KR200232724Y1 - 실조화음향공간구현장치 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야

모노방식 오디오신호를 처리하여 다차원 공간 음향을 구현하는 장치에 관한 것이다.

나. 고안이 해결하고자 하는 기술적 과제

모노방식에 있어서도 음원의 중심이 안정된 상태로 자연스럽게 실제 음향 공간과 조화되는 공간적 현장감을 제공하는 다차원 음향 공간을 구현할 수 있는 실 조화 음향 공간 구현장치를 제공한다.

다. 고안의 해결방법의 요지

모노방식 2채널 오디오신호를 이루는 좌,우채널신호중 어느 한쪽 채널의 신호를 위상 반전시킴과 함께 오디오영역에서 고역차단필터링하여 위상 보정하는 위상 보정부와, 좌,우채널신호중에 위상 보정부에 의해 위상 보정된 신호에 대해 가청 주파수의 위상과 음원방향을 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하는 제1 가청음 보정부와, 좌,우채널신호중에 위상 보정부에 입력되지 않는 다른쪽 채널의 신호에 대해 가청 주파수의 위상과 음원방향을 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하는 제2 가청음 보정부와, 제1,제2 가청음 보정부에 의해 보정된 신호들을 각각 음향 공간에 대응되게 감쇠시켜 음량을 분배하는 제1,제2 음량 분배부와, 제1,제2 음량 분배부에 의해 음량 분배된 신호들을 입력하여 음향 공간에서의 음향위치에 대응되게 선택적으로 조합하여 좌,우 공간 음향신호를 합성하는 제1,제2 합성부를 구비한다.

라. 고안의 중요한 용도

모노방식에 있어서 실 조화 음향 공간을 구현하는데 이용한다.

Description

실 조화 음향 공간 구현장치

본 고안은 음향(acoustics) 처리장치에 관한 것으로, 특히 모노(mono)방식의 2채널 오디오신호를 처리하여 다차원(multi-dimensional) 음향 공간을 구현하는 장치에 관한 것이다.

통상적으로 2채널 다차원 음향 처리에 있어서 모노방식인 경우에는 2채널 모노 오디오신호를 이루는 좌채널(left channel: 이하 ˝L˝이라 함)신호와 우채널(right channel: 이하 ¸˝R˝이라 함)신호 중에 한쪽 채널신호을 180°위상 지연, 즉 위상 반전시켜 출력하였었다. 이와같이 모노방식 2채널 오디오신호를 한쪽 채널에 대해 위상 지연시킴으로써 가상 스테레오(pseudo stereo) 느낌을 얻을 수 있었으나, 음상과 다차원 음향공간은 구현할 수 없었다. 그 이유는 2채널 모노 오디오신호가 L-R 또는 R-L 특성을 갖고 있으므로 음원의 중심과 효과음의 배분이 흐트러짐이 존재하기 때문이다. 그리고 단순한 효과만으로 구현되었었다.

참고적으로 다차원 음향 처리의 일예를 들면, 발명자가 Danny D. Lowe등이고 1995년 8월 8일자로 발행된 미국 특허번호 제5,440,638호 ˝STEREO ENHANCEMENT SYSTEM˝이 있다. 이는 입력되는 L,R신호를 가지고 원신호 L,R성분과 R+L성분, R-L성분을 얻은후, L,R성분과 R+L성분, R-L성분, 대역제한 R-L성분을 구성하고, 이 성분들을 합성하여 다차원 음향을 구현한다. 이와 같이 다차원 음향을 구현할 경우 다차원적인 음향 처리는 가능하나, 음원의 중심과 효과음의 배분이 흐트러진다. 원래 스테레오신호는 음원의 위치와 효과음의 위치를 잘 분배하여 기록된 신호이다. 이러한 신호를 R+L, R-L로 분리하여 얻은 것을 다시 L,R신호에 합성함에 따라 음원의 위치와 효과음의 위치가 흐트러지는 것이다. 실예를 들면, L,R신호로부터 R-L신호를 얻은후 원래 L,R신호에 합성할 때 R-L+L과 R-L+R로 된다. 결과적으로 R측의 합성신호는 2R-L신호가 된다. 그러므로 스테레오일때 R과 2R-L이 됨으로써 R성분의 영향을 받으므로 음원의 위치가 흐트러진다. 따라서 이러한 방식은 비록 스테레오 음악인 경우 다차원 음향은 구현되지만, 음의 분리도 및 정위감이 저하되었었으며, 모노인 경우에는 효과가 없었다.

