KR20060075134A - 실시간 주파수 특성 보정 방법 및 그를 적용한 사운드재생 장치 - Google Patents

실시간 주파수 특성 보정 방법 및 그를 적용한 사운드재생 장치 Download PDF

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Abstract

실시간으로 사용자 의 청감 특성을 측정하여 휴대용 사운드 재생 장치의 주파수 특성을 보정하는 실시간 주파수 특성 보정 방법과 그를 적용한 사운드 재생 장치가 개시되어 있다. 본 발명은 실시간 주파수 특성 보정 방법에 있어서, 사용자의 가청 주파수 대역에 대한 최소 인지 레벨에 근거하여 사용자 청감 특성 커브를 형성하는 과정, 형성된 사용자 청감 특성 커브와 소정의 주파수 특성 타겟 커브를 바탕으로 사용자 청감 특성 보정 커브를 생성하는 과정, 생성된 사용자 청감 특성 보정 커브에 근거하여 사운드의 주파수 응답 특성을 보정하는 과정을 포함한다.

Description

실시간 주파수 특성 보정 방법 및 그를 적용한 사운드 재생 장치{Method for compensating audio frequency characteristic in real-time and sound system thereof}
도 1은 본 발명에 따른 사용자 청감 특성을 적용한 사운드 재생 장치의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 디지털 필터 처리부의 상세도이다.
도 3은 본 발명에 따른 사용자 청감 특성을 측정하는 개념도이다.
도 4는 도 1의 청감 특성 처리부에서 적용되는 오디오그램의 일실시예이다.
도 5는 도 1의 EQ 생성부는 적용되는 라우드니스 커브(Loudness Curve)의 일실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시간 주파수 특성 보정 방법을 보이는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 사용자 청감 특성 커브를 이용한 디지털 필터 설계의 흐름도이다.
본 발명은 휴대용 사운드 재생 장치에 관한 것이며, 특히 실시간으로 사용자 의 청감 특성을 측정하여 휴대용 사운드 재생 장치의 주파수 특성을 보정하는 실시간 주파수 특성 보정 방법과 그를 적용한 휴대용 사운드 재생 장치에 관한 것이다.
통상적으로 휴대용 사운드 재생 장치는 이어폰을 사용하여 사용자의 귀로 음악을 출력한다. 이때 휴대용 사운드 재생 장치는 사용자의 귀에 이어폰을 장착하여 음악을 재생하였을 시 사용자의 청감 특성을 고려하지 않은 상태에서 임의의 설정된 이퀄라이져(예를 들면 락 모드, 째즈 모드)을 이용하여 열악한 주파수 특성을 보정하게 된다. 따라서 종래의 휴대용 사운드 재생 장치는 미리 설정된 이퀄라이져 특성으로 인해 사용자별로 효과적인 주파수 응답 보정을 제공하지 못한다.
사용자의 청감 특성은 연령, 주변 환경, 건강등의 여러 가지 이유로 개인마다 많은 차이를 가지고 있다. 따라서 기존의 휴대용 사운드 재생 장치는 일반적인 기준을 가지고 주파수 응답 특성을 보정하기 때문에 사용자 개개인에 맞게 응답 특성을 보정할 능력이 없다.
