KR20030059147A - 음향적으로 환경을 개선하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식 음 차단 시스템을 제공하는 것으로서, 음향 에너지를 수신하여 그것을 전기 신호로 변환하기 위한 수단(12), 상기 전기 신호의 분석을 수행하여 데이터 분석 신호를 생성하기 위한 수단(20), 음을 표시하는 신호를 생성하기 위해 데이터 분석 신호에 응답하는 수단(22,24 26), 및 상기 음 신호를 음으로 변환하기 위한 출력 수단(16)을 포함한다.

Description

음향적으로 환경을 개선하기 위한 장치{APPARATUS FOR ACOUSTICALLY IMPROVING AN ENVIRONMENT}

인간의 청각 기관은 설계 및 기능면에서 놀랄정도로 복잡하다. 이 기관은 복잡한 신경망에 의해서 뇌의 청각 피질(auditory cortex)에 연결되는 수천개의 수용기들(receptors)을 포함한다. 입사되는 음의 여러 성분들(components)이 수용기들을 자극하는데, 이 수용기들은 이어서 여러 신경망 경로를 통해서 청각 피질로 정보를 돌린다.

음의 성분에 대한 개별 수용기의 응답은 항상 같지는 않다. 즉, 그 응답은 음 신호 및 그 이전의 음의 스팩트럼 구성과 같은 여러 요인에 따라서 달라지는데,이는 이러한 수용기들이 여러 주파수 및 강도에 응답하도록 조정될 수 있기 때문이다. 더욱이, 음 정보에 대한 신경망 경로가 변경될 수 있으며 그 목적지도 변경이 가능하다. 많은 수의 수용기 및 신경에 결합되며 이들에 의해서 청각 피질에 연결되는 전술된 모든 것들은, 청각 기관이 작은 압력 변동을 디코드하도록 하여 매우 복잡한 삼차원 청각 공간의 뷰(view)를 생성한다.

마스킹 원리

마스킹(masking)은 청각 인지에 있어서 중요하며 상당히 연구된 현상이다. 마스킹은 하나의 음에 대한 가청도 임계치가 또 다른 (마스킹) 음의 존재에 의해서 상승되는 량(또는 과정)으로 정의된다. 마스킹 원리는 귀가 스펙트럼 분석을 수행하는 방법을 토대로 한다. 주파수-장소 변환은 두개기부 막과 함께 내이에서 일어난다. 각각 한 세트의 신경 수용기들을 갖는 와우각내의 독특한 영역들이 상이한 주파수 대역으로 조정되는데, 이는 임계 대역이라고 한다. 사람의 청각의 스펙트럼은 서로 다른 여러개의 임계 대역으로 분할될 수 있다.

동시에 생성된는 마스킹에서는 마스커 및 타겟 음이 공존한다. 타겟 음은 임계 대역을 지정한다. 청각 기관은 그 영역에 음이 있음을 알아채서 그것을 검출하고자 한다. 마스커가 충분히 넓고 음이 크면 타겟 음이 들릴 수 없다. 이러한 현상은, 강한 잡음 또는 톤 마스커의 존재로 인해서 내이의 임계 대역 위치에 놓인 두개기부 막에서 충분한 강도의 자극이 생성되어 더 약한 신호의 송신을 효과적으로 차단한다는 것을 토대로 하여 간단히 설명될 수 있다.

평균적인 청취자에게는, 임계 대역폭이 다음에 의해서 근사될 수 있다. 즉,

여기서 BW_c는 Hz로 표시된 임계 대역폭이며 f는 Hz로 표시된 주파수이다.

또한, 바크(Bark)는 다음 식을 통해서 주파수 f와 연관된다.

임계 대역내의 마스커 음은 다른 임계 대역내의 지각된 음 검출에 얼마의 예측가능한 효과를 갖는다. 이러한 효과는, 마스킹의 확산으로 공지된 것으로서, 삼각 함수에 의해서 근사될 수 있으며, 이는 첨부된 도면 도 23에 도시된 바와 같이, 바크(1 임계 대역의 거리) 당 +25 및 -10의 경사를 갖는다.

음 지각 조직의 원리

청각 기관은 복잡한 작업을 수행한다. 즉, 청취자 주변의 복잡한 음으로 부터 나오는 음압 파가 청취자의 귀로 들어가기 전에 단일 압력 변화량으로 융합되어 들어가며, 주변 이벤트를 실제로 재현하기 위해서 청취자의 청각 기관은 이 신호를 그 성분의 부분으로 분류하여 각각의 음-생성 이벤트가 확인되게 된다. 이러한 프로세스는, 청각기관이 소위 집단화 또는 청각 객체 형성 과정에서, 신호의 여러 부분들을 상이한 소스로 지정하는, 큐(cues) 즉, 정보의 조각을 토대로 한 것이다.복잡한 음의 환경에서, 청취자가 자신이 듣는 것을 감지하도록 다수의 상이한 큐가 존재한다.

이러한 큐는 청각 및/또는 시각이 될수 있거나 또는 이들은 지식 또는 이전 경험을 토대로한 것이 될 수 있다. 청각 큐는 혼성 신호의 스펙트럼 및 일시적인 특성에 관련된다. 예를들어, 그 스펙트럼 질 및 강도, 또는 그 주기성이 상이하면, 다양한 동시성 음 소스가 구분될 수 있다. 음의 소스로 부터의 시각적인 흔적에 의존하여, 시각 큐는 음의 지각에 영향을 줄 수도 있다.

청각 분석은, 복잡한 자연 환경으로 부터 나오는 혼합된 음을 청각 기관이 취해서, 각각 단일 음의 소스로부터 나올 수 있는 음향적인 흔적의 패키지로 분류하는 과정이다. 우리의 청각 기관은 두가지 방법으로 동작하는데, 청각 그룹핑의 초기 과정을 이용함으로서 그리고 우리의 친숙한 음에 대한 지식을 통합하는 스켐에 의해 청취 프로세스를 지배함으로서 동작한다.

초기의 그룹핑 과정은 입사 에너지 열을 분류하여 다수의 별도의 분석을 수행하는 전략을 채용하는 것으로 생각된다. 이것은 음향학적 스펙트럼에서 특정 시간에 그리고 특정 주파수 영역에 국한된다. 각각의 영역은 강도, 파동 패턴, 그 안의 주파수 트랜지션 방향, 음이 공간에서 나오는 추정치, 및 아마도 다른 특징으로 설명된다. 이러한 여러 개별 분석이 수행된 후에, 청각 시스템은 결과를 어떻게 그룹화할 것인지에 대한 결정을 내리는 문제를 갖게되어 각 그룹은 동일 환경 이벤트 또는 음의 소스로부터 도출된다.

이러한 그룹핑은 최소한 이차원, 즉, 스펙트럼상에서 (동시에 생성되는 통합또는 조직) 그리고 시간상에서(시간 그룹핑 또는 시퀀스 통합) 수행되어야 한다. 스펙트럼 통합 또는 융합이라고 일컬어지기도 하는 전자는, 복잡한 스펙트럼의 동시에 생성되는 성분의 조직에 관련되는 것으로 그룹화되며, 그 각각은 단일 소스로 부터 생성된다. 후자(일시적인 그룹핑 또는 시퀀스 조직)는 시간상 그러한 성분에 이어지며 이들을 지각 스트림으로 그룹화하며, 이들 각각은 다시 단일 소스로 부터 생성된다. 시간상에서 올바른 세트의 주파수 성분을 함께 모음으로서만 상이한 동시에 생성되는 신호의 신원이 인지될 수 있다.

초기 그룹핑 프로세스는 스케마 기반 조직(schema-based organization)과 나란히 동작하는데, 이는 주의력은 물론이고 과거의 학습 및 경험을 고려하며, 따라서 더 높은 등급의 프로세스와 연계된다. 원래의 분리는 과거의 학습도 자발적인 주의력도 사용하지 않는다. 그것이 생성하는 관계는 음향 이벤트의 넓은 클래스에서 타당한 실마리가 되는 경향이 있다. 대조적으로, 은 음의 특정 클래스에 관한 것이다. 이들은 특정한 학습된 지식을 사용함으로서 선천적인 발견적 교수법에서 패키지되는 일반적인 지식을 보충한다.

그룹핑

다수의 청각 현상은, 특히 음성 인지와 관련된 것, 음의 순차의 시퀀스 및 다른 일시적인 특성의 인지, 두개의 귀로부터 흔적의 결합, 다른 음에 들어간 패턴의 검출, 음(예를들면, 음악의)의 동시에 생성되는 "층들"의 인지, 방해 잡음을 통해 지각된 음의 연속성, 지각된 음색 및 리듬, 및 토널 시퀀스의 인지를 포함하여, 음을 청각 스트림으로 그룹화하는 것과 관련되어 있다.

스펙트럼 통합은 혼합된 음에서 동시에 생성되는 성분의 그룹핑에 관련되는데, 그와같이 하여 이들은 동일 소스로 부터 생성하는 것으로 취급된다. 청각 시스템은 스펙트럼의 부분들 중에서 상관되는 것 또는 대응하는 것을 찾는데, 이들은 우연히 생성되는 것이 아닌것 같다. 동시에 생성되는 성분들 간의 어떤 유형의 관계가 이들을 함께 그룹핑함으로서 실마리로서 사용될 수 있다. 이러한 그룹핑의 효과는 피치, 음색, 크기 심지어는 공간적인 시점과 같은 요인상의 광범위한 분석이 동일 환경 이벤트에서 나오는 한 세트의 감각 흔적에서 수행되게 한다.

일련의 청각 입력의 그룹핑을 조장하는 많은 요인들은 성공적인 음의 유사성 및 연속성을 정의하는 특징들이다. 이들은 근본적인 주파수, 시간상의 근접성, 스펙트럼 형상, 강도 및 외적인 공간적인 시점을 포함한다. 이러한 특징은 장면 분석의 시퀀스 특징에 영향을 미치는데, 다시 말해서 음의 시간상의 구성에 대한 이용에 영향을 미친다.

일반적으로, 프로세스를 형성하는 스트림은 근접성에 의해서 그룹핑의 원리와 유사한 원리를 따른다는 것을 알 수 있다. 높은 톤은 적당히 시간에서 근접할 때 다른 높은 톤과 함께 그룹화되는 경향이 있다. 연속적인 음의 경우에, 음의 불연속, 특히 음의 강도가 갑자기 상승하는 것을 감지하며, 그러한 불연속이 생성할 때 유닛 경계를 생성하는 유닛 형성 프로세스가 존재함을 알 수 있다. 유닛은 상이한 시간 등급에 따라서 생성될 수 있으며 더 작은 유닛이 더 큰 것에 끼워들어갈 수 있다.

많은 상이한 주파수 성분이 존재하는, 복잡한 톤에서, 청각 기관이 피치를판단하기 위해서 음에 존재하는 고조파 세트의 기본 주파수를 측정함에 따라서 더 상황은 더 복잡해 진다. 인지 그룹핑은 기본 주파수의 차[피치] 및/또는 음의 부분의 평균의 차[밝기]에 의해서 영향을 받는다. 이들은 모두 인지 그룹핑에 영향을 미치고 그 효과가 첨가된다.

