KR20060093722A - 적응성 사운드 재생 - Google Patents

Abstract

사운드가 확성기 또는 유사한 변환기를 사용하여 재생될 때 왜곡을 방지하기 위해, 특정한 주파수 범위(I) 내 사운드 신호의 진폭은 문턱(L_MAXI)을 초과하는 경우 감소될 수 있다. 본 발명은 다른 주파수 범위들(II)로 진폭 감소된 주파수들을 전체적으로 또는 부분적으로 맵핑하도록 제안한다. 결과적으로, 전체 사운드 레벨이 영향받지 않는다.

사운드 레벨, 확성기, 주파수 범위, 오디오 시스템, 조절 필터

Description

적응성 사운드 재생{Adaptive sound reproduction}

본 발명은 적응성 사운드 재생에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 오디오 변환기에 오디오 신호들을 적응시켜 오디오 신호들을 재생하는 디바이스 및 시스템에 관한 것이다.

확성기들과 같은 오디오 변환기들이 주파수 의존 특징들을 갖는다는 것은 잘 알려져 있다. 특정한 변환기는 충실하게 하나의 주파수 또는 주파수 범위를 재생할 수 있지만, 또 다른 주파수 범위를 재생하는 것은 사운드 왜곡을 유입할 수 있다. 예를 들어, 보다 큰 확성기들이 낮은 주파수 사운드를 일반적으로 생성할 수 있는 반면에 보다 작은 확성기들은 더 높은 주파수들을 (재)생성하기에 전형적으로 더 적절하다. 각각의 주파수에서, 변환기는 전형적으로 왜곡을 유입하지 않으며 생성할 수 있는 최대 사운드 레벨을 갖는다. 예를 들어 이러한 최대 사운드 레벨이 원뿔체의 최대 편위(excursion; 偏位)에 의해 결정되는 확성기들의 경우에, 임의의 보다 큰 사운드 레벨은 사운드 신호의 "클리핑(clipping)"을 야기하여 명확하게 청취가능한 사운드 왜곡을 나타낸다.

국제 특허 출원서 WO 01/03466 호(필립스)에서는 오디오 신호의 하나 또는 그 이상의 주파수 범위들을 규정하는 필터 수단과, 상기 필터 수단에 연결되는 제어가능한 증폭기/감쇠기 수단과, 상기 증폭기/감쇠기 수단을 제어하도록 연결되는 프로세싱 수단을 포함하는 확성기 보호 시스템을 개시하고 있다. 상기 시스템은 적어도 하나의 주파수 범위 내에서 선택적 오디오 전력 제어를 위해 사용되는 관련된 확성기 보호 정보를 표현하는 상기 주파수 범위들 중 적어도 하나에서 오디오 전력을 결정할 수 있다. WO 01/03466 호에서의 전체 콘텐츠들은 본 명세서에 함께 포함된다.

WO 01/03466 호에서의 시스템이 특정한 주파수 범위에서 신호 왜곡을 감소시키거나 심지어 실질적으로 제거하는데 매우 효과적일지라도, 일부 주파수 범위들이 감쇠되어, 사운드 볼륨의 전체적인 감쇠를 나타낸다.

본 발명의 목적은 종래 기술 분야의 이러한 문제점들과 다른 문제점들을 극복하고, 출력 신호 레벨을 실질적으로 유지하는 동안 신호 왜곡을 실질적으로 제거하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 오디오 신호를 강화하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:

●상기 오디오 신호의 주파수 범위들을 선택하는 단계로서, 각각의 주파수 범위는 신호 레벨을 갖는 각각의 신호를 포함할 수 있는, 상기 선택 단계,

●제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 결정하는 단계, 및

●상기 제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨이 문턱 값을 초과하는 경우:

○상기 제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 감소시키는 단계, 및

○상기 제 1 주파수 범위와는 서로 다른 제 2 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 증가시키는 단계를 포함한다.

상기 제 1 주파수 범위에서 신호 레벨을 결정하고, 검출된 신호 레벨과 문턱 레벨을 비교하며, 상기 제 1 주파수 범위에서 신호 레벨이 상기 문턱 값을 초과하는 경우 상기 제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 감소시킴으로써, 신호 왜곡이 예방될 수 있다. 다음으로, 상기 제 1 주파수 범위와는 서로 다른 제 2 주파수 범위에서 신호 레벨을 또한 증가시킴으로써, 상기 제 1 주파수 범위 내 신호 레벨에서의 감소는 상기 제 2 주파수 범위 내 신호 레벨의 증가에 의해 실질적으로 보상될 수 있다.

