의 경우, 저주파수 대역을 담당하는 저음역 스피커(Woofer)는 음향 출력 장치(320) 내부 또는 외부에 별도로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 채널 별 음장 효과를 극대화하기 위하여, 채널 별로 상이한 대역에서 크로스오버 주파수를 가지는 멀티 크로스오버를 제공할 수 있다. 이를 위해, 일 실시 예에 따르면, 도 3b에 도시된 바와 같이 TW_L, TW_R은 일반적인 스피커 유닛이고, TW_C는 유닛에 passive 지향성을 가지는 구조물, 예를 들어 혼을 구비한 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우 혼의 특성을 이용하여 멀티 크로스오버를 제공할 수 있다. 다만, 다른 실시 예에 따르면, TW_L, TW_R, TW_C 전부 동일한 구조 예를 들어, 혼을 구비하지 않은 일반적인 스피커 유닛이 될 수 있으며, 이 경우 빔 포밍 기술을 이용하여 멀티 크로스오버를 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 멀티 크로스오버를 제공하는 본 발명의 다양한 실시 예에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4a에 따르면, 음향 출력 장치(100)는 적어도 하나의 제1 스피커(110), 복수의 제2 스피커(120), 복수의 크로스오버 회로(130) 및, 프로세서(140)를 포함한다. 여기서, 음향 출력 장치(100)는 복수의 스피커 유닛을 바(bar) 형태의 배치한 사운드 바로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 음향 출력 장치(100)는 홈시어터 시스템의 일 구성요소인 서라운드 사운드 시스템 등으로 구현될 수 있다. 즉, 음향 출력 장치(100)가 홈시어터 시스템의 서라운드 사운드 시스템으로 구현되는 경우 복수의 제1 스피커(110), 복수의 제2 스피커(120)는 음향 제공 공간(예를 들어, 방 안)의 적절한 위치에 이격되어 설치되는 멀티 채널 스피커로 구현될 수 있다.
적어도 하나의 제1 스피커(110)는 특정 음역의 음향 신호를 출력(또는 재생)한다. 예를 들어, 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 중음역, 즉 중간 주파수 대역의 음향 신호를 출력할 수 있다.
복수의 제2 스피커(120)는 제1 스피커(110)와 다른 음역을 출력한다. 예를 들어, 복수의 제2 스피커(120)는 제1 스피커(110)가 출력하는 음역보다 높은 음역을 출력할 수 있다. 일 예로, 적어도 하나의 제1 스피커(110)가 중음역을 출력하는 경우, 복수의 제2 스피커(120)는 고음역, 즉 고주파수 대역의 음향 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 스피커(120)는 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 음향 신호를 출력할 수 있다. 또는 복수의 제2 스피커(120)는 동일한 주파수 대역의 음향 신호를 출력할 수도 있다.
또한, 복수의 제2 스피커(120)는 각각 다른 채널의 음향 신호를 출력한다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따라 복수의 제2 스피커(120)가 세 개의 고음역 스피커로 구현되는 경우, 복수의 제2 스피커 각각(121, 122, 123)은 서로 다른 채널, 예를 들어, L 채널, R 채널, C 채널의 고음역을 출력할 수 있다.
한편, 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 복수의 제2 스피커(120) 각각에 대응되는 복수의 채널의 음향 신호를 출력한다. 즉, 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 복수의 제2 스피커(120)와 함께 서로 다른 채널의 음향 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 L 채널을 담당하는 제2 스피커(121)와 함께 L 채널을 재생하고, 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 R 채널을 담당하는 제2 스피커(122)와 함께 R 채널을 재생하고, 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 C 채널을 담당하는 제2 스피커(123)와 함께 C 채널을 재생할 수 있다.
복수의 크로스오버 회로(130)(또는 크로스오버 필터)는, 적어도 하나의 제1 스피커(110) 및 복수의 제2 스피커(120) 각각과 연결된다. 여기서, 크로스오버 회로는 커패시터나 코일을 이용하여 특정한 주파수만을 통과시키는 전기적인 필터인 패시브 크로스오버 및, 헤드 유닛의 출력을 받아서 각 재생 대역 별 파워 앰프들에게 재생 신호 대역 별로 재생신호의 출력을 분할하여 나누어주는 크로스오버 디바이더 네크워크 기기인 액티브 크로스오버 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
구체적으로, 복수의 크로스오버 회로(130) 중 제1 크로스오버 회로(131)는, 적어도 하나의 제1 스피커(110) 및 하나의 제2 스피커(121 또는 122)와 연결되고, 제2 크로스오버 회로(132)는 적어도 하나의 제1 스피커(110) 및 다른 하나의 제2 스피커(123)와 연결될 수 있다. 여기서, 복수의 크로스 오버 회로(131, 132) 각각은 재생 음역 별로 음향 신호를 나누는 기능을 한다. 즉, 필터와 같은 역할을 하며, 특정 주파수대의 신호 만을 통과시켜 해당 스피커로 보내준다.