순수한 톤은 복잡한 톤과는 상이한 스펙트럼 내용을 갖는데, 따라서, 두개의 음의 피치들이 같다할지라도 톤은 서로 상이한 그룹으로 분리되는 경향이 있다. 그러나, 또 다른 유형의 그룹핑이 영향을 미칠 수 있는데, 순수한 톤은 그에 이어지는 전체 복잡한 톤과 그룹핑되는 대신에, 후자의 주파수 성분중 하나와 그룹된다.

공간의 위치는 또 다른 영향력있는 유사성으로서, 이는 톤의 시간상의 그룹핑에 영향을 준다. 원래의 장면 분석은 공간에서 동일 점으로 부터 나오는 음을 그룹화하며 상이한 위치로 부터 나오는 것을 분리하는 경향이 있다. 주파수 분리, 속도 및 공간 분리는 분리에 영향을 미치는 것과 결합된다. 공간 차이는 이들이 음들 사이의 다른 차이들과 결합될 때 분리에 가장 강하게 영향을 미치는 것 같다.

정신을 산란하게 하는 음이 수평 평면에서 임의의 방향으로부터 들어오는 복잡한 청각 환경에서, 지역적 한정(localisation)은, 산란하게 하는 음의 소스의 지역적 한정을 두절시키는 것이 특정 스트림의 정체를 약화시킬 수 있으므로, 매우 중요한 것으로 생각된다.

음색은 톤의 유사성에 스트림으로 그룹핑시키는 것에 영향을 미치는 또 다른 요인이다. 문제는 음색이 간단한 일차원의 음 특성이 아니라는 것이다. 그러나 한가지 명확한 사항은 밝기이다. 밝은 톤은 어두운 톤 보다 더 많은 에너지가 집중되어 있는데, 그 이유는 모든 주파수 성분이 그 크기에 따라서 가중될 때 획득된 평균 주파수에 의해서 밝기가 측정되기 때문이다. 유사한 밝기를 갖는 음은 같은 스트림에 지정되는 경향이 있다. 음색은 두가지 방법으로 변경될 수 있는 음의 질이다. 즉, 첫째는 기존의 성분으로 용해되는, 혼합에 합성 음 성분을 제안함으로서, 그리고 둘째는 이 혼합으로부터 성분을 포획하는데 이 성분에 함께 그룹이되는 더 양호한 성분을 제공함으로서, 성분을 포획하는 것이다.

일반적으로 말해서, 음의 스펙트럼에서 피크 및 벨리의 패턴은 그 그룹핑에 영향을 준다. 그러나 스펙트럼을 단순화하는 두가지 유형이 있다. 즉, 두개의 톤이 정확히 같은 주파수에서 고조파 피크를 갖을 때 그리고 대응하는 고조파가 강도가 비례할 때이다[제 2 톤의 기본 주파수가 제 1 톤의 기본 주파수의 배이면, 스펙트럼의 모든 피크는 그 주파수의 두배가 된다]. 사용가능한 흔적은 두가지 스펙트럼의 형태가 연속적인 톤을 그룹화하기 위해서 청각 장면 분석에 사용된다는 것을 보여준다.

연속되는 음은 불연속 음보다 단일 스트림으로서 더 양호하게 유지되는 것 같다. 이것은 청각 기관이, 음향학적 연속성을 보여주는 임의의 시퀀스가 하나의 환경 이벤트로부터 나타난 것 같다고 가정하는 경향이 있기 때문에 생성한다.

상이한 요인들 간의 경합은 상이한 조직을 야기시킨다. 즉, 주파수 근사가 경쟁적이되며 시스템이 서로 가장 닮는 구성요소를 그룹핑함으로서 스트림을 형성하고자 함을 알 수 있다. 이러한 경합으로 인해서, 그 구성요소는 그룹화하기 위한 더 양호한 음을 줌으로서 시퀀스 그룹핑으로부터 포착될 수 있다.

경합은 또한 그룹핑에 호의를 보이는 상이한 요소들 사이에서 생성된다. 예를들어, 네개의 톤의 시퀀스 ABXY에서 기본 주파수에서 유사성이 그룹핑 AB 및 XY를 선호하는 한편 스펙트럼 피크에서 유사성이 그룹핑 AX 및 BY를 선호하면, 실제 그룹핑은 그 차의 상대적인 크기에 의존하게 된다.

경합은 물론이고 상호협동이 존재한다. 다수의 요소들이 모두 동일한 방법으로 음의 그룹핑에 호의를 보이면, 그룹핑은 매우 강하며, 음은 항상 동일 스트림의 일부로서 들리게 된다. 상호협동 및 경합 프로세스는 개념화하기가 쉽다. 그것은 마치 음향 규격이 그룹핑에 찬성하는 것과 같으며, 찬성 표의 수가 그 규격과 유사성의 정도 및 그 규격의 중요성에 의해서 결정된다. 그후 스트림이 형성되는데, 그 구성요소가 대부분의 표에 의해서 그룹화되었다. 그러한 투표 시스템은 자연 환경을 평가하는데 가치가 있으며, 여기서 하나 또는 두가지 방법에서 서로 닮은 음이 항상 동일한 음향 소스로부터 나타났다고는 보장할 수 없다.

스케마

장면 분석에 대한 원래의 프로세스는 감각 흔적중에서 기본 그룹핑을 설정하도록 가정되며, 따라서 궁국적으로 감지되는 음의 수 및 질은 이러한 그룹핑을 토대로해 있다. 이러한 그룹핑은 음향 세계의 매우 일정한 특성을 이용하는 법칙, 이를테면 대부분의 음이 연속되며, 위치를 서서히 변경시키며, 함께 시작하고 끝나는 성분을 갖는 경향이 있다는 사실을 토대로 한다. 그러나, 청각 조직은 거기서 끝난다면 완전하지 않을 것이다. 청취자의 경험은 또한 음성, 음악, 동물 소리, 기계 잡음 및 다른 친숙한 환경 음과 같은 특정한 신호의 등급에 대한 더 정련된 지식에의해서 구축된다.

이러한 지식은 스케마(schema)라고 하는 지적 제어 단위로 포착된다. 각각의 스케마는 우리 환경에서 특별한 불규칙성에 대한 정보를 통합한다. 규칙성은 상이한 크기 레벨 및 시간 간격에서 생성할 수 있다. 따라서, 우리의 언어에 대한 지식에서 우리는 음 "a"에 대해서 하나의 스케마를 갖으며, 단어 "apple"에 대해서 다른 스케마를 갖을 수 있으며, 하나는 수동문의 문법적 구조에 대한 것이며, 하나는 대화에서 주고 받는 방식에 대한 것 등이다.

스케마는 이들이 입사 감지 데이터에서, 그들이 처리하는 특정한 데이터를 검출할 때 능동이 된다고 생각된다. 스케마가 찾는 많은 패턴들이 시간을 연장하기 때문에, 흔적의 일부가 존재하며 스케마가 활성화될 때, 나머지 패턴에 대해서 지각 프로세스를 준비할 수 있다. 이러한 프로세스는 청각 감지에 매우 중요한데, 특히 음성과 같은 복잡하거나 또는 반복되는 신호에 대해서 중요하다. 그룹으로된 음을 감지하는 과정에서, 스케마는 뇌 속의 중요한 처리 능력을 점유한다는 것이 논의될 수 있다. 이것은 방해가 되는 음성의 산란하게 하는 강도에 대한 한가지 설명이 될 수 있는데, 스케마가 입사 신호를 처리하기 위해서 본의 아니게 활성화되는 경우이다. 그것들을 활성화시키는 원래의 그룹핑에 영향을 주거나, 또는 다른 경쟁 스케마를 뇌에 대해서 계산상 덜 비싸게 활성화시킴으로서 이러한 스켐의 활성화를 제한하는 것은 주의 산만을 줄인다.

원래의 그룹핑 프로세스가 감지가능한 그룹핑에 응답하지 않는 것 같은 경우가 있다. 이러한 경우에 스케마는 원래의 분석에 의해서 서브 분할되지 않은 흔적을 선택한다. 또한 또 다른 기능을 보여주는 예가 있는데, 원래의 프로세스에 의해서 이미 그룹화된 흔적을 재그룹화하는 기능이다.

우리의 자발적인 주의는 물론 도해를 사용한다. 예를들어, 우리가 목록에서 다른 많은 사람들 틈에서 우리 이름이 불려지는 것을 주의깊게 들을 때, 우리는 우리 이름에 대한 스케마를 사용하는 것이다. 들리고 있는 것은 스케마의 일부이며, 따라서 주의가 어떤 작업을 수행할 때 마다, 스케마가 관여하는 것이다.

종래 기술

인간 청각 시스템은 환경에 매우 동조되고, 원치않는 음 또는 잡음이 오랜 동안 산업체, 사무실 및 가정 환경에서 주요한 문제로서 인식되어 왔다는 것을 상술된 바로부터 알 수 있을 것이다. 재료 기술의 진보로 인해 몇 가지 해결책이 제공되어 왔다. 그러나, 이 해결책은 동일한 방식으로 모든 문제를 다루어 왔는데, 즉 조절된 공간에서 잡음 레벨을 감소시키거나 마스킹함으로써 음 환경을 개선시켰다.

종래의 마스킹 시스템은 일반적으로, 주 배경 음의 레벨을 상승시킴으로써 환경에서의 음 신호를 전환(distract)시켜 신호 대 잡음 비를 감소시키는 것에 좌우된다. 주파수 량 및 진폭 둘 다에서 일정한 성분이 환경에 도입되어, 음성과 같은 신호의 피크가 저 신호 대 잡음비를 생성시키도록 한다. 사용자 수용도(user acceptance)(크게 방해하는 음성 신호를 마스크하는 잡음 레벨은 아마도 기간이 길어지면 견딜수 없다)로 규정된 이와 같은 정상 기여도(steady contribution)의 진폭 레벨을 제한시킨다. 더욱이, 이 성분은 스펙트럼적으로 충분히 넓게되어 대부분가능한 전환 음을 커버할 필요가 있다.

상대적으로 유연하지 못한 이 방식이 지금까지 잡음 전환과 관련되는 한 공간 및/또는 시스템 설계시에 주요 지침으로서 간주되어 왔다.

본 발명은 음향적으로 환경을 개선하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 이러한 목적을 위한 전자식 음 차단 시스템(sound screening system)에 관한 것이다.

본 발명을 이해하기 위해서, 먼저 인간의 청각 시스템에 대한 것을 알 필요가 있으며, 다음 설명은 실험 청각 심리학에 대한 핸드북, 특히 매사추세츠 MIT 출판국 발행, Albert S. Bergman의 "청각 정황 분석, 음 인식 기관(Auditory Scene Analysis, The Perceptual Organizaton of Sound)"에서 입수되는 공지된 연구 결과 및 데이터에 근거한 것이다.

도 1은 본 발명의 동작을 도시한 일반적인 개요도.

도 2는 본 발명의 실시예의 개요도.

도 3은 본 발명을 따른 알고리즘을 수행하기 위한 도 1 또는 도 2의 신호 프로세서의 개요적인 블록도.

도 4는 도 3의 프로세서의 해석기의 블록도.

도 5는 도 3의 프로세서의 마스킹 장치의 블록도.

도 6은 도 5의 마스킹 장치의 코드 선택 매커니즘의 블록도.

도 7(A) 내지 도 7(C)는 도 5의 마스킹 장치의 동작을 나타내는 신호도.

도 8은 도 3의 프로세서의 토널 엔진의 매핑 장치의 블록도.

도 9 및 도 10은 도 8의 매핑 장치의 음 활성화 및 음 제어 장치 각각의 블록도.