상기한 바와 다른 예로서 입력신호 L,R성분을 원신호 L,R신호와 각각을 대역 제한한 L,R신호를 합성할 때, (L+가청대역 이상 통과 L-저역제한 R)과 (R+가청대역 이상 통과 R-저역제한 L)로 구성된 경우가 있다. 이 경우 각각의 L,R 출력에서 보면 모노일때는 저역부분만 부스트(boost)된 상태가 되고, 스테레오일때는 전체적으로 자기 채널의 신호가 중심이 되므로 음원의 흐트러짐은 적으면서 다차원 음향 공간 표현을 얻을 수 있다. 그러나 스테레오 분리도는 저하될 뿐만아니라 스테레오적 고주파성분의 증가로 인해 다차원 음향이 부자연스럽게 느껴졌었다. 그리고 모노시에는 저음 부스트 효과만 얻을 수 있었을 뿐이고, 다차원 효과는 얻을 수 없었다.

또한 상기한 방식들은 단순한 스테레오만의 음향 공간만 표현 가능함으로써 모노방식을 이용할 경우에는 청취자가 공간적 현장감을 느끼지 못하게 되었었다.

상술한 바와 같이 종래의 모노방식 다차원 음향 구현은 음원의 중심이 흐트러지며 다차원 음향 공간 실현이 곤란하였었다.

따라서 본 고안의 목적은 모노방식에 있어서도 음원의 중심이 안정된 상태의 자연스러운 다차원 음향 공간을 실제 음향 공간과 조화되도록 구현할 수 있는 실 조화(real harmonic) 음향 공간 구현장치를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 모노방식에 있어서도 다차원 음향 공간을 구현함에 있어서 다양한 형태로 실제 공간과 조화되는 공간적 현장감을 제공할 수 있는 실 조화 음향 공간 구현장치를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 모노방식에 있어서도 다차원 음향 공간을 간단히 구현할 수 있는 실 조화 음향 공간 구현장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 음향 공간 구현장치의 블록구성도,

도 2a 내지 도 2c는 본 고안의 실시예에 따른 음향 공간 형태의 예시도.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 고안은 모노방식 2채널 오디오신호를 이루는 L,R신호중 어느 한쪽 채널의 신호를 위상 반전시킴과 함께 오디오영역에서 고역차단필터링하여 위상 보정하는 위상 보정부와, L,R신호중에 위상 보정부에 의해 위상 보정된 신호에 대해 가청 주파수의 위상과 음원방향을 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하는 제1 가청음 보정부와, L,R신호중에 위상 보정부에 입력되지 않는 다른쪽 채널의 신호에 대해 가청 주파수의 위상과 음원방향을 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하는 제2 가청음 보정부와, 제1,제2 가청음 보정부에 의해 보정된 신호들을 각각 음향 공간에 대응되게 감쇠시켜 음량을 분배하는 제1,제2 음량 분배부와, 제1,제2 음량 분배부에 의해 음량 분배된 신호들을 입력하여 음향 공간에서의 음향위치에 대응되게 선택적으로 조합하여 좌,우 공간 음향신호를 합성하는 제1,제2 합성부를 구비함을 특징으로 한다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 구체적인 부품이나 구성 또는 주파수와 같은 많은 특정 상세들이 본 고안의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 고안의 설명을 위해 예시한 것으로 본 고안이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

통상적인 모노방식 2채널 오디오신호에서는 음원의 위치와 효과음을 스테레오적으로 구현하기 위해 어느 한쪽 채널의 신호를 180°위상 지연시켜 청취영역을 넓히는 단순한 방식을 취하고 있다. 이에 반하여 본 고안은 모노신호를 처리하여 다차원 공간 음향을 구현함에 있어서 음원의 중심이 흐트러지는 것과 다차원 음향 공간의 부자연스러운 부분을 디지털 신호 처리를 하지 않고서도 공간적 현장감을 구현한다. 즉, 본 고안은 음원의 위치와 효과음의 분리도를 살리면서 음향신호를 중앙 위치를 기준으로 좌우 확산, 상하 확산, 주변 확산 등의 다차원 공간 음향을 구현한다. 상기 좌우 확산은 음장(sound field)이 좌우로 펼쳐지는 것이고, 상하 확산은 음장이 위쪽으로 이동되는 것이며, 주변 확산은 음장이 앞쪽으로 나오면서 주변으로 펼쳐지는 것이다.

도 1은 상기한 바와 같은 본 고안의 실시예에 따른 음향 공간 구현장치의 블록구성도를 보인 것으로, 제1,제2 메인 감쇠기(100,108)와 위상 보정부(102)와 제1,제2 가청음 보정부(104,110)와 제1,제2 음량 분배부(106,112)와 제1,제2 합성부(114,116)와 모드(mode) 선택부(118)로 구성한다. 상기 도 1에서 모노방식 2채널 오디오신호를 이루는 L,R신호 Lin,Rin은 제1,제2 메인 감쇠기(100,108)에 하나씩 대응되게 입력된다. 이때 L,R신호 Lin,Rin는 모노방식의 2채널 오디오신호이므로 서로 동일한 신호이다. 그리고 위상 보정부(102)를 제외한 상태에서 보면, L신호 Lin를 처리하는 제1 메인 감쇠기(100)와 제1 가청음 보정부(104)와 제1 음량 분배부(106)와 제1 합성부(114)로 이루어지는 부분과, R신호 Rin을 처리하는 제2 메인 감쇠기(108)와 제2 가청음 보정부(110)와 제2 음량 분배부(112)와 제2 합성부(116)로 이루어지는 부분은 실질적으로 서로 동일하다. 그러므로 도 1에서와 달리 L신호 Lin를 제2 메인 감쇠기(108)에 입력시키고 R신호 Rin을 제1 메인 감쇠기(100)에 입력시켜도 후술하는 바와 같은 동일한 결과가 얻어진다.