구체적으로, 제1 크로스오버 회로(131)는 복수의 채널 중 제1 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하여, 구분된 음역 별 음향 신호를 적어도 하나의 제1 스피커(110) 및 하나의 제2 스피커(121 또는 122)로 각각 보낼 수 있다. 또한, 제2 크로스오버 회로(132)는 복수의 채널 중 제2 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하여, 구분된 음역 별 음향 신호를 적어도 하나의 제1 스피커(110) 및 다른 하나의 제2 스피커(123)로 각각 보낼 수 있다.
이 경우, 제1 스피커(110) 및 하나의 제2 스피커(121 또는 122) 간 제1 채널의 크로스오버 주파수 및 제1 스피커(110) 및 다른 하나의 제2 스피커(123) 간 제2 채널의 크로스오버 주파수는 상이할 수 있다. 여기서, 크로스오버 주파수란 음원이 크로스 오버 회로를 통하여 분리되는 주파수 대역을 의미한다.
프로세서(140)는 음향 출력 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 여기서, 프로세서(140)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), controller, 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
프로세서(140)는 적어도 하나의 제1 스피커(110) 및 복수의 제2 스피커(120)에서 각각 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 신호가 출력되도록 복수의 크로스오버 회로(130)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(140)는 복수의 크로스오버 회로(130) 중, 제1 크로스오버 회로(131)가 제1 채널의 제1 주파수 대역을 제1 스피커(110)로 보내고 제1주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 하나(121 또는 122)로 보내도록 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(140)는 복수의 크로스오버 회로(130) 중, 제2 크로스오버 회로(132)가 제2 채널의 제2 주파수 대역을 제1 스피커로 보내고 제2 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 다른 하나(123)로 보내도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 주파수 대역은 적어도 일부 상이할 수 있고, 제1 채널의 제1 크로스오버 주파수와 제2 채널의 크로스오버 주파수는 상이한 주파수 대역에서 형성될 수 있다. 다만, 경우에 따라서는 제1 채널의 제1 크로스오버 주파수와 제2 채널의 크로스오버 주파수는 적어도 일부 동일한 주파수 대역에서 형성될 수도 있다.
일 예로, 복수의 크로스 오버 회로(130)가 커패시터나 코일을 이용하여 특정한 주파수만을 통과시키는 전기적인 필터인 패시브 크로스오버인, 제1 및 제2 크로스오버 회로로 구현되는 경우, 프로세서(140)는 제1 채널 신호가, 제1 및 제3 주파수 대역으로 재생 대역을 분리하는 제1 크로스오버 회로(131)를 통과하도록 하고, 제2 채널 신호가, 제2 및 제4 주파수 대역으로 재생 대역을 분리하는 제2 크로스오버 회로(132)를 통과하도록 제어할 수 있다.
한편, 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 중간 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 중음역(midrange) 스피커로 구현되고, 복수 개의 제2 스피커(120)는 고주파 대역의 음향 신호를 출력하는 복수 개의 고음역(tweeter) 스피커로 구현될 수 있다. 이 경우, 프로세서(140)는, 제1 크로스오버 회로(131)가 L(Left) 및 R(Right) 채널 중 적어도 하나의 중간 주파수 대역을 제1 스피커(110)로 보내고 L(Left) 및 R(Right) 채널 중 적어도 하나의 고주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 하나(121 또는 122)로 보내도록 하고, 제2 크로스오버 회로(132)가 C 채널의 중간 주파수 대역을 제1 스피커(110)로 보내고 C 채널의 고주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 다른 하나(123)로 보내도록 제어할 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 스피커 중 하나(121 또는 122)와 다른 하나(123)가 출력하는 고주파수 대역은 적어도 일부 상이할 수 있으며, 이에 따라 제1 스피커(110)가 출력하는 제1 및 제2 채널의 중간 주파수 대역 또한 적어도 일부 상이하게 된다.
상술한 바와 같이 프로세서(140)는 복수의 크로스오버 회로(130)를 제어하여, 제1 채널에 대한 크로스오버 주파수 및 제2 채널에 대한 크로스오버 주파수가 상이한 주파수 대역에서 형성되도록 할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 도 4b에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 제1 스피커(110)는 중간 주파수 음향 신호를 출력하는 네 개의 중음역(midrange) 스피커(111, 112, 113, 114)으로 구현되고, 복수의 제2 스피커(120)는 고주파 음향 신호를 출력하는 세 개의 고음역(tweeter) 스피커(121, 122, 123)로 구현될 수 있다. 이 경우, 네 개의 중음역 스피커 전부(111, 112, 113, 114) 및 세 개의 고음역 스피커(121, 122, 123) 중 하나(121)는 L 채널을 재생하고, 네 개의 중음역 스피커 전부(111, 112, 113, 114) 및 세 개의 고음역 스피커(121, 122, 123) 중 다른 하나(122)는 R 채널을 재생할 수 있다. 또한, 네 개의 중음역 스피커 중 두 개의 제1 스피커(112, 113) 및, 세 개의 고음역 스피커 중 나머지 하나(123)는 C 채널을 재생할 수 있다.