도 11은 도 3의 프로세서의 토널 엔진의 고조파 음 생성기의 블록도.

도 12 및 도 13은 도 11의 고조파 음 생성기의 보다 상세한 블록도.

도 14는 도 5의 마스킹 장치에 제어 기능을 입력하는 PC 스크린상의 사용자 조정가능한 디스플레이를 도시한 도면.

도 15는 도 8의 매핑 장치에 제어 기능을 입력하는 사용자 조정가능한 디스플레이를 도시한 도면.

도 16 내지 도 18은 도 11의 고조파 음 생성기에 제어 기능을 입력하는 사용자 조정가능한 디스플레이를 도시한 도면.

도 19 및 도 20은 도 3의 신호 프로세서의 실제 실시예를 도시한 블록도.

도 21은 도 19 및 도 20의 프로세서에 사용하기 위한 바람직한 마이크로폰을 도시한 도면.

도 22는 도 19 및 도 20의 프로세서의 음향 에코 제어기를 도시한 도면.

도 23은 마스킹 기능을 도시한 그래프.

본 발명은 환경을 음향학적으로 개선시키는 보다 유연한 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 넓은 의미로, 전자식 음 차단 시스템을 제공하는 것인데, 이 시스템은 음향 에너지를 수신하여 이를 전기 신호로 변환시키는 수단, 상기 전기 신호에 대해 분석하여 데이터 분석 신호를 생성시키는 수단, 상기 데이터 분석 신호에 응답하여 음을 나타내는 신호를 생성시키는 수단 및 상기 음 신호를 음으로 변환시키는 출력 수단을 구비한다.

음은 인간 뇌에 의해 유쾌 또는 불유쾌한 음, 즉 원하거나 원치않는 음으로 해석된다. 간단하게 하기 위하여, 원치않는 음을 "잡음"이라 한다.

특히, 본 발명은 상술된 인간 청각 시스템의 원리를 토대로 한 전자 프로세스 및/또는 회로를 사용하여 잡음에 가변적으로 의존하는 출력에 의해 이와 같은 잡음의 통신을 효율적으로 방지 및/또는 금지할 수 있는 반응 시스템을 제공하는 것이다.

음 신호를 분석하여 생성시키는 수단은 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함할 수 있다. 테스크탑 또는 랩탑 컴퓨터가 또한 사용될 수 있다. 둘중 어느 한 경우에, 감지된 잡음에 대한 장치의 응답을 규정하기 위하여 알고리즘을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 나서, 음 생성은 프로세서 또는 컴퓨터 칩 내에 포함된 이와 같은 알고리즘을 토대로 하는 것이 유용하다.

이 알고리즘은 주위 잡음에 대한 분석을 토대로 작업하여, 보다 유쾌한 음 환경을 생성시키는데 유용하다. 이 알고리즘은 주위 잡음의 구조적인 요소를 분석하고 이 분석 결과를 사용하여 토널 시퀀스(tonal sequences)를 생성시켜 유쾌한 음 환경을 생성시킨다.

여러 경험적인 사례 연구가 다이버스 음/잡음 환경을 가진 여러 상황/장소에서 실행되어 왔다. 디지털 녹음이 행해지고 나서 음 신호는 여러 위치에서 재생된다. 음 신호는 또한 스펙트럼으로 분석되고, 이들의 결과는 악곡들(pieces of music) 및 자연 음의 녹음에 대한 스펙트로그램(spectrogram)과 비교된다. 그리고 나서, 이 데이터 분석은 설계 기준이 되는데, 이것은 알고리즘과 결합된다. 이 알고리즘은 실시간으로 인입하는 잡음을 분석함으로써 음 신호를 동조시키고, 여러 환경, 즉 활성도 또는 미적 선호도와 부합하도록 사용자에 의해 동조될 수 있는 음 출력을 생성시킨다.

이 장치는 유연한 커튼(flexible curtain) 형태의 분할 장치(partitioning device)를 가질 수 있다. 그러나, 이와 같은 장치는 또한 고정 장치로 될 수 있다는 것을 알수 있을 것이다. 이 커튼은 본원에 참조되어 있는 영국 특허 출원 제 9927131.4 및 국제 특허 출원 제 PCT/GB00/02360호에 기재된 바와 같이 될 수 있다.

본 발명의 전자식 음 차단 시스템은 분산되지 않는 음을 생성시키도록 잡음을 분석함으로써 유쾌한 음 환경을 제공한다.

후술되는 바와 같은 바람직한 실시예에서 분할 장치는 그내에 포함된 수동 및 능동 소자를 갖는 스마트 텍스타일(smart textile)로 간주될 수 있다. 수동 소자는 잡음 레벨을 수 dB로 다운시키는 음 흡수체(sound absorber)로서 작용한다. 능동 소자는 잔여 잡음을 토대로 유쾌한 음을 생성시킨다. 후자는 전자식 시스템을 사용하여 녹음하고 나서 원음 신호를 처리함으로써 성취된다. 그리고 나서, 생성된 음 신호는 분할 장치에 접속된 스피커를 통해서 재생될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 알고리즘은 인간 청각 시스템을 토대로 모델링된다.

특히, 인간 청각의 서술된 구조에 따르면, 제공되는 전자식 음 시스템은 마스커 및 토널 엔진(masker and tonal engine)을 구비하는 것이 바람직하다. 이 마스커는 감지된 잡음의 어떤 부분의 스펙트럼을 청취할 수 없게 함으로써 인간 청각 시스템의 생리적 프로세스와 간섭되도록 설계된다.

토널 엔진은 청각 스트림 격리 또는 분리를 사용하고 메모리 및 지식의 스케마(schemas)와 잠재적으로 상호작용하여, 음의 지각 조직과 간섭하도록 설계된다. 따라서, 한 레벨로, 토널 엔진은 "혼란(confusing)" 정보를 주위 잡음에 부가하도록 하는데, 이것은 기존의 큐(cues)에 의해 그룹화되어 새로운 청각 스트림을 형성하고, 또 다른 레벨로, 청취자에게 바람직한 음 신호를 제공함으로써 원치않는 신호로부터 직접적인 관심을 두지 않도록 하는 것이다.

마스커 및 토널 엔진의 경우에, 제어 입력은, 청취자가 제어를 실행함으로써 특정 선호도에 따른 어떤 기능적인 특성을 변화시키도록 제공되는 것이 바람직하다.

어떤 바람직한 실시예에서, 마스커는, 예를 들어 마스커의 출력이 풍부한 음악 품질(musical qualities)을 갖도록 선택될 때 또한 스케마를 사용할 수 있다. 따라서, 음조 성분은, 예를 들어 랜덤 글라이딩 멜로디(gliding melodies)가 음소를 마스크하거나 변경할 때 원시적인 그룹화 프로세스와 간섭한다.

전자식 음향 시스템의 마스킹 성분의 동작 원리는 감지된 잡음의 스펙트럼 량에 대해 출력의 스펙트럼 량 및 진폭 레벨의 자동 조절을 따르는 것이 바람직하다. 특히, 임계 대역을 초과하는 마스킹의 확산이 또한 고려될 때 잡음으로부터의 음 및 음으로부터의 잡음에 대해 적용될 수 있는 분석적인 표현을 토대로 계산된 바와 같이, 마스커는 감지된 잡음에서 특별한 주파수(prominent frequency)를 추적하고 마스킹 신호를 마스킹된 신호와의 최적의 주파수 및 진폭 관계를 갖는 이들 주파수에 할당한다.

이 실시간 조절 시스템은 에너지 요구조건을 최소화하면서 마스커 출력이 음향 전환을 구성하는 특별한 주파수를 효율적으로 마스킹하도록 한다.

본 발명의 장점은, 적어도 후술되는 바와 같이, 마스커가 피크 활성화시에 기존 시스템에 의해 통상적으로 제공되는 진폭 레벨 보다 상당히 높은 진폭 레벨에 순간적으로 도달할 수 있고, 역으로 거의 활성화되지 않을 때, 이 기여도는 강하되고 여전히 신호 대 잡음비가 적절하게 되도록 한다는 것이다.

게다가, 서술된 실시예에서 마스커 음은 음악 구조를 포함하는데, 이것은 또한 사용자 수용도의 레벨을 마스커 음까지 증가시킨다. 마스커의 출력은 일련의 노트(note)로서 엔진으로부터 제안된 코드 루트상에 구축되는데, 이 일련의 노트의 정확한 주파수 및 진폭은 충분히 입증된 마스킹 원리를 토대로 추적된 특별한 주파수를 마스킹하도록 동조된다.

마스커는 가상적인 정상 음 환경 또는 매우 반응적인 환경을 제공하도록 동조될 수 있다. 후자는, 마스커가 매우 많은 수의 특별한 주파수를 트랙하도록 설정되고, 제공된 코드 루트상에 출력을 구축하지 않는다. 이 경우에, 출력은 모든 음성 신호를 효율적으로 마스킹할 수 있게 이루어질 수 있다.

바람직한 실시예에서 여러 사용자 세팅은 청취자가 자신들의 특정 선호도 및 취향을 위하여 시스템을 동조시키도록 한다. 이들은, 예를 들어 최소 및 최대 진폭 레벨, 입력의 갑작스런 증가에 대한 출력의 감도, 마스커 음(바람, 바다 또는 오르간)의 특색(hue) 및 그외 다른 것을 포함할 수 있다.

그리고 나서, 이들 사용자 세팅은, 바람직한 경우 언제든지 다음 재사용을 위하여 포착될 수 있다.

토널 엔진은 청각 시스템 격리 또는 분리를 사용하는 보다 높은 프로세서와 간섭하도록 설계된 출력을 제공하고 메모리 및 지식의 스케마와 상호작용하도록 배치되는 것이 바람직하다.

후술되는 바람직한 실시예에서, 토널 엔진 출력은 예를 들어 8개의 상이한 "음성", 즉 토널 시퀀스를 선택적으로 혼합하는 것을 포함하는데, 이것은 상이한 용도로 사용된다.

예를 들어 이들 중 두개는 페이스(pace) 및 리듬을 음 환경에 도입하는데 유용하게 사용된다. 이들 토널 시퀀스는 음 환경에 두드러지는 청각 큐로부터 명백하게 분리되는 청각 큐를 생성시키도록 설계된다. 이들 토널 시퀀스는 감지된 음에 응답하지 않지만 고조파 특성의 세팅을 통해서 사용자 선호도에 직접 응답하는 것이 바람직하다.

또 다른 서브셋, 예를 들어 두 개의 토널 시퀀스는 감지된 입력 및 출력 음에 응답하고 청각 코텍스(cortex)에서 객체 포메이션(object formation)과 간섭하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이들 토널 시퀀스는 두 가지 방식으로 사용될 수 있다.

우선, 이들은 주요 음향 스트림, 통상적으로 음성과 같이 시간에 따라서 가변되는 풍부한 정보 내용을 갖는 스트림과의 그룹을 위하여 동조될 수 있다. 이 방식으로, "새로운" 스트림이 생성될 수 있는데, 이 스트림의 정보 내용은 불량하거나, 이 스트림의 음 아이덴터티가 제어되면 될수록 전환이 작게되는 것으로서 인지된다.

