KR20050034193A - 음장 보정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

잡음 신호를 생성하는 잡음 신호 생성부, 생성된 잡음 신호를 음으로 재생하는 신호 재생부, 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환하는 재생음 검출부, 변환된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리하는 주파수 대역 분리부, 분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨 보상값을 산출하는 신호 레벨 보상값 산출부, 및 주파수 대역별 보상값으로 주파수 대역별 신호 레벨을 보상하는 신호 레벨 보상부를 포함하는 음장 보정 장치 및 잡음 신호를 생성하는 잡음 신호 생성 단계, 생성된 잡음 신호를 음으로 재생하는 단계, 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환하는 단계, 검출된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리하는 단계, 분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨을 보상값을 산출하는 단계, 및 주파수 대역별 보상값으로 주파수 대역별 신호 레벨을 보상하는 단계를 포함하는 음장 보정 방법이 개시되어 있다.

Description

음장 보정 장치 및 방법{Method and apparatus for correcting sound field}

본 발명은 음향 재생 장치에 관한 것으로서, 스피커의 특성이나 음향 공간의 특성에 의해 음향신호 원음의 주파수 성분이 왜곡되는 경우에 주파수 왜곡 정도를 측정하고 보정해 주는 음장 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

오디오 장치에서 재생된 음은 음이 전파되는 음장공간에 따라 청취자가 느끼는 차이가 있다. 따라서 원음에 보다 가까운 음을 청취하기 위해서는 값비싼 부품의 오디오 장치를 사용하는 것 이상으로 음장 보정이 중요하다.

도 5는 일반적인 오디오 장치의 무향실 및 일반 리스닝룸의 음장 특성을 비교한 그래프이다. 그래프의 가로축은 헤르쯔-로그리듬(Herz-logarithmic)의 주파수이고 세로축은 데시벨(dB)로 나타낸 진폭이다. 그래프 상의 상측 주파수 응답(500)은 무향실에서 측정한 것이고, 하측 주파수 응답(510)은 일반 리스닝룸에서 측정한 것이다.

일반적인 리스닝룸에서는 비교적 매끄러운 주파수 응답특성을 보인다. 그러나 일반 리스닝룸에서 측정했을 경우에는 동일한 스피커일지라도 룸의 영향에 의하여 하측 주파수 응답(510)과 같이 많은 딥(dip)과 피크(peak)가 있는 형태의 주파수 응답 특성을 볼 수 있다.

이러한 현상의 원인은 리스닝룸 형태에 기인한 정재파(standing wave)에 의한 룸 모드(mode)에 의하여 일정 주파수 대역에서는 보강되거나 상쇄되어 나타나는 현상이다. 이러한 현상은 특히 저주파에서 많이 발생된다. 이를 보정하여 주파수에 관계없이 평탄한 주파수 응답을 나타내도록 하는 기술을 음장 보정이라고 한다.

오디오 장치의 음장 보정을 위해서는, 스피커 앞의 청취점에서 마이크로폰을 이용하여 스피커에서 재생된 음으로부터 검출된 전기 신호를 이용하여 음장 보정을 수행한다.

종래에는, 검출된 전기 신호를 상관(correlation)을 통하여 시간 영역에서의 응답을 구하고 다시 고속 푸리에 변환(fast fourier transform)을 이용하여 주파수 영역으로 변환한 후, 얻어진 응답 파형 전체를 적응 필터 등을 이용함으로써, 음장을 보정하는 방식을 사용하였다.