간혹 기존의 휴대용 사운드 재생 장치내에 프리-셋으로 락 모드나 째즈 모드의 이퀄라이져등을 내장하는 경우가 있기는 하나 이는 정확한 사용자의 청감 상태를 반영하지 않기 때문에 사용자는 최적의 음질을 듣지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 사용자의 청감 특성을 실시간으로 측정하여 재생되는 사운드의 주파수 응답 특성을 보정하는 실시간 주파수 응답 특성 보정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 실시간 주파수 응답 특성 보정 방법을 적용한 휴대용 사운드 재생 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 사운드 재생 장치의 실시간 주파수 특성 보정 방법에 있어서,
(a) 사용자의 가청 주파수 대역에 대한 최소 인지 레벨에 근거하여 사용자 청감 특성 커브를 형성하는 과정;
(b) 상기 과정에서 형성된 사용자 청감 특성 커브와 소정의 주파수 특성 타겟 커브를 바탕으로 사용자 청감 특성 보정 커브를 생성하는 과정;
(c) 상기 과정에서 생성된 사용자 청감 특성 보정 커브에 근거하여 사운드의 주파수 응답 특성을 보정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 사운드 재생 장치에 있어서,
소정 기록 매체로부터 사운드를 재생하는 사운드 재생부;
사용자의 가청 주파수 대역에 대한 최소 인지 레벨에 근거하여 사용자 청감 특성 커브를 생성하는 청감 특성 처리부;
상기 사용자 청감 특성 커브와 소정의 주파수 특성 타겟 커브를 바탕으로 사용자 청감 특성 보정 커브에 대응하는 필터 계수값을 발생하는 이퀄라이져부;
상기 필터 계수값에 따라 상기 사운드 재생부에서 재생되는 사운드의 주파수 응답 특성을 보정하는 디지털 필터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한 다.
도 1은 본 발명에 따른 사용자 청감 특성을 적용한 사운드 재생 장치의 블록도이다.
도 1의 사운드 재생 장치는 스위치부(110), 사운드 재생부(120), 청감 특성 처리부(130), 이퀄라이져(Equalizer:EQ)생성부(150), 디지털 필터 처리부(160를 구비한다. 여기서 청감 특성 처리부(130)는 주파수 신호음 출력부(132), 청감 특성 커브 생성부(136), 볼륨 제어부(134), 사용자 입력부(137), 표시부(138)를 구비한다.
스위치부(110)는 사용자 선택에 의해 청감 특성 측정 모드와 사운드 재생 모드를 스위칭한다.
사운드 재생부(120)는 스위치부(110)에 의해 사운드 재생 모드로 선택되면 메모리와 같은 사운드 기록 매체로부터 사운드를 재생한다.
청감 특성 처리부(130)는 스위치부(110)에 의해 청감 특성 측정 모드로 선택되면 사용자의 가청 주파수 대역에 대한 최소 인지(perception) 레벨에 근거하여 사용자 청감 특성 커브를 생성한다. 청감 특성 처리부(130)를 더 상세하게 설명하면, 주파수 신호음 출력기(132)는 주파수 밴드별 오디오 신호를 출력한다. 볼륨제어기(134)는 사용자 의 최소 인지에 따른 오디오 신호 레벨을 조절하여 이어폰이나 헤드폰으로 출력한다. 표시부(138)는 볼륨 제어기(134)에서 볼륨이 조정된 해당 주파수 밴드 신호에 대한 청감 유무 확인 정보를 표시한다. 사용자 입력부(137)는 사용자가 이어폰을 통해 소리가 들리는 시점에서 버튼을 누른다. 사용자 청감 특성 커브 생성부(136)는 사용자가 이어폰이나 헤드폰을 통해 소리가 들리는 시점에서 해당 주파수 밴드별 사용자 청감 레벨을 설정하고, 그 사용자 청감 레벨들을 필터에 적용하여 사용자 청감 특성 커브를 생성한다.
EQ 생성부(150)는 청감 특성 처리부(130)에서 생성된 사용자 청감 특성 커브와 사용자가 원하는 주파수 특성 타겟 커브를 비교하여 사용자 청감 특성 보정 커브를 생성하고, 그 사용자 청감 특성 보정 커브에 대응하는 필터 계수값을 발생한다.
디지털 필터 처리부(160)는 EQ 생성부(150)에서 발생된 필터 계수값에 따라 사운드 재생부(120)에서 재생되는 사운드의 주파수 응답 특성을 보정한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 디지털 필터 처리부(160)의 상세도이다.
도 2a를 참조하면, 디지털 필터 처리부(160)는 사용자 청감 특성을 반영한 청감 특성 보정 필터(210)에다 락 모드나 째즈 모드와 같은 기존의 이퀄라이져(220) 및 버츄얼라이져와 같은 사운드 이펙트부(230)를 차례대로 부가한다.
도 2b를 참조하면, 디지털 필터 처리부(160)는 청감 특성 보정 필터와 기존의 이퀄라이져를 합친 필터부(240)에 사운드 이펙트부(250)를 부가한다.
