KR102513602B1 - 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 악기 연주음 감소장치에 관한 것으로서, 특히 거주지나 특정 공간에서 음악 악기를 연주함에 있어서 연주음이 지나치게 커서 연주 공간 외부에 있는 타인들에게도 원하지 않는 방해를 줄 수 있는 환경에서 악기 연주음이 외부에 전달되는 음량을 현저하게 감쇄시킬 수 있는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 폐쇄된 공간에서 생성되는 악기 연주음이나 노래 등의 사운드가 공간 외부로 전파되는 음량을 줄여주는 악기 연주음 감소장치에 있어서, 상기 사운드 신호를 입력받아 신호 처리를 한 후 전송하는 음원 발생부; 및 상기 음원 발생부 보다 사운드 생성 위치로부터 더 원거리에 배치되고, 상기 음원 발생부와 무선 통신으로 연결되며, 전송받은 사운드 신호를 상쇄시키는 역위상 신호를 발생시켜 출력하는 역위상음 발생부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은 폐쇄된 공간에서 생성되는 악기 연주음이나 노래 등의 사운드가 공간 외부로 전파되는 음량을 줄여주는 악기 연주음 감소장치에 있어서, 상기 사운드 신호를 입력받아 신호 처리를 한 후 전송하는 음원 발생부; 및 상기 음원 발생부 보다 사운드 생성 위치로부터 더 원거리에 배치되고, 상기 음원 발생부와 무선 통신으로 연결되며, 전송받은 사운드 신호를 상쇄시키는 역위상 신호를 발생시켜 출력하는 역위상음 발생부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치를 제공한다.
Description
본 발명은 악기 연주음 감소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 거주지나 특정 공간에서 음악 악기를 연주함에 있어서 연주음이 지나치게 커서 연주 공간 외부에 있는 타인들에게도 원하지 않는 방해를 줄 수 있는 환경에서 악기 연주음이 외부에 전달되는 음량을 현저하게 감쇄시킬 수 있는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치에 관한 것이다.
일반적으로 큰 음향이 외부로 전파되지 않도록 하기 위하여 방음차폐가 되어 있는 방음부스나 방음 연습실 등이 필요하지만 이런 수동적 방음시설은 설치하는데 높은 비용이나 공사의 불편함이 수반된다.
최근 무선이어폰에 적극 응용되고 있는 능동 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancelling : ANC) 기술은 기계소음이 많은 공장이나 항공기 등에서의 소음제거 헤드폰이나, 건물외부로부터 발생, 유입되는 소음 제거 또는 감소시키기 위하여 건물 내부 유리에 부착하여 기능을 하는 제품들(Sono, Muzo 등)이 소개, 판매되고 있다.
위의 제품들은 대부분 외부의 소음이 자신의 청각기관으로 유입되는 량을 줄이는 장치이지만 본 발명에서는 자신이 발생한 연주음을 외부로 전달되기 전에 감쇄시키는 기술을 제안하고 악기를 연주하거나 성악을 하는 성악가들에게는 큰 비용이 필요한 방음시설이나 음향 차단이 되어 있는 개인 연습공간이 필요없이 벽면에 음향상쇄스피커를 설치하여 외부로 전달되는 음향을 미리 상쇄시키는 것이 가능하도록 하는 장치를 구성한다.
종래 특허기술로서, 케이블을 통해 앰프와 연결한 현악기에서 발생하는 소음을 방지하기 위해 케이블에 접속되는 단자와, 단자와 도선으로 연결되어 도체 역할을 하는 인체와 접촉시켜 케이블에서 발현되는 전기 저항을 접지시키는 접지부로 구성한 현악기의 소음방지 장치가 개발된 바 있다(특허 제1047516호 참조).
또한, 종래 기술로서, 건반악기의 각 건반에 사용되는 각 센서를 빠르고 손쉽게 캘리브레이션하여 방음 모드에서 건반의 누름 상태를 정확하게 파악할 수 있도록 하기 위해 건반악기의 해머가 현을 타격하는 것이 방지되도록 해머와 현 사이에 설치되는 스토퍼를 포함하여 구성되는 건반악기 방음 시스템 및 이를 위한 캘리브레이션 방법이 개발된 바 있다(공개특허 제2020-0041206호 참조).