이와 같은 토널 시퀀스는 지능(intelligibility)을 붕괴시키도록 음성과 같은 주요 신호와 직접 상호작용할 수 있다. 복잡한 음 또는 이들 음의 성분과 그룹화할 수 있는 주파수 성분을 부가함으로써, 토널 시퀀스는 원시적인 그룹화 프로세스와 간섭하여 주파수 그룹화가 불완전하게 되도록 한다. 이것은 인지가능하지 않거나(예를 들어, 음성이 목표 스트림일 때) 보다 덜 자극적인(예를 들어, 각각의 전환 음의 경우에)음을 생성시킨다.

본 발명에 따른 음 차단 시스템은 지각 신호 및 스트림을 전환시키는데 영향을 미치고 이와 같은 신호의 분리를 지원하는 매커니즘을 방해함으로써 이들의 명료도를 감소시킨다. 이와 같은 스트림의 견고성을 "약화" 시킴으로써, 이들의 내용은 보다 덜 인지되어 보다 덜 전환될 것이다.

두번째, 이들 토널 시퀀스는 인지가능하고 명료하게 분리된 음향 스트림을 출력하도록 설계되는데, 이것은 감지된 잡음 환경의 음향 스트림이 보다 현저할 때 보다 두드러지게 되도록 설계된다. 이것은, 예를 들어 청각 활성화를 인지할 수 없는 특정 스펙트럼 부분에서 감지된 잡음의 진폭과 출력 스트림의 진폭을 연결시킴으로써 성취될 수 있다. 감지된 음 활성도가 증가될 때, 토널 엔진의 출력 청각 스트림은 또한 보다 현저하게 되도록 배치되어 청취자가 다시 관심을 끌도록 하여 이들에 지각적으로 연결된채 유지되도록 한다.

부가적인 서브셋, 예를 들어 4개의 토널 시퀀스는 음향 환경에서 현저한 음 이벤트에 의해 트리거되는 모티브 음성이다. 각 토널 시퀀스는 단독으로 관심을 포착하도록 시도하고 스케마 활성화를 수반하는 청각 큐로서 인지될 수 있다. 이 토널 출력은 전환 음 스트림과 혼합하는 것이 아니라 오히려 청취자의 관심이 잠재의식적으로 집중되는 분리된 청각 큐를 유지시키도록 동조될 수 잇다. 이와 같은 출력은 관심을 다시 지향시키는데 사용된다.

각각의 모티브 음성은 청각 스펙트럼의 상이한 주파수 대역에서 음 스트림을 생성시키도록 동조될 수 있는데, 이것은 이 특정 대역에서 활성도에 대한 판단-수행 프로세서에 의해 활성화된다. 이 판단-수행 프로세스는 인간 청각 시스템의 프로세스와 유사하지만 훨씬 간단한 단지 일시적이고 스펙트럼적인 모델링에 좌우된다. 이 프로세스는 청각 세계에서 음 이벤트를 토널 엔진의 토널 출력에 매핑시킨다. 이것은 또한, 다른 잡음 전환원으로부터 음, 또 다른 음으로부터 스피커의 음, 도어 슬램으로부터 전화 울림 소리등을 식별하기 위하여 사용될 수 있는 정성적 판단을 행하는 복잡한 인공 지능 기술을 수반할 수 있다.

이들 4개의 모티브 음성 또는 토널 시퀀스는 심미적 조절, 취향 및 감정을 음 환경에 도입하기 위한 큰 값의 도구이다. 사용자는, 자신들이 선택한 유쾌한 음 이벤트에 걸쳐서 조절되지 않는 환경내에서 두드러지게되고 일반적으로 불유쾌한 음 이벤트를 링킹함으로써 항상 이들의 필요에 최적으로 응답하는 음 출력을 선택하고 이들의 음 환경에서 제어를 도입할 수 있다.

따라서, 인간 청각의 매커니즘에 대한 연구는, 본 발명에 따른 토널 시퀀스의 생성을 위한 지침인데, 이로 인해 이들은 스스로 음조 전환을 구성하지 않는다.

더구나, 포괄적인 인터페이스는 감지된 잡음에 대한 분석 데이터의 사용 뿐만 아니라 출력의 음악 구조에 관계되는 여러 파라미터를 동조시키기 위하여 본 발명에 따라서 생성된다.

모티브 음성은 또한 사용자에 의해 인지되는 바와 같은 즉각적인 음향 환경 및 사용자 외부의 오디오 또는 비-오디오 환경간의 충분한 인터페이스를 제공할 수 있다. 분리된 음 이벤트를 트리거링함으로써, 사용자가 이들을 초기화할 때, 사용자는 바로 옆의 또는 거리가 있는 환경에서의 변화를 인지하여 이들의 작업 프로세스 활성도를 반드시 붕괴시키지 않고도 이와 통신할 수 있다.

게다가, 본 발명을 따른 음 차단 시스템에는 RF(즉, 무선 주파수)가 제공되거나 현지에 설치된 로컬 스테이션에 의해 전송되는 파라미터를 수신하기 위한 다른 무선 접속이 제공될 수 있다. 이와 같은 파라미터는 오디오 또는 비-오디오 파라미터일 수 있다. 그리고 나서, 이 시스템은 사용자에게 중요하다라고 간주되는 전송된 정보 또는 이들의 조직에 응답하여 구성될 수 있다. 소프트웨어는 이 목적을 위하여 시스템을 주문제작하도록 사용될 수 있다.

본 발명을 따른 음 차단 시스템은 또한 인터넷으로부터 정보를 수신하도록 배치될 수 있다. 서비스 프로바이더는 웹상의 사이트를 호스트할 수 있는데, 이는 시스템(개인용 또는 상업용, 소규모 또는 대규모)의 작용에 영향을 미치도록 선택될 수 있는 여러 정보 파라미터를 포함한다. 이들은 지역, 작업 환경에서의 작업 특성, 나이, 문자, 날짜(절대적 및 상대적, 즉, 주일, 주말, 공휴일, 여름, 겨울), 날씨, 심지어 주식 시세표일 수 있다. 사용자는 이들 파라미터중 어느 파라미터가 이들 시스템의 작용을 결정하기를 원하는지를 선택하고, 이들 사용자는 또한 이들 파라미터가 시스템의 작용에 어떻게 매핑되는지를 규정한다.

그리고나서, 파라미터 세트는 시스템에 다운로딩되어, 로컬 스테이션으로부터 또는 인터넷으로부터 RF를 통해서 장치에 전송되어 시스템의 응답을 결정한다.

본 발명을 따른 음 차단 시스템은 또한 응답에 영향을 미치는 파라미터(오디오 및 비-오디오)를 실시간에서 감지하도록 배치될 수 있고, 이로 인해 사용자는 자신들의 환경의 변화를 인지한다. 시스템의 응답을 규정하기 위하여 환경으로부터 정보를 도출하는데 사용될 수 있는 센서 및/또는 데이터 프로바이더의 예로서 근접도 센서(proximity sensor), 압력 센서, 바로미터 및 시스템과 통신하여 오디오 작용을 규정할 수 있는 그 외 다른 센서 장치가 포함된다.

이와 같은 파라미터는 또한 음 차단 시스템의 다른 상호작용 품질을 강화시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 주변에서 근접도 센서를 사용함으로써, 시스템은, 누군가가 꾸준히 접근할 때 점진적으로 침묵하도록 프로그램될 수 있다.

용어 "사전설정"은 본원에서 본 발명을 따른 전자식 음 시스템의 작용을 규정하는 파라미터 세트를 나타낸다. 따라서, 사전설정은 정보 캐리어이며, 이것은 시스템의 작용을 규정한다. 사전설정은 매우 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 심지어 어떤 음 출력을 통해서 전송되는 모드를 결정할 수 있다.

특수하게 설계된 소프트웨어는 시스템 PC로 다운로드되어, 사용자가 알고리즘의 전체 기능성 및 동조성에 액세스하도록 하여 후에 사용될 수 있는 사전설정을 생성시킨다. 웹상의 사이트는 이 시스템의 전문 지식과 더불어, 청각 숙련가에 의해 개발된 사전설정을 판매하도록 설정될 수 있다. 사전설정을 다운로딩하거나 교환하기 위하여, 중앙 처리 장치 또는 전자식 음향 제어기와의 접속은, 많은 다양한 방식, 예를 들어 무선(무선 주파수 또는 적외선) 또는 무선 접속(USB 또는 그외 다른)을 사용하거나 기존에 있거나 주문 제작된 메모리 카드와 같은 주변장치를 사용하여 설정될 수 있다.

특히, 메모리 카드는 시스템 PC로 그리고 이로부터 정보를 다운로딩하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 메모리 카드는 장치(PC 주변장치)에 의해 PC와 인터페이스되는데, 이것은 액세서리, 하우징, 메모리 카드용 리셉터(receptor)로서 판매된다. 그리고 나서, 메모리 카드는 사전설정의 물리적인 표명(manifestation)으로서 간주될 수 있다.

메모리 카드는 심지어 최종 제어 및 제한된 제한성간의 선택 범위를 제공하는 피드백 제어 링크를 제공할 수 있다. 이것은 사용자가 시스템에서 상이한 레벨의 알고리즘에 걸쳐서 제어함으로써 사전설정을 생성하도록 할 뿐만 아니라 시스템의 응답에 이들 파라미터의 매핑을 규정하게 한다. 결국, 시스템의 작용 및 이에 걸친 제어는 메모리 카드를 통해서 이루어질 수 있다.

또한 마스커를 전부 생략할 수 있고, 이로 인한 본 발명의 또 다른 양상은 다음을 구비하는 전자식 음 차단 시스템을 특징으로 한다.

상기 전자식 음 차단 시스템은 ;

음 파라미터를 나타내는 제어 입력을 수신하는 수단,

제어 입력에 응답하여 대응하는 제어 신호를 제공하는 수단,

제어 신호에 응답하여 토널 시퀀스 신호를 생성시켜 토널 시퀀스를 나타내는 다수의 음 생성기 및,

토널 시퀀스 신호를 음으로 변환시키는 출력 수단을 구비한다.

본 발명은 다양한 용도를 갖는다. 예를 들어, 능동적인 잡음 처리 시스템으로서, 상점, 사무실, 병원 또는 학교에 사용될 수 있다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 후술될 것이다.

도 1에는 환경을 음향학적으로 개선하는 일반적인 장치가 도시되어 있는데, 이 장치는 커튼(10) 형태의 분할 장치를 포함한다. 이 장치는 또한 다수의 마이크로폰(12)을 포함하는데, 이 마이크로폰은 커튼(10)과 거리를 두고 위치되어 있거나, 커튼(10) 표면상에 설치되거나 이와 통합될 수 있다. 마이크로폰(12)은 디지털 신호 프로세서(DSP)(14) 및 다수의 확성기(16)에 전기적으로 접속되는데, 이는 또 다시 커튼과 거리를 두고 위치하거나 커튼(10) 표면에 설치되거나 이와 통합되어 있을 수 있다. 커튼(10)은 공기와 같은 음 안내 매체에서 불연속성을 생성시키고 우선적으로 음 흡수 장치로서 작용한다.