상기 제1 메인 감쇠기(100)는 L신호 Lin를 입력하여 감쇠시킨다. 제1 메인 감쇠기(100)의 감쇠량을 1/g라 하면 제1 메인 감쇠기(100)로부터 출력되는 신호는 1/g만큼 감쇠된 신호가 된다. 이와 같이 제1 메인 감쇠기(100)를 사용하여 L신호 Lin을 감쇠시키는 것은 후술하는 바와 같이 공간 음향 구현을 위해 필요한 성분신호들을 L,R신호 Lin,Rin로부터 얻어 합성함에 따라 전체적으로 신호 성분의 음량이 증가되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 위상 보정부(102)는 위상 반전 고역차단필터를 사용하며, L신호 Lin를 위상 반전시킴과 함께 오디오영역에서 고역차단필터링하여 위상 보정한다. 이러한 고역차단필터에 의한 위상 보정은 예를 들어 주파수가 높아질수록 위상 지연이 커지게 되는 고역차단필터를 사용함으로써 이루어지게 된다. 이렇게 하는 이유는 고음일수록 위상에 따라 음상 위치 변동이 영향을 받기 쉬운데, 전술한 바와 같은 종래의 모노신호 처리를 할때는 단순히 위상 반전시켰던 것에 비해 근접 위상으로 가게 함으로써 음상 위치를 보정할 수 있기 때문이다. 그리고 음량 또는 높은 주파수일수록 차이를 더 줌으로써 음상 흩트러짐을 방지할 수 있다. 이렇게 함으로써 위상 보정부(102)에 의해 모노방식을 가상 스테레오화함과 함께 음상 보정을 하게 된다. 본 고안에 있어서 이와같이 위상 보정부(102)로부터 위상 보정된 신호를 좌 메인신호라 칭한다.

상기 제1 가청음 보정부(104)는 제1 고역차단필터(120)와 제1 대역통과필터(122)와 제1 저역차단필터(124)로 구성하며, 위상 보정부(102)로부터 입력하는 좌 메인신호에 대해 가청 고,저음의 위상과 가청 중고음의 음원방향을 각각 보정하여 제1 음량 분배부(106)로 출력한다. 이를 상세히 살펴보면, 좌 메인신호는 그대로 바이패스(bypass)되어 제1 음량 분배부(106)로 출력된다. 제1 고역차단필터(120)는 좌 메인신호를 가청 고음에 대한 고역차단필터링하면서 가청 고주파수의 위상을 느리게 쉬프트(shift)시킨다. 이러한 제1 고역차단필터(120)에서 위상을 보정하게 되는 가청 고음의 주파수는 예를 들어, 약 4㎑∼5㎑ 이상의 주파수로 설정한다. 이와 같이 가청 고음에 대해 위상을 보정하는 것은 고음용 스피커는 통상적으로 중고음용 스피커에 비해 코일이 적게 감겨 있어서 가청 고주파수의 위상이 빨라지기 때문에 이를 감안하여 보정하는 것이다. 이와 같이 제1 고역차단필터(120)에 의해 가청 고음의 위상이 보정된 신호를 본 고안에 있어서 좌 고음 보정신호라 한다.

그리고 제1 대역통과필터(122)는 좌 메인신호를 가청 중고음 부분을 중심으로 대역통과필터링하면서 통과 대역의 차단 주파수 부분의 위상을 보정함으로써 음원방향을 보정한다. 이와 같이 제1 대역통과필터(122)에서 음원방향을 보정하는 것은 후술하는 바와 같이 공간 음향신호를 합성함에 따라 음원방향이 변동되게 되는 것을 감안하여 보정하는 것이다. 이러한 제1 대역통과필터(122)에서 음원방향을 보정하게 되는 가청 중고음의 주파수대역은 예를들어, 약 800㎐∼5㎑ 범위로 설정한다. 이와 같이 제1 대역통과필터(122)에 의해 가청 중고음의 음원방향이 보정된 신호를 본 고안에 있어서 좌 중고음 보정신호라 한다. 제1 저역차단필터(124)는 좌 메인신호를 가청 저음에 대한 저역차단필터링하면서 가청 저주파수의 위상을 빠르게 쉬프트시킨다. 이와 같이 가청 고음에 대해 위상을 보정하는 것은 저음용 스피커는 통상적으로 코일이 중고음용 스피커에 비해 많이 감겨 있어서 가청 고주파수의 위상이 느려지기 때문에 이를 감안하여 보정하는 것이다. 이러한 제1 저역차단필터(124)에서 위상을 보정하게 되는 가청 저음의 주파수는 예를 들어, 약 300㎐ 이하로 설정한다. 이와 같이 제1 저역차단필터(124)에 의해 가청 저음의 위상이 보정된 신호를 본 고안에 있어서 좌 저음 보정신호라 한다.