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 연주음량이 큰 관악기, 현악기, 건반악기 및 타악기 연주시나 성악이나 노래를 하는 경우에도 연주하거나 노래하는 폐쇄 공간외부로 전달되는 소리를 줄여 줄 수 있도록 능동 음향 제거(Active Sound Cancelling) 기술을 이용하여 연주음을 실제 연주음보다 감소시켜 주는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
더욱 상세하게는 연주음이 공간상의 공기 매질을 통해 전달되는 벽면 근처에 이 연주음을 수신하여 연주음의 음향주파수를 분석하고 이에 대한 역위상파를 발생시켜 줌으로써 유사주파수의 음향을 상쇄시키는 방식으로 공간외부로 전달되는 음향의 크기를 크게 감소시키는 방법과 장치 구현 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히 본 발명의 기술을 효율적으로 구현하기 위한 수단으로 블루투스와 같은 무선 전송기술을 응용하여 공기매질을 통해 전달되는 음원의 파형이 역위상파를 발생시켜 주는 장치에 도달하는 시간보다 빠르게 역위상파를 발생시킬 수 있는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치는 폐쇄된 공간에서 생성되는 악기 연주음이나 노래 등의 사운드가 공간 외부로 전파되는 음량을 줄여주는 악기 연주음 감소장치에 있어서, 상기 사운드 신호를 입력받아 신호 처리를 한 후 전송하는 음원 발생부; 및 상기 음원 발생부 보다 사운드 생성 위치로부터 더 원거리에 배치되고, 상기 음원 발생부와 무선 통신으로 연결되며, 전송받은 사운드 신호를 상쇄시키는 역위상 신호를 발생시켜 출력하는 역위상음 발생부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 역위상음 발생부는 공간에서 전달될 수 있는 사운드 전달 주요 경로에 다수개로 설치되고, 상기 음원 발생부와 오디오 프로파일이 지원되는 블루투스 모듈로 연결되어 페어링이 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 역위상음 발생부는, 디지털 사운드 신호에 대한 스펙트럼에서 주파수대 별로 신호를 분할하고 이득이 큰 주파수에 대한 파형을 분리하여 역위상 파형을 발생시키는 DSP, 및 상기 DSP에서 처리된 역위상 파형을 아날로그 신호로 변환하는 DAC가 구성되는 신호 처리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 역위상음 발생부는, 사운드 신호의 음량, 위상, 주파수를 선택하거나 조절하는 신호 조정 인터페이스; 상기 DAC에서 변환된 아날로그 신호를 증폭해서 스피커로 공급하는 파워앰프; 충전 가능한 배터리를 탑재하여 충전하는 충전 회로부; 및 배터리 전원을 공급하고 관리하는 전원 관리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음원 발생부는, 사운드 신호의 주요 음역대를 전달하는 팬텀 파워가 공급되는 콘덴서 마이크; 상기 콘덴서 마이크를 통해서 입력된 사운드 신호를 증폭시키거나 노이즈 제거 또는 음질 개선을 하는 사운드 조정 인터페이스; 아날로그 사운드 신호를 무선 통신 모듈로 전송하는 신호 처리부; 충전 가능한 배터리를 탑재하여 충전하는 충전 회로부; 및 배터리 전원을 공급하고 관리하는 전원 관리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.
1) 다양한 주파수 대의 악기 연주음이 외부로 전파되는 음크기를 감소시킴으로 음이 큰 악기 연주나 성악을 외부에 방해를 줄여주면서 실내에서 연주할 수 있다.
2) 무선 블루투스 통신을 이용함으로써 수신 모듈에 전달된 음원 파형을 해당 악기의 주파수 영역대를 분석하여 반대 위상의 오디오 신호를 빠르게 생성하여 악기 연주음이 감쇄되도록 할 수 있다.
3) 특히 수신 모듈에 마이크를 설치하여 직접 전달된 오디오 신호를 처리하는 경우 상쇄시키기 위한 역위상 오디오 신호를 발생시키는 경우, 소리가 전달되는 시간 차이로 효과적인 상쇄가 되지 못한다는 문제를 무선으로 악기 연주 오디오 신호를 빠르게 전송하여 처리함으로써 실제 연주음이 공기 매질을 통하여 수신모듈 근처에 도달하기 전에 수신 모듈에서 고속 DSP로 역위상 신호를 미리 발생시켜 적절한 시점에 상쇄하도록 하여 상쇄 효과가 크게 할 수 있다.