이 마이크로폰(12)은 주변 환경으로부터 주위 잡음을 수신하여 이와 같은 잡음을 DSP(14)에 공급하기 위한 전기 신호로 변환시킨다. 이와 같은 잡음을 나타내는 스펙트로그램(17)이 도 1에 도시되어 있다. 이 DSP(14)는 우선적으로 알고리즘을 사용하여 전기 신호를 분석하여 데이터 분석 신호를 생성시키고, 이와 같은 데이터 분석 신호에 응답하여 확성기(16)에 공급하기 위한 음 신호를 생성시킨다. 이와 같은 음 신호를 나타내는 스펙트로그램(19)이 도 1에 도시되어 있다. 확성기(16)로 부터 생성되는 음은 원래 주변 잡음(예를 들어 이 잡음으로부터 어떤 주파수가 선택되어 유쾌한 특질을 갖는 음을 생성시킨다)의 분석을 토대로 한 음향 신호인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예가 지금부터 도 2 내지 도 18을 참조하여 설명될 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 마이크로폰(12) 및 확성기(16) 둘다는 커튼(10) 자체상에 설치된다. 그렇치 않다면, 이 실시예는 도 1과 관련하여 서술되는데, 동일한 부품은 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

DSP(14)는 마이크로폰(12)으로부터 공급되는 전기 신호를 분석하여, 이와 같이 분석된 신호에 응답하여 확성기(16)를 구동하는 음 신호를 생성시킨다. 이 목적을 위하여, DSP(14)는 도 3 내지 도 18과 관련하여 후술되는 바와 같은 알고리즘을 사용한다.

도 3은 DSP(14)내의 프로세서의 개요적인 블록도인데, 이것은 유효적으로 3개의 블록을 포함하는데, 각 블록은 알고리즘 각각의 서브 루틴 또는 서브 루틴들을 수행한다. 특히, DSP(14)는 마이크로폰(12)으로부터 잡음 신호를 입력으로서 수신하여 데이터 분석 신호를 출력으로서 생성시키기 위하여 이들 신호의 특성을 분석하도록 배치되는 해석기(20)를 포함한다. 이들 데이터 분석 신호는 한편으론 마스킹 장치(22)에 공급되고 다른 한편으론 토널 엔진(24)에 공급된다. 이 마스킹 장치(22)는 마스커 출력을 공급하기 위하여 혼합되는 상이한 주파수의 한 세트의 관련된 음 신호를 생성시킴으로써 데이터 분석 신호에 응답한다. 토널 엔진(24)은 토널 시퀀스 신호를 출력으로서 생성시킴으로써 데이터 분석 신호에 응답한다. 마스킹 장치(22) 및 토널 엔진(24)의 출력은 혼합기(26)에서 혼합되어 확성기(16)로 공급하기 위한 출력 음 신호를 생성시킨다.

도 3에 도시된 바와 같이, 해석기(30)는 마이크로폰(12)으로부터의 입력 신호를 수신하는 고속 퓨리에 변환 프로세서(28) 및 상기 고속 퓨리에 변환 프로세서(28)로부터의 출력에 응답하여 해석기(20)로부터의 출력을 위한 데이터 분석 신호를 생성시키는 적분 장치(30)를 포함한다. 고속 퓨리에 변환 프로세서(28) 및 적분 장치(30)가 도 4에 보다 상세하게 도시되어 있다.

특히, 퓨리에 변환 프로세서(28)는 입력 신호의 주파수 및 진폭을 검출하여 대응하는 주파수-진폭 데이터를 검출함으로써 마이크로폰(12)으로부터의 입력 신호에 응답하는 검출 회로(29)를 포함한다. 이들 신호는 한편으로는 가중되지 않은 퓨리에 변환 신호로서 직접적으로 퓨리에 변환 프로세서(28)의 출력(28a)으로 통과한다. 이들은 또한 가중 장치(32)에 의해 통과되어, 또 다른 출력(28b)에서 가중된 퓨리에 변환 신호를 퓨리에 변환 프로세서(28)에 제공한다. 가중 장치(32)는 인간 청각 시스템의 비선형을 고려하여 입력 주파수를 조정하도록 설계된다. 예를 들어, 가중 장치(32)는 A-가중 또는 다른 기능을 사용하여 각각의 청취 지각 모델을 근사화시킨다.

적분 장치(30)에서, 가중되지 않은 퓨리에 변환 신호는 우선 스펙트럼 적분기(34)를 통해서 적분 장치(30)의 제 1 출력 (30a)로 통과되고 나서 적분 장치(30)의 제 2 출력(30b)에 통과된다. 스펙트럼 적분기(34)는 인입하는 퓨리에 변환 신호의 주파수 범위를 4개의 대역(A, B, C 및 D)로 분할하고 나서 이들 4개의 대역 각각 내에서 신호의 진폭을 평균화 한다. 4개의 대역은 후술되는 토널 엔진(24)으로 부터 출력에 의해 선택된다. 가중된 퓨리에 변환 신호는 우선 적분 장치(30)에서 제 3 출력(30c)으로 직접 통과되고 나서, 일시적인 적분기(36)를 통해서 제 4출력(30d)으로 통과된다. 이 일시적인 적분기(36)는 다수의 N개의 퓨리에 변환 시간 프레임을 구성하는 일시적인 윈도우를 설정하고 나서, 각 연속적인 세트의 N개의 시간 프레임 동안 수신되는 퓨리에 변환 신호를 평균화한다. 적분 장치(30)의 제 1 및 제 2 출력(30a, 30b)로부터의 신호는 토널 엔진(24)에 공급되는 한편, 제 3 및 제 4 출력(30c, 30d)로부터의 신호는 마스킹 장치(22)에 공급된다.

도 5를 참조하면, 마스킹 장치(22)는 코드 선택 매커니즘(38)을 특징화하는데, 이는 도 6에 보다 상세히 도시되어 있다. 이 코드 선택 매커니즘(38)은 적분 장치(30)의 제 4 출력(30d)으로부터 수신되는 시간 평균화된 신호를 모니터하고 마스커 출력의 생성시 사용하기 위한 최종 N개, 예를 들어 100개의 시간 프레임의 시간 평균화된 신호에서 나타나는 가장 특별한 주파수의 수 S, 예를 들어 6을 출력한다. 도 7(A)는 코드 선택 매커니즘(38)에 의해 수신되는 시간 평균화된 신호의 예를 도시하는데, 여기서 6개의 가장 특별한 주파수는 흑색의 사각형으로 나타난다. 그리고 나서, 이들 6개의 가장 특별한 주파수(A)는 12개의 가능한 주파수(B)와 선택 장치(40)에서 비교되는데, 이 주파수(B)는 후술되는 바와 같이 토널 엔진(24)으로부터의 신호에 응답하여 생성되고 예를 들어 옥타브 루트 및 5번째(octave roots and fifths)에 대응한다. 도 7(B)는 백색원으로 표시되는 목록 (A)의 6개의 주파수에 대한 목록 (B)의 12개의 가능한 주파수를 도시한다. 이 선택 장치(40)는 목록 (B)에서 목록(A)의 6개의 주파수에 가장 밀접하게 대응하는 6개의 주파수를 부가 처리를 위한 중심 주파수로서 선택하여 이들 6개의 중심 주파수에 대응하는 출력 신호를 공급한다. 그리고 나서, 이 코드 선택 매커니즘(38)은 가중되지 않은 퓨리에 변환 신호로부터 결정된 대응하는 실시간 진폭 레벨과 6개의 중심 주파수를 정합하고 6개의 중심 주파수의 목록을 나타내는 신호를 제 1 출력(38a)에서 생성시키고 대응하는 진폭의 목록을 나타내는 신호를 제 2 출력(38b)에서 생성시킨다.

도 5를 다시 참조하면, 6개의 진폭의 목록을 나타내는 신호는 사용자에 의해 설정된 시간 프레임 기간에 걸쳐서 6개의 진폭의 각각에 대해 진폭 평균화를 수행하는 진폭 평균화기(42)에 공급된다. 이 진폭 평균화기(42)는 6개의 음조 생성기(44a 내지 44f)에 각각 공급하기 위한 6개의 출력을 생성시킨다. 이 음조 생성기(44) 각각은 또한 코드 선택 매커니즘(38)에 의해 공급되는 6개의 중심 주파수를 나타내는 신호들중 각각 한 신호를 입력으로서 수신한다.

음조 생성기(44)는 각각의 중심 주파수 신호 및 사용자에 의해 결정된 제어 입력에 따라서 대응하는 평균화된 진폭 신호를 각각 처리하여 대응하는 출력을 생성시킨다. 각 음조 생성기(44)로부터의 출력을 세팅하여 다음에 각각 대응하도록 하는 4개의 가능한 제어 입력(45a 내지 45d)가 존재한다.

(i) 잡음 대역(45a)

(ii) 소정 샘플을 토대로 한 음(45b)

(iii) 필터링된 잡음(45c)

(iv) 음악 음의 라이브러리에 의해 생성된 음(45d)

사용자는 4개의 제어 입력(45a 내지 45d)로부터 단지 하나를 선택하거나 4개의 제어 입력중 어느 입력의 조합을 선택하여, 음조 생성기(44) 전체 동일한 것을 인가한다. 본원에서 "잡음"은 랜덤하게 생성된 음이라는 것을 알아야 한다. 진폭평균화기(42) 및 코드 선택 매커니즘(38)으로부터의 출력과 함께 사용자로부터의 제어 입력은 각 음조 생성기(44)로부터의 출력을 결정한다. 도 7(C)는 잡음 대역 및 필터링된 잡음의 예이고 필터링된 잡음에 대한 제어 입력이 선택될 때 음조 생성기(44)의 출력을 또한 나타낸다. 음악 음의 라이브러리에 의해 생성된 샘플 또는 음을 토대로 한 음의 경우에, 신호 파형이 훨씬 더 복잡하게 된다는 것을 알수 있을 것이다.

도 14는 가능한 제어 입력(45a 내지 45d)가 도시된 DSP(14)의 스크린상에서 이용가능한 디스플레이를 예로서 도시한 것이고 예를 들어 마우스 수단에 의해 선택되고 가변적으로 설정될 수 있다.

모든 음조 생성기(44)로부터의 출력은 혼합기(46)에 공급되어 마스킹 장치(22)로부터의 마스터 출력을 생성시킨다.

지금부터, 도 3, 도 8, 도 11 내지 도 13 및 도 15 내지 도 18을 참조하면, 토널 엔진(24)은 해석기(20)의 제1 출력(30a)으로부터의 신호에 응답하여 제어 신호를 생성시키는 매핑 장치(48) 및 상기 매핑 장치(48)로부터의 제어 신호에 응답하여 토널 엔진(24)으로부터의 출력을 공급하는 토널 시퀀스 생성기(50)를 포함한다. 이 매핑 장치(48)가 도 8에 도시되어 있고, 이 토널 시퀀스 생성기(50)는 도 11 내지 도 13에 도시되어 있다. 이 토널 시퀀스 생성기(50)가 먼저 설명될 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 토널 시퀀스 생성기(50)는 8개의 음성 생성기(52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 및 66)를 포함하여 우선 사용자 입력(51a 내지51d 및 61a 내지 61d) 각각에 따라서 그리고 나서 매핑 장치(48)로부터 수신된 입력에 따라서 토널 시퀀스를 나타내는 신호를 생성시킨다. 이 음성 생성기(52 및 54) 각각은 음악 코드 및 아르페지오(arpeggios)를 나타내는 신호를 생성시키기 위하여 배치된다. 이들 음성 생성기는 매핑 장치(48)로부터의 신호에 응답하는 것이 아니라 단지 사용자 입력(51a 및 51b)에 응답한다. 음성 생성기(56 및 58)는 음악 코드 및 아르페지오를 나타내는 신호를 생성시키기 위하여 배치되지만, 이 경우에 이들은 사용자 입력(51c 및 51d)에 응답하고 매핑 장치(48)로 부터의 신호에 응답한다. 음성 생성기(60 내지 66) 각각은 매핑 장치(48)로부터 수신된 입력에 의해 수정된 바와 같이 사용자 입력(61a 내지 61d)에 따라서 결정된 음조의 시퀀스를 나타내는 신호를 생성시킨다.