양호한 실시예에 있어서, 상기 제 2 주파수 범위는 상기 제 1 주파수 범위보다 더 높다. 즉, 상기 제 2 주파수 범위는 상기 제 1 주파수 범위보다 더 높은 주파수들을 포함한다. 이것은 감지가능한 사운드 레벨에서 이러한 주파수들을 렌더링하는 것이 전형적으로 항상 사용가능한 것은 아닌 큰 변환기들을 요구하는 것과 같이 낮은 주파수들에 대해 특히 유리하다. 그러나, 본 발명은 상기 제 1 주파수 범위보다 더 높은 상기 제 2 주파수 범위에 제한되지 않고, 실시예들은 상기 제 2 주파수 범위가 상기 제 1 주파수 범위보다 더 낮은 주파수들을 포함하는 것으로 가정될 수 있다.

상기 제 2 주파수 범위가 상기 제 1 주파수 범위에 인접하는 것이 더 바람직하다. 즉, 주파수 범위에서 감소는 다음 (바람직하게 더 높은) 주파수 범위에서 증가를 나타내는 것이 바람직하다. 따라서, 가장 가까운 주파수 범위는 사운드 레벨 보상을 위해 사용되고, 상기 제 1 주파수 범위와 상기 제 2 주파수 범위 사이의 주파수에서 가장 작은 차이를 결과로 나타낸다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 제 1 주파수 범위 내 감소에 대해 보상하도록 하나 또는 그 이상의 다른 인접하지 않은 제 2 주파수 범위들에서 신호 레벨을 증가시키는 것이 가능하다.

특별히 유리한 실시예에 있어서, 상기 제 2 주파수 범위에서 신호 레벨을 증가시키는 단계는 상기 제 2 주파수 범위로 상기 제 2 주파수 범위의 신호의 일부를 공급하는 단계를 포함한다. 상기 제 2 주파수 범위 신호를 단지 증폭시키는 것에 반해서, 이것은 신호가 상기 제 2 주파수 범위 내에 있고, 상기 제 1 범위 내 감소 및 상기 제 2 범위 내 증가 사이의 직접 링크를 제공하는 것을 보장한다.

상기 제 2 주파수 범위에 상기 제 1 주파수 범위의 신호의 일부를 공급하는 단계는 상기 제 1 주파수 범위의 신호의 고조파들을 생성하는 단계를 포함한다. 이러한 방식에 있어서, 상기 제 1 주파수 범위로부터 공급된 신호는 상기 제 2 주파수 범위로 주파수 조정된다. 상기 제 2 주파수 범위가 상기 제 1 주파수 범위보다 낮은 경우, 부고조파들(sub-harmonics)이 유리하게 생성될 수 있다는 것에 주의한다.

다른 유리한 실시예는 상기 제 1 주파수 범위에서 신호 레벨이 문턱 값을 초과하는 경우, 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수 범위와는 서로 다른 제 3 주파수 범위에서 신호 레벨을 증가시키는 단계를 포함한다. 상기 제 1 주파수 범위와 상기 제 2 주파수 범위 모두에서 신호 레벨이 문턱 값을 초과하는 경우, 상기 제 2 주파수 범위에서 신호 레벨을 증가시키는 단계가 생략될 수 있다.

본 발명의 방법이 주파수 범위들을 선택하는 단계 이전에 오디오 신호를 조절하는 부가 단계를 포함하는 것은 바람직하다. 이것은 오디오 신호가 특정한 변환기의 특징들 및/또는 예를 들어 베이스 주파수들(bass frequencies)과 같은 특정한 주파수 범위를 부스팅(boosting)함으로써 그 오디오 신호를 강화하는데 사용되는 디바이스의 특징들에 적응되도록 허용한다.

본 발명은 또한 오디오 신호를 강화하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는:

●상기 오디오 신호의 주파수 범위를 선택하는 필터 수단으로서, 각각의 선택된 주파수 범위가 신호 레벨을 갖는 각각의 신호를 포함할 수 있는, 상기 필터 수단,

●적어도 제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 결정하는 검출 수단,

●상기 검출 수단에 의해 결정된 상기 신호 레벨에 응답하여 제어 신호들을 발생시키는 제어 수단, 및

●각각의 주파수 범위의 신호를 증폭 또는 감쇠시키는 신호 증폭/감쇠 수단을 포함하며,

상기 제어 수단은:

○상기 제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨이 각각의 문턱 값을 초과하는 지의 여부를 결정하고, 이것이 참인 경우,

○상기 제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 감소시키며,

○상기 제 1 주파수 범위와는 서로 다른 제 2 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 증가시키기 위해 배치된다.

상기 제 1 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 감소시킴으로써, 신호 왜곡이 회피될 수 있다. 상기 제 2 주파수 범위에서 상기 신호 레벨을 증가시킴으로써, 전체 사운드 출력이 실질적으로 영향받지 않을 수 있다.

상기 각각의 신호 증폭/감쇠 수단에 적절한 제어 신호를 전송함으로써 상기 제 2 주파수 범위에서 신호 레벨을 간단히 증가시키는 것이 가능할지라도, 본 발명의 디바이스가 상기 제 2 주파수 범위로 상기 제 1 주파수 범위의 일부를 전달하는 전달 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 입력 신호가 상기 범위에 있지 않은 경우에서조차도 상기 제 2 주파수 범위에서 신호 출력을 허용한다.