이 경우, 프로세서(140)는, L/R/C 채널 전부의 재생에 이용되는 두 개의 제1 스피커(112, 113)에 대해, L/R 채널의 중음역 및 고음역이 교차되는 제1 크로스오버 주파수 및 C 채널의 중음역 및 고음역이 교차되는 제2 크로스오버 주파수가 상이한 주파수 대역에서 형성되도록 제어할 수 있다.
한편, 일 실시 예에 따르면, 제1 채널(예를 들어, L/R 채널)을 재생하는 제2 스피커(121 또는 122) 및 제2 채널(예를 들어, C 채널)을 재생하는 제2 스피커(123)는 상이한 구조의 스피커 유닛으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제2 채널(예를 들어, C 채널)을 재생하는 제2 스피커(123)는, 제1 채널(예를 들어, L/R 채널)을 재생하는 제2 스피커(121 또는 122)보다 더 넓은 유효 주파수 대역을 갖는 구조로 구현될 수 있다.
이에 따라, 프로세서(140)는 제1 채널(예를 들어, L/R 채널)에 대해 제5 주파수 대역에서 제1 크로스오버 주파수가 형성되고, 제2 채널(예를 들어, C 채널)에 대해 제5 주파수 대역보다 낮은 제6 주파수 대역에서 제2 크로스오버 주파수가 형성되도록 복수의 크로스오버 회로(130)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 제1 채널(예를 들어, C 채널)을 재생하는 제2 스피커(123)는 passive 지향성을 가지는 구조물, 예를 들어 혼(Horn)을 구비한 스피커 유닛으로 구현되고, 제2 채널(예를 들어, L/R 채널)을 재생하는 제2 스피커는 혼을 구비하지 않는 일반적인 스피커 유닛으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 4c에 도시된 바와 같이 세 개의 고음역 스피커(121, 122, 123) 중 C 채널을 재생하는 고음역 스피커(123')는 혼(Horn)을 구비한 스피커 유닛으로 구현되고, L 및 R 채널을 재생하는 고음역 스피커(121, 122)는 혼을 구비하지 않는 일반적인 스피커 유닛으로 구현될 수 있다.
이 경우, C 채널을 재생하는 고음역 스피커(123)에 구비된 혼의 증폭 효과에 의해 고음역 스피커(123)의 유효 주파수 대역 즉, 고음역 스피커(123)를 통해 재생 가능한 재생 대역이 확장되므로, 프로세서(140)는 L/R 채널을 재생하는 고음역 스피커(121, 122)에 비해, C 채널을 재생하는 고음역 스피커(123)를 더 낮은 주파수 대역까지 이용할 수 있게 된다. 이에 따라, 프로세서(140)는 C 채널에 대해서는 L/R 채널의 크로스오버 주파수가 형성되는 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 크로스오버 주파수가 형성되도록 할 수 있다.
즉, 프로세서(140)는 혼(Horn)의 특성을 이용하여 C 채널의 크로스오버 주파수를 낮출 수 있는데 이하에서는 혼의 특성을 이용하여 멀티 크로스오버를 제공하는 방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.
혼(Horn)은 패시브(passive) 지향성을 가지는 구조로, 주파수에 따라 일정한 지향 방사 특성을 나타내는 특징이 있다. 예를 들어, 중간 주파수 및 저주파 음향 신호에 대해서는 지향성을 좁게 하고, 고주파수에 대해서는 지향성을 넓게 하는 특징이 있다. 또한, 혼은 음압을 증폭시키는 효과가 있으며, 이에 따라 다이나믹스를 확보할 수 있고 음 명료도 향상시키는 효과가 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이 일반적인 스피커 유닛이 방사하는 지향성은 저주파로 내려올수록 넓은 특성을 보이는 반면, 도 5b에 도시된 바와 같이 혼을 구비한 스피커 유닛이 방사하는 지향성은 주파수 변화에 따라 일정한 지향 특성을 보이게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 일반적인 스피커 유닛과 혼을 구비한 스피커 유닛의 주파수 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 실시 예는 일반적인 스피커 유닛과 혼을 구비한 스피커 유닛을 통해 동일한 음향 신호를 재생한 경우, 1m 전방에서 측정한 주파수 특성을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이 혼을 구비한 스피커의 경우 1kHz 이상의 주파수 대역에서 음압이 증폭되는 효과를 나타낸다. 즉, 혼을 구비한 스피커의 경우 일반적인 스피커와 비교하여 동일한 출력을 내기 위해서 스피커에 입력되는 신호의 크기는 적어지고, 소리의 왜곡도 적어지게 된다.