상기한 바와 같이 제1 가청음 보정부(104)로부터 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호와 좌 중고음 보정신호와 좌 저음 보정신호를 입력하는 제1 음량 분배부(106)는 3개의 감쇠기들(126∼130)로 구성하며, 입력되는 신호들을 각각 감쇠시켜 음량을 분배한다. 먼저 좌 메인신호에 대하여는 감쇠량을 1로 한다. 즉 좌 메인신호는 그대로 바이패스시켜 제1 합성부(114)로 출력한다. 그리고 감쇠기들(126∼130)의 감쇠량을 각각 1/g_d1,1/g_d2,1/g_d3라 하면, 감쇠기(126)는 좌 고음 보정신호를 1/g_d1만큼 감쇠시켜 제1 합성부(114)로 출력하고, 감쇠기(128)는 좌 중고음 보정신호를 1/g_d2만큼 감쇠시켜 제1,제2 합성부(114,116)로 동시에 출력하며, 감쇠기(130)는 좌 저음 보정신호를 1/g_d2만큼 감쇠시켜 제2 합성부(116)로 출력한다. 이때 감쇠량들 1/g_d1,1/g_d2,1/g_d3은 필요한 공간 음향 형태에 대응되게 설정한다.

한편 제2 메인 감쇠기(108)는 R신호 Rin를 입력하여 감쇠시킨다. 제2 메인 감쇠기(108)의 감쇠량은 제1 메인 감쇠기(100)와 마찬가지로 1/g로 설정한다. 그러면 제2 메인 감쇠기(108)로부터 출력되는 신호는 1/g만큼 감쇠되는데, 본 고안에 있어서 이 신호를 우 메인신호라 한다. 이와 같이 제2 메인 감쇠기(108)를 사용하여 R신호 Rin을 감쇠시키는 이유도 상기한 제1 메인 감쇠기(100)와 마찬가지이다.

상기한 제2 가청음 보정부(110)는 제2 고역차단필터(132)와 제2 대역통과필터(134)와 제2 저역차단필터(136)로 구성하며, 제2 메인 감쇠기(108)로부터 입력하는 우 메인신호에 대해 가청 고,저음의 위상과 가청 중고음의 음원방향을 각각 보정하여 제2 음량 분배부(112)로 출력한다. 이를 상세히 살펴보면, 우선 우 메인신호를 그대로 바이패스시켜 제2 음량 분배부(112)로 출력한다. 제2 고역차단필터(132)는 우 메인신호를 가청 고음에 대한 고역차단필터링하면서 가청 고주파수의 위상을 느리게 쉬프트시킨다. 이러한 제2 고역차단필터(132)에서 위상을 보정하게 되는 이유나 가청 고음의 주파수도 상기한 제1 고역차단필터(120)와 마찬가지이다. 이와 같이 제2 고역차단필터(132)에 의해 가청 고음의 위상이 보정된 신호를 본 고안에 있어서 우 고음 보정신호라 한다. 제2 대역통과필터(134)는 우 메인신호를 가청 중고음 부분을 중심으로 대역통과필터링하면서 음원방향을 보정한다. 이와 같이 제2 대역통과필터(134)에서 음원방향을 보정하게 되는 이유나 주파수도 상기한 제1대역통과필터(122)와 마찬가지이다. 이와 같이 제2 대역통과필터(134)로부터 출력되는 가청 중고음의 음원방향이 보정된 신호를 본 고안에 있어서 우 중고음 보정신호라 한다. 제2 저역차단필터(136)는 우 메인신호를 가청 저음에 대한 저역차단필터링하면서 가청 저주파수의 위상을 빠르게 쉬프트시킨다. 이러한 제2 저역차단필터(136)에서 위상을 보정하게 되는 이유와 주파수도 상기한 제1 저역차단필터(124)와 마찬가지이다. 이와 같이 제2 저역차단필터(136)에 의해 가청 저음의 위상이 보정된 신호를 본 고안에 있어서 우 저음 보정신호라 한다.