상기 전달 수단은 주파수 시프팅 회로(frequency shifting circuit)를 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 적절한 주파수를 적응시키기 위해 상기 제 1 주파수 범위로부터 상기 제 2 주파수 범위로 전달되는 신호를 허용한다. 상기 제 1 주파수 범위로부터 상기 제 2 주파수 범위로의 제어된 신호 전달을 인에이블하기 위해, 상기 각각의 주파수 시프팅 회로에 상기 신호를 공급하기 이전에 상기 전달 수단이 제 1 계수와 제 1 주파수 범위로부터의 신호를 곱하는 제 1 신호 곱셈기를 포함하는 것이 바람직하다. 유사하게는, 다른 주파수 범위로 상기 신호를 공급하기 이전에 상기 전달 수단이 제 2 계수와 제 1 주파수 범위로부터의 주파수 시프팅된 신호를 곱하는 제 2 신호 곱셈기를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제어 수단은 상기 제어 신호들로부터 상기 제 1 계수 및/또는 상기 제 2 계수를 유도하기 위해 유리하게 배치된다.

부가적으로 본 발명은 상기 규정된 바와 같은 디바이스를 포함하는 오디오 시스템을 제공한다.

본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조로 하여 이하 더 자세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 양호한 실시예를 개략적으로 도시한 흐름도.

도 2는 본 발명에 따른 사운드 조정 회로의 양호한 실시예를 도시한 개략도.

도 3은 본 발명의 방법 및 디바이스가 오디오 신호에 영향을 미치는 방법을 개략적으로 도시한 도면.

도 1의 흐름도에서 비제한적인 예에 의해 단순히 예시되는 방법은 모니터링을 위해 수행되고, 필요한 경우 본 발명에 따른 사운드 시스템에서 사운드 레벨을 조정하기 위해 수행되는 다수의 단계들을 포함한다. 상기 사운드 시스템은 이른바 스테레오 세트, 광고 시스템, 음성 합성기 시스템, 또는 사운드를 생성하는 어떤 다른 적절한 시스템과 같은 소비자 사운드 시스템일 수 있다.

본 발명의 방법은 다수의 주파수 범위들에 대해 수행되는 것이 바람직하며, 실질적으로 병행하여 수행되는 것이 바람직하다. 도 1의 도면은 그러한 주파수 범위에 관한 것이며, 유사하거나 동일한 도면들이 다른 주파수 범위들에 대해 도시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

초기화 단계(100) 후에, 상기 방법은 관련된 주파수 범위에서 사운드 레벨(L)이 예를 들어 그 자체로서 알려진 피크 검출기(peak detector)를 사용하여 결정되는 단계(101)를 계속한다. 그 후에, 단계(102)에서 사운드 레벨(L)은 미리 결정된 문턱 사운드 레벨(L_MAX)과 비교된다. 이러한 문턱 사운드 레벨(L_MAX)은 예를 들어 자신의 최대 편위에 도달하는 확성기 원뿔체에 의해 야기될 수 있는 어떠한 사운드 왜곡을 회피하도록 선택될 수 있다.

검출된 사운드 레벨(L)이 문턱 사운드 레벨(L_MAX)보다 작거나 같은 경우 또는 수학적으로 표현하면 L ≥L_MAX를 유지하는 경우, 루틴은 단계(101)로 복귀한다. 그러나, 검출된 사운드 레벨(L)이 문턱 사운드 레벨(L_MAX)을 초과하는 경우 또는 수학적으로 표현하면 L > L_MAX이 참인 경우, 그에 따라 루틴은 관련된 (제 1) 주파수 범위에서 사운드 레벨(L)이 양(ΔL)에 의해 감소되는 단계(103)를 계속한다. 이러한 양(ΔL)은 수학적으로 ΔL = L - L_MAX로 표시되는 문턱 사운드 레벨(L_MAX) 및 사운드 레벨(L) 사이의 차와 동일할 것이다. 대안적으로, 양(ΔL)은 미리 결정된 양과 같을 것이다.

단계(103)의 효과는 관련된 특정한 주파수 범위에서 사운드 레벨(L)의 감소 이다. 비록 왜곡이 회피될 수 있을지라도, 전체 사운드 레벨이 또한 감소된다. 그러므로, 본 발명에 따라 단계(104)는 또 다른 (제 2) 주파수 범위에서 사운드 레벨이 양(ΔL) 또는 유사한 양에 의해 증가되는 것으로 수행된다. 결과적으로, 전체 사운드 출력은 실질적으로 동일한 상태에 있다. 보다 중요하게, 본 발명은 인접한 주파수 범위에서 사운드 레벨 증가에 의해 하나의 주파수 범위 내 사운드 레벨 감소를 보상하고, 따라서 사운드 조정의 인지되는 효과를 최소화할 가능성을 제공한다. 그러므로, 단계(104)의 대안적인 주파수 범위는 인접한 주파수 범위이다.

