KR102474658B1 - 증폭기의 파워 제한을 위해 볼륨 이득을 조절하기 위한 방법, 및 그 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자에 의해 선택된 희망 볼륨 이득에 따라 엔클로저의 적어도 하나의 라우드 스피커를 제어하는 오디오 증폭기 내에서 인가된 볼륨 이득을 최대 희망 볼륨 이득에 의해 증가된 규모로 조절하기 위한 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도를 결정하는 단계(204); 희망 볼륨 이득, 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도, 라우드 스피커의 열적 특성들, 및 최대 희망 볼륨 이득으로부터 최대 볼륨 이득을 계산하는 단계(206, 208); 단조(monotonic) 함수에 의한 최대 희망 볼륨 이득의 이미지가 최대 볼륨 이득과 동일하도록, 희망 볼륨 이득에 따라 가변성 인가된 볼륨 이득을 제공하는 증가 단조 함수를 계산하는 단계(210); 및 희망 볼륨 이득과 가변성 인가된 볼륨 이득의 최소값을, 인가된 볼륨 이득으로서, 증폭기로 인가시키는 단계(212)를 포함한다.

Description

증폭기의 파워 제한을 위해 볼륨 이득을 조절하기 위한 방법, 및 그 증폭기

본 발명은, 사용자에 의해 선택된 희망 볼륨 이득에 따라 구내의 적어도 하나의 라우드 스피커를 제어하는 오디오 증폭기 내에서 인가된 볼륨 이득을 최대 희망 볼륨 이득에 의해 증가된 규모로 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.

전기 역학적 라우드 스피커는 그 터미널들을 가로질러 인가된 전압을 음향 압력으로 변환시키는데 사용되는 전기-기계적 디바이스이다. 라우드 스피커의 코일의 저항과 그 안에서 순환하는 전류 때문에, 열적인 가열이 발생된다. 라우드 스피커는 그것이 생성하는 열 에너지를 주변으로 소멸시키는 어느 정도의 능력을 가진다. 그러나, 라우드 스피커에 의해 수신되는 전기 에너지가 그것이 소멸시킬 수 있는 것을 초과하는 열적 에너지를 생성할 때, 라우드 스피커의 코일의 온도는 허용값을 넘어서 증가될 수 있어서, 코일의 파손 나아가 라우드 스피커의 파손을 초래한다.

코일 내에서 순환하는 전류를 제한함으로써, 라우드 스피커에 의해 생성되는 열적 파워를 제한하는 방법들과 디바이스들의 구현이 알려져 있다.

이들 방법들은 그 출력이 라우드 스피커에 인가된 전압에 작용하는 임계값과 비교되는 모델로 그것을 전송하기 위해 라우드 스피커에 인가된 전압을 흔히 이용한다. 보다 복잡한 모델들은 코일을 가로지르는 전류를 측정한다. 라우드 스피커의 과열을 방지하기 위하여, 사용자에 의한 희망 볼륨 이득은 라우드 스피커 내의 열적 파워를 제한하기 위하여 자동적으로 감소된다. 희망 볼륨 이득은 엔클로저(enclosures)에 의해 생성된 사운드 레벨을 조절하기 위해 사용자에 의해 인가된 설정값이다. 사용자는 이러한 변화를 감지한다. 사용자에 의해 감지된 변화를 약화시키기 위하여, 희망 볼륨 이득의 변화 속도를 제한하는 시간 상수들이 파워 제한 디바이스에 부가된다. 변화 속도를 제한하는 디바이스들은 조절이 어렵고, 대부분의 시간은 헌팅(hunting) 현상을 야기시킨다.