또한 혼에 의한 증폭 효과로 인하여 고음역 스피커(123)의 유효 주파수 대역이 확장되는 효과가 나타나게 된다. 이에 따라, 저가의 성능이 좋지 않은 고음역 스피커(예를 들어, 트위터 유닛)에 혼을 적용함으로써 고음역 스피커의 좁은 재생 주파수 대역 및 낮은 음압의 한계를 극복할 수 있게 된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 일반적인 스피커 유닛과 혼을 구비한 스피커 유닛의 Decay 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b에 그래프는 본 발명의 일 실시 예에 따라 1kHz~20kHz 주파수 영역에 대한 Decay 특성을 나타내는 그래프로, 해당 주파수 성분의 음을 재생하고 수렴하는 시간이나 형태를 분석할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서 점선으로 표기한 3kHz에서 10kHz영역을 보면 혼을 구비한 경우 짧은 Decay time으로 빠른 수렴 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 혼을 구비한 경우와 같이 Decay Time이 빠를수록 하모닉(Harmonic) 성분 및 음의 간섭을 피할 수 있으므로 음의 명료성이 향상되는 효과가 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 중음역 스피커와 혼을 구비한 고음역 스피커의 Decay 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b에 그래프는 본 발명의 일 실시 예에 따라 중음역 스피커와 혼을 구비한 고음역 스피커의 1~5kHz 주파수 영역에 대한 Decay 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b에서 점선으로 표기한 1~2kHz 대역에서 혼을 구비한 고음역 스피커(도 8b)가 중음역 스피커(도 8a)에 비해, 빠른 Decay 특성을 보임을 확인할 수 있다. 즉, 중음역 스피커보다 고음역 스피커가 가벼운 진동판으로 작은 관성모멘트를 가지므로 빠른 응답 특성을 나타낸다. 이에 따라 해당 주파수 대역에서 중음역 스피커보다 고음역 스피커를 이용하는 경우 음의 명료성이 향상되는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 따라서 혼의 다양한 특성에 기초하여 특정 채널을 재생하는 고음역 스피커의 유효 주파수 영역을 확장시킬 수 있게 된다. 즉, C 채널을 재생하는 혼을 구비한 고음역 스피커(123)의 재생 대역을 확장시켜, C 채널에 대해서는 L/R 채널보다 크로스오버 주파수를 더 낮은 주파수 대역에 형성함에 따라, 멀티 크로스오버를 제공할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티 크로스오버가 적용된 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이 복수의 채널 중 하나, 예를 들어 C 채널에 대해 혼을 구비한 스피커 유닛을 이용하는 경우, 혼의 특성으로 인해 고음역 스피커를 이용할 수 있는 유효 재생 대역이 넓어짐에 따라, 크로스오버 주파수가 좀더 낮은 주파수 대역에서 형성되도록 할 수 있다.
예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 프로세서(140)는 혼을 구비하지 않은 고음역 스피커를 이용하는 L/R 채널의 경우 2200Hz의 주파수 대역에서 크로스오버 주파수를 형성하는 반면, 혼을 구비한 고음역 스피커를 이용하는 C 채널의 경우 1200Hz까지 유효 재생 영역을 확장할 수 있기 때문에 1200Hz의 주파수 대역에서 크로스오버 주파수를 형성할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 제1 채널(예를 들어, L/R 채널)을 재생하는 제2 스피커(121 또는 122) 및 제2 채널(예를 들어, C 채널)을 재생하는 제2 스피커(123)는 동일한 구조의 스피커 유닛으로 구현될 수 있다..
즉, C 채널을 재생하는 고음역 스피커(123) 및 L/R 채널을 재생하는 고음역 스피커(121, 122) 전부 동일한 구조를 가지며, 혼을 구비하지 않는 일반 스피커 유닛으로 구현될 수 있다.
이 경우, 프로세서(140)는, L/R 채널에 대해 제5 주파수 대역에서 제1 크로스오버 주파수가 형성되고, C 채널에 대해 제5 주파수 대역보다 높은 제6 주파수 대역에서 제2 크로스오버 주파수가 형성되도록 복수의 크로스오버 회로(130)를 제어할 수 있다.
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이 경우, 프로세서(140)는 L 채널 및 R 채널에 대한 크로스오버 주파수가 제 5 주파수 대역에서 형성되고, C 채널에 대한 크로스오버 주파수가 제5 주파수 대역과 상이한 제6 주파수 대역에서 형성되도록 L, R 및 C 채널에 대한 빔포밍(Beam forming)을 제어할 수 있다.