단계(104) 완료 후에, 루틴은 사운드 레벨(L)이 다시 결정되는 단계(101)로 복귀한다. 상기 사운드 레벨을 모니터링 및 조정하는 것은 연속적인 프로세스인 것이 바람직하다.

단계(104)에서 대안적인 주파수 범위에서 사운드 레벨은 상기 언급된 바와 같이, 사운드 레벨이 단계(103)에서 감소되는 것과 동일한 양(ΔL)만큼 증가되는 것이 바람직하다. 그러나, 이것은 필수적이지 않으며, 실시예들은 예를 들어 변환기들(전형적으로 확성기들)의 특징들 및/또는 사용자에 의해 인식되는 주관적인 사운드 레벨에 의존하여 증가가 적용될 특정한 주파수 범위에 대해 사운드 레벨에서의 증가의 양들이 조정되는 것으로 가정될 수 있다. 초과 사운드 레벨의 재할당 또는 "맵핑"은 그 결과 특정한 주파수 범위의 속성들을 고려할 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 사운드 레벨이 단계(103)를 통해 감소되는 양(ΔL)은 미리 결정된 양일 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 과도한 조정들이 회피될 수 있다. 단계(104) 후에 루틴이 단계(101)로 복귀함에 따라, 사운드 레벨은 반복적인 방식으로, 즉 다수의 단계들로 감소될 수 있다. 사운드 레벨(L)이 연속적으로 변할 것이기 때문에, 연속적인 모니터링이 일반적으로 필요할 것이다. 모니터링된 사운드 레벨(L)이:

●(다른) 사운드 레벨 감소가 필요할 수 있는 경우 상승하거나,

●만약 첫 번째 감소가 문턱을 초과하는 사운드 레벨을 남긴 경우만을 다른 감소들이 필요로 하는 경우에 어떠한 시간 기간 동안 실질적으로 일정하거나,

●다른 감소가 전형적으로 요구되지 않는 경우에, 비록 이것이 제시된 순간에서 실제 사운드 레벨에 당연히 의존할지라도 하강할 수 있다.

문턱 값(L_MAX)이 특정한 주파수 범위에 의존할 것이고, 서로 다른 주파수 범위들이 전형적으로 명확한 문턱 값들을 가질 것이라는 점을 또한 주의한다.

도 1의 방법은 낮은 오디오 주파수 범위들, 예를 들어 20부터 100Hz에 걸친 주파수 범위들에 대해 특히 효과적이다. 때때로, 변환기들은 왜곡 없이 높은 사운드 레벨에서 이러한 주파수 범위 내 사운드를 생성할 수 없다. 본 발명에 따라, 20 내지 100Hz 주파수 범위 내 사운드 레벨이 왜곡을 회피하기 위해 감소될 때, 예를 들어 100으로부터 300Hz에 걸친 다음의 더 높은 주파수 범위 내 사운드 레벨이 증가될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 신호 왜곡을 제거하는 동안 사용자에 의해 인식되는 것과 같은 전체 베이스 사운드 레벨은 실질적으로 동일한 상태에 있다.

하나의 주파수 범위 내 사운드 레벨을 감소시킬 때, 인접한 주파수 범위, 그러나 반드시 그런 것은 아니지만 바람직하게는 다음의 더 높은 주파수 범위 내 사 운드 레벨을 증가시키는 것이 바람직하다. 이것은 당연히 자신의 사운드 문턱 값에 또한 도달하는 이러한 인접한 주파수 범위를 결과로 나타낼 것이다. 그러한 경우에 있어서, 다음의 주파수 범위 내 사운드 볼륨이 또한 증가될 것이다. 따라서, 사운드 증가는 다음의 사용가능한 주파수 범위, 즉 증가가 가능한 다음의 주파수 범위에 할당된다. 모든 주파수 범위들이 그것들의 문턱 값에 도달한 경우, 사운드 증가는 가능하지 않다.

일부 실시예들에 있어서, 사운드 레벨들의 재할당으로 인한 사운드 레벨 증가는 낮은 주파수 범위로 인한 더 높은 오디오 주파수 범위들과, 그것들의 문턱들에 도달하는 모든 차후의 주파수 범위들에서 어떠한 증가도 회피하기 위해 다음의 하나 또는 2개의 주파수 범위들에 제한될 수 있다.

도 1에서 단계(104)의 대안적인 주파수는 또한 특정한 변환기 또는 변환기들의 그룹이 특히 효율적인 특정 주파수 또는 주파수 범위일 수 있다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 주파수 범위들은 단일한 주파수 또는 주파수 범위 상으로 "맵핑"될 수 있다. 예를 들어, 특정한 변환기는 120Hz에서 매우 효율적일 수 있다. 그에 따라, 문턱(L_MAX)에 도달하는 것으로 인한 하나 또는 몇 개의 주파수 범위들의 사운드 레벨들에서 어떠한 감소도 120Hz에서 변환기에 의해 생성되는 사운드 레벨 내 증가를 나타낼 것이다. 참조 문헌으로는 유럽 특허 출원서 제 03 103 398.8 호[ID613750] 및 제 03 103 396.2 호[ID614271]가 있으며, 본 명세서에 그것들의 전체 콘텐츠들이 함께 포함된다.