본 발명은, 라우드 스피커에 의해 소멸되는 열적 파워를 제한할 수 있는 한편 사용자에 의해 라우드 스피커에 공급된 에너지 내의 변화의 지각(perception) 및 펌핑 현상이 방지되는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 일 실시예에 따른 본 발명은 전술한 형태의 방법에 관한 것으로서,

- 적어도 하나의 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도(intensity)를 결정하는 단계;

- 희망 볼륨 이득, 라우드 스피커에 인가된 유효 강도, 라우드 스피커의 열적 특성, 및 최대 희망 볼륨 이득으로부터 최대 볼륨 이득을 계산하는 단계;

- 단조(monotonic) 함수에 의한 최대 희망 볼륨 이득의 이미지가 최대 볼륨 이득과 동일하도록, 희망 볼륨 이득에 따라 가변성 인가된 볼륨 이득을 제공하는 증가(increasing) 단조 함수를 계산하는 단계; 및

- 희망 볼륨 이득과 가변성 인가된 볼륨 이득의 최소값을, 인가된 볼륨 이득으로서, 증폭기로 인가시키는 단계를 포함한다.

- 특정의 실시예들에 따르면, 본 발명의 일 시시예의 방법은 다음과 같은 특징들의 하나 이상을 포함한다:

- 단조 함수는 아핀(affine) 함수이고;

- 단조 함수는 다음과 같이 주어진다:

여기서, α는 0 내지 1 사이의 값이고;

(G_Volume)_{max variable}은 가변성 인가된 볼륨 이득이고;

(G_Volume)_max는 최대 볼륨 이득이고;

(G_{Volume desire})는 희망 볼륨 이득이고;

(G_{Volume desire})_max는 최대 희망 볼륨 이득이다.

- 개별적인 최대 볼륨 이득을 계산하는 단계는, 희망 볼륨 이득, 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도, 및 라우드 스피커의 열적 특성으로부터, 각각의 라우드 스피커를 위해 수행되고, 최대 볼륨 이득은 개별적인 최대 볼륨 이득들로부터 결정된다.

- 최대 볼륨 이득은 개별적인 최대 볼륨 이득들과 최대 희망 볼륨 이득의 최소값이다.

또한, 다른 실시예에 따른 본 발명은 증폭기에 관한 것으로서,

- 단조 함수에 의한 최대 희망 볼륨 이득의 이미지가 최대 볼륨 이득과 동일하도록, 희망 볼륨 이득에 따라 가변성 인가된 볼륨 이득을 제공하는 증가 단조 함수를 계산하는 수단; 및

- 희망 볼륨 이득과 가변성 인가된 볼륨 이득의 최소값을, 인가된 볼륨 이득으로서, 증폭기에 인가하는 수단을 구비한다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예시적으로부터 제공된 이어지는 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 사운드 검색 장비의 개략도이다.
도 2는 증폭 볼륨을 연속적으로 조절하기 위한 방법의 플로우챠트이다.
도 3은 도 2의 방법의 구현에 의한 희망 증폭 볼륨에 따라 인가된 응용 볼륨을 예시하는 곡선이다.

도 1에 도시된 사운드 검색 장비(10)는 증폭기(16)를 통해 라우드 스피커(14)에 연결된 디지털 디스크 리더(reader)와 같이, 오디오 신호를 생성하기 위한 모듈(12)을 포함한다.

증폭기(16)는 그 출력에 라우드 스피커(14)가 연결되어 있는 전압 증폭 스테이지(18)를 포함한다. 소스(12)와 증폭 스페이지(18)의 입력 사이에서, 증폭기는 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)에 따라 사운드 레벨을 조절하고, 증폭 유니트(18)에 제공되는 라우드 스피커의 여기(excitation) 신호를 제공할 수 있는 제어 스테이지(22)에 그 출력이 연결된 스테이지(20)를 포함한다.

제어 스테이지(22)는 특히, 제어 유니트(22)에 의해 수신되는 신호를 재생할 수 있는 속도, 가속도, 시간에 대한 가속도의 드리프트(drift)를 이용하여, 라우드 스피커의 멤브레인이 각각의 순간에 결정된 위치 내에 있도록 하기 위해 라우드 스피커에 인가되어야 하는 전압(U)과 강도(I)를 계산할 수 있다. 특히, 제어 스테이지(22)는 라우드 스피커의 멤브레인을 위해 요구되는 동적 파라미터들에 따라 증폭 스테이지(18)에 의해 적용된 후 각각의 순간에 라우드 스피커(14) 내에서 순환하게 될 강도(I)를 결정할 수 있다.