구체적으로, L 채널 및 R 채널에 대응되는 빔 신호가 기설정된 지향성을 유지하는 제1 유효 상한 주파수 및 C 채널에 대응되는 빔 신호가 기설정된 지향성을 유지하는 제2 유효 상한 주파수에 기초하여, 상이한 주파수 대역에서 크로스오버 주파수가 형성되는 것이 효과적이다. 여기서, L 채널 및 R 채널에 대한 크로스오버 주파수가 형성되는 주파수 대역은 C 채널에 대한 크로스오버 주파수가 형성되는 주파수 대역보다 낮거나 또는 높은 주파수 대역이 될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 빔 포밍 기술을 이용하여 멀티 크로스오버를 제공하는 방법을 자세히 설명하도록 한다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시 예에 적용되는 빔 포밍 기술을 설명하기 위한 도면들이다. 도 10a 및 도 10b에서는 이해를 돕기 위하여 음향 신호의 빔 포밍 특성을 빛의 형상으로 도시하였다.
도 10a에 도시된 바와 같이 스피커 1개를 사용하면 신호(예를 들어, 도면에서의 빛)는 전방향으로 퍼져서 방사되는 효과가 있는 반면, 도 10b에 도시된 바와 같이 어레이 스피커의 빔 포밍(Beam forming)을 이용하여 타겟 방향으로 좁은 범위로 방사함으로써 높은 지향 특성을 가질 수 있게 된다. 도 10b와 같은 형태의 빔 포밍 기술을 이용하면, 도 10c에 도시된 바와 같이 복수의 스피커에서 음의 보강/상쇄 간섭을 이용하여 특정 방향으로만 음을 방사하게 된다.
이와 같은 빔 포밍 기술을 이용하면, 도 11a에 도시된 바와 같이 좌/우 측면 방향으로 빔을 방사하여, 신호의 벽 반사를 통해 넓은 음장감을 제공할 수 있게 된다. 즉, 도 11b에 도시된 바와 같이 단순히 스테레오 형태로 음향 신호를 제공하는 경우와 달리 넓은 음장감을 제공할 수 있게 된다.
도 12, 도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 빔 포밍 기술을 이용하는 음향 출력 장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 고음역 스피커(1221, 1222, 1223) 전부 동일한 구조를 가진다는 점에서 상술한 첫번째 실시 예와 차이가 있다. 즉, 고음역 스피커(1221, 1222, 1223) 전부 동일한 구조를 가지며, 혼과 같은 지향성 구조를 구비하지 않은 일반 스피커 유닛으로 구현될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 4 개의 중음역 스피커 (1211, 1212, 1213, 1214)는 전부 최좌측의 고음역 스피커(1221)와 함께 L 채널을 재생하고, 2 개의 중음역 스피커(1212, 1213)는 중앙의 고음역 스피커(1222)와 함께 C 채널을 재생할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 4 개의 중음역 스피커(1211, 1212, 1213, 1214)는 전부 최우측의 고음역 스피커(1223)와 함께 R 채널을 재생할 수 있다.
이 경우, 프로세서(140)는 각 채널에 대응되는 빔 포밍 신호가 기설정된 지향성 즉, 음장 확장 효과를 제공하기에 적합한 지향성을 유지하는 주파수에 기초하여 멀티 크로스오버를 제공할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 채널 및 제2 채널 각각에 대응되는 빔 신호 각각이 기설정된 제1 및 제2 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 제1 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커 각각이 상이한 주파수 대역을 재생하도록 복수의 크로스오버 회로(130)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(140)는 L 채널(또는 R 채널)에 대응되는 빔 포밍 신호가 특정 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 크로스오버 주파수가 제1 주파수 대역에서 형성되고, C 채널에 대응되는 빔 포밍 신호가 특정 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 크로스오버 주파수가 제2 주파수 대역에서 형성되도록 복수의 크로스오버 회로(130)를 제어할 수 있다.
특히, 프로세서(140)는 L 채널(또는 R 채널)을 재생하는 중음역 스피커(1211, 1212, 1213, 1214)에 대응되는 빔 포밍 신호가 특정 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 크로스오버 주파수가 제1 주파수 대역에서 형성되고, C 채널을 재생하는 중음역 스피커(1212, 1213)에 대응되는 빔 포밍 신호가 특정 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 크로스오버 주파수를 제2 주파수 대역에서 형성되도록 복수의 크로스오버 회로(130)를 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(140)는 L 채널(또는 R 채널)에 대해 음장 확장 효과를 제공하기에 적합한 지향성을 유지하기 위한, 유효 상한 주파수를 결정할 수 있으며, 예를 들어 2.5kHz 정도가 될 수 있다. 이에 따라, 도 13a에 도시된 바와 같이 L 채널(또는 R 채널)에 대한 크로스오버 주파수는 2.5kHz 정도 근처의 대역에서 형성되도록 할 수 있다.
또한, 프로세서(140)는 C 채널에 대해 음장 확장 효과를 제공하기에 적합한 지향성을 유지하기 위한, 유효 상한 주파수를 결정할 수 있으며, 예를 들어 3kHz 정도가 될 수 있다. 이에 따라, 도 13b에 도시된 바와 같이 C 채널에 대한 크로스오버 주파수는 3kHz 정도 근처의 대역에서 형성되도록 할 수 있다.