하지만, 이 경우 주파수 응답을 구하는 각 과정에서 많은 계산이 요구되기 때문에 음장의 보정이 신속하게 이루어질 수 없었으며, 입력된 신호를 시스템 내부에 저장해야 되기 때문에 신호 저장을 위한 기억장치를 필요로 하여, 오디오 장치의 구조가 복잡해지고 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 기억장치를 사용하지 않으면서 보다 신속하게 오디오 장치의 음장 보정을 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 스피커의 특성이나 실내공간의 특성에 의해 음향신호 원음의 주파수 성분이 왜곡되는 경우에, 단 한번의 테스트 음의 방사만으로 주파수 왜곡정도를 측정하고 보정해주는 음장 보정 방법 및 장치의 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 제 1관점에 따른 음장 보정 장치는, 잡음 신호를 생성하는 잡음 신호 생성부; 상기 생성된 잡음 신호를 음으로 재생하는 신호 재생부; 상기 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환하는 재생음 검출부; 상기 변환된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리하는 주파수 대역 분리부; 상기 분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨 보상값을 산출하는 신호 레벨 보상값 산출부; 및 상기 주파수 대역별 보상값으로 상기 주파수 대역별 신호 레벨을 보상하는 신호 레벨 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 잡음 신호는 전 주파수 대역의 백색 잡음인 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 신호 레벨 보상부는 각 주파수 대역별 신호 레벨을 직렬로 보상하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 신호 레벨 보상값 산출부는 대역별 신호 레벨들의 평균값을 산출하고, 상기 산출된 신호 레벨 평균값과 각 대역별 신호 레벨의 차를 산출하여, 상기 신호 레벨 보상값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2관점에 따른 음장 보정 방법은, 잡음 신호를 생성하는 잡음 신호 생성 단계; 상기 생성된 잡음 신호를 음으로 재생하는 단계; 상기 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환하는 단계; 상기 검출된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리하는 단계; 상기 분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨을 보상값을 산출하는 단계; 및 상기 주파수 대역별 보상값으로 상기 주파수 대역별 신호 레벨을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는 상기 잡음 신호는 전 주파수 대역의 백색 잡음인 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는 상기 주파수 대역별 신호 레벨의 보상 단계는 상기 각 주파수 대역별 신호 레벨에 대해 직렬로 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는 상기 신호 레벨 보상값 산출 단계는 대역별 신호 레벨들의 평균값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 신호 레벨 평균값과 각 대역별 신호 레벨의 차를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 음장 측정용 테스트 신호로서 대역 제한된 잡음신호가 아닌 전 대역의 잡음 신호(Full Band Noise Signal)를 사용한다. 스피커에서 방사된 전 대역의 테스트 신호(full Band Test Signal)를 마이크에서 수음하여 주파수 대역 통과 필터를 통과시켜 각 주파수 대역으로 분리하여 해당 주파수 대역의 보정작업을 수행한다.

이와 같은 구조를 사용하면 각 채널 당 단 한번의 테스트 신호 발생으로 전 주파수 대역의 보정량을 계산하여 음장 보정 작업을 수행 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 음장 보정 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다. 도 1에서 신호 처리부(100), 음원 발생부(110), 신호 재생부(120), 및 재생음 검출부(130)가 도시되어 있다.

신호처리부(100)는 본 발명의 음장 보정을 위한 신호 처리를 수행하는 장치로, 잡음 신호 생성부(102), 주파수 대역 분리부(104), 신호 레벨 보상값 산출부(106), 및 신호 레벨 보상부(108)를 내부에 포함한다.

본 실시예에서는, 주파수 대역 분리부(104), 신호 레벨 보상값 산출부(106), 및 신호 레벨 보상부(108)가 각각 내부에 N개의 대역을 위한 N개의 장치를 포함하고 있지만, 다른 실시예에서는 각각 1개의 장치에서 N개의 대역을 위한 동작을 수행할 수도 있다.

잡음 신호 생성부(102)는 신호 재생부(120)에서 재생되는 잡음 신호를 생성하는데, 핑크 잡음 신호보다는 테스트 신호로 전 대역에서 평탄한 주파수 특성을 가지는 전 주파수 대역의 백색 잡음 신호를 발생시킨다.

신호 재생부(120)는 스피커(speaker)로서, 잡음 신호 생성부(102)에서 생성된 잡음 신호를 음으로 재생하고, 재생음 검출부(130)는 마이크로폰(mcrophone)으로서 신호 재생부(120)에서 재생되어 음장 공간으로 방출된 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환한다.

주파수 대역 분리부(104)는 복수개의 대역 통과 필터(band pass filter)로서, 변환된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리한다. 음장 보정에 사용하는 주파수 대역을 N개로 나누는 경우에 전대역의 테스트 신호를 N개의 주파수 대역으로 나누어 스피커에서 방사하는 방법도 생각할 수 있으나, 본 실시예에서는 전 대역의 테스트 신호를 그대로 스피커에서 방사한 뒤, 마이크에서 신호를 수음하여 주파수 대역 필터에서 필요한 주파수 성분만 분리해내어 음장 보정에 사용한다.

본 실시예의 방법은, 음향신호의 주파수 왜곡 정도를 측정하기 위해 전 주파수 대역을 나눈 여러 종류의 대역 제한된 테스트 신호를 방사하고, 그 해당 대역에 대한 왜곡 정도를 측정하는 방법에 비해 사용이 간편하다.

왜냐하면, 각 채널의 스피커에서 주파수 대역이 제한된 테스트 신호가 방사되는 경우에는 많은 수의 테스트 신호를 방사하여야만 하기 때문이다. 예를 들어, 전 대역을 9옥타브 밴드로 나누어 방사하는 경우, 채널 당 9개의 테스트 신호를 방사하게 되는데, 음향 재생 장치가 2채널 스테레오라면 18번의 테스트 신호 방사가 필요하며, 5.1 채널 시스템이라면 54번의 테스트 신호의 방사가 필요하다.