4) 각 음원발생부(송신모듈), 역위상음 발생부(수신모듈)은 외부 전원을 이용하지 않고 충전용 배터리로 구동되므로 완전한 무선 제품으로 그 기능을 구현할 수 있다.
5) 연주음의 주파수 영역대에 따라 최적의 성능을 제공할 수 있도록 해당 악기에 전용화할 수 있다.
6) 휴대폰 앱을 제공하여 휴대폰에서 악기에 따른 상쇄 주파수를 설정하거나 상쇄음의 크기등을 조정하고 효과가 최대화 되도록 역위상음 발생부(수신모듈)의 배치 위치를 결정할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치를 나타내는 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치의 음원발생부를 나타내는 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치의 역위상음 발생부를 나타내는 구성도;
도 4는 악기별 주요 주파수 대역(하모닉스를 제외한 펀더멘탈 주파수) 참고도;
도 5는 역위상음 발생부 마이크에 입력된 음파를 연산하는 경우를 나타내는 도면;
도 6은 역위상음 발생부로 블루투스 전송받은 음파을 연산하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치의 음원발생부를 나타내는 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치의 역위상음 발생부를 나타내는 구성도;
도 4는 악기별 주요 주파수 대역(하모닉스를 제외한 펀더멘탈 주파수) 참고도;
도 5는 역위상음 발생부 마이크에 입력된 음파를 연산하는 경우를 나타내는 도면;
도 6은 역위상음 발생부로 블루투스 전송받은 음파을 연산하는 경우를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 사용되는 무선기능은 FM, WiFi, 블루투스 등 다양한 형태로 변형하여 제공될 수 있으나 본 실시예에서는 오디오 프로파일이 지원되는 블루투스 무선 통신 기능을 이용한 대표적인 예를 설명하도록 한다.
본 발명은 특정 공간에서 악기 연주자가 다양한 악기를 연주하는 경우나 성악가나 가수가 노래를 부르는 경우에 연주나 노래를 부르는 공간 내에서는 충분한 크기의 사운드를 들을 수 있으나 공간 외부로 전파되는 사운드는 감소시킴으로써 연주나 노래를 듣기 원하지 않는 타인에게 방해되지 않도록 하는 목적으로 이용될 수 있는 특징이 있다.
본 발명에서 응용하고자 하는 능동 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancellation, ANC)는 물리적으로 소음을 차단시키는 수동 노이즈 캔슬링(Passive Noise Cancellation, PNC)과는 다르게 상쇄 또는 감쇄시키고자 하는 음파의 역위상 음파를 발생시킴으로써 소음을 차단하는 기술이다. 일반적으로 많이 응용하고 있는 노이즈 캔슬링 기능이 있는 헤드폰이나 이어폰에서는 제품 내에 있는 마이크에서 주변의 소리를 입력받아 짧은 시간내에 이 음파의 위상을 반대로 반전시킨 후, 반전시킨 소리, 즉 역위상 음파를 스피커로 쏘아 주변의 소리를 상쇄 간섭이 발생되도록 한다.
즉, 동일한 음파에 대하여 역 위상의 파동을 같은 시간에 발생시키면 파동은 서로 상쇄되는 간섭효과에 의하여 음파의 크기를 줄일 수 있다.
노이즈 캔슬링 또는 아이솔레이션 기술은 1930년대에 처음 개발되어 헤드폰에 적용하려는 시도는 1950년대에도 있었지만 본격적인 액티브 노이즈 캔슬링 헤드폰 기술 응용 개발은 1978년 보스(BOSE)가 시작하여 여러 항공사의 항공기 승무원들의 기내 소음을 차단하는 용으로 활용되어 왔다. 현재는 스마트폰용 블루투스 이어폰에 많이 적용되고 있는 기술이다.
다음의 그래프를 보면 ANC의 원리를 쉽게 이해할 수 있다.
아래 그림에서처럼, 노이즈 발생음파(적색)와 동일한 크기의 역위상 상쇄음파(녹색)을 반대방향에서 발생시킨다면 우측의 그래프에서처럼 상쇄된 음파를 예상할 수 있다.
이 그림은 발생음을 마이크에서 입력받아 디지털 데이터화한 뒤, 역 위상의 파장을 만들어 스피커로 소리를 발생시킬 때 현상을 설명하고 있다. 원리상 모터회전음, 엔진음과 같은 규칙적이고 지속적인 소음 상쇄에는 효과적이나 사람 말소리와 같은 불규칙한 소음은 상쇄 효율이 떨어진다.