상기한 바와 같이 제2 가청음 보정부(110)로부터 우 메인신호와 우 고음 보정신호와 우 중고음 보정신호와 우 저음 보정신호를 입력하는 제2 음량 분배부(112)는 3개의 감쇠기들(138∼142)로 구성하며, 입력되는 신호들을 각각 감쇠시켜 음량을 분배한다. 먼저 우 메인신호에 대하여는 감쇠량을 1로 한다. 즉 우 메인신호는 그대로 바이패스시켜 제2 합성부(116)로 출력한다. 그리고 감쇠기들(138∼142)의 감쇠량은 제1 음량 분배부(106)의 감쇠기들(126∼130)과 마찬가지로 각각 1/g_d1,1/g_d2,1/g_d3로 설정한다. 그러면 감쇠기(138)는 우 고음 보정신호를 1/g_d1만큼 감쇠시켜 제2 합성부(116)로 출력하고, 감쇠기(140)는 우 중고음 보정신호를 1/g_d2만큼 감쇠시켜 제1,제2 합성부(114,116)로 동시에 출력하며, 감쇠기(142)는 우 저음 보정신호를 1/g_d2만큼 감쇠시켜 제1 합성부(114)로 출력한다.

상기한 제1 합성부(114)는 제1 음량 분배부(106)에 의해 음량 분배된 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호와 좌 중고음 보정신호와 제2 음량 분배부(112)에 의해 음량 분배된 우 중고음 보정신호와 우 저음 보정신호를 입력하여 음향 공간모드에 따른 음향위치에 대응되게 선택적으로 조합하여 좌 공간 음향신호를 합성한다. 이러한 좌 공간 음향신호는 L채널 스피커로 인가되는 최종 출력 Lout이 된다.

그리고 제2 합성부(116)는 제2 음량 분배부(112)에 의해 음량 분배된 우 메인신호와 우 고음 보정신호와 우 중고음 보정신호와 제1 음량 분배부(106)에 의해 음량 분배된 좌 중고음 보정신호와 좌 저음 보정신호를 입력하여 음향 공간모드에 따른 음향위치에 대응되게 선택적으로 조합하여 우 공간 음향신호를 합성한다. 이러한 우 공간 음향신호는 R채널 스피커로 인가되는 최종 출력 Rout이 된다.

이때 모드 선택부(118)는 여러가지 음향 공간모드들 중에 사용자에 의해 현재 설정된 음향 공간모드에 따라 제1,제2 합성부(114,116)의 신호 선택을 제어한다. 상기 음향 공간모드는 상술한 바와 같은 좌우 확산, 상하 확산, 주변 확산 등의 다차원 음향 공간에 각각 하나씩 대응되는 본 고안의 동작모드를 의미한다. 이하의 설명에서 좌우 확산은 제1 음향 공간모드로, 상하 확산은 제2 음향 공간모드로, 주변 확산은 제3 음향 공간모드로 구현한다. 이러한 음향 공간모드들은 사용자의 선택에 의해 어느 한가지로 설정되도록 제공한다.

상기한 제1 합성부(114)는 제1 음향위치 조정부(144)와 제1,제2 가산기(146,148)와 제1 차동증폭기(150)로 구성한다. 제1 음향위치 조정부(144)는 입력 신호들을 모드 선택부(118)의 제어에 의해 음향 공간모드에 따른 음향위치에 대응되게 선택하여 적어도 하나 이상의 정위상신호와 부위상신호로 선별 출력한다. 제1 가산기(146)는 제1 음향위치 조정부(144)로부터 출력되는 정위상신호를 가산한다. 제2 가산기(148)는 제1 음향위치 조정부(144)로부터 출력되는 부위상신호를 가산한다. 제1 차동증폭기(150)는 제1,제2 가산기(146,148)의 출력을 하나씩 정,부위상으로 대응되게 입력하고 차동증폭하여 좌 공간 음향신호를 생성한다.

그리고 제2 합성부(116)는 제2 음향위치 조정부(152)와 제3,제4 가산기(154,156)와 제2 차동증폭기(158)로 구성한다. 제2 음향위치 조정부(152)는 입력 신호들을 모드 선택부(118)의 제어에 의해 음향 공간모드에 따른 음향위치에 대응되게 선택하여 적어도 하나 이상의 정위상신호와 부위상신호로 선별 출력한다. 제3 가산기(154)는 제2 음향위치 조정부(152)로부터 출력되는 정위상신호를 가산한다. 제4 가산기(156)는 제2 음향위치 조정부(152)로부터 출력되는 부위상신호를 가산한다. 제2 차동증폭기(158)는 제3,제4 가산기(154,156)의 출력을 하나씩 정,부위상으로 대응되게 입력하고 차동증폭하여 좌 공간 음향신호를 생성한다.