이와 같이 중음역 스피커 MID_2(1212) 및 MID_3(1213)은 적어도 두 가지 채널을 동시에 재생하며, 채널 별로 적합한 빔 포밍 방향을 제공하기 위해 서로 다른 크로스오버 특성을 가지게 되므로, 멀티 크로스오버를 제공할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 음향 출력 장치가 디지털 TV로 구현된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예가 디지털 TV에 적용된 경우, C채널은 MID_2 스피커에서 재생하고 Ambient L/R 채널은 음장감 확장을 위하여 MID_1,MID_2,MID_3 스피커에서 재생하는 경우, 각 채널의 Beamforming(1410, 1420, 1430)에 따라 각 채널의 유효한 고역 상한 주파수 대역이 상이하게 된다. 이 경우, MID_2 스피커는 C 채널 및 Ambient L/R 채널을 동시에 재생하게 되며, 각 채널의 유효한 주파수 대역이 다르므로 멀티 크로스오버를 가지게 되어 음장감이 확장되고 음질이 향상될 수 있게 된다.
도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서의 세부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4d에 따르면, 채널 분리 블록(131)은 입력된 신호로부터 다채널의 오디오 신호를 분리한다. 예를 들면 2채널(L/R) 입력인 경우, 채널 분리를 통하여 Center 성분과 Ambient 성분을 분리할 수 있다. 다만, 5.1 채널, 7.1채널 등 다채널 신호가 입력되는 경우, 채널 분리 없이 바로 채널 별 크로스오버 필터 블럭(132-1, 132-2)으로 제공될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 외부로부터 인코딩된 신호가 입력되면, 디코딩을 수행하는 디코딩 블럭을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 디코딩 블럭(미도시)은 인코딩된 신호가 SDI 신호라면, 인코딩된 SDI 신호를 디코딩하여 패러럴(parallel) 디지털 데이터로 변환할 수 있크로스오버 필터 블럭(132-1, 132-2)은 가청 주파수 대역을 재생 음역 별로 구분하고 각 재생 음역을 별도의 스피커 유닛이 재생하도록 제어한다. 크로스오버 필터 블럭(132-1, 132-2)은 다른 주파수 대역을 막고 있는 동안에 특정 주파수대를 스피커로 보내준다. 예를 들어, 크로스오버 필터 블럭(132-1, 132-2)는 트위터(Tweeter)에는 높은 대역의 주파수를, 미드레인지(Midrange)에는 중역대의 주파수를, 우퍼(Woofer)에는 저역대의 주파수를 보낸다. 한편, 크로스오버 필터 블럭은 도 4e에 도시된 바와 같이 각 음역을 담당하는 스피커 개수에 따라 적절한 필터링을 수행하도록 구현될 수 있다.
신호 처리 블럭(133-1, 133-2)은 오디오 신호 증폭 등과 같은 다양한 신호 처리를 수행한다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15의 제어 방법이 적용되는 음향 출력 장치는, 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 제1 스피커, 제1 스피커와 다른 음역을 출력하는 복수의 제2 스피커 및, 제1 스피커 및 복수의 제2 스피커 각각과 연결된 복수의 크로스오버 회로를 구비하는 형태로 구현된다.
도 15에 도시된 음향 출력 장치의 제어 방법에 따르면, 음향 신호가 입력되면(S1510), 입력된 음향 신호에 대해, 제1 스피커 및 복수의 제2 스피커에서 각각 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 신호가 출력되도록 복수의 크로스오버 회로를 제어한다(S1520).
여기서, 복수의 제2 스피커는 각각 다른 채널의 음향 신호를 출력하고, 적어도 하나의 제1 스피커는, 복수의 제2 스피커 각각에 대응되는 복수의 채널의 음향 신호를 출력할 수 있다. 또한, 복수의 제2 스피커는 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 음향 신호를 출력하거나, 동일한 주파수 대역의 음향 신호를 출력할 수 있다.
또한, 복수의 크로스오버 회로는, 제1 스피커 및 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 제1 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 제1 크로스오버 회로 및, 제1 스피커 및 복수의 제2 스피커 중 제2 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 제2 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 제2 크로스오버 회로를 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 S1520 단계에서는, 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역(또는 더 좁은 주파수 대역)을 재생하도록 제1 및 제2 크로스 오버 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 상이한 구조의 스피커 유닛으로 구현될 수 있다.
특히, 제2채널을 재생하는 제2 스피커는 혼(Horn)을 구비하는 스피커 유닛으로 구현되고, 제1채널을 재생하는 제2 스피커는 혼을 구비하지 않는 일반 스피커 유닛으로 구현될 수 있다. 이 경우, 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 S1520 단계에서는, 제2 채널을 재생하는 제2 스피커에 구비된 혼에 의해 유효 주파수 대역이 확장됨에 따라, 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 제어할 수 있다.