도 3은 본 발명에 따른 사용자 청감 특성을 측정하는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 사용자 청감 특성 측정 장비는 사운드 재생 장치(300) 및 그에 연결된 이어폰으로 구성된다.
사용자가 이어폰을 귀에 꼽고 사운드 재생 장치(300)가 재생하는 신호가 들릴때마다 지정된 버튼(314)을 누룸으로써 사용자 청감 특성을 측정한다. 이때 사운 드 재생 장치(300)는 표시부(312)에 해당 주파수 대역의 신호에 대한 가청 유무 확인 정보 예를 들면, "신호가 들리면 버튼을 누르세요."를 표시한다.
도 4는 도 1의 청감 특성 처리부(130)에서 적용되는 오디오그램의 일실시예이다.
인간이 들을 수 있는 가장 작은 소리의 크기(HT:hearing threshold)와 귀에 통증을 느끼거나 청각 작용에 이상을 느낄수 있는 최대의 소리(UCL:Uncomfortable hearing level)가 주파수 별로 다르게 분포한다. 오디오그램(audiogram)은 사람의 난청 정도를 주파수의 함수로 나타낸 것이다. 오디오그램의 결과가 0dB이면 청각의 임계 레벨이 이퀄 라우드니스 커브(Equal Loudness Curve)에 의해 정상 상태를 나타낸다. 또한 0dB 이하의 오디오그램 결과는 사람의 청감 차이에 의해 발생하는 난청도의 정도를 나타낸다. 도 4를 보면, 실선은 정상적인 청감의 오디오그램이며, 점선은 노이즈 노출에 의한 비정상적인 오디오그램을 나타낸다. 도 4와 같은 오디오그램(audiogram)의 결과치는 사용자가 이어폰을 귀에 꼽고 사운드 재생 장치(300)가 재생하는 신호가 들릴때마다 지정된 버튼(314)을 누룸으로써 측정된다.
도 5는 도 1의 EQ 생성부(150)는 적용되는 이퀄 라우드니스 커브(Equal Loudness Curve)의 일실시예이다.
도 5를 보면, 1,000Hz의 음을 기준 음으로 하고, 그 음압 레벨을 0, 10, 20 … dB로 하여, 이 기준 음과 다른 주파수의 순음을 자유 음장에서 두 귀에 1초씩 교대로 들려주고, 크기가 같은 음압 레벨을 구한 결과를 그림 2.9에 나타낸다. 이 곡선을 등 라우드니스 곡선(Equal loudness curve)이라고 한다. 이 곡선은 국제 표 준으로 채용되어 있고, 소음계의 웨이팅 곡선의 기초가 되고 있다.
이 곡선에서 1,000Hz의 기준음과 같은 크기로 들리는 다른 주파수의 음의 크기를 라우드니스 레벨(Loudness level)이라고 하고, 기준으로 한 1,000Hz 순음의 음압 레벨과 같은 값이다. 라우드니스 레벨의 단위를 폰(phon)이라고 하고, 예를 들면, 200Hz의 40dB의 음은 20phon이 된다. 도 5에서 4,000Hz 부근의 음이 감도가 가장 좋은 것을 알 수 있고, 이것은 외이도의 공명 때문이다.
또 아주 저음역에서는 음압 레벨이 상당히 높지 않으면 들리지 않는 것을 알 수 있다. 같은 음압 레벨이더라도 주파수에 따라서 라우드니스 레벨이 다르기 때문에, 음향 재생 장치의 음량을 바꾸면 신호음의 각 성분음의 레벨이 변하므로 음색도 변하게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 실시간 주파수 특성 보정 방법을 보이는 흐름도이다.
먼저, 사용자 청감 특성 측정 모드/ 사운드 재생 모드인가를 체크한다(610 과정). 이때 사운드 재생 모드이면 사운드를 재생한다(612 과정).