증폭기(16)는 오디오 볼륨 관리 유니트(24)를 더 포함한다. 이러한 유니트(24)는 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 정의하고, 그것을 그 출력이 연결된 사운드 볼륨 조절 스테이지(20)로 전송할 수 있다.

유니트(24)는 사용자에 의해 요구되는 사운드 레벨의 표현에 상응하는 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})을 위해 입력 수단(26)에 연결된다. 입력 수단(26)은 예를 들어, 사용자에 의해 수동으로 엑세스 가능하고 사운드 볼륨을 조절하기 위한 포텐셔미터에 의해 형성된다. 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})은 최소값으로부터 최대값((G_{Volume desire})_max)까지의 범위에 걸쳐 수동으로 조절 가능하다.

사운드 볼륨 관리 유니트(24)는 순간 전류(I)를 수신하기 위해 제어 스테이지(22)에 연결된다.

유니트(24)는 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})을 계산하기 위한 수단(28) 및 입력 수단(26)과 계산 수단(28)이 연결되는 비교 수단(30)을 포함한다. 비교 수단(30)은, 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})과 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})의 값들 사이를 비교한 후, 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 사운드 레벨 조절 스테이지(20)에 제공할 수 있다.

본 명세서에서 설명된 구성요소들은, 상이한 기계적 및/또는 전기적 특성들을 가지고, 및/또는 상이한 소스 신호들을 재생해야만 하는, 설비의 엔크로저(enclosures)의 라우드 스피커들의 각각을 위해 부분적으로 구현된다.

그러므로, 제어 유니트(22)는 각각의 라우드 스피커(i)를 위한 순간 전류(I_i)를 계산할 수 있고, 사운드 볼륨 관리 유니트(24)는 각각의 순간 전류(I_i)를 수신한다.

증폭기 특히, 사운드 볼륨 관리 유니트(24)의 작동이 도 2에 도시된다.

단계 202에서, 유니트(24)는 라우드 스피커들(14)의 동적 성능들을 얻기 위해 라우드 스피커들(14) 내에서 순환되어야만 하는 전류들(I_i)을 수신한다. 각각의 전류(I_i)는 제어 스테이지(22)에 의해 제공되고, 제어 스테이지(22)는, 재생될 음악 신호 및 제어 스테이지(22)의 입력에 존재하는 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)으로부터, 요구되는 동적 성능들을 얻기 위해 순환될 전류(I_i)와 라우드 스피커의 터미널들(i)을 가로질러 인가될 전압(U_i)을 결정한다.

대안적으로, 순간 전류(I_i)는 라우드 스피커(14)의 터미널들을 가로질러 측정된다.

순간 전류(I_i)로부터, 각각의 라우드 스피커에 인가되는 순간 전류의 유효 rms(Root Mean Square)값((I_rms)_i)은, 예를 들어, 라우드 스피커의 열적 시간 상수에 근거하여 선택된 시간에 걸쳐, 저역 필터를 구현하는 계산 수단(28)에 의해 단계 204에서 결정된다.

단계 206에서, 각각의 라우드 스피커를 위하여, 통합(unitary) 볼륨 이득에서 전류의 정규화된 유효값((I_{rms norm})_i)은 다음 공식을 이용하여 계산 수단(28)에 의해 결정된다:

여기서,

G_{Volume desire}는 입력 수단(26)으로부터 사용자에 의해 도입되는 희망 볼륨 이득의 값이고,

(I_rms)_i는 라우드 스피커에 인가되어야 할 순간 전류의 유효값이다.

단계 208에서, 최대 볼륨 이득(((G_Volume)_max)_i)은 다음 공식을 이용하여 계산 수단(28)에 의해 결정된다.

여기서,

여기서,

(P_i)_max는 라우드 스피커(i)를 위한 최대 허용 열적 파워이고, (R_e)_i는 라우드 스피커(i)의 저항이다.

