KR20060083264A - 음원의 3차원 효과 증대 장치 - Google Patents

음원의 3차원 효과 증대 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 사상에 따른 음원의 3차원 효과 증대 장치는 좌측 및 우측 입력 신호에서 저주파 신호와 고주파 신호를 추출하는 필터 수단, 상기 필터를 통과한 저주파 및 고주파 성분의 음원과 필터를 통과하지 않은 음원의 출력을 소정시간 지연시키는 지연 수단, 상기 지연 수단을 통과한 음원의 증폭 또는 감소가 이루어지는 증폭 수단 및 상기 증폭 수단을 통과한 음원을 하나로 통합하는 가산 수단을 포함한다.
본 발명은 원 스테레오 신호에 좀 더 확산된 효과를 가미하여 가상적인 3차원 효과를 증대시킨 스테레오 신호를 생성하는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 한 쌍의 스피커 또는 헤드폰과 같이 출력장치가 한정된 경우에도 확산된 스테레오 음이 출력될 수 있도록 하여 음원 청취시 청취자에게 현장감 및 현실감을 증대시킬 수 있는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 효과가 있다.
스테레오

Description

음원의 3차원 효과 증대 장치{Increasing three dimension effect device of voice source}
도 1은 종래 스테레오 신호 처리 장치의 구성을 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 음원의 3차원 효과 증대 장치를 도시한 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 종래 스테레오 신호 처리 장치 111 : 좌측 저역 통과 필터
112 : 좌측 고역 통과 필터 113 : 좌측 가산기
121 : 우측 저역 통과 필터 122 : 우측 고역 통과 필터
123 : 우측 가산기 131 : 감산기
211 : 좌측 LPF 212 : 좌측 HPF
213 : 제 1 지연기 214 : 제 2 지연기
215 : 제 3 지연기 216 : 증폭기 A
217 : 증폭기 B 218 : 증폭기 C
219 : 좌측 가산기 221 : 우측 LPF
222 : 우측 HPF 223 : 제 4 지연기
224 : 제 5 지연기 225 : 제 6 지연기
226 : 증폭기 D 227 : 증폭기 E
228 : 증폭기 F 229 : 우측 가산기
본 발명은 스테레오 신호 처리 장치에 관한 것으로 특히, 스피커 및 헤드폰 등을 포함한 출력장치로 음원 청취 시, 확산감을 강화하여 음원의 3차원 효과를 증대시킬 수 있는 음원의 3차원 효과 증대 장치에 관한 것이다.
보다 상세히, 본 발명은 좌측 입력 신호 및 우측 입력 신호가 동일하지 않은 스테레오 신호에 저주파, 고주파 필터링 및 지연 처리를 가함으로써, 처리되지 않은 원래의 스테레오 신호에 좀 더 확산된 느낌을 더하여 가상적인 3차원 효과를 증대시키는 장치에 관한 것이다.
 일반적인 스테레오 신호의 경우 스테레오 신호의 특성상 주음상이 출력 장치의 중앙에 형성되는 양상을 보이는 것이 보통이다. 상기 출력 장치에는 일반적인 한 쌍의 스피커 또는 헤드폰 등이 포함될 수 있다. 특히 헤드폰의 경우 주음상이 머리의 중앙에 형성되어 마치 소리가 머릿속에서 들리는 것과 같은 현상이 나타나게 되는데, 이러한 청취감은 현장에서 음악을 듣거나 둘 이상의 스피커에서 출력되는 음악을 들을 때와 비교하여 현저하게 사실감이 떨어진다.