상기한 제1,제2 음향위치 조정부(144,152)는 예를들어 각각 5개의 5:1 멀티플렉서(multiplexer)를 사용하여 구성할 수 있다. 이러한 경우 멀티플렉서를 각 출력단자에 대하여 1개씩 사용하면 된다. 그러면 모드 선택부(118)는 각 멀티플렉서마다에 대해 3비트씩의 선택신호를 인가함으로써 선택을 제어할 수 있다. 이러한 모드 선택부(118)는 제1∼제3 음향 공간모드중에 사용자에 의해 현재 설정된 음향 공간모드에 대응되게 선택신호들을 발생하여 제1,제2 음향위치 조정부(144,152)에 인가한다. 이때 모드 선택부(118)는 도 1의 장치를 채용한 음향시스템의 콘트롤러를 이용하거나 별도의 제어로직을 구성하여 사용할 수 있다. 그리고 사용자가 음향 공간모드를 선택할 수 있도록 하기 위해 음향시스템에 기존에 구비되는 버튼들을 이용하거나 별도로 설치하여 이용할 수 있다.

상술한 바와 같은 도 1의 구성에 의해 구현되는 본 고안의 제1∼제3 음향 공간모드에 따른 다차원 음향 공간들을 구현하기 위한 신호 합성을 상세히 설명한다. 먼저 제1∼제3 음향 공간모드에 따른 음향 공간의 형태에 대한 이해를 돕기 위해 본 고안의 실시예에 따른 음향 공간들을 도 2a 내지 도 2c로서 보였다. 상기 도 2a 내지 도 2c는 2개의 L,R 채널 스피커(200,202)의 중앙 전방에 청취자(204)가 위치해 있는 상태에서 통상적인 2채널인 경우의 음장(206)에 대해 본 고안에 의한 다양한 형태의 음향 공간들을 보인다. 이들중에 도 2a와 도 2c는 청취공간에서 위에서 내려다본 평면도를 보인 것이고, 도 2b는 청취공간에서 청취자(204)의 후방에서 바라본 정면도를 보인 것이다. 도 2a를 참조하면, 제1 음향 공간모드일 때 음장(208)이 좌우로 펼쳐지는 음향 공간이 형성됨을 알 수 있다. 도 2b를 참조하면, 제2 음향 공간모드일 때 음장(210)이 윗쪽으로 이동하는 음향 공간이 형성됨을 알 수 있다. 도 2c를 참조하면, 제3 음향 공간모드일 때 음장(212)이 앞쪽으로 나오면서 주변으로 퍼지는 음향 공간이 형성됨을 알 수 있다.

이제 제1∼제3 음향 공간모드에 따른 다차원 공간 음향 합성을 신호 합성식으로 표현하여 살펴본다. 이하에서 위상 보정부(102)에 의한 위상 보정 팩터를 Pa라 하고, 제1,제2 고역차단필터(120,132)에 의한 보정 전달함수를 Hp라 하고, 제1,제2 대역통과필터(122,134)에 의한 보정 전달함수를 Ms라 하며, 제1,제2 차동증폭기(150,158)의 정,부위상 증폭도를 각각 Ap,An이라 한다. 그러면 좌,우 고음 보정신호와 좌,우 중고음 보정신호와 좌,우 저음 보정신호는 하기 표 1과 같이 된다.

좌 고음 보정신호
좌 중고음 보정신호
좌 저음 보정신호
우 고음 보정신호
우 중고음 보정신호
주 저음신호

첫 번째로 제1 음향 공간모드로 설정될 때, 제1 음향위치 조정부(144)는 모드 선택부(118)에 의해 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호와 우 중고음 보정신호를 정위상신호로 선택하여 제1 가산기(146)로 출력하고 우 저음 보정신호를 부위상신호로 선택하여 제2 가산기(148)로 출력한다. 그리고 제2 음향위치 조정부(152)는 모드 선택부(118)에 의해 우 메인신호와 우 고음 보정신호와 좌 중고음 보정신호를 정위상신호로 선택하여 제3 가산기(154)로 출력하고 좌 저음 보정신호를 부위상신호로 선택하여 제4 가산기(156)로 출력한다. 이에따라 제1 음향 공간모드일 때 제1,제2 차동증폭기(150,158)로부터 출력되는 좌,우 공간 음향신호 Lout,Rout의 신호 합성식은 하기 수학식 1과 같이 된다.

두 번째로 제2 음향 공간모드로 설정될 때, 제1 음향위치 조정부(144)는 모드 선택부(118)에 의해 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호와 좌 중고음 보정신호를 정위상신호로 선택하여 제1 가산기(146)로 출력하고 우 저음 보정신호를 부위상신호로 선택하여 제2 가산기(148)로 출력한다. 그리고 제2 음향위치 조정부(152)는 모드 선택부(118)에 의해 우 메인신호와 우 고음 보정신호와 우 중고음 보정신호를 정위상신호로 선택하여 제3 가산기(154)로 출력하고 좌 저음 보정신호를 부위상신호로 선택하여 제4 가산기(156)로 출력한다. 이에따라 사용자에 의해 제2 음향 공간모드가 선택되는 경우, 제1,제2 차동증폭기(150,158)로부터 출력되는 좌,우 공간 음향신호 Lout,Rout의 신호 합성식은 하기 수학식 2와 같이 된다.