신호 레벨 보상값 산출부(106)는 분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨 보상값을 산출한다. 신호 레벨 보상값 산출 과정은, 대역별 신호 레벨들의 평균값을 산출하고, 산출된 신호 레벨 평균값과 각 대역별 신호 레벨의 차를 산출하는 것이다.

다시 말해, 대역 통과 필터에서 분리해낸 제어 대상 주파수 성분 신호의 레벨(level)을 계산하고, 모든 대역 신호 레벨이 동일한 레벨을 가져야 전 주파수 대역에서 평탄한 특성을 지니게 되므로, 동일한 신호 레벨이 되기 위해 그 대역에 어느 정도의 부스트(boost)를 가해 주어야 하는 지를 결정한다.

신호 레벨 보상부(108)는 N개의 대역 보정 필터(band Boost Filter)로서, 신호 레벨 보상값 산출부에서 결정된 부스트 양만큼 레벨 보정을 가해주기 위해 해당 대역에만 부스트를 주는 필터이다.

신호 레벨 보상부(108)는 각 주파수 대역별 신호 레벨을 직렬로 보상한다. 이는 병렬로 보상되는 경우 보정 필터의 주파수 대역별 보상값이 더해지게 되는데, 이 경우 각 대역의 차단 주파수 밖의 값들이 서로 더해져서 예측치 못하는 값들이 발생할 수 있기 때문이다.

음원 발생부(110)는 본 발명에 따른 음장 보정 종료 후 잡음 생성부(102) 대신에 신호 재생부(120)에서 방음될 음원을 발생하는 장치이다.

도 2는 본 발명에 따른 음장 보정 방법의 일 실시예를 수행하는 흐름도이다.

먼저, 잡음 신호를 생성하는 잡음 신호 생성한다(200). 잡음 신호는 바람직하게는 전 대역에서 평탄한 주파수 특성을 가지는 백색 잡음이다. 스피커를 통해 재생할 전 주파수 대역의 백색잡음신호를 발생시키는 것이다.

생성된 잡음 신호를 음으로 재생하고(210), 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환한다(220). 이는 스피커를 통해 방사되는 전 대역 주파수의 백색잡음 신호가 마이크로 수음되는 것을 의미한다. 마이크에서 백색잡음신호의 응답신호를 받아들인다.

검출된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리한다(230). 수음된 신호는 스피커의 특성이나 음향공간의 특성에 의한 주파수 왜곡 정보를 담고 있으므로 대역 통과 필터를 통과시켜 전 대역 주파수를 각 주파수 대역의 신호로 분리하는 것이다. 전 대역 주파수 왜곡 정보를 가지고 있는 마이크 입력 신호는 이와 같이 대역 통과 필터를 거쳐 각각 대역의 주파수 왜곡 정보를 가진 신호로 나뉘게 된다.

분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨을 보상값을 산출한다(240). 이는 응답신호를 대역 통과 필터에 통과시켜 각 대역별 신호의 전력 레벨을 계산하고, 대역별 신호 레벨들의 평균값을 산출하고, 산출된 신호 레벨 평균값과 각 대역별 신호 레벨의 차를 산출하는 과정을 포함한다.

다시 말해, 각 대역 신호의 전력 레벨을 계산하고 이들의 평균을 내서 전 대역의 전력레벨을 계산하고, 이들의 평균을 구해 어느 정도의 보정을 해주어야 전 대역 신호가 평탄해지질 수 있는 지를 계산한다. 각 대역별 전력 레벨의 평균값을 구하고, 평균값과 각 대역별 전력의 차를 구하여 보정량을 구한다.

표 1은 Fs가 48kHz이고 Q가 2.5인 옥타브 9밴드 시스템에서 대역별 레벨 보정값의 일 예를 표현한 것이다.

	밴드 1	밴드 2	밴드 3	밴드 4	밴드 5	밴드 6	밴드 7	밴드 8	밴드 9
중심 주파수(Hz)	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000	16000
보정값(dB)	0.5	0.5	-0.140	-9.613	-7.434	-6.446	-4.702	1.353	11.096

주파수 대역별 보상값으로 상기 주파수 대역별 신호 레벨을 보상한다(250). 주파수 대역별 신호 레벨에 대해 직렬로 수행한다. 얻어진 각 대역의 레벨 보정값에 따라 대역 보정 필터를 보정한다. 각 대역별 파워레벨을 보정하기 위한 대역 보정 필터를 사용한다. 각 대역별 전력 레벨을 보정하여 전 주파수 대역에서 일정한 평탄성을 얻을 수 있다

음장 보정이 종료된 후, 음향 재생시 음원을 대역 보정 필터에 통과시켜 주파수 보정을 수행한 뒤 스피커에서 방사한다..