특히, 사용자는 모두 8개의 음성 생성기(52 내지 66)에 입력을 인가하여, 음의 타입, 예를 들어 플루트 또는 피아노, 리듬 및 필요로되는 음 속도를 결정한다. 사용자는 또한 프로그래밍 세팅(70 및 72)에 대한 입력을 선택하여 코드 및 아르페지오 음성 생성기(52 내지 58)에 필요로되는 음악 키 및 하모니 프로그레션 각각을 결정한다. 게다가, 사용자는 입력 세팅(74 및 76)을 선택하여 하모니 프로그레션 및 전개 또는 음성 생성기(60 및 62)에 대해 각각 필요로되는 시퀀스 노트 선택에 대한 제한을 결정한다. 최종적으로, 사용자는 입력 세팅(78 및 80)를 선택할 수 있는데, 각각은 세팅(74 및 76)에 대응하지만, 음성 생성기(64 및 66)을 제어하기 위한 것이다.

세팅 회로(70 내지 80) 및 음성 생성기(52 내지 68)는 도 12 및 도 13에 또한 도시되어 있다. 도 12에 도시되고 우선 세팅 회로(70 및 72)를 우선 참조하면, 이들은 클럭 회로(82)로부터 타이밍 신호를 수신한다. 하모니 프로그레션용 세팅 회로(72)는 선택되는 경우 어떤 피치 클래스(pitch class)를 유지하기 위하여 음성에 대한 비트면에서 최소 및 최대 지속시간을 나타낸다. 이 세팅 회로(72)는 또한 "고조파 베이스" 세팅을 나타내는 테이블 또는 확율 스케일 형태로 사용자 입력(75)을 수신하도록 배치된다. 이 세팅 회로(72)는 이들 입력(73, 75)로부터 다음과 같은 3개의 출력(72a, 72b, 및 72c)를 계산한다. 이 출력(72a)은 그 코드의 베이스의 피치 클래스를 나타내는 수의 형태의 "gpresentchord"로 지정된 신호이다. 출력(72b)는 "mchordchange"로 지정된 신호인데, 이것은 코드 선택을 초기화한다. 이 출력(72c)은 사용자 입력 토닉(tonic)에 의해 옵셋되는 피치 클래스를 나타내는 "gbasepitchclass"로 지정된 신호이다. 이들 3개의 신호는 세팅 회로(70)의 모드 마스터 코드 선택 회로(70')에 공급되는 한편, 신호"gpresentchord"는 또한 음성 생성기(52 내지 58)각각에 공급된다.

세팅 회로(70)는 출력을 위한 가능한 노트의 목록을 생성시키는 마스터 코드 선택 회로(70') 및 출력(70a)에서 제어 신호를 생성시키기 위하여 마스터 코드 처리 회로(70")를 포함한다. 마스터 코드 선택 회로(70')는 활성화 신호 형태의 사용자 입력(77)을 수신하여 마스터 코드 선택 회로를 활성화시키고 전체 출력을 위하여 가능한 노트의 선택을 위한 베이스를 제공하는 확율 크기 또는 테이블 형태의 입력(77b)을 수신하도록 배치된다. 그리고 나서, 마스터코드 선택(70')은 토널 엔진(50)에 의한 출력을 고려하는 가능한 노트의 목록을 계산하여 이들을 마스터 코드 처리 회로(70")에 공급한다. 이 마스터 코드 처리 회로(70")는 예를 들어 이들이 모두 다수 또는 소수의 음악 키 중 단지 하나와 관계되는지 여부를 결정함으로써 이 노트의 조합의 음악 가능성(musical feasibility)을 평가하고, 출력(70a)에서 이 노트의 조합을 나타내는 신호를 공급하거나 마스터 코드 선택 회로(70')에 피드백 신호를 제공하여 상기 회로가 새로운 가능한 노느 목록을 고려하도록 생성시킨다. 출력(70a)에서 마스터 코드 처리 회로(70")에 의해 공급되는 출력은 마스커 코드 세팅을 나타내는 "mpresentchord"로 지정된 신호인데, 이것은 음성 생성기(52 내지 58) 모두에 공급된다.

도 13을 지금부터 참조하면, 음성 생성기(52 내지 58)로의 각종 입력이 도시되는데, 이것은 세팅 회로(72)로부터 입력 신호"gpresentchord" 및 세팅 회로(70)로부터의 신호 "mpresentchord" 뿐만 아니라 사용자 입력(51a 내지 51d)를 나타낸다. 게다가, 음성 생성기(52 내지 58)는 사용자 입력 토닉을 나타내는 신호 "gtonic"을 수신하고, 음성 생성기(56 및 58)는 매핑 장치(48)로부터 스케일링 입력 신호를 수신한다.

도 16 및 도 17은 예를 들어 DSP(14)의 스크린상에 이용가능한 디스플레이를 나타내는데, 이 스크린상에 가능한 사용자 입력(51a 내지 51d 및 73, 75 및 77)이 표시되고 예를 들어 마우스에 의해 선택되고 가변적으로 설정될 수 있다.

도 16은 다음과 같이 사용자 입력(51a 내지 51d)를 나타내는 스크린 윈도우를 도시한다.

패턴 : 사용할 패턴 유형을 선택하라. 이용가능한 세팅은 '매우 규칙적", '규칙적', "케이오틱(chaotic)', '그루비(groovy)' 및 "조밀(dense)'이다.

패턴 속도 : 패턴의 밀도, 바(bar)당 노트의 수(1= 최소, 6 = 가장 조밀)를 결정하라.

최소 피치 : 출력될 최소 피치를 선택하라.

지속_크기(0.1-2.0) : 노트의 지속기간을 스케일링한다(2.0은 1.0에서의 노트 길이의 두배인 노트를 생성시킨다. 1.0 보다 큰 값은 다음의 노트와 중첩한다. 가능한 값 : 0.1-2.0)

속도 : 중간-출력의 속도를 선택하라.

채널 : 중간-출력의 채널을 선택하라.

군 : 사용하기 위한 합성 군을 선택하라.

프로그램 : 사용할 프로그램을 선택하라.

도 16은 또한 사용자 입력(73, 75, 77a 및 77b)를 제공하기 위하여 도 17에 도시된 스크린 윈도우에 액세스하는 선택 표시자(71a 및 71b)를 도시한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 최소/최대 사용자 세팅(&3)은 수로서 설정되어 선택된 경우 어떤 피치 클래스에서 유지되도록 생성된 음성을 위한 가능한 지속시간(비트)의 범위를 결정한다. 이 세팅(75)은 일련의 멀티-슬라이더로서 도시되어 있는데, 이 슬라이터 각각에 대해 확율 스케일(도시된 바와 같은, 1, 2b, 2, 등)가 사용자에 의해 선택될 수 있다. 동일한 높이의 바는 1, 2b 등중 어느 하나의 선택을 위한 동일한 확율을 나타낸다. 이 세팅(77a)은 사전 프로그램된 노트 조합(다수-트라이드(major-triad), 소수-트라이드, 다수, 소수, 5음, 반음, 등)의목록으로부터 노트 출력 확율을 선택하고, 이 세팅(77b)은 부가적인 일련의 멀티-슬라이더를 포함하는데, 이 슬라이더 각각에 대해 사용자는 전과 같은 확율 스케일(도시된 바와 같은, 1, 2b, 2 ,등)를 설정할 수 있다. 사용자는 세팅(77a, 77b)중 하나만을 선택한다.

지금부터, 도 11, 도 13(A) 및 도 13(B)를 참조하면, 이 세팅(74 내지 80), 사용자 입력(61a 내지 61d) 및 음성 생성기(60 내지 68) 각각의 회로 구성이 지금부터 서술될 것이다.

도 13(A) 및 도 13(B)에 도시된 바와 같이, 범용 하모니를 나타내는 세팅(74, 78) 및 모티브 음성 파라미터를 나타내는 세팅(76, 80)은 사용자 입력(61a 내지 61d) 및 신호 "gtonic", 마스터 코드 처리 회로(70")로부터의 신호 "mpresentchord" 및 매핑 장치(48)로부터의 입력과 함께 음성 생성기(60 내지 68)에 공급된다.

각 모티브 음성 생성기(60 내지 66)는 선형 프로그레션 생성기(100)를 사용하는데, 이것은 세팅(76, 80) 및 사용자 입력(61a 내지 61d)을 사용하여 멜로디의 프로그레션을 토대로 한 노트 제안을 생성한다. 그리고 나서, 제안된 노트를 나타내는 출력은 선형 프로그레션 생성기(100)에 의해 고조파 필터(102)에 공급되는데, 이것은 노트가 필터링 출력되는지 세팅(74, 78)에 좌우되는지 여부를 판단한다. 만일 그렇치 않다면, 고조파 필터는 출력을 스냅 매커니즘(104)에 공급하는데, 이것은 특정 시퀀스의 최종 노트를 공급하는 바와 같이 선형 프로그레션 생성기(100)로부터의 신호에 의해 활성화되고 음악 코히어런스를 보장하도록 상기 노트를 신호"mpresentchord"로 표시된 마스커 코드에 스냅함으로써 응답한다.

선형 프로그레션 생성기(100) 및 고조파 필터(102)를 제어하는 세팅은 도 16 및 도 18에 부가적으로 도시되어 있다. 이들 도면은 예를 들어 DSP(14)의 스크린상에 이용가능한 디스플레이를 나타내는데, 상기 스크린상의 윈도우 세팅(81)에 의해 액세스되는 세팅(76, 80)을 나타내는 입력의 입력 및 상기 스트린 상의 윈도우 세팅(85)에 의해 액세스되는 입력(74, 78)을 나타내는 부가적인 일련의 입력(83) 뿐만 아니라 이 스크린상에서 가능한 사용자 입력(61a 내지 61d)이 표시되고 예를 들어 마우스에 의해 선택되어 가변적으로 설정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 입력(87)은 일련의 멀티 슬라이더를 포함하는데, 이 슬라이더 상에 사용자는 현재 코드를 선택하는 테이블 또는 확율 스케일을 설정하는 한편, 각각의 입력(83)은 부가적인 멀티 슬라이더를 포함하여 후술되는 바와 같이 모티브 음성의 전개를 설정한다.

상술된 바와 같이, 각각의 선형 프로그레션 생성기(100)는 확율 스케일(87)을 사용하여 멜로디의 프로그레션을 토대로 가능한 노트에 대한 제안을 생성하고, 고조파 필터(102)는 이 노트가 두 종류의 파라미터를 조절함으로써 사용자에 의해 설정될 입력(83)을 토대로 한 가중 인터벌 확율 세팅을 사용하여 재생되어야 한다. 한편으로는, 사용자는 인터벌 확율 테이블(83a)(보다 높은 여러 음조까지 이동하거나 동일한 노트상에 머물르게 하는 높거나 낮은 확율), 한 방향에선 인터벌의 최대 수(83b), 연속적인 작은 인터벌(83c)의 수, 연속적인 최대 인터벌(83d)의 수, 모티브 음성 생성기에 의해 출력되도록 하는 어떤 한 방향에서 인터벌(83e)의 최대 합을 규정한다. 다른 한편으로는, 사용자는 토널 시퀀스의 주파수 범위를 규정하는 방식으로 최소, 최대, 제 1 및 중심 피치(83f)를 설정한다. 제안된 노트가 현재 피치 클래스를 위하여 범용 하모니들에 의해 인에이블되는 경우, 이 노트는 모티브 음성 생성기에 의해 출력된다. 만일 그렇치 않다면, 또 다른 노트가 제안된다.