세 번째로 제3 음향 공간모드로 설정될 때, 제1 음향위치 조정부(144)는 모드 선택부(118)에 의해 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호를 정위상신호로 선택하여 제1 가산기(146)로 출력하고 우 중고음 보정신호와 우 저음 보정신호를 부위상신호로 선택하여 제2 가산기(148)로 출력한다. 제2 음향위치 조정부(152)는 모드 선택부(118)에 의해 우 메인신호와 우 고음 보정신호를 정위상신호로 선택하여 제3 가산기(154)로 출력하고 좌 중고음 보정신호와 좌 저음 보정신호를 부위상신호로 선택하여 제4 가산기(156)로 출력한다. 이에따라 사용자에 의해 제3 음향 공간모드가 선택되는 경우, 제1,제2 차동증폭기(150,158)로부터 출력되는 좌,우 공간 음향신호 Lout,Rout의 신호 합성식은 하기 수학식 3과 같이 된다.

상기한 바와 같은 신호 합성에 의하여 모노방식에 있어서도 2채널 오디오신호로 이용하여 실제 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하고 음량 분배한후 다양한 형태로 합성된다.

한편 상술한 본 고안의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 고안의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 고안의 실시예에서는 3가지 음향 공간모드를 제공하는 예를 보였으나, 어느 한가지 이상의 음향 공간모드를 선택적으로 제공하도록 사용될 수도 있다. 만일 한가지 음향 공간모드를 제공하는데 적용한다면 모드 선택부(118)를 사용할 필요가 없다. 이 경우 제1,제2 음향위치 조정부(144,152)를 입력신호를 가변적으로 선별하는 대신에 해당 공간 음향위치에 대응되게 고정적으로 선택하도록 구성하면 된다. 그러면 비록 음향 공간을 한가지 형태로만 제공할 수밖에 없지만 음원의 중심이 안정된 상태의 자연스러운 다차원 음향 공간을 구현할 수 있다. 또한 실제 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하기 위해 2채널 오디오신호에 대해 고음, 중고음, 저음으로 구분하여 위상과 음원방향을 보정하는 예를 들었으나, 보정하는 신호 성분의 종류나 개수 또는 주파수는 필요에 따라 얼마든지 달리 적용할 수 있다. 그리고 제1,제2 메인 감쇠기(100,108)는 신호 합성에 있어서 오버 로드(overload)를 감안할 필요가 없는 경우에는 생략할 수도 있고, 도 1과 달리 제1,제2 합성부(114,116)의 출력단에 사용할 수도 있다. 그리고 1채널의 통상적인 모노 오디오신호만을 처리하는 경우에는 이 신호를 도 1의 L,R신호 Lin,Rin로서 동일하게 입력시키면 된다. 따라서 고안의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 실용신안등록청구범위와 그의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 고안은 모노방식에서도 실제 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하고 음량 분배한후 다양한 형태로 합성함으로써 음원의 중심이 안정된 상태로 자연스럽게 다양한 공간적 현장감을 제공하는 음향 공간을 구현할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (5)

1. 모노방식의 2채널 오디오신호를 처리하여 다차원 음향 공간을 구현하는 장치에 있어서,

   상기 모노방식 2채널 오디오신호를 이루는 좌,우채널신호 중에 어느 한쪽 채널의 신호를 위상 반전시킴과 함께 오디오영역에서 고역차단필터링하여 위상 보정하는 위상 보정부와,

   상기 좌,우채널신호 중에 상기 위상 보정부에 의해 위상 보정된 신호에 대해 가청 주파수의 위상과 음원방향을 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하는 제1 가청음 보정부와,

   상기 좌,우채널신호 중에 상기 위상 보정부에 입력되지 않는 다른쪽 채널의 신호에 대해 가청 주파수의 위상과 음원방향을 스피커의 특성과 음향 공간에 대응되게 보정하는 제2 가청음 보정부와,

   상기 제1,제2 가청음 보정부로부터 출력되는 신호들을 각각 음향 공간에 대응되게 감쇠시켜 음량을 분배하는 제1,제2 음량 분배부와,

   상기 제1,제2 음량 분배부에 의해 음량 분배된 신호들을 입력하여 음향 공간에서의 음향위치에 대응되게 선택적으로 조합하여 좌,우 공간 음향신호를 합성하는 제1,제2 합성부와, 여러가지 음향공간모드들 중에 현재 설정된 음향 공간모드에 따라 상기 제1, 제2 합성부의 신호선택을 제어하는 모드선택부와,

   상기 위상 보정부의 입력단에 설치되어 상기 좌, 우채널신호 중에 상기 위상 보정부에 입력되는 신호를 감쇠시켜 상기 위상 보정부에 인가하는 제1메인 감쇠기와,

   상기 제2 가청음 보정부의 입력단에 설치되어 상기 제2 가청음 보정부에 입력되는 신호를 감쇠시켜 상기 제2 가청음 보정부에 인가하는 제2 메인 감쇠기를 구비하며,