발생음을 상쇄하는 역파장을 만들기 위하여는 마이크에 입력되는 짧은 순간에 음파를 디지털화 하고 역파장의 음파를 연산하여 스피커로 내보내야 한다. 아래 그림에서처럼 발생음 대비 역위상 파장에 시간차이, 즉 위상차이가 발생하면 역시 상쇄 효율이 떨어진다.
경우에 따라서는 역위상 발생 시간 차이가 더 커지는 경우, 예를 들어 한 파장만큼 지연이 된다면 상호 증폭이 되어 다음 그림에서처럼 소음이 더 증폭되는 형태가 될 수도 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 바는 발생된 음파를 전달되는 음파와 연산된 역위상 음파와 시간지연이 최소화되도록 하여 전달된 음파를 일정 거리에 배치된 역위상 음파 발생 스피커에 의하여 효율적으로 음파를 상쇄, 감쇄시키는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치의 음원발생부를 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치의 역위상음 발생부를 나타내는 구성도이다.
본 발명의 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 폐쇄된 공간에서 생성되는 악기 연주음이나 노래 등의 사운드가 공간 외부로 전파되는 음량을 줄여주는 악기 연주음 감소장치에 관한 것이다.
본 발명은 음원 발생부(100) 및 역위상음 발생부(200)를 포함하여 구성된다.
음원 발생부(100)는 상기 음원 발생부(100)의 인접 위치에 배치되어 사운드 신호를 입력받아 신호 처리를 한 후 전송한다.
역위상음 발생부(200)는 상기 음원 발생부(100) 보다 최초 사운드 생성 위치로부터 더 원거리(먼거리) 상에 배치되고, 상기 음원 발생부와 블루투스 등의 무선 통신으로 연결된다.
상기 역위상음 발생부(200)는 상기 음원 발생부(100)로부터 전송받은 사운드 신호를 상쇄시키는 역위상 신호를 발생시켜 출력한다.
여기서, 상기 역위상음 발생부(200)는 공간에서 전달될 수 있는 사운드 전달 주요 경로, 예를 들어 공간을 구획하는 벽면 내측 또는 벽면 내측 인접 위치에 다수개로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 역위상음 발생부(200)는 본 발명의 일 실시예로서 음원 발생부(100)와 오디오 프로파일이 지원되는 블루투스 모듈로 연결되어 페어링이 가능하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 역위상음 발생부(200)는 DSP 및 DAC가 구성되는 신호 처리부를 포함하여 구성된다.
DSP는 디지털 사운드 신호에 대한 스펙트럼에서 주파수대 별로 신호를 분할하고 이득이 큰 주파수에 대한 파형을 분리하여 역위상 파형을 발생시킨다.
DAC는 상기 DSP에서 처리된 역위상 파형을 아날로그 신호로 변환한다.
또한, 상기 역위상음 발생부(200)는 신호 조정 인터페이스, 파워앰프, 충전 회로부 및 전원 관리부를 포함하여 구성된다.
신호 조정 인터페이스는 사운드 신호의 음량, 위상, 주파수를 선택하거나 조절하고, 파워앰프는 상기 DAC에서 변환된 아날로그 신호를 증폭해서 스피커로 공급한다.
충전 회로부는 충전 가능한 배터리를 탑재하여 충전하고 전원 관리부는 배터리 전원을 공급하고 관리한다.
또한, 상기 음원 발생부(100)는 콘덴서 마이크, 사운드 조정 인터페이스, 신호 처리부, 충전 회로부 및 전원 관리부를 포함하여 구성된다.
콘덴서 마이크는 사운드 신호의 주요 음역대를 전달하는 팬텀 파워가 공급고, 사운드 조정 인터페이스는 상기 콘덴서 마이크를 통해서 입력된 사운드 신호를 증폭시키거나 노이즈 제거 또는 음질 개선을 한다.
신호 처리부는 아날로그 사운드 신호를 무선 통신 모듈로 전송하고, 충전 회로부는 충전 가능한 배터리를 탑재하여 충전하며, 전원 관리부는 배터리 전원을 공급하고 관리한다.