그러므로, 최대 유효 전류((I_rms)_i)는 라우드 스피커의 저항((R_e)_i) 및 라우드 스피커에 의해 허용될 수 있는 최대 열적 파워((P_i)_max)로부터 결정된다.

따라서, 각각의 순간에, 최대 볼륨 이득((G_{Volume max})_i)은 단계 204에 의해 결정된 바와 같이, 라우드 스피커(14)에 인가된 유효 강도((I_rms)_i)에 의존한다.

모든 라우드 스피커들(1 내지 n)을 위한 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)은 다음의 관계식을 이용하여 계산 수단(28)에 의해 계산된다.

이러한 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)은 각각의 라우드 스피커의 개별적인 최대 볼륨 이득들((G_{Volume max})_i) 및 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)의 최소값으로서, 계산 수행 근거 상 0.1%로 감소된다.

단계 210에서, 계산 수단(28)은 사운드 볼륨 관리 유니트(24)로 통합되어 다음 공식에 따라 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})을 결정한다.

여기서,

α는 파워 제한이 작동하기 시작하는 최대 허용 파워 부분에 상응하고, 0과 1 사이의 값이다. 이러한 값은 증폭기의 설계시 설정된다.

(G_Volume)_{max variable}은 가변성 인가된 볼륨 이득이고,

(G_Volume)_max는 최대 볼륨 이득이고,

(G_{Volume desire})는 희망 볼륨 이득이고,

(G_{Volume desire})_max는 최대 희망 볼륨 이득이다.

보다 일반적으로, 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})은, 단조 함수에 의한 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)의 이미지가 최대 증폭 이득((G_Volume)_max)과 동일하도록, 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})에 따라 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})을 제공하는, 증가 단조 함수이다.

단계 212에서, 비교 수단(30)은 사운드 레벨 조절 스테이지(22)에 의한 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})과 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})의 최소값이 되도록 결정한다. 즉:

도 3은 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})에 따른 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 도시한다.

연속된 라인의 곡선은, 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)이 10과 동일하고, 계수(α)가 0.8과 동일하고, 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)이 30과 동일한, 이들 2개의 성능들 사이의 관계를 보여준다.

본 실시예에서, 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)은, 참조부호 302에 의해 지정된 단조 함수와 참조부호 304에 의해 확인되는 실체(identity)에 상응하는 라인 분절 사이의 교차점까지, 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})과 동일함을 이해할 것이다.

라인 증가 단조 함수에 상응하는 라인 분절(302)은. 최대 희망 볼륨 이득인 x-축 30의 포인트와 최소 볼륨 이득에 상응하는 y-축 10의 포인트를 통과한다.

그 기울기는 아래의 식에 의해 주어지고, 1-α의 선택된 값에 비례한다.

중복된 라인은 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)이 14와 동일하고, 계수(α)가 0.8과 동일하게 유지되는 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})의 함수로서 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 제공하는 함수를 도시한다.

각각의 순간에, 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})의 함수로서 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 제공하는 곡선의 형상은 음악과 전류들(I_i)의 변화에 따라 변경되는 것을 이해할 수 있다.

유효 전류들((I_rms)_i)이 저역 필터 타입에 의해 획득된다는 사실에 비추어 볼 때, 변화들은 음악 신호의 변화들의 관점에서 느리다. 그러므로, 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)의 잠재적인 감소가 느리고 부유 노이즈(stray noise)를 생성하지 않는다.

디바이스는 예측 타입이므로 불안정성 또는 원치 않는 헌팅 효과를 생성할 수도 있는 루핑(looping)을 포함하지 않는다.

각각의 라우드 스피커를 제어하기 위해 인가된 볼륨 이득은 각각의 라우드 스피커를 위해 선험적으로(priori) 동일하다. 대안적으로, 라우드 스피커들의 각각의 경우 상이하다.

단조 함수의 존재에 비추어 볼 때, 열적 파워를 제한하기 위한 방법은, 심지어 동일한 성능들이 아니지만 각각의 라우드 스피커에 의해 파워를 제한하면, 사용자에 의한 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})의 수정은 동일한 변화 방향으로 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)의 변경을 야기하는 데 있다.