도 2에 단지 비제한적인 예로 도시된 사운드 조정 디바이스(1)의 실시예는 오디오 입력 신호를 수신하는 입력 터미널(2)을 포함한다. 조절 필터(conditioning filter)(3)는 입력 터미널(2)에 연결되고, 예를 들어 더 낮은 주파수들을 부스팅(boosting)하기 위해 보다 높은 주파수들을 감쇠함으로써 수신된 오디오 입력 신호를 조절한다. 상기 조절 필터는 내장형 증폭기를 통해 제공될 수 있지만, 조절 필터(3)에 오디오 신호를 공급하기 이전에 그 오디오 신호를 증폭하는 별개의 증폭기(도시되지 않음)를 사용하는 것이 바람직하다.

조절된 오디오 입력 신호는 그 후에 N 대역 통과 필터들(4₁,4₂,...4_N)의 배열로 공급되고, N의 더 큰 값들이 또한 가능할지라도 N은 2 및 10 사이의 범위 내 정수이다. 각각이 대역 통과 필터(4_i(i=1...N))는 주파수 범위를 규정한다. 대역 통과 필터링된 오디오 신호들은 신호 왜곡을 회피하도록 필요한 만큼 신호를 증폭 또는 감쇠할 수 있는 각각의 제어된 증폭기/감쇠기(5_i(i=1...N))에 각각 공급된다. 각각의 증폭기/감쇠기(5_i)의 신호 증폭 또는 감쇠는 각각의 제어 신호(Vi)에 의해 제어된다. 증폭되거나 감쇠된 신호들은 다음에 변환기(7)로 공급되는 출력 신호를 형성하도록 신호들을 가산하는 신호 가산 회로(6)에 계속해서 건네진다. 도 2에 단지 단일한 변환기(확성기)가 도시되고 있을지라도, 2개 또는 그 이상의 변환기들이나 변환기들의 세트들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

증폭기들/감쇠기들(5₁...5_N)의 출력들은 신호의 피크(최대) 값을 검출하는 각각의 피크 검출기(8₁...8_N)에 각각 접속된다. 이러한 검출된 피크 값들은 마이크로프로세서(9)에 건네지고, 증폭기들/감쇠기들(51...5N)에 각각 공급되는 제어(증폭/감쇠) 신호들의 세트를 형성하기 위해 프로세싱된다. 상기에 언급된 국제 특허 출원서 WO 01/03466 호에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 마이크로프로세서(9)는 마이크로프로세서(9)와 연관된 메모리 디바이스(10)에 저장된 미리 결정된 문턱 값들(L_MAX)과 피크 검출기들(8_i(i=1...N))에 의해 생성되는 피크 또는 최대 신호 레벨 값들(L)을 비교할 수 있다. 메모리 디바이스(10)는 문턱 값들(L_MAX)을 포함하는 룩-업 테이블(look-up table)을 포함하는 것이 바람직하다. 검출된 피크 값이 대응하는 저장된 문턱 값을 초과하는 경우, 마이크로프로세서는 적절한 제어 (감쇠) 신호 값(V_i)을 결정하고, 각각의 신호의 피크 레벨을 감소시키기 위해 대응하는 증폭기/감쇠기(5_i)에 그것을 공급한다. 이러한 방식에 있어서, 확성기(들)(7)에 의해 출력되는 오디오 신호의 왜곡이 회피된다.

그러나, 왜곡이 스피커(들)(7)에 의해 출력되는 사운드 볼륨의 손실에서 회피되는 것이 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명에 따라서 디바이스(1)는 전체 사운드 볼륨을 보존하기 위한 시도를 위해 배치된다. 이러한 목적을 위해, 대역 통과 필터들(4₁...4_N-1)은 각각의 제 1 계수(A₁...A_N-1)와 대역 통과 필터링된 오디오 신호를 곱하는 신호 곱셈기들(12₁...12_N-1)에 각각 연결된다. 결과적인 신호들은 이후 보다 자세히 설명될 각각의 신호 정정 유닛들(13₁...13_N-1)에 공급된다. 다른 신호 곱 셈기들(14₁...14_N-1)은 신호 가산 회로(15₂...15_N)에서 다음의 대역 통과 필터(4₂...4_N)의 출력 신호에 이 후에 가산되는 볼륨 정정 신호를 형성하도록 제 2 계수(B₁...B_N-1)에 각각의 신호 정정 유닛(13₁...13_N-1)의 출력 신호를 곱한다.