이어서, 사용자 청감 특성 측정 모드이면 오디오 그램(audiogram)과 같은 방법으로 사용자 청감 특성을 측정한다. 즉, 가청 주파수 대역을 복수개 밴드(예를 들면, 10개 밴드)로 나누어 상기 모든 밴드에 걸쳐서 한 밴드씩의 오디오 신호를 출력하고(614 과정), 해당 주파수 밴드의 오디오 신호 볼륨을 크게하거나 작게하여(616 과정) 사용자가 이어폰을 통해 소리가 들리는 시점(618 과정)에서 해당 주파수 밴드별 사용자 청감 레벨을 설정한다.
이어서, 마지막 대역의 오디오 신호로 체크되면 주파수 대역별로 설정된 사 용자 청감 레벨을 필터에 적용하여 사용자의 청감 특성 커브를 생성한다(624 과정).
이어서, 사용자의 청감 특성 커브와 원하는 주파수 특성 타겟 커브를 바탕으로 사용자 청감 특성 보정 커브를 생성한다(626 과정). 즉, 사용자 청감 특성 보정 커브는 사용자 청감 특성의 레벨에 원하는 타겟 커브의 게인값을 적용하여 생성한다. 이때 사용자 청감 특성 보정 방법은 단순히 청감 특성을 평탄하게 보정하는 방법, 라우드니스 커브(Loudness Curve)(도 4에 도시됨)에 맞게 보정하는 방법, 레퍼런스급 이어폰의 주파수 응답 특성에 맞게 보정하는 방법이 있다.
이어서, 사용자 청감 특성 보정 커브를 적용한 이퀄라이져를 생성하여 재생되는 사운드의 주파수 특성을 보정한다(632 과정).
이어서, 사용자 청감 특성을 반영한 이퀄라이져에다 기존의 이퀄라이져(예를 들면, 락 모드, 째즈 모드, 클래식 모드등) 및 각종 사운드 이펙트 이퀄라이져(예를 들면, virtualizer등)를 선택적으로 부가한다(634 과정, 636 과정).
도 7은 본 발명에 따른 사용자 청감 특성 커브를 이용한 디지털 필터 설계의 흐름도이다.
먼저, 주파수 영역에서 오디오 그램 방법을 이용하여 사용자 청감 특성 커브를 형성한다(710 과정). 도 7a는 주파수 영역에서 측정된 사용자 청감 특성 커브 파형도이다.
이어서, 사용자 청감 특성 커브에 대해 옥타브 밴드 변환을 이용하여 옥타브 밴드들로 나누고, 각 밴드들은 대표 음압 레벨로 표현한다(720 과정). 도 7b는 대 표 음압 레벨값으로 나타낸 각 밴드별 파형도이다.
이어서, 도 7c에 도시된 바와 같이 미리 정해진 레퍼런스 레벨과 각 밴드별 레벨간의 차이를 계산한다(730 과정).
이어서, 도 7d에 도시된바와 같이 밴드별 레벨 차이를 반영한 IIR 필터 계수를 계산한다(740 과정).
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실시간으로 휴대용 음악 재생 장치를 사용하는 사용자에게 맞는 주파수 응답 특성을 보정한다. 또한 오디오그램(Audiogram) 진단 기능을 이용하여 나청 현상을 보이는 사용자에게 맞는 주파수 응 답 특성을 보정할 수 있다. 또한 사용자의 청감 특성 뿐만 아니라 함께 사용되는 이어폰의 주파수 응답 특성도 고려하여 주파수 응답 특성을 보정할 수 있다.