또한, 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 S1520 단계에서는, 제1 크로스오버 회로가 제1 채널의 제1 주파수 대역을 제1 스피커로 보내고 제1 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 제2 크로스오버 회로가 제2 채널의 제2 주파수 대역을 제1 스피커로 보내고 제2 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 주파수 대역은 제2 주파수 대역과 적어도 일부 상이한 주파수 대역이 될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제1 스피커는 중간 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 중음역(midrange) 스피커로 구현되고, 복수의 제2 스피커는 고주파 대역의 음향 신호를 출력하는 복수의 고음역(tweeter) 스피커로 구현될 수 있다. 이 경우, 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 S1520 단계에서는, 제1 크로스오버 회로가 L(Left) 및 R(Right) 채널 중 적어도 하나의 중간 주파수 대역을 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 제2 크로스오버 회로가 C 채널의 중간 주파수 대역을 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어할 수 있다. 이 경우, L 및 R채널 중 적어도 하나의 고주파수 대역은, C 채널의 고주파수 대역과 적어도 일부 상이한 주파수 대역이 될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 동일한 구조의 스피커 유닛으로 구현될 수 있다. 이 경우, 복수의 크로스오버 회로를 제어하는 S1520 단계에서는, 제1 채널 및 제2 채널 각각에 대응되는 빔 신호 각각이 기설정된 제1 및 제2 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 제1 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커 각각이 적어도 일부 상이한 주파수 대역을 재생하도록 복수의 크로스오버 회로를 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 동일한 스피커 유닛을 이용하여 복수의 채널을 재생하는 음향 출력 장치에서 채널 별로 서로 다른 주파수 대역에서 크로스오버 주파수를 형성하여, 음장 효과를 극대화하며 음질 향상이 가능하게 된다.
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법들은, 기존 음향 출력 장치에 대한 소프트웨어 업그레이드만으로도 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들은 음향 출력 장치에 구비된 임베디드 서버, 또는 음향 출력 장치 외부의 서버를 통해 수행되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 제어 방법을 순차적으로 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
일 예로, 제1 채널에 대해 복수의 제1 스피커 및, 복수의 제2 스피커 중 하나가 제1 주파수 대역에서 크로스오버를 발생시키고, 제2 채널에 대해 복수의 제1 스피커 일부 및 복수의 제2 스피커 중 다른 하나가 제1 주파수 대역과 상이한 제2 주파수 대역에서 크로스오버를 발생시키는 구성을 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110: 적어도 하나의 제1 스피커 120: 복수의 제2 스피커
130: 복수의 크로스오버 회로 140: 프로세서

Claims (20)

  1. 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 제1 스피커;
    상기 제1 스피커와 상이한 음역을 출력하는 복수의 제2 스피커;
    상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 하나의 제2 스피커에 연결된 제1 크로스오버 회로;
    상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나의 제2 스피커에 연결된 제2 크로스오버 회로; 및
    상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커에 음향 신호를 제공하기 위해 상기 제1 크로스오버 회로 및 상기 제2 크로스오버 회로를 제어하는 프로세서;를 포함하고,상기 제1 크로스오버 회로를 통해 상기 제1 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역은 상기 제2 크로스오버 회로를 통해 상기 제1 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역과 적어도 일부 상이하고,
    상기 제1 크로스오버 회로를 통해 상기 하나의 제2 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역은 상기 제2 크로스오버 회로를 통해 상기 다른 하나의 제2 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역과 적어도 일부 상이한, 음향 출력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커 각각은 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는, 음향 출력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커는 각각 다른 채널의 음향 신호를 출력하는, 음향 출력 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스피커는,
    상기 복수의 제2 스피커 각각에 대응되는 복수의 채널의 음향 신호를 출력하는, 음향 출력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 크로스오버 회로는,
    상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제1 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 회로이고,
    상기 제2 크로스오버 회로는,
    상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제2 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제2 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 회로이고,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 상기 제1 및 제2 크로스 오버 회로를 제어하는, 음향 출력 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 상이한 구조의 스피커 유닛으로 구현되는, 음향 출력 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 혼(Horn)을 구비하는 스피커 유닛으로 구현되고, 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커는 혼을 구비하지 않는 일반 스피커 유닛으로 구현되며,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커에 구비된 혼에 의해 유효 주파수 대역이 확장됨에 따라, 상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 하는, 음향 출력 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 크로스오버 회로가 상기 제1 채널의 제1 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 상기 제1 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 상기 제2 채널의 제2 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 제2 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며,
    상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역과 적어도 일부 상이한, 음향 출력 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 스피커는 중간 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 중음역(midrange) 스피커로 구현되고, 상기 복수의 제2 스피커는 고주파 대역의 음향 신호를 출력하는 복수의 고음역(tweeter) 스피커로 구현되며,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 크로스오버 회로가 L(Left) 및 R(Right) 채널 중 적어도 하나의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 C 채널의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며,
    상기 L및 R채널 중 적어도 하나의 고주파수 대역은, 상기 C 채널의 고주파수 대역과 적어도 일부 상이한, 음향 출력 장치.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제4항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 동일한 구조의 스피커 유닛으로 구현되며,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 각각에 대응되는 빔 신호 각각이 기설정된 제1 및 제2 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 제1 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커 각각이 적어도 일부 상이한 주파수 대역을 재생하도록 상기 제1 및 제2 크로스오버 회로를 제어하는, 음향 출력 장치.