이러한 방식으로 (제 1, 가장 낮은 것을 제외한) 각각의 주파수 범위는 이전 단계(들)의 출력 볼륨에서 감소에 대해 보상하도록 자신의 각각의 출력 볼륨을 증가시키기 위해 이전의 더 낮은 주파수 범위로부터 기여하는 신호를 수신할 수 있다.

예시된 실시예에서 제 1 대역 통과 필터(4₁)가 가장 낮은 주파수 범위를 규정하는 가장 낮은 통과 대역을 갖고, 신호 기여를 수신하기 위한 더 낮은 주파수 범위가 존재하지 않기 때문에 신호 가산 회로가 제 1 대역 통과 필터(4₁) 및 제 1 감쇠기(5₁) 사이에 존재하지 않는다는 것에 주의한다.

주파수 범위의 신호가 다음 주파수 범위 내 볼륨 정정 신호로 사용되는 범위를 함께 결정하는 계수들 A_i 및 B_i(i=1...N-1)은 자신의 입력들로 감쇠 계수들(V₁...V_N)을 수신하는 논리 회로(11)에 의해 생성된다. 대안적으로, 계수들 A_i 및 B_i는 마이크로프로세서(9)에 의해 직접적으로 생성될 수 있다.

신호 정정 유닛들(13₁...13_N-1)은 미국 특허 US 6,134,330 호(필립스)에 개시된 바와 같은 주파수 시프팅 회로를 각각 포함할 수 있고, 본 명세서에 그 전체 명 세서가 함께 포함된다. 그러한 "울트라 베이스" 회로는 자신의 고조파들과 오디오 신호를 대체할 수 있고, 따라서 자신의 주파수를 효과적으로 두 배로 하거나, 세 배로 하거나, 네 배로 할 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 하나의 주파수 범위의 오디오 신호(의 일부)는 또 다른 더 높은 주파수 범위로 변환될 수 있다. US 6,134,330 호의 "울트라 베이스" 회로는 주파수 범위를 선택하고, 그 주파수 범위의 고조파들을 생성하며, 출력될 고조파들을 선택하기 위해 직렬로 접속되는 제 1 필터와, 고조파들 발생기와, 제 2 필터를 포함할 수 있다. 증폭기는 상기 언급된 직렬 회로에 병렬로 배치될 수 있다. 상기 증폭기들은 최초 신호를 증폭하도록 작동한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 기준 변환기(확성기)(17)는 기준 음향 오디오 신호를 제공하도록 스위치(18)를 통해 입력(2)에 접속될 수 있다. 양호하게는, 트랜지스터(17)는 어떠한 감지가능한 왜곡 없이 높은 사운드 레벨들에서 넓은 오디오 주파수 범위를 렌더링할 수 있는 높은 품질 변환기 또는 변환기들의 세트이다. 변환기들(7, 17)의 출력은 디바이스(1)의 임팩트를 결정하도록 비교될 수 있다. 게다가, 적절한 증폭기(도시되지 않음)에 접속되는 교정 마이크(calibration microphone)(19)는 디바이스(1)를 교정하고 계수들(V_i)의 값들을 결정하기 위해 제공될 수 있다. 조절 필터(3)는 변환기(17)의 출력(최초 오디오 신호) 및 변환기(7)의 출력(디바이스(1)에 의해 영향받는 오디오 신호) 사이의 차를 최소화하도록 디자인 및/또는 튜닝(tuning)된다. 그러므로, 조절 필터(3)의 "조절"은 변환기(7)에 최초 오디오 신호의 적응을 포함한다.

주파수 범위들의 예시적인 세트가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 오디오 주파수 범위는 대략 20Hz로부터 대략 20kHz로의 주파수들을 갖는다. 도시된 예에서, 이러한 주파수 범위는,

I. 20Hz - 200Hz,

II. 200Hz - 1kHz,

III. 1kHz - 5kHz,

IV. 5kHz - 10kHz,

V. 10kHz - 20kHz

의 5개 주파수 범위들로 분할된다.

이것이 단지 예시적이며 주파수 범위들의 수 및 그것들의 경계 값들 모두가 서로 다르게 선택될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

입력 신호의 주파수 분포(H_in)는 대략 20Hz로부터 대략 20kHz로의 범위로 제시된다. 이러한 주파수 분포는 다양한 주파수들에서 오디오 신호의 평균 사운드 레벨(L)을 반영한다.