그러므로, 증폭기가 그 증폭 제한값에 가까운 값에서 작동하는 경우에도, 입력 수단(26)으로부터 그의 희망 볼륨 변화 지령을 감안하는데 실패의 인지에 의해 사용자는 불안하지 않는다.

10...사운드 검색 장비
12...모듈
14...라우드 스피커
16...증폭기
18...증폭 스테이지
20...사운드 조절 스테이지
22...제어 스테이지
24...사운드 볼륨 관리 유니트
26...입력 수단
28...계산 수단

Claims (6)

1. 사용자에 의해 선택된 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})에 따라 엔클로저(enclosure)의 적어도 하나의 라우드 스피커(14)를 제어하는 오디오 증폭기(16) 내에서 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)에 의해 증가된 규모로 조절하기 위한 방법에서,
   - 적어도 하나의 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도(intensity)(I_rms)를 결정하는 단계(204);
   - 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire}), 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도(I_rms), 라우드 스피커의 열적 특성들((P_i)_max, (R_e)_i), 및 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)으로부터 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)을 계산하는 단계(206, 208);
   - 단조(monotonic) 함수에 의한 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)의 이미지가 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)과 동일하도록, 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})에 따라 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})을 제공하는 증가(increasing) 단조 함수를 계산하는 단계(210); 및
   - 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})과 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})의 최소값을, 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)으로서, 증폭기로 인가시키는 단계(212)를 포함하는, 방법.
   
2. 청구항 1에서,
   상기 단조 함수는 아핀(affine) 함수인, 방법.
   
3. 청구항 1에서,
   상기 단조 함수는,
   

   

   
   상기 식으로 주어지고,
   여기서, α는 0 내지 1 사이의 값이고;
   (G_Volume)_{max variable}은 가변성 인가된 볼륨 이득이고;
   (G_Volume)_max는 최대 볼륨 이득이고;
   (G_{Volume desire})는 희망 볼륨 이득이고;
   (G_{Volume desire})_max는 최대 희망 볼륨 이득인, 방법.
   
4. 청구항 1에서,
   개별적인 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)을 계산하는 단계는, 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire}), 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도(I_rms), 및 라우드 스피커의 열적 특성들((P_i)_max, (R_e)_i)로부터, 각각의 라우드 스피커를 위해 수행되고, 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)은 개별적인 최대 볼륨 이득들((G_{Volume max})_i)로부터 결정되는, 방법.
   
5. 청구항 4에서,
   상기 최대 볼륨 이득(G_Volume)_max)은 개별적인 최대 볼륨 이득들((G_{Volume max})_i)과 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)의 최소값인, 방법.
   
6. 증폭기(16)에 있어서,
   사용자에 의해 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)에 의해 증가된 규모로 사용자를 위해 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})을 위한 입력 수단(26);
   선택된 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})에 따라 엔클로저의 적어도 하나의 라우드 스피커(14)의 증폭기에 의해 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)을 조절하기 위한 수단;
   적어도 하나의 라우드 스피커에 인가될 유효 강도(I_rms)를 결정하기 위한 수단:
   상기 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire}), 상기 라우드 스피커에 인가되는 유효 강도(I_rms), 상기 라우드 스피커의 열적 특성들((P_i)_max, (R_e)_i), 및 상기 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)으로부터 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)을 계산하기 위한 수단;
   단조(monotonic) 함수에 의한 최대 희망 볼륨 이득((G_{Volume desire})_max)의 이미지가 최대 볼륨 이득((G_Volume)_max)과 동일하도록, 희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})에 따라 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})을 제공하는 증가(increasing) 단조 함수를 계산하기 위한 수단; 및
   희망 볼륨 이득(G_{Volume desire})과 가변성 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_{max variable})의 최소값을, 인가된 볼륨 이득((G_Volume)_applique)으로서, 증폭기로 인가시키는 수단을 구비하는, 증폭기.
   

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