도 16에 도시된 바와 같이, 모티브-음성용 세팅 파라미터를 포함하는 사용자 입력(61a 내지 61d)는 다음을 포함할 수 있다.

퀀타이즈 온/오프(QUANTIZE ON/OFF): 리듬적인 그리드로 각각의 모티브 음성을 활성화시키기 위하여 양자화가 인입하는 트리거를 스냅하는지를 선택하라.

퀀타이즈 유닛(QUANT.UNIT) : 제어 패널에서 일시적인 세트에 따라서 양자화 그리드의 유닛을 선택하라.

사이클 지속기간(CYCLE-DUR) : 초 단위로 모티브 음성의 페이드-인/페이드-아웃 사이클의 지속기간을 설정하라. 이 페이드-인/페이드-아웃 사이클은 테이블 "voicecycle"에 포함된 인벨롭을 따름으로써 음성의 속도를 스케일 한다. 테이블을 다시 드로잉함으로써, 페이드-인/페이드-아웃 사이클의 궤도가 변경될 수 있다.

사이클 온/오프(CYCLE ON/OFF) : 속도 하에서 설정된 속도로 음성 재생을 활성화하지 않는 경우, 모티브 음성의 사이클-기능을 활성화하라.

세팅 개방(OPEN SETTINGS) : 모티브 음성 생성기 A 및 B 또는 C 및 D 각각에 대한 모티브 음성 파라미터(76 또는 80)을 개방하라.

지금부터 도 18을 참조하면, 선형 음성 세팅(87)(즉, 모티브 음성 파라미터) 및 디스플레이 특징(83 내지 83f)가 후술될 것이다.

한 로우에서 크거나 작은 인터벌의 최대 수 [작음](디폴트 = 5, 큼 (디폴트 = 2)

이들 두개의 수는 선형 음성 멜로디에서 인터벌-크기를 결정한다. 플레이되는 모든 작은 인터벌로 인해, 작은 것으로 되는 다음 인터벌동안 우도(likelihood)는 감소하고, 큰 것이 되는 다음 인터벌동안 우도는 증가한다.

확장된 4개 까지의 모든 인터벌이 작은 인터벌이라고 간주되지만, 상기 모든 것은 큰 인터벌로 간주된다.

한 방향에서의 인터벌의 최대 수 : 크고 작은 인터벌-세팅과 유사하게 동작하라. 모든 인터벌이 상승됨으로써, 생성되는 다운로드 인터벌동안의 확율은 증가한다. 모든 인터벌이 다운되는 동안, 간격이 상승하는 동안의 확율은 증가한다. 또 다른 방향으로 진행하기 위한 확율의 증가 또는 감소 속도는 한 방향에서 인터벌의 최대 수로 설정된다.

중심-피치 : 음성의 중심 피치를 설정하라. 이것은 음성의 멜로디 중심이다.

최소 피치 : 이 임계값 아래의 모든 노트는 옥타브 상향으로 트랜스포즈될 것이다.

최대 피치 : 이 임계값 위의 모든 노트는 옥타브 하향으로 트랜스포즈될 것이다.

인터벌-확율 : 다른것에 대하여 선택될 각 인터벌 동안의 확율을 설정하라.

이들 값은 가중된 확율에 의해 토널 출력에 영향을 미친다. 이해할 수 있는 일부 값은 이 프로세스로 제한되는 한편, 다른 것은 판단 수행 프로세스에서 가중된 영향을 갖는다. 전체 매커니즘은 토널 출력을 생성시키는데, 이것은 어떤 제어 특성이지만 항상 다양한 방식으로 전개된다.

도 8을 참조하면, 매핑 장치(480가 서술될 것이다. 이 매핑 장치는 우선 4개의 상이한 주파수 대역(A, B, C 및 D)로 평균화된 진폭 신호를 나타내는 적분기(20)의 제 1 출력(30a)으로부터 신호를 수신한다. 이와 같은 신호는 승산기(82)에 공급되고, 이 승산기는 4개의 사용자 설정된 승산 팩터(41)를 이들 신호의 대응하는 에너지 레벨 또는 진폭에 인가하여 4개의 조절된 대역 신호를 출력으로서 생성시킨다. 이와 같은 승산 팩터는 또한 상이한 잡음 환경을 분석한 후 전문가에 의해 사전설정될 수 있다. 이들 4개의 조절된 대역 신호는 각각 활성화 장치(84) 및 패턴 인식 장치(86)에 인가된다.

이 활성화 장치(84)는 도 9에 부가적으로 도시되고 일련의 비교기(88)를 포함하는데, 이 비교기 각각은 조절된 대역 신호의 진폭을 사용자에 의해 설정된 단일 임계 레벨(43)과 비교한다. 임계 레벨(43)이 각 경우에서 초과되지 마자, 각 비교기(88)가 음성 생성기(60, 62, 64 또는 66)중 관련된 한 생성기를 활성화시키는 트리거 신호를 생성시킨다. 이로 인해, 4개의 모티브 음성이 생성된다. 모티브 음성 A는 대역 A와 관련되고, 모티브 음성 B, C, D는 대역 B, C, D 각각과 관계된다.

패턴 인식 장치(86)는 도 10에 도시되고 일련의 비교기(90)를 포함하는데, 비교기 각각은 4개의 사용자 설정된 임계 레벨(47)을 규정한다. 대역 조절 신호 각각은 비교기(90)에 인가되는데, 여기서 각 대역 조절 신호는 4개의 임계 레벨 각각과 비교된다. 일련의 4개의 타이머(92)는 임계 레벨이 초과되는 각 경우에 대한 타이밍을 모니터하고, 기억장치(94)는 각 경우에 대해 4개의 조절된 대역 신호를 위하여 초과된 임계 렙ㄹ 및 관련된 타이밍을 등록한다. 패턴 인식 장치(96)는 기억 장치(94)에 포함된 정보를 모니터하여 이와 같은 정보를 처리하여 음성 생성기(60, 62, 64 및 66)각각을 조절하는 4개의 세트의 출력을 제공한다.

패턴 인식 장치(86)는 간단한 패턴 인식 기술을 토대로 동작하여 어떤 주파수 대역에서 에너지 레벨 대 시간 패턴을 비교함으로써 잡음 환경간을 식별하여 적절한 응답을 생성시킨다.

도 8을 참조하면, 매핑 장치(48)는 또한 해석기(20)의 출력(30c)으로부터 가중된 퓨리에 변환 신호를 수신하여, 이들을 진폭 평균화 장치(98)에 인가하여 사용자에 의해 설정된 시간 프레임(49) 기간에 걸쳐서 평균화를 수행한다. 이 진폭 평균화 장치(98)는 진폭 평균화된 신호를 매핑 장치(48)용 출력으로서 생성시켜 음성 생성기(56 및 58)로부터 신호의 진폭 조절을 위한 토널 시퀀스 생성기(50)에 공급한다. 게다가, 매핑 장치(48)는 적분 장치(30)로 피드백되는 것 처럼 패턴 인식 장치(96)의 매핑을 토대로 출력을 공급하여 적분 장치(30)에 설정된 4개의 상이한 주파수 대역을 결정한다.

도 15는 예를 들어 DSP(14)의 스크린상에서 이용가능한 디스플레이를 도시하는데, 이 스크린상에서 가능한 입력(41 내지 47)이 표시되고 예를 들어 마우스에 의해 선택되어 가변적으로 설정될 수 있다.

상술된 바와 같이, 이에 따라서 조절된 음성 생성기(52 내지 66)는 혼합기(26)에 공급하기 위한 토널 출력을 나타내는 신호를 생성시킨다. 마찬가지로, 토널 시퀀스 생성기(50)는 세팅 회로(70)를 통해서 코드 루트 신호를 생성시켜 상술된 목록 (B)를 구성하는 12개의 가능한 주파수를 결정한다.

DSP(14)의 출력은 혼합기(26)로부터 출력된 음 신호를 구성하여 확성기(16)에 공급한다. 이들 음 신호는 입력 잡음 및 사용자 입력을 토대로 하지만 귀를 즐겁게하는 복잡한 음조 신호를 나타낸다는 것을 알수 있을 것이다.

바람직한 실시예에서, 하나 이상의 스피커 장치는 토널 출력 및 마스커 출력을 각각에 제공된다. 예를 들어, 4개의 확성기는 각각 하나로 채널이 맞춰진 토널 출력의 상이한 성분을 지닌 토널 출력에 대해 사용될 수 있다. 이 장치는 풍부한 음 환경을 조성하는데 유용하다.

지금부터 도 19 내지 도 22를 참조하면, 이들은 도 3 내지 도 18을 참조하여 상술된 디지털 신호 처리기의 실제 실시예를 도시한 것이다. 동일한 부품은 동일한 참조 번호가 병기되어 있고, 단지 차이가 나는 부분만이 설명될 것이다.

도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, DSP(14)는 다음의 회로, 즉 적분 장치(30), 마스킹 장치(22) 및 토널 엔진(24)을 포함하는 프로세서(122) 및 해석기(20)와 부분적으로 대응하는 디지털 신호 프로세싱 장치(120)를 포함한다. 이 프로세싱 장치(120)는 마이크로폰(12)에 의해 픽업되는 음 환경의 정확한 스펙트럼 표현을 생성시키도록 설계되고, 음향 에코 소거기(124) 뿐만 아니라 내부 또는 외부 ROM 또는 EPROM과 함께 고속 퓨리에 변환 프로세서(28)를 포함한다. 이 프로세서(122)는 마이크로프로세서 유닛을 포함하여 상술된 바와 같은 알고리즘의 주 서브루틴에 의해 규정된 연산 동작을 수행한다. 이를 위하여, 이 프로세서(122)는RAM(124) 및 ROM(126)을 사용하는데, 이는 내부 또는 외부 장치중 어느 하나이지만 본원에선 외부 장치로서 도시되어 있다. DSP(14)는 또한 상술된 혼합기(26) 및 악기 디지털 인터페이스 장치(MIDI)(130)를 포함한다. 제어기(132)는 DSP(14)에 접속되어 예를 들어 도 14 내지 도 18과 관련하여 상술된 바와 같은 사용자 입력을 제공한다.

도 21을 참조하면, 마이크로폰(12)은 어레이(134)로 배열되어, 이들 각각이 음 환경에서 잡음원(136)과 상이한 지향 관계를 갖도록 한다. 이것은 시스템이, 입력 잡음이 어디에서 나오는지를 평가하여, 입력 잡음 신호의 보다 정확한 스펙트럼 분석을 실행함으로써, 이 시스템이 특정 장소에서 생성된 잡음에 선택적으로 응답하도록 한다.