제 1 주파수 범위(I) 내 최대 사운드 레벨이 도 3에 표시된 것과 같이 L_MAXI이라고 가정한다. 이러한 최대 사운드 레벨은 더 높은 사운드 레벨을 생성하도록 시도되는 경우 신호 왜곡을 유입하는 변환기의 속성들에 의해 지시될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 실제 입력 사운드 레벨은 이러한 최대 레벨(L_MAXI)을 초과한다. 상기 논의된 바와 같이, 본 발명의 제 1 측면을 따라서 생성되는 사운드 레벨은 L_MAXI에 제한된다. 그러나, 이것은 주파수 범위(I) 내 사운드 레벨을 효과적으로 감소시켜서, 전체적인 사운드 레벨을 감소시킬 것이다. 그러므로, 본 발명의 제 2 측면에 따라서 사운드 볼륨 내 차이(ΔL)는 실질적으로 일정한 전체적 사운드 레벨을 유지하도록 다음의 더 높은 주파수 범위(II)에 나타난 예에서 또 다른 주파수 범위로 "맵핑"된다. 주파수 범위(II)에 부가되는 사운드 볼륨은 그 결과 주파수 범위(II)의 사운드 볼륨 내 감소(ΔL)와 양적으로 동일한 것이 바람직하다.

인접한 주파수 범위(II)에 나타난 예에서 또 다른 주파수 범위 내 사운드 볼륨을 증가시킬 때, 증가된 사운드 볼륨이 주파수 범위(II)의 문턱(L_MAXII)을 초과하는지의 여부가 당연히 검사된다. 제시된 예에서, 이것은 그러한 경우가 아니며 전체 사운드 볼륨 증가(ΔL)는 주파수 범위(II) 내에서 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 증가가 최대 값(L_MAXII) 위에서 주파수 범위(II) 내 사운드 레벨을 상승시키는 경우, 주파수 범위(II) 내 증가는 문턱을 초과하지 않도록 제한될 것이다. 이러한 경우에서, 증가(ΔL)의 일부는 예를 들어 도 3에서의 주파수 범위에서 다른 주파수 범위로 맵핑될 수 있다.

예를 들어 주파수 범위(I)로부터 주파수 범위(III)로 주파수 범위(II)를 건너 뛰어서 인접하지 않은 주파수 범위에 사운드 볼륨 증가를 초기에 전달하는 것 또한 가능하다. 더 높은 주파수 범위로부터 예를 들어 V로부터 IV로 또는 V로부터 III로 더 낮은 주파수 범위로 사운드 볼륨 증가를 전달하는 것이 가능하다.

상기 언급된 바와 같이, 주파수 범위들 중 하나는 그 특정한 범위에서 매우 효율적인 특정한 변환기 전용의 특정 주파수 범위일 수 있다. 그러한 특정 주파수 범위는 예를 들어 특정한 변환기가 자신의 최대 효율성을 갖는 (현재의 예에서 120Hz) 주파수를 중심으로 하는 오직 약 115Hz로부터 약 125Hz에 걸친 범위로 매우 협소할 수 있다.

본 발명은 소형 및 마이크로 오디오 세트들과, 휴대용 오디오 장비와, 텔레비전 세트들과, 가정용 시네마 사운드 시스템들과, 컴퓨터 장비와, 다른 디바이스들에 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명은 대부분의 오디오 변환기들이 낮은 사운드 압력 레벨들에서 어떠한 실질적 왜곡도 없이 거의 모든 오디오 주파수들을 생성할 수 있지만, 왜곡을 방지하도록 어떠한 주파수 범위 내 변환기 출력을 제한하는 것이 그 변환기에 의해 출력되는 전체적 사운드 압력 레벨을 감소시키지 않는 견해에 기초한다. 본 발명은 심지어 하나 또는 그 이상의 주파수 범위들 내 출력이 또 다른 주파수 범위 또는 다른 주파수 범위들 내 출력을 증가시킴으로써 감소되는 경우조차도, 변환기 또는 변환기들의 세트에 의해 출력되는 전체적 사운드 압력 레벨이 실질적으로 유지될 수 있는 다른 견해로부터 이익을 갖는다.

본 명세서에서 사용되는 어떠한 용어들도 본 발명의 범위를 제한하도록 구성되지 않는다는 것에 주의한다. 특히, 단어들 "포함하다" 및 "포함하는"은 명확하게 언급되지 않는 어떠한 요소들을 배제하는 것을 의미하지 않는다. 단일 (회로) 요소들은 다중 (회로) 요소들 또는 그것들의 등가물들과 대체될 수 있다.

당업자들은 본 발명이 상기 예시된 실시예들에 제한되지 않으며 많은 수정들 및 부가적인 것들이 첨부된 특허청구범위에 규정되는 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으며 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (16)

1. 오디오 신호를 강화(enhancing)하는 방법에 있어서,

   ●상기 오디오 신호의 주파수 범위들(I,II,...)을 선택하는 단계로서, 각각의 주파수 범위는 신호 레벨(L)을 갖는 각각의 신호를 포함할 수 있는, 상기 선택 단계,