이와 같이, 본 발명은 도 1에서와 같이 연주하는 악기나 가수의 노래를 해당 대역의 신호를 잘 전달하는 마이크를 이용하여 사운드 신호를 입력받아 필요한 신호 처리를 한후 블루투스 모듈로 전달하는 음원발생부(무선 송신부)(100)와 다수의 위치로 무선 전달된 사운드 신호를 신호처리하여 도달된 사운드 신호를 상쇄시키는 역위상 신호를 발생시키고 이를 스피커로 출력할 수 있도록 파워앰프 등으로 구성된 사운드 역위상음 발생부(무선 수신부)(200)로 구성되어 있다.
보다 상세하게는, 음원발생부(100)는 도 2에서와 같이 해당 악기용 마이크, 바람직하게는 도 4에 도시되어 있는 해당 악기의 주요 음역대를 잘 전달할 수 있는 팬텀 파워가 공급되는 고감도의 콘덴서 마이크를 이용한다.
그리고, 마이크를 통해서 입력된 사운드를 증폭시키거나 노이즈 제거 또는 음질 개선을 위한 사운드 제어가 가능한 조절부와 아날로그 사운드 신호를 블루투스 모듈로 전달해 주는 등의 신호처리부와, 충전이 가능한 리튬 폴리머 배터리를 탑재하여 이를 충전하기 위한 충전회로부, 배터리 전원을 송신 모듈 내부에서 필요한 전압으로 변경하거나 전원을 관리해 주는 전원관리부 등으로 구성되어 있다. 필요에 따라서 마이크의 증폭도를 조절하는 조절 노브를 추가할 수 있다.
역위상음 발생부는 도 3에서와 같이 무선 송신모듈에서 전송된 사운드 신호를 받아 신호처리부의 DSP로 전달하게 된다. DSP는 디지털 오디오 신호를 FFT 신호 변환 기술을 이용하여 입력 오디오 신호에 대한 스펙트럼에서 주파수대 별로 신호를 분할하고 이득이 큰 주파수, 즉 큰 소리의 주파수에 대한 파형을 분리하여 수신된 원 오디오 신호를 상쇄시킬 수 있는 역위상 파형을 고속으로 연산하여 생성한다. 필요에 따라서 신호를 조정할 수 있는 인터페이스를 통하여 음량, 위상, 주파수 등을 선택하거나 조절할 수있도록 조정 노브를 적용한다.
DSP에서 처리된 역위상 사운드 신호는 DAC에서 아날로그 신호로 변환되고 스피커를 동작시킬수 있도록 파워앰프에서 신호의 출력을 증폭시키게 된다. 모듈에서 사용되는 전원은 내장된 충전 2차 배터리로서 충전을 위한 충전회로와 내부 전원을 공급하거나 관리하기 위한 PMIC와 같은 기능 모듈이 있다.
최종적으로 역위상 사운드는 스피커를 통하여 출력되어 연주음이나 성악 등의 노래의 주요 주파수대의 사운드를 상쇄시켜 외부로 전달되는 사운드 에너지를 줄일 수 있게 된다. 또한 LCD 표시장치에서 동작 설정상태, 수신 사운드의 음파 표시, 주파수 스펙트럼 표시 등을 나타낼 수 있다.
본 발명에서는 연주음이 직접 수신모듈에 설치된 마이크로 입력되어 관심있는 주파수대의 역위상 파형을 생성하는 방식으로는 원 파형을 상쇄시킬수 있는 역파형을 연산하는 동안 이미 원파형은 수신모듈의 위치를 통과해 버리기 때문에 효과적인 파형상쇄 효과를 얻을 수 없다는 문제를 해결하기 위하여, 송신모듈에 설치된 마이크를 통하여 연주자의 연주음이 입력되고 블루투스 무선으로 연주음이 수신 모듈로 전달되도록 함으로써 연주음이 직접 공기 매질을 통하여 전달되는 시간 전에 정상 위상의 연주음이 송신모듈에 의하여 블루투스 무선통신으로 수신 모듈에 전달되어 역위상으로 변환후 스피커를 통하여 출력되므로, 정상 위상의 사운드 파형은 역위상으로 변환된 사운드 파형과 상호 감쇄되는 방향으로 합쳐짐으로써 전체 합성된 파형의 크기는 작아지게 되고 이는 청취되는 소리가 감소되는 효과를 만들게 된다.
이러한 현상을 해결하기 위한 본 발명을 동작 원리를 아래에 좀더 자세하게 설명한다.