  11. 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 제1 스피커, 상기 제1 스피커와 상이한 음역을 출력하는 복수의 제2 스피커 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 하나의 제2 스피커에 연결된 제1 크로스오버 회로 및 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나의 제2 스피커에 연결된 제2 크로스오버 회로를 포함하는 음향 출력 장치의 제어 방법에 있어서,
    음향 신호를 입력받는 단계; 및
    상기 입력된 음향 신호에 대해, 상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커에 음향 신호를 제공하기 위해 상기 제1 크로스오버 회로 및 상기 제2 크로스오버 회로를 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 크로스오버 회로를 통해 상기 제1 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역은 상기 제2 크로스오버 회로를 통해 상기 제1 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역과 적어도 일부 상이하고,
    상기 제1 크로스오버 회로를 통해 상기 하나의 제2 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역은 상기 제2 크로스오버 회로를 통해 상기 다른 하나의 제2 스피커에 제공되는 음향 신호의 주파수 대역과 적어도 일부 상이한, 제어 방법.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커 각각은 적어도 일부 상이한 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는, 제어 방법.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커는 각각 다른 채널의 음향 신호를 출력하는, 제어 방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제13항에 있어서,
    상기 제1 스피커는,
    상기 복수의 제2 스피커 각각에 대응되는 복수의 채널의 음향 신호를 출력하는, 제어 방법.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제14항에 있어서,
    상기 제1 크로스오버 회로는,
    상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제1 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 회로이고,
    상기 제2 크로스오버 회로는,
    상기 제1 스피커 및 상기 복수의 제2 스피커 중 제2 채널을 담당하는 제2 스피커에 연결되어 상기 제2 채널의 음향 신호를 재생 음역 별로 구분하는 회로이고,
    상기 제1 및 제2 크로스오버 회로를 제어하는 단계는,
    상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 상기 제1 및 제2 크로스 오버 회로를 제어하는, 제어 방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제14항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 상이한 구조의 스피커 유닛으로 구현되는, 제어 방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제15항에 있어서,
    상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 혼(Horn)을 구비하는 스피커 유닛으로 구현되고, 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커는 혼을 구비하지 않는 일반 스피커 유닛으로 구현되며,
    상기 제1 및 제2 크로스오버 회로를 제어하는 단계는,
    상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커에 구비된 혼에 의해 유효 주파수 대역이 확장됨에 따라, 상기 제2 채널을 재생하는 제2 스피커가 상기 제1 채널을 재생하는 제2 스피커보다 더 넓은 주파수 대역을 재생하도록 하는, 제어 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 크로스오버 회로를 제어하는 단계는,
    상기 제1 크로스오버 회로가 상기 제1 채널의 제1 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 상기 제1 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 상기 제2 채널의 제2 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 제2 주파수 대역 이외의 일부 주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며,
    상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역과 적어도 일부 상이한, 제어 방법.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 스피커는 중간 주파수 대역의 음향 신호를 출력하는 적어도 하나의 중음역(midrange) 스피커로 구현되고, 상기 복수의 제2 스피커는 고주파 대역의 음향 신호를 출력하는 복수의 고음역(tweeter) 스피커로 구현되며,
    상기 제1 및 제2 크로스오버 회로를 제어하는 단계는,
    상기 제1 크로스오버 회로가 L(Left) 및 R(Right) 채널 중 적어도 하나의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 하나로 보내도록 하고, 상기 제2 크로스오버 회로가 C 채널의 중간 주파수 대역을 상기 제1 스피커로 보내고 고주파수 대역을 상기 복수의 제2 스피커 중 다른 하나로 보내도록 제어하며,
    상기 L및 R채널 중 적어도 하나의 고주파수 대역은, 상기 C 채널의 고주파수 대역과 적어도 일부 상이한, 제어 방법.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제14항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스피커 중 제1 채널을 재생하는 제2 스피커 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커는 동일한 형태의 스피커 유닛으로 구현되며,
    상기 제1 및 제2 크로스오버 회로를 제어하는 단계는,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 각각에 대응되는 빔 신호 각각이 기설정된 제1 및 제2 지향성을 유지하는 유효 상한 주파수에 기초하여 제1 및 제2 채널을 재생하는 제2 스피커 각각이 적어도 일부 상이한 주파수 대역을 재생하도록 상기 제1 및 제2 크로스오버 회로를 제어하는, 제어 방법.








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