KR20070072658A - 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템 - Google Patents

보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템 Download PDF

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KR20070072658A
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김종우
권오석
나태영
최경석
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엘지전자 주식회사
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    • H04R2430/01—Aspects of volume control, not necessarily automatic, in sound systems

Abstract

본 발명은 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템에 관한 것으로서, 입력되는 오디오신호를 펄스폭 변조하는 변조수단; 상기 펄스폭 변조된 오디오신호를 해당 주파수대역으로 각각 슬라이스하는 슬라이스수단; 상기 슬라이스된 각 오디오신호의 출력레벨을 조정하는 조정수단; 및 상기 레벨 조정되어 출력되는 각 오디오신호를 파워 증폭하여 스피커로 출력하는 디지털 파워 증폭수단을 포함하여 구성되어, 디지털 소자를 사용하여 오디오신호의 주파수대역 슬라이스시 오차를 최소화할 수 있으며, 스피커의 고유 특성에 적합하도록 오디오 재생대역 및 출력레벨을 적절히 보정함으로써 오디오의 원음을 충실하게 재현할 수 있으며, 이로 인해 스피커의 고유 특성에 의해 오디오 원음이 왜곡되는 것을 효율적으로 방지할 수 있으며, 또한 DSP 및 전치 증폭기와 같은 고가의 소자를 사용하지 않아도 되므로 보급화를 실현할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
크로스오버 네트워크, 스피커, 이퀄라이저, 게인 콘트롤러, 주파수 특성