도 5에서와 같이 발생된 음원 파형(a1)이 수신부 마이크에 도달하는 시간은 거리 L에 대하여 약 t1 = L/340 초가 소요되어 t1 만큼 지연된 음파(a2)가 역위상음 발생부 마이크로 입력되게 된다.
신호처리부에서 역위상을 연산하는 시간(α) 만큼 지연되어 t2( t2 = t1+α) 만큼 지연된 상쇄 역위상파(a4)를 스피커로 출력하게 되어 음원 발생부에서 발생된 a1파가 L 거리에 있는 위치에 t1만큼 소요되어 도달하는 음원파형 a3를 완전하게 상쇄하지 못하게 된다(a5).
a1 = f1(t) : 음원 발생부에서 스피커로 출력되는 음파
a2 = f1(t-t1) : 역위상음 발생부의 마이크에 입력되는 음파
a3 = f1(t-t1) : a1음파가 역위상음 발생부에 도달된 음파
a4 = f2(t-t2), t2 > t1 : 역위상음 발생부에서 연산되어 스피커로 출력되는 상쇄음파
a5 = f3(t) = a3 +a4 : 도달된 음파 a3와 상쇄음파 a4의 합성 음파
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 도6에 설명된 바와 같이 블루투스와 같은 무선 전송수단을 이용하여 음원발생부의 음원 파형(b1, b2)을 거의 시간차(L/3x108 초) 없이 역위상음 발생부에 전달(b3)하여 신호처리부에서 역위상파(b5)를 연산하여 스피커로 출력하게 함으로써 음파가 도달하는 시간보다 빠르게 (t1>t2) 역위상파를 발생시킬 수 있어 상쇄효과를 훨씬 크게 할 수 있다(b6).
b1 = f1(t) : 음원 발생부에서 블루투스 무선통신으로 전송되는 음파
b2 = f1(t) : 음원 발생부에서 스피커로 출력되는 음파
b3 = f1(t) : 역위상음 발생부의 블루투스 수신부에 입력되는 음파
b4 = f1(t-t1), t1 = L/340 : b1 음파가 역위상음 발생부에 도달된 음파
b5 = f2(t-t2), t1 > t2 : 역위상음 발생부에서 연산되어 스피커로 출력되는 상쇄음파
b6 = f3(t) = b4 +b5 : 도달된 음파 b4와 상쇄음파 b5의 합성 음파
다시 한번 정리하면, 본 발명은 연주하는 악기나 성악시 발성부 근처에 배치되어 있는 마이크를 포함하는 무선 송신 모듈과 다양한 방향의 벽면 근처에, 즉 음량 전달을 감소시키고자 하는 위치에 무선 수신 모듈을 포함하는 오디오 신호 분석 및 처리를 위한 DSP 제어장치와 음량을 상쇄시키기 위한 주파수대의 진동을 발생시키기 위한 광대역 스피커로 구성된다.
무선 송신 모듈에는 연주하는 악기에 해당하는 음역대의 오디오를 가장 잘 받아 들일 수 있는 콘덴서 마이크와 마이크로부터 입력받은 아날로그 오디오 신호를 필터링하거나 증폭시켜 무선으로 송신하는 오디오 앰프와 무선제어부가 포함되어 있다.
필요에 따라서는 음원 믹스기능으로 음악 반주음이 마이크 신호와 믹싱되어 입력되도록 할수 있다. 오디오 앰프와 무선제어부 및 콘덴서 마이크에 필요한 전원은 배터리를 이용하여 공급하게 된다.
무선으로 전송된 오디오 신호를 수신하는 무선 수신 모듈에서는 수신된 아날로그 오디오 신호를 필터링하거나 증폭하는 오디오 앰프와 증폭된 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 신호를 변환 시켜주는 ADC부와 디지털 오디오 신호를 주파수 분석을 하기 위하여 고속 DSP부에서 주파수 분할 및 위상 변환을 위한 신호처리를 진행하게 된다.
수신된 오디오 신호를 상쇄시키기 위한 역 위상 변환된 오디오 신호는 적절한 이득으로 증폭된 후 스피커로 입력되어 스피커의 진동판을 진동시키게 된다. 다수의 수신 모듈은 동일한 형태로 동작하게 되어 다양한 방향에서의 연주음이 외부로 전파되는 크기를 줄여주는 식으로 기능이 발휘된다.