   ●제 1 주파수 범위(I)에서 상기 신호 레벨(L)을 결정하는 단계, 및

   ●상기 제 1 주파수 범위(I)에서의 상기 신호 레벨(L)이 문턱 값(L_MAXI)을 초과하는 경우,

   ○상기 제 1 주파수 범위에서의 상기 신호 레벨을 감소시키는 단계, 및

   ○상기 제 1 주파수 범위(I)와는 다른 제 2 주파수 범위(II)에서의 상기 신호 레벨을 증가시키는 단계를 포함하는, 오디오 신호 강화 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 주파수 범위(II)는 상기 제 1 주파수 범위(I)보다 더 높은, 오디오 신호 강화 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 주파수 범위(II)는 상기 제 1 주파수 범위(I)에 인접하는, 오디오 신호 강화 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 2 주파수 범위(II)에서 상기 신호 레벨(L)을 증가시키는 단계는 상기 제 2 주파수 범위(II)에 상기 제 1 주파수 범위(I)의 신호의 일부를 공급하는 단계를 포함하는, 오디오 신호 강화 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 2 주파수 범위(II)에 상기 제 1 주파수 범위(I)의 신호의 일부를 공급하는 단계는 상기 제 1 주파수 범위의 신호의 고조파들을 발생시키는 단계를 포함하는, 오디오 신호 강화 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 주파수 범위(I)에서의 상기 신호 레벨(L)이 문턱 값(L_MAXI)을 초과하는 경우, 상기 제 1 주파수 범위 및 상기 제 2 주파수 범위와는 다른 제 3 주파수 범위(III)에서의 상기 신호 레벨을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 오디오 신호 강화 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 주파수 범위(I) 및 상기 제 2 주파수 범위(II) 모두에서의 상기 신호 레벨이 각각의 문턱 값(L_MAXI, L_MAXII)을 초과하는 경우, 상기 제 2 주파수 범위에서의 상기 신호 레벨을 증가시키는 단계는 생략되는, 오디오 신호 강화 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주파수 범위들을 선택하는 단계 이전에 상기 오디오 신호를 조절하는 단계를 더 포함하는, 오디오 신호 강화 방법.
9. 오디오 신호를 강화하는 디바이스(1)에 있어서,

   ●상기 오디오 신호의 주파수 범위들(I,II,...)을 선택하는 필터 수단(4₁-4_N)으로서, 각각의 선택된 주파수 범위는 신호 레벨(L)을 갖는 각각의 신호를 포함할 수 있는, 상기 필터 수단(4₁-4_N),

   ●적어도 제 1 주파수 범위(I)에서의 상기 신호 레벨(L)을 결정하는 검출 수단(8₁-8_N),

   ●상기 검출 수단에 의해 결정되는 상기 신호 레벨에 응답하여 제어 신호들(V₁-V_N)을 발생시키는 제어 수단(9, 10), 및

   ●상기 제어 신호들(V₁-V_N)에 응답하여 각각의 주파수 범위의 상기 신호를 감쇠시키는 신호 증폭/감쇠 수단(5₁...5_N)을 포함하며,

   상기 제어 수단(9, 10)은,

   ○상기 제 1 주파수 범위(I)에서의 상기 신호 레벨(L)이 각각의 문턱 값(L_MAXI)을 초과하는지를 결정하고, 이것이 참인 경우,

   ○상기 제 1 주파수 범위(I)에서의 상기 신호 레벨(L)을 감소시키며,

   ○상기 제 1 주파수 범위와는 다른 제 2 주파수 범위(II)에서의 상기 신호 레벨을 증가시키기 위해 배치되는, 오디오 신호 강화 디바이스.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 2 주파수 범위(예컨대 II)에 상기 제 1 주파수 범위(예컨대 I)의 상기 신호의 일부를 전달하는 전달 수단(12₁...12_N-1, 13₁...13_N-1, 14₁...14_N-1, 15₂...15_N)을 더 포함하는, 오디오 신호 강화 디바이스.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 전달 수단은 주파수 시프팅 회로(frequency shifting circuit)(13₁...13_N-1)를 포함하는, 오디오 신호 강화 디바이스.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 전달 수단은 상기 각각의 주파수 시프팅 회로(13₁...13_N-1)에 상기 신호를 공급하기 이전에 제 1 계수(A₁...A_{N -1})와 상기 제 1 주파수 범위로부터의 신호를 곱하는 제 1 신호 곱셈기를 포함하는, 오디오 신호 강화 디바이스.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 전달 수단은 상기 제 2 주파수 범위에 상기 신호를 공급하기 이전에 제 2 계수(B₁...B_{N -1})와 상기 제 1 주파수 범위로부터의 상기 주파수 시프팅된 신호를 곱하는 제 2 신호 곱셈기를 포함하는, 오디오 신호 강화 디바이스.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 제어 수단(9, 10)은 상기 제어 신호들(V₁-V_N)로부터 상기 제 1 계수(A₁...A_N-1) 및/또는 상기 제 2 계수(B₁...B_{N -1})를 유도하도록 배치되는, 오디오 신호 강화 디바이스.
15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    주파수 범위들을 선택하기 이전에 상기 오디오 신호를 조절하는 조절 필터(conditioning filter)(3)를 더 포함하는, 오디오 신호 강화 디바이스.
16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스(1)를 포함하는 오디오 시스템.

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