도 3은 도 1의 주파수 대역 분리부(104)에서 분리되는 각 주파수 대역을 도시한 도면이다. 도 3은 옥타브 9밴드로 설계된 대역 통과 필터의 일 예를 도시한다.

스피커를 통해 단 한번 방사되는 전 대역 주파수의 백색잡음신호가 마이크로 수음되고, 수음된 신호는 스피커의 특성이나 음향 공간의 특성에 의한 주파수 왜곡 정보를 담고 있으므로 대역 통과 필터를 통과시켜 전 대역 주파수를 각 주파수 대역의 신호로 분리하는 것이다.

도 4는 도 1의 신호 레벨 보상부(100)에서 사용되는 각 주파수 대역별 보상값을 도시한 도면이다. 도 3의 대역 통과 필터를 사용하는 시스템에서 각 대역 신호의 레벨을 보정해주기 위해 사용하는 대역 보정 필터의 한 예를 도시한 것이다.

본 발명에 의해 별도의 기억장치를 사용하지 않으면서 보다 신속하게 오디오 장치의 음장 보정을 수행할 수 있게 된다. 또한, 스피커의 특성이나 실내공간의 특성에 의해 음향신호 원음의 주파수 성분이 왜곡되는 경우에, 단 한번의 테스트 음의 방사만으로 주파수 왜곡정도를 측정하고 보정할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 의해 음향 재생시 스피커의 특성이나 음향공간의 특성에 의해 음향신호 원음의 주파수 성분이 왜곡되는 경우에, 간단한 방법으로 주파수 왜곡 정도를 측정하고 이것을 보정할 수 있게 된다.

이에 의해 스피커에서 발생하는 주파수 왜곡이나 음향공간에서 발생하는 주파수 왜곡이 시스템 내부에서 보상되어 처리되므로 청취자는 스피커나 음향공간에 상관없이 고음질의 음향 재생을 들을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 음장 보정 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 음장 보정 방법의 일 실시예를 수행하는 흐름도이다.

도 3은 도 1의 주파수 대역 분리부(104)에서 분리되는 각 주파수 대역을 도시한 도면이다.

도 4는 도 1의 신호 레벨 보상부(100)에서 사용되는 각 주파수 대역별 보상값을 도시한 도면이다.

도 5는 일반적인 오디오 장치의 무향실 및 일반 리스닝룸의 음장 특성을 비교한 그래프이다.

Claims (8)

1. 잡음 신호를 생성하는 잡음 신호 생성부;

   상기 생성된 잡음 신호를 음으로 재생하는 신호 재생부;

   상기 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환하는 재생음 검출부;

   상기 변환된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리하는 주파수 대역 분리부;

   상기 분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨 보상값을 산출하는 신호 레벨 보상값 산출부; 및

   상기 주파수 대역별 보상값으로 상기 주파수 대역별 신호 레벨을 보상하는 신호 레벨 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 보정 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 잡음 신호는 전 주파수 대역의 백색 잡음인 것을 특징으로 하는 음장 보정 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 신호 레벨 보상부는 각 주파수 대역별 신호 레벨을 직렬로 보상하는 것을 특징으로 하는 음장 보정 장치.
4. 제 1항에 있어서, 신호 레벨 보상값 산출부는, 대역별 신호 레벨들의 평균값을 산출하고, 상기 산출된 신호 레벨 평균값과 각 대역별 신호 레벨의 차를 산출하여, 상기 신호 레벨 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 음장 보정 장치.
5. (1) 잡음 신호를 생성하는 잡음 신호 생성 단계;

   (2) 상기 생성된 잡음 신호를 음으로 재생하는 단계;

   (3) 상기 재생음을 검출하여 전기 신호로 변환하는 단계;

   (4) 상기 검출된 전기 신호를 주파수 대역별로 분리하는 단계;

   (5) 상기 분리된 각 주파수 대역에 대한 신호 레벨을 보상값을 산출하는 단계; 및

   (6) 상기 주파수 대역별 보상값으로 상기 주파수 대역별 신호 레벨을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 보정 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 잡음 신호는 전 주파수 대역의 백색 잡음인 것을 특징으로 하는 음장 보정 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 단계 (6)은 상기 각 주파수 대역별 신호 레벨에 대해 직렬로 수행하는 것을 특징으로 하는 음장 보정 방법.
8. 제 5항에 있어서, 상기 단계 (5)는,

   대역별 신호 레벨들의 평균값을 산출하는 단계; 및

   상기 산출된 신호 레벨 평균값과 각 대역별 신호 레벨의 차를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 보정 방법.