도 1은 종래 스테레오 신호 처리 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 스테레오 신호 처리 장치(100)는 좌측 입력 신 호(Lin)에서 좌측 저주파 신호를 추출하는 좌측 저역 통과 필터(111)와 좌측 고주파 신호를 추출하는 좌측 고역 통과 필터(112), 우측 입력 신호(Rin)에서 우측 저주파 신호를 추출하는 우측 저역 통과 필터(121)와 우측 고주파 신호를 추출하는 우측 고역 통과 필터(122), 상기 우측 입력 신호(Rin)와 상기 좌측 입력 신호(Lin) 사이에서 감산을 수행하는 감산기(131), 상기 좌측 저주파 신호와 상기 좌측 고주파 신호를 가산하여 좌측 출력 신호(Lout)를 발생시키는 좌측 가산기(113), 및 상기 우측 저주파 신호와 상기 우측 고주파 신호를 가산하여 우측 출력 신호(Rout)를 발생시키는 우측 가산기(123)가 포함된다.
상기 블럭도를 참조하면, 고주파와 저주파 성분의 신호 외에 중간 대역의 주파수 성분을 가지는 신호는 상기 감산기(131)를 통하여 출력 신호에 전달된다. 따라서, 중간 성분은 단일 신호, 즉 모노 신호이다. 상기 모노 신호는 좌측(113) 및 우측 가산기(123)를 통하여 필터를 통과한 신호들과 가산된다.
그 결과, 청취자가 음원을 청취하는 경우, 원 음원의 스테레오 효과는 저하되거나 결여된 상태로 출력 신호를 청취하게 된다.
이와 같은 스테레오 효과의 결여를 보상하기 위한 방법이 강구되고 있지만, 그 방법은 헤드폰 등의 특정 장치를 위한 방법으로 한정되었으며, 구현 시 적지 않은 연산량이 소요되며 그 효과 또한 미비한 결점을 가지고 있다.
그 대표적인 예로 신호 처리 회로를 구성하는 DSP(Digital Signal Processor)와 같은 고성능의 고가 부품을 사용하거나, 또는 DSP 및 외부 메모리를 조합하여 사용하기도 한다. 또한, 스테레오 효과를 높이기 위해 완전 통과 필터를 사용하기도 한다. 그러나, 이러한 구성은 장치의 가격을 높이며 상기 스테레오 장치의 구성을 복잡하게 하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 원 스테레오 신호에 좀 더 확산된 효과를 가미하여 가상적인 3차원 효과를 증대시킨 스테레오 신호를 생성하는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 한 쌍의 스피커 또는 헤드폰과 같이 출력장치가 한정된 경우에도 확산된 스테레오 음이 출력될 수 있도록 하여 음원 청취시 청취자에게 현장감 및 현실감을 증대시킬 수 있는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따른 음원의 3차원 효과 증대 장치는 좌측 및 우측 입력 신호에서 저주파 신호와 고주파 신호를 추출하는 필터 수단, 상기 필터를 통과한 저주파 및 고주파 성분의 음원과 필터를 통과하지 않은 음원의 출력을 소정시간 지연시키는 지연 수단, 상기 지연 수단을 통과한 음원의 증폭 또는 감소가 이루어지는 증폭 수단 및 상기 증폭 수단을 통과한 음원을 하나로 통합하는 가산 수단을 포함한다.
본 발명은 원 스테레오 신호에 좀 더 확산된 효과를 가미하여 가상적인 3차원 효과를 증대시킨 스테레오 신호를 생성하는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 한 쌍의 스피커 또는 헤드폰과 같이 출력장치가 한정된 경우에도 확산된 스테레오 음이 출력될 수 있도록 하여 음원 청취시 청취자에게 현장감 및 현실감을 증대시킬 수 있는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 효과가 있다.
스테레오 신호는 일반적으로 2개 이상의 마이크로폰을 이용하고 이들 전기 신호를 독립된 2계통 이상의 전송로나 녹음매체를 통해 전송하거나 저장하게 된다. 2개 이상의 음원이 2개 이상의 마이크로 폰을 통해 녹음되어 모노 신호보다는 훨씬 더 입체적인 사운드를 들려주는 것이 사실이나 그 출력장치가 2개의 스피커 또는 헤드폰으로 한정되게 되면 사실적이고 입체적인 음원의 재생에 무리가 있다.