   상기 제1 가청음 보정부가, 상기 위상 보정부로부터 출력되는 신호를 좌 메인신호로 입력하여 상기 제1음량 분배부로 바이패스시키며, 상기 좌 메인신호를 가청 고음에 대한 고역차단필터링하면서 가청 고주파수의 위상을 느리게 쉬프트시켜 좌 고음 보정신호로 출력하는 제1 고역차단필터와, 상기 좌 메인신호를 가청중고음 부분을 중심으로 대역통과필터링하면서 음원방향을 보정하여 좌 중고음 보정신호로 출력하는 제1 대역통과필터와, 상기 좌 메인신호를 가청 저음에 대한 저역차단필터링하면서 가청 저수파수의 위상을 빠르게 쉬프트시켜 좌 저음 보정신호로 출력하는 제1 저역차단필터를 구비하고,

   상기 제2 가청음 보정부가, 상기 제2 메인 감쇠기로부터 출력되는 신호를 우 메인신호로 입력하여 상기 제2음량 분배부로 바이패스시키며, 상기 우 메인신호를 가청 고음에 대한 고역차단 필터링하면서 가청 고주파수의 위상을 느리게 쉬프트시켜 우 고음 보정신호로 출력하는 제2 고역차단필터와, 장기 우 메인신호를 가청 중고음 부분을 중심으로 대역통과필터링 하면서 음원방향을 보정하여 우 중고음 보정 신호로 출력하는 제2 대역통과필터와, 상기 우 메인신호를 가청 저음에 대한 저역 차단필터링하면서 가청 저주파수의 위상을 빠르게 쉬프트시켜 우 저음 보정신호로 출력하는 제2 저역차단필터를 구비함으로 특징으로 하는 실 조화 음향 공간 구현장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 입력 신호들을 상기 음향위치에 대응되게 선택하여 적어도 하나 이상의 정위상신호와 부위상신호로 선별 출력하는 제1 음향위치 조정부와, 상기 제1 음향위치 조정부로부터 출력되는 정위상신호를 가산하는 제1 가산기와, 상기 제1 음향위치 조정부로부터 출력되는 부위상신호를 가산하는 제2 가산기와, 상기 제1, 제2 가산기의 출력을 하나씩 정, 부위상으로 대응되게 입력하고 차동증폭하여 상기 좌 공간 음향신호를 생성하는 제1 차동증폭기를 구비하고,

   상기 제2 합성부가, 상기 입력신호들을 상기 음향위치에 대응되게 선택하여 적어도 하나 이성의 정위상신호와 부위상신호로 선별 출력하는 제2 음향위치 조정부와, 상기 제2 음향위치 조정부로부터 출력되는 정위상신호를 가산하는 제3 가산기와, 상기 제2 음향위치 조정부로부터 출력되는 부위상신호를 가산하는 제4 가산기와, 상기 제3, 제4 가산기의 출력을 하나씩 정, 부위상으로 대응되게 입력하고 차동증폭하여 상기 좌 공간 음향신호를 생성하는 제2 차동증폭기를 구비함을 특징으로 하는 실조화 음향 공간 구현장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 모드선택부가, 음장이 좌우로 펼쳐지는 음향 공간모드일때는, 상기 제1 음향위치 조정부에 의해 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호와 우 중고음 보정신호를 상기 정위상신호로 선택하고 우 저음 보정신호를 상기 부위상신호로 선택하여 출력시키며, 상기 제2 음향위치 조정부에 의해 우 메인신호와 우 고음 보정신호와 좌 중고음 보정신호를 상기 정위상신호로 선택하고 좌 저음 보정신호를 상기 부위상신호로 선택하여 출력시킴을 특징으로 하는 실 조화 음향 공간 구현장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 모드 선택부가, 음장이 윗쪽으로 이동하는 음향공간 모드일때는, 상기 제1음향위치 조정부에 의해 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호를 상기 부위상신호로 선택하여 출력시키며, 상기 제2 음향위치 조정부에 의해 우 메인신호와 우 고음 보정신호와 우 중고음 보정신호를 상기 정위상신호로 선택하고 좌 저음 보정신호를 상기 부위상신호로 선택하여 출력시킴을 특징으로 하는 실 조화 음향공간구현장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 모드 선택부가, 음장이 앞쪽으로 나오면서 주변으로 퍼지는 음향 공간모드일 때는, 상기 제1 음향위치 조정부에 의해 좌 메인신호와 좌 고음 보정신호를 상기 정위상신호로 선택하고 우 중고음 보정신호를 우 저음 보정신호를 상기 부위상신호로 선택하여 출력시키며, 상기 제2 음향위치 조정부에 의해 우 메인신호와 우 고음 보정신호를 상기 정위상신호로 선택하고 좌 중고음 보정신호와 좌 저음 보정신호를 상기 부위상신호로 선택하여 출력시킴을 특징으로 하는 실 조화 음향 공간 구현장치.