수신 모듈에서 필요한 전원도 충전이 가능한 고용량 배터리를 사용하여 필요시 충전하여 이동이나 배치가 편리하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 악기 연주시의 마이크로 입력된 오디오 신호는 오디오 프로파일이 지원되는 블루투스 모듈을 이용하여 구현이 가능하다. 수신 모듈에는 필요에 따라서 오디오 앰프의 출력 조절, 주요 주파수 선택 및 위상 조절 등이 가능하도록 조절용 다이얼이나 수신 감도 및 출력 감도등을 확인해 볼 수 있도록 LCD 표시장치가 준비될 수 있다.
또한 각 모듈의 악기에 따른 주파수대 설정이나 이득 설정 등은 휴대폰 앱에서 직접 설정 가능하도록 모바일 프로그램 앱을 지원할 수 있다.
이로써, 본 발명은 연주자의 악기 가까이에 설치된 마이크로폰으로 입력된 음향을 벽면 근처에 배치한 다수의 음향 상쇄 스피커 장치로 무선으로 전송하여 스피커 장치에 내장되어 있는 무선 수신장치가 수신한 음향을 주파수 및 크기 등을 분석하여 해당 주파수의 음향을 상쇄하도록 반대 위상의 주파수로 스피커를 진동시켜줌으로써 큰 연주음이 상쇄되는 효과를 발휘하도록 하는 기술과 설계 방법을 제공할 수 있다.
그리고, 연주음을 무선으로 전송함으로써 실제 연주음이 벽면까지 도달하기 전에 수신장치에서 주파수 분석 및 역위상파 분석이 신속하게 연산되어 연주음을 상쇄하기 위한 역위상 파형으로 스피커를 진동시켜 줄 수 있다.
이때, 무선 전송은 블루투스 무선 오디오 통신 외에도 FM등 기타 RF 무선통신 기술로 아날로그 오디오를 전송하는 방식 등이 고려될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 가진 사람에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술된 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구범위의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.
100...음원 발생부 200...역위상음 발생부
Claims (5)
- 폐쇄된 공간에서 생성되는 악기 연주음이나 노래 등의 사운드 신호가 공간 외부로 전파되는 음량을 줄여주는 악기 연주음 감소장치에 있어서,
상기 사운드 신호를 입력받아 신호 처리를 한 후 전송하는 음원 발생부; 및
상기 음원 발생부 보다 사운드 생성 위치로부터 더 원거리에 배치되고, 상기 음원 발생부와 무선 통신으로 연결되며, 전송받은 사운드 신호를 상쇄시키는 역위상 신호를 발생시켜 출력하는 역위상음 발생부; 를 포함하여 구성되며,
상기 음원 발생부는,
사운드 신호의 주요 음역대를 전달하는 팬텀 파워가 공급되는 콘덴서 마이크;
상기 콘덴서 마이크를 통해서 입력된 사운드 신호를 증폭시키거나 노이즈 제거 또는 음질 개선을 하는 사운드 조정 인터페이스;
아날로그 사운드 신호를 무선 통신 모듈로 전송하는 신호 처리부;
충전 가능한 배터리를 탑재하여 충전하는 충전 회로부; 및
배터리 전원을 공급하고 관리하는 전원 관리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 역위상음 발생부는 공간에서 전달될 수 있는 사운드 전달 주요 경로에 다수개로 설치되고,
상기 음원 발생부와 오디오 프로파일이 지원되는 블루투스 모듈로 연결되어 페어링이 가능한 것을 특징으로 하는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 역위상음 발생부는,
디지털 사운드 신호에 대한 스펙트럼에서 주파수대 별로 신호를 분할하고 이득이 큰 주파수에 대한 파형을 분리하여 역위상 파형을 발생시키는 DSP, 및
상기 DSP에서 처리된 역위상 파형을 아날로그 신호로 변환하는 DAC가 구성되는 신호 처리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 역위상음 발생부는,
사운드 신호의 음량, 위상, 주파수를 선택하거나 조절하는 신호 조정 인터페이스;
상기 DAC에서 변환된 아날로그 신호를 증폭해서 스피커로 공급하는 파워앰프;
충전 가능한 배터리를 탑재하여 충전하는 충전 회로부; 및
배터리 전원을 공급하고 관리하는 전원 관리부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 기술을 이용한 악기 연주음 감소장치. - 삭제
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