본 발명은 필터의 구성을 단순화하여 고주파, 저주파 신호를 하이 패스 필터와 로 패스 필터를 이용하며 추출하고 다수의 지연기를 통하여 주파수 영역이 다른 각각의 신호를 정도를 달리하여 지연시킴으로써 음원의 청취자가 확산감을 가질 수 있도록 한다.
보다 상세히, 본 발명은 원래의 좌, 우 스테레오 신호의 고주파 성분과 저주파 성분을 필터링하는 부분과 필터링된 고주파와 저주파 신호를 소정 시간 지연시키는 지연기와 상기 지연기를 통과한 신호를 일정량 증폭시키는 증폭기와, 상기 필터링되어 증폭된 신호와 원 스테레오 신호를 일정량 증폭한 신호를 가산하는 가산기로 구성된다.
전체적인 시스템 구성도가 도 2에 도시되어 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명은 이하 제시되는 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자 명한 범위 내에서 구성요소의 부가, 한정, 삭제, 추가 등에 의하여 본 발명과 동일 범위의 발명이 제시 될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 음원의 3차원 효과 증대 장치를 도시한 블럭도이다.
상기 도 2를 참조하면, 음원의 3차원 효과 증대 장치는 좌측 입력 신호(Lin)에서, 좌측 저주파 신호를 통과시키는 좌측 로 패스 필터(211)와 좌측 고주파 신호를 통과시키는 좌측 하이 패스 필터(212), 상기 좌측 로 패스 필터(211)를 통과한 뒤의 음원을 지연시키는 제 1 지연기(213)와, 상기 좌측 하이 패스 필터(212)를 통과한 뒤의 음원을 지연시키는 제 3 지연기(215)와, 각 필터를 거치고 난 후 출력되는 신호의 진폭을 증폭 또는 감소시키는 증폭기 A(216),B(217)가 포함된다.
또한, 상기 좌측 원 음원의 신호를 지연하는 제 2 지연기(214)와 상기 제 2 지연기(214)를 통과한 음원을 소정 비율 증폭 시키는 증폭기 B(217)가 포함된다.
또한, 좌측 출력 신호(Lout)를 발생시키기 위해 로 패스 필터(211)와 하이 패스 필터(212)를 통과한 좌측 저주파 신호와 좌측 고주파수 신호, 그리고 상기 원 음원을 가산하는 좌측 가산기(219)가 포함된다.
우측 또한 상기 음원의 3차원 효과 증대 장치의 좌측을 구성하는 요소에 대응되는 구성 요소로 이루어 진다. 간단히, 우측 입력 신호(Rin)에서, 우측 저주파 신호를 통과시키는 우측 로 패스 필터(221)와 우측 고주파 신호를 통과시키는 우측 하이 패스 필터(222)를 기본으로, 상기 필터를 통과한 음원에 대해서 소정 시간 지연을 발생시키는 제 4 지연기(223)와, 제 6 지연기(225)가 포함된다. 또한, 우측 원 음원을 소정 시간 지연시키는 제 5 지연기(224)가 포함되며, 상기 3개의 지연기를 통과한 음원을 가산 또는 감산하는 수단인 우측 가산기(229)가 포함된다.
상기 스테레오 신호 처리를 하는 장치에 있어서, 좌측 필터 수단(211, 212)과 우측 필터 수단(221, 222)의 차단 주파수(cut-off frequency)와, 차단 특성들은 대략 동일하지만, 상기 필터 수단과 함께 음원의 3차원 효과 증대 장치를 구성하는 다수의 지연기 및 서로 다른 6개의 증폭기(A:216,B:217,C:218,D:226,E:227,F:228) 등은 서로 상이한 값을 가진다. 따라서, 상기 수단을 통과한 음원들의 지연 주기(위상 차)는 서로 상이하다. 이를 통하여 우측 출력 신호와 좌측 출력 신호에서, 주파수에 따른 상이한 지연 주기(위상 차)가 얻어질 수 있다.