도 22를 참조하면, 프로세싱 장치(120)의 음향 에코 소거기(124)의 기능이 설명될 것이다. 도시된 바와 같이, DSP(14)는 각 마이크로폰(12)으로부터 수신된 입력 신호를 토대로 확성기(16)에 공급하기 위한 출력을 제공한다. 확성기(16)에 의해 생성된 음은 예를 들어 선(A 및/또는 B)를 따라서 마이크로폰(12)으로 다시 반사될 수 있다. 이와 같은 음향 에코를 소거하기 위하여, 음향 에코 소거기(124)는 DSP(14)로부터 피드백 루프에서 제공되고, DSP(14)로부터의 출력 신호는 음향 에코 소거기(124)로 피드백되어 확성기(16)로부터 음향 에코의 영향을 소거한다.

MID1(130)는 혼합기(26)로 공급되는 이들 신호에 앞서 토널 엔진(24)에 의해 출력되는 합성 신호에 작용한다. MIDI(130)는 음 신호를 생성시켜 확성기(16)로 공급하기 위하여, 음 샘플의 라이브러리 및 합성 신호를 포함하는 ROM 및 RAM을 포함한다. 특히, MIDI(130)는 토널 출력으로부터 혼합기(26)로의 출력을 수신하도록 배치되는 한편, 마스킹 장치(22)는 혼합기(26)에 직접 접속된다.

마이크로폰 어레이(134), 음향 에코 소거기(124) 및 MIDI(130) 전부는 상업적으로 이용가능한 제품이다.

지금부터, 도 19에 도시된 제어기(132)를 참조하면, 이것은 도 3 내지 도 15에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 1 실시예와 관련하여 상술된 사용자 세팅을 입력하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 이 제어기(132)는 또한 본 발명을 따른 전자식 음 시스템의 작용을 규정하는 다른 파라미터 세트의 입력을 위하여 사용될 수 있다. 이들 파라미터 세트는 "사전설정"이라 하고, 이와 같은 사전설정은 인터넷 또는 웹 또는 모뎀 접속 또는 메모리 카드와 같은 주변 장치 또는 다른 소프트웨어 운반 장치로부터 제어기(132) 또는 DSP(14)로 다운로딩될 수 있다.

그러므로, 도 19 내지 도 22에 도시된 본 발명의 실시예는 사실상 도 3 내지 도 18과 관련하여 일반적으로 서술된 것과 같이 동작한다.

상술된 DSP가 본 발명을 수행하는데 필요로 되는 하드웨어와 관련하여 주로 설명되었다는 것을 알수 있을 것이다. 물론, 본 발명은 또한 상술된 시퀀스 기능을 수행하는 적절한 소프트웨어에 의해 실행될 수 있다는 것을 알수 있을 것이다.

본 발명은 모듈러로 손쉽게 구성되고, 이것은 업그레이드 및 호환성면에서 많은 이점을 갖는다. 하드웨어 및 소프트웨어 성분의 매트릭스가 생성되는데, 이들의 조합은 상이한 성능을 갖는 상이한 제품을 생성시킨다.

각종 변형이 또한 가능하다.

예를 들어, 마이크로폰이 생략될 수 있으며, 또는 이들을 포함할 수 있지만 DSP(14)는 토널 시퀀스를 생성시키는 성능을 갖지 않는다. 첫번째 경우에, 시스템은 감지된 음에 응답하지 않고 대신 사용자 세팅 또는 사전프로그램된 사전설정에 응답하여 마스커 음 및 토널 시퀀스를 생성시켜 풍부하고 자극적인 음 환경을 생성한다. 두번째 경우에, 이 시스템은 다운그레이드된 DSP(14)를 갖는데, 이것은 MIDI 칩셋을 필요로하고 아마도 프로세서 및 RAM/ROM의 기능을 저하시킬 것이다.

유사하게, 이용가능한 알고리즘의 여러 버젼이 있을 수 있는데, 이것은 토널 엔진을 필요로하거나 덜 복잡한 매핑 매커니즘을 따르는 스트립 다운 버젼(stripped down version)을 갖는다. 이것은 또한 모든 알고리즘 서브루틴이 독립적으로 사요될 각종 소프트웨어 모듈을 고려하는 주 구조와 관계하도록 설계되는 알고리즘 소프트웨어용 모듈러 설계를 갖음으로써 성취될 수 있다.

이 시스템이 주변 잡음/음 환경과의 상호 작용하는 모드로 동작시킬 또 다른 가능성이 있다. 코드 선택 매커니즘(38) 및 진폭 평균화 매커니즘(42)을 위한 여러 기능을 사용에 의한 마스커 출력 또는 매핑 서브-루틴 및 매핑 장치(48)로부터 의 제어 데이터를 토널 엔진(50), 특히 4개의 모디트 음성 생성기(60 내지 68)로 공급하는 여러 장치를 사용에 의한 토널 엔진 출력의 변형을 통해서 각종 선택을 할 수 있다.

토널 출력을 토대로 한 상호작용 모델을 위한 한가지 가능성은 4개의 선형 음성의 작용을 특징으로 하는데, 이 음성 각각은 각 주파수 대역에 할당된다. 음성 및 주파수 대역간의 관계는 이중적이다. 각각의 음성은, 주파수 대역의 평균 에너지가 설정된 임계값을 침범하는 경우 트리거되고, 토널 출력이 주파수 대역의 작동 범위와 동일한 주파수 범위내에 있다. 이 모델은 감지된 입력에 따라서 출력의 진폭을 동적으로 조절하게 한다. 증가된 활성도가 매커니즘(86)에 의해 감지되어 현저한 청각 큐에 응답할 때, 모티브 음성(패턴, 패턴 속도)의 어떤 특징은 감지된 잡음과 보다 양호하게 상호작용하도록 변경된다. 결국 반응적인 음성의 모든 파라미터는 자동적으로 조정될 수 있다.

이 예에서, 전환을 구성하는 스펙트럼이 크면 클수록, 출력 스트림과 보다 많이 상호작용하게 된다. 이 장치의 주 목적은 왜곡 음과 그룹화되는 인접 주파수 성분을 제공함으로써 스펙트럼 적분을 이루는 것이다. 또한, "우발적인 마스킹(masking by chance)"를 성취할 가능성을 증가시키는 것이다. 음 활성도의 주파수 범위내의 토널 출력이 존재하는 경우, 동일 범위내에서 출력되는 음은 부분적으로 음성을 마스킹할 수 있다.

이와 같은 상호작용 모델에 대한 또 다른 가능성은 4개의 선형 음성인데, 이들 모두는 동일한 주파수 대역으로 할당된다. 예를 들어, 이 모델은 대부분의 음성이 생성되는 200 및 4000Hz에 집중될 수 있다. 이 예에서, 4개의 각각의 음성을 트리거하는 4개의 임계값이 존재한다. 이 선형 음성은, 각 임계값이 오버컴(overcome)될 때 차례로 순차적으로 트리거되도록 배치된다.

음성들중 두개의 음성은 스펙트럼 적분을 위하여 사용되고, 두개는 명백하게 감지된 신호와 분리되어 관심을 이끈다.

이 예에서, 감지된 잡음 환경에서 에너지가 크면 클수록, 출력 스트림 또한크게되어, 토널 엔진은 청취자와 관련되는 또 다른 스트림을 제공하기 위하여 생성된다. 본원의 주 목적은 "우발적인 마스킹"을 성취할 가능성을 증가시키는 것이다. 음성 활성도의 주파수 범위내에 토널 출력이 존재하는 경우, 동일한 범위내에서 출력하는 음은 부분적으로 음성을 마스킹할 수 있다. 또 다른 목적은 스케마의 트리거링을 따르고, 청취자가 잡음 레벨/활성도가 증가할때를 추종하도록 음 환경에서 항상 충분한 큐가 존재하도록 하는 것이다.

Claims (26)

1. 전자식 음 차단 시스템에 있어서,

   음향 에너지를 수신하여 그것을 전기 신호로 변환하기 위한 수단,

   상기 전기 신호의 분석을 수행하여 데이터 분석 신호를 생성하기 위한 수단,

   음을 표시하는 신호를 생성하기 위해 데이터 분석 신호에 응답하는 수단, 및

   상기 음 신호를 음으로 변환하기 위한 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 분석을 수행하기 위한 상기 수단은 퓨리에 변환 처리를 수행하기 위해서 장치되는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 데이터 분석 신호에 응답하는 수단은 상기 입력 음향 에너지의 방해를 검출하며 그에 따라서 음 신호의 생성을 판단하기 위한 마스킹 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
4. 전술된 항 중 어느 한 항에 있어서,

   스펙트럼 콘텐츠 및/또는 출력 음 신호의 진폭 레벨을 조절하기 위한 마스킹 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 음 신호를 생성하기 위한 수단은 입력 신호의 각 큐를 배치하며 각 큐를 토대로 하여 음 신호에 음 구조를 부과하기 위한 선택 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 전자식 음 차단 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 입력 신호내의 각각의 큐는 특별한 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 전자식 음 차단 시스템.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 각각의 큐는 음 이벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택 장치는 상기 각각의 큐를 토대로 하여 음 신호에 토널 구조를 부과하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 음 생성을 위한 수단은 토널 시퀀스 신호를 생성하기 위한 토널 엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 토널 엔진은 패턴 인식을 수행하며 상기 토널 시퀀스 신호를 제어하기 위해 대응하는 제어 신호를 생성하기 위한 데이터 분석 신호에응답하는 매핑 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
11. 제 8, 9 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토널 구조는 페이스 및 리듬 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토널 구조는 시퀀스 표시 스펙트럼 및/또는 청각 응답의 시간 그룹핑을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토널 구조는 노트, 코드 음 및 아르페지오 음의 고조파 수열중 적어도 하나를 표시하는 시퀀스인 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토널 구조는 확율 가중치를 토대로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 토널 구조는 선택된 확율 테이블로 부터 결정되는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
16. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 음향 에너지를 수신하기 위한 수단은 음향 에너지의 방향성 입력을 표시하는 복수의 전기 신호를 생성하기 위해서 배치되는 적어도 하나의 마이크로폰을 갖는 마이크로폰 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
17. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서,

    제어 입력을 제공하기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 제어기는 수동으로 세팅가능한 사용자 입력을 제공하기 위해서 장치되는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제어기는 인터넷 접속, 모뎀, 무선 접속, 케이블 접속 및 메모리 장치중 적어도 하나에 의해서 제어 입력을 수신하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 입력을 기록하기 위한 메모리 저장장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
21. 전항중 어느 항 항에 있어서,

    제어 입력을 제공하기 위한 사전-프로그램된 메모리 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
22. 전자식 음 차단 시스템에 있어서,

    음 파라메터를 표시하는 제어 입력을 수신하기 위한 수단,

    대응하는 제어 신호를 제공하기 위해서 상기 제어 입력에 응답하는 수단,

    토널 시퀀스를 표시하는 토널 시퀀스 신호를 생성하기 위해서 상기 제어 신호에 응답하는 복수의 음 생성기들, 및

    상기 토널 시퀀스 신호를 음으로 변환하기 위한 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 제어 입력은 또한 확율 함수를 표시하며, 상기 음 생성기들은 확율 가중치를 토대로 하여 토널 시퀀스 신호를 생성하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 제어 입력을 제공하기 위한 수단은 상기 음 차단 시스템의 사용자 설정을 허용하기 위해 수동으로 조정가능한 입력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
25. 제 22 항 내지 제 24 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 입력을 제공하기위한 수단은 메모리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 음 차단 시스템.
26. 첨부된 도면을 참조하여 본원에 특별히 설명된 그리고 첨부된 도면에 도시된 바와같은 전자식 음 차단 시스템.