Claims (10)

  1. 사운드 재생 장치의 실시간 주파수 특성 보정 방법에 있어서,
    (a) 사용자의 가청 주파수 대역에 대한 최소 인지 레벨에 근거하여 사용자 청감 특성 커브를 형성하는 과정;
    (b) 상기 과정에서 형성된 사용자 청감 특성 커브와 소정의 주파수 특성 타겟 커브를 바탕으로 사용자 청감 특성 보정 커브를 생성하는 과정;
    (c) 상기 과정에서 생성된 사용자 청감 특성 보정 커브에 근거하여 사운드의 주파수 응답 특성을 보정하는 과정을 포함하는 실시간 주파수 특성 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사용자 청감 특성 커브 형성 과정은 가청 주파수 대역을 복수개 밴드로 분리하고,
    상기 모든 밴드에 걸쳐서 한 밴드씩의 오디오를 재생하고,
    해당 주파수 밴드의 신호 볼륨을 조절해가면서 사용자가 이어폰을 통해 소리가 들리는 시점에서 해당 주파수 밴드별 사용자 청감 레벨을 설정하고,
    상기 사용자 청감 레벨들을 필터에 적용하여 사용자 청감 특성 커브를 형성하는 것임을 특징으로 하는 실시간 주파수 특성 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 사용자 청감 특성 보정 커브 생성 과정은
    상기 사용자 청감 특성 커브에 대해 소정 간격의 밴드들로 나누고, 각 밴드들에 대해 대표 음압 레벨을 설정하는 과정;
    상기 설정된 각 밴드별 레벨과 미리 정해진 레퍼런스 레벨간의 차이를 계산하는 과정;
    상기 과정에서 계산된 밴드별 레벨 차이를 반영한 필터 계수를 설정하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 실시간 주파수 특성 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주파수 응답 특성 보정 방법은 상기 필터 계수를 반영한 사용자 청감 특성 보정 커브와 소정의 이퀄라이져, 사운드 이펙트를 선택적으로 적용하는 것임을 특징으로 하는 실시간 주파수 특성 보정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소정의 주파수 특성 타겟 커브는 청취자가 원하는 응답 특성 커브임을 특징으로 하는 실시간 주파수 특성 보정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소정의 주파수 특성 타겟 커브는 레퍼런스급 이어폰의 주파수 응답 특성 커브임을 특징으로 하는 실시간 주파수 특성 보정 방법.
  7. 사운드 재생 장치에 있어서,
    소정 기록 매체로부터 사운드를 재생하는 사운드 재생부;
    사용자의 가청 주파수 대역에 대한 최소 인지 레벨에 근거하여 사용자 청감 특성 커브를 생성하는 청감 특성 처리부;
    상기 사용자 청감 특성 커브와 소정의 주파수 특성 타겟 커브를 바탕으로 사용자 청감 특성 보정 커브에 대응하는 필터 계수값을 발생하는 이퀄라이져부;
    상기 필터 계수값에 따라 상기 사운드 재생부에서 재생되는 사운드의 주파수 응답 특성을 보정하는 디지털 필터 처리부를 포함하는 사운드 재생 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 청감 특성 처리부는
    주파수 밴드별 오디오 신호를 출력하는 신호 출력기;
    상기 신호 출력기에서 출력되는 해당 주파수 밴드의 신호 볼륨을 조절하는 볼륨 제어기;
    상기 볼륨 제어기에서 볼륨이 조정된 해당 주파수 밴드 신호에 대한 청감 유무 확인 정보를 표시하는 표시기;
    상기 표시기에서 사용자가 이어폰을 통해 소리가 들리는 시점에서 청감 유무 확인 버튼을 누르는 사용자 입력기;
    상기 사용자 입력기에서 누르는 시점에서 해당 주파수 밴드별 사용자 청감 레벨을 설정하고, 그 사용자 청감 레벨들을 필터에 적용하여 사용자 청감 특성 커브를 생성하는 사용자 청감 특성 커브 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 사운드 재생 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 디지털 필터 처리부는 청감 특성 보정 필터, 소정의 이퀄라이져, 소정의 사운드 이펙트부를 결합하거나 선택적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 사운드 재생 장치.
  10. 청감 특성을 보정하는 필터 셋팅 방법에 있어서,
    주파수 영역에서 각 대역별 레벨 체크에 의해 사용자 청감 특성 커브를 생성하는 과정;
    상기 사용자 청감 특성 커브에 대해 소정 간격의 밴드들로 나누고, 각 밴드들에 대해 대표 음압 레벨을 설정하는 과정;
    상기 설정된 각 밴드별 레벨과 미리 정해진 레퍼런스 레벨간의 차이를 계산하는 과정;
    상기 과정에서 계산된 밴드별 레벨 차이를 반영한 필터 계수를 설정하는 과정을 포함하는 청각 특성 보정 방법.
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