한편, 상기 스테레오 신호 처리 장치에 있어서, 좌측 로 패스 필터(211)와 우측 로 패스 필터(221)로 서로 다른 타입이 필터를 사용하거나, 좌측 하이 패스 필터(212)와 우측 하이 패스 필터(222)를 서로 상이한 타입의 필터로 사용하는 경우, 우측 출력 신호와 좌측 출력 신호는 주파수에 따라 상이한 위상 차를 나타낼 수 있으며, 이러한 경우 상기 제시된 본 발명의 사상에서 다수의 지연기 및 증폭기의 제거가 가능하다.
상기에서와 같이 우측과 좌측 신호의 위상이 다르고 주파수의 통과 특성이 달라짐으로 인하여 원 음원은 더욱 큰 확산감을 가질 수 있고, 음원의 3 차원 효과는 증대될 수 있다.
이하 상기 구성을 가지는 음원의 3차원 증대 장치의 작동 과정 및 각 구성요소의 기능을 상세히 설명한다.
음원을 제어하는 중앙제어부로 부터 전달되는 음원은 상기 스피커의 좌, 우측으로 분산되어 전달되며, 상기 음원의 좌측 입력 신호를 Lin, 우측 전달 신호를 Rin 이라고 정의하며 이하 기술한다.
상기 Lin 및 Rin을 통틀어 원 음원이라 하며, 상기 원 음원은 3차원 효과를 강화하기 위한 필터링을 거치지 않은 스테레오 신호를 의미한다.
상기 원 음원이 입력 단자에 입력되는 경우, 먼저, 좌 우 필터(211,212,221,222)는 보컬 신호를 포함하는 중간 주파수를 제외하고 저주파수 신호와 고주파수 신호를 분리하여 추출한다.
상기 주파수 성분을 분리하기 위하여 원 음원을 로 패스 필터(211,221)와 하이 패스 필터(212,222)에 통과시키고, 상기 원 음원 중 일정 부분은 필터링 없이 지연기에 바로 입력된다.
상기 로 패스 필터(211,221)를 통과한 원 음원에는 저주파 성분만이 존재하며, 하이 패스 필터(212,222)를 통과한 음원 내에는 고주파 성분만이 존재한다.
상기 고주파 성분이 주로 음원의 청취자로 하여금 3차원적인 음질을 느낄 수 있도록 하며, 따라서 스테레오 신호를 강화하기 위해서는 상기 고주파 신호를 증폭시킬 필요가 있다.
따라서, 상기 하이 패스 필터(212,222)를 통과한 고주파 성분은 증폭기 C(218)와 F(228)를 통하여 원 음원보다 증폭된다. 즉, 상기 좌측과 우측의 증폭기 C(218)와 F(228)는 1보다 큰 증폭율을 가진다. 그러나 좌 우측 신호의 차이를 주기 위하여 상기 증폭기 C(218),F(228)의 증폭율은 서로 상이한 것을 사용한다.
상기 좌측과 우측의 하이 패스 필터(212,222)는 원 음원에 확산감을 강화하기 위해 좌,우측의 스테레오 신호가 더해지는 가산기(219,229) 전에 위치한다.
한편, 상기 로 패스 필터(211,221)를 통과한 저주파 성분은 상기 원 음원 대부분의 성분을 차지한다. 상기 저주파 성분은 고주파 성분에 비하여 입체적인 사운드를 형성하는 음의 확산 효과에 기여하는 바는 작지만, 좌, 우 스테레오 신호의 자연스러운 확산감을 제공한다. 즉, 필터링으로 인한 원음의 왜곡을 보상하는 역할을 한다.
하지만, 원 음원의 주파수 스펙트럼 상 대부분의 요소를 차지하는 저주파 성분은 그 양이 많아 포화되기 쉽다. 포화시 상기 원 음원의 왜곡이 발생하고 음질에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 로 패스 필터(211,221)를 통과한 저주파 성분은 증폭기A(216)와 D(226)를 통하여 증폭시키지 않고 원 음원의 진폭을 유지하거나 감소시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 증폭기 A(216)와 D(226)의 증폭율은 1보다 작거나 같다.
상기 고주파 성분과, 저주파 성분 외에 중간 영역의 주파수 성분은 필터링 없이 지연기에 바로 입력된다. 보다 상세히, 좌측 원 음원은 제 2 지연기(214)에 인가되며, 우측 원 음원은 제 5 지연기(224)에 입력된다. 상기 제 2 지연기(214)와 제 5 지연기(224)의 지연 특성은 서로 상이하며, 이로 인하여 음원의 확산 효과가 발생하게 된다. 상기 제 2 지연기(214)와 제 5 지연기(224)를 통과한 음원은 증폭기 B(217)와 E(227)를 통과하게 된다. 상기 증폭기 B(217)와 E(227)의 증폭 특성은 음원의 종류와 음원의 출력 특성에 따라 달라지게 된다.
상기 필터를 통과한 성분과 필터를 통과하지 않은 성분은 모두 지연기와 증폭기를 거친 뒤 좌측과 우측의 가산기(219,229)를 통하여 통합된다. 상기 음원의 고주파 성분과 저주파 성분 및 중간 주파수 범위의 음원들은 서로 상이한 지연기와 증폭기를 통과하여 통합되기 때문에, 음원들의 그룹 지연 특성들은 서로 상이하며, 주파수 성분에 따른 상이한 위상 차를 가진 신호가 만들어진다.
즉, 좌측과 우측 스테레오 신호에 가해지는 다수의 지연기는 서로 다른 지연율을 가지며, 이로 인해 상기 가산기에서 상기 음원의 통합시 나타나는 음의 쏠림 현상을 보상하기 위해서 신호는 가산 또는 감산 과정을 거치게 된다.
상기 가산 또는 감산 과정 역시 좌측과 우측이 상이하며, 이는 곧 좌측 가산기(219)와 우측 가산기(229)의 특성 차이에 기인한다.
본 발명은 간단한 구성을 통하여 스테레오 효과를 극대화할 수 있으며, 이로써 음원 청취자의 현장감 및 현실감을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 원 스테레오 신호에 좀 더 확산된 효과를 가미하여 가상적인 3차원 효과를 증대시킨 스테레오 신호를 생성하는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 한 쌍의 스피커 또는 헤드폰과 같이 출력장치가 한정된 경우에도 확산된 스테레오 음이 출력될 수 있도록 하여 음원 청취시 청취자에게 현장감 및 현실감을 증대시킬 수 있는 음원의 3차원 효과 증대 장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 좌측 및 우측 입력 신호에서 저주파 신호와 고주파 신호를 추출하는 필터 수단;
    상기 필터를 통과한 저주파 및 고주파 성분의 음원과 필터를 통과하지 않은 음원의 출력을 소정시간 지연시키는 지연 수단;
    상기 지연 수단을 통과한 음원의 증폭 또는 감소가 이루어지는 증폭 수단; 및
    상기 증폭 수단을 통과한 음원을 하나로 통합하는 가산 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 좌측과 우측의 고주파 필터는 원 음원에 확산감을 강화하기 위해 좌,우측의 스테레오 신호가 더해지는 가산기 전에 형성되는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원 음원에 시간 지연을 통한 확산 효과를 주기 위하여, 상기 지연기를 통과하는 음원은 서로 다른 지연 시간을 가지는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 성분을 증폭하기 위하여 상기 고주파 성분이 통과하는 증폭기의 증폭율은 1 이상의 값을 가지며,
    상기 저주파 성분을 감소시키기 위하여 상기 저주파 성분이 통과하는 증폭기의 증폭율은 1 이하의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가산기는 상기 필터와 지연기 및 증폭기를 통과하면서 확산된 스테레오 신호에서 나타나는 왜곡된 음상을 보상해주기 위해 저주파 필터링된 신호를 가산하는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 좌측과 우측 다수의 증폭기는 각기 다른 증폭율을 가지는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 좌측과 우측의 필터는 서로 비슷한 주파수 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 좌측과 우측의 지연기들은 서로 다른 지연 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 음원의 3차원 효과 증대 장치.
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