Description

보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템{A digital crossover network system}
도 1은 아날로그 크로스오버 네트워크 스피커 시스템(Analog Crossover Network System)의 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템(Digital Crossover Network System)의 일 실시예의 구성을 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전치 증폭기 20 : 파워 증폭기
30, 40 : 스피커 인클로저 41 : 디코더
42 : 전원 공급부 43 : PWM
44 : 디지털 파워 증폭기
본 발명은 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고가의 소자를 사용하지 않고서도 스피커의 고유 특성에 적합하도록 오디오 재생대역 및 출력레벨을 적절히 보정하여 오디오의 원음을 충실하게 재현할 수 있도록 하는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템에 관한 것이다.
최근에는, 고음질의 오디오신호를 고출력의 소리음으로 증폭 출력할 수 있는 다양한 유형의 오디오기기들이 개발 출시되어 상용화되고 있는데, 이러한 오디오기기에는 스피커 시스템이 필수적이다.
도 1은 일반 오디오기기에서 주로 사용되는 아날로그 크로스오버 네트워크 스피커 시스템(Analog Crossover Network System)의 구성을 도시한 것으로서, 전치 증폭기(Pre-Amp)(10), 파워 증폭기(Power Amp)(20), 그리고 R, L, C로 구성되는 크로스오버 네트워크 및 스피커를 포함하는 스피커 인클로저(Speaker Encloser)(30)를 포함 구성되어 있다.
상기 크로스오버 네트워크란 각기 다른 주파수를 재생하는 스피커에 적절한 주파수를 공급하기 위한 장치로서, 액티브(Active) 네트워크와 패시브(Passive) 네트워크로 구분할 수 있다.
도 1과 같이 구성되는 스피커 시스템에서는, 오디오기기로부터 재생 출력되는 오디오신호(Source)가 상기 전치 증폭기(10)에 입력되면 상기 전치 증폭기(10)에서는 상기 신호 처리된 오디오신호를 소정 레벨의 오디오신호로 전치 증폭하는데, 이때 상기 전치 증폭기(10)에 입력되는 상기 오디오신호는 상기 오디오기기에서 디코딩 완료된 아날로그신호이다.
상기 파워 증폭기(20)는 상기 전치 증폭된 소정 레벨의 오디오신호를 높은 레로 파워 증폭한 후 상기 스피커 인클로저(30)로 출력하고, 상기 스피커 인클로저(30)로 입력되는 아날로그 오디오신호는 상기 크로스오버 네트워크를 통해 각 스피커로 분배되는데, 즉 상기 크로스오버 네트워크는 입력되는 오디오신호를 해당 주파수대역으로 자르는(Slice) 역할을 한다.
즉, 도 1의 구성에서 HPF(High Pass Filter)는 입력되는 오디오신호 중 고음에 해당하는 4kHz 이상의 주파수대역을 슬라이스하여 해당 스피커로 출력하고, BPF(Band Pass Filter)는 입력되는 오디오신호 중 중음에 해당하는 600Hz∼4kHz의 주파수대역을 슬라이스하여 해당 스피커로 출력하며, 또 LPF(Low Pass Filter)는 입력되는 오디오신호 중 저음에 해당하는 600Hz 이하의 주파수대역을 슬라이스하여 해당 스피커로 출력한다.
이와 같이 함으로써, 사용자는 상기 오디오기기를 통해 저음, 중음, 고음의 오디오신호를 청취할 수 있게 되는 것이다.
한편, 모든 스피커 시스템에서는 오디오신호의 모든 주파수대역에서 오디오 출력레벨이 평탄(Flat)하게 변환되는 평탄특성을 갖는 것이 바람직하지만, 이는 스 피커의 제조회사 또는 제조 모델에 따라 서로 다른 고유의 특성을 갖게 된다.
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래의 아날로그 크로스오버 네트워크 스피커 시스템에서는, 스피커 인클로저를 구성하는 각 소자가 아날로그 소자인데, 이는 디지털 소자에 비해 정교하지 않아 오디오신호를 해당 주파수대역으로 슬라이스할 때 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 상기한 바와 같이 스피커 시스템을 통해 출력되는 오디오 재생대역 및 출력레벨이 스피커의 고유 특성으로 인해 비선형적으로 낮아지거나 또는 높아지게 되는 경우에는 오디오의 원음을 충실하게 재현할 수 없는 문제점이 있었다.
한편, 상기한 아날로그 크로스오버 네트워크 스피커 시스템의 대안으로 고가의 DSP 및 Pre&Power Amp를 사용하는 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템이 제안되었으나 이는 고가의 소자 사용으로 인해 고가의 스피커 시스템(High-End Digital Crossover Network System)에만 적용되어 보급화가 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 디지털 소자를 사용하여 오디오신호의 주파수대역 슬라이스시 오차를 최소화하며, 스피커의 고유 특성에 적합하도록 오디오 재생대역 및 출력레벨을 적절히 보정하여 오디오의 원음을 충실하게 재현토록 하고, 더불어 고가의 소자를 사용하지 않아 보 급화를 실현할 수 있도록 한 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템은, 입력되는 오디오신호를 펄스폭 변조하는 변조수단; 상기 펄스폭 변조된 오디오신호를 해당 주파수대역으로 각각 슬라이스하는 슬라이스수단; 상기 슬라이스된 각 오디오신호의 출력레벨을 조정하는 조정수단; 및 상기 레벨 조정되어 출력되는 각 오디오신호를 파워 증폭하여 스피커로 출력하는 디지털 파워 증폭수단을 포함하여 구성되는 것에 그 특징이 있는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템의 일 실시예에 대해, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템(Digital Crossover Network System), 즉 스피커 인클로저(Speaker Encloser)(40)의 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 것으로서, 디코더(41), 전원 공급부(42), PWM(Pulse Width Modulator)(43), 그리고 디지털 파워 증폭기(44)와 스피커(Speaker)를 포함 구성되어 있다.
상기의 구성에서, 상기 PWM(43)은 입력 오디오신호를 펄스폭 변조하는 PWM과, EQ HPF, EQ BPF, EQ LPF로 구성되는 크로스오버 네트워크(with EQ)와, 그리고 상기 EQ HPF, EQ BPF, EQ LPF로부터 각각 출력되는 오디오신호의 게인을 조정하는 게인 콘트롤러(Gain Controller)를 포함 구성되어 있다.
또, 상기 디지털 파워 증폭기(44)는 상기 각 게인 콘트롤러로부터 게인 조정되어 출력되는 각 오디오신호를 증폭 출력하는 증폭기(Amp)와, 상기 증폭 출력되는 각 오디오신호를 해당 스피커로 출력하는 LPF를 포함 구성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템에 있어서, 우선 상기 전원 공급부(42)는 상기 스피커 인클로저(40) 내부에 전원을 공급한다.
이와 같은 상태에서, 상기 디코더(41)에 오디오신호가 입력되면 상기 디코더(41)는 입력되는 디지털 오디오신호(Source)를 기 지정된 포맷에 따라 원래의 오디오신호로 디코딩하고, 상기 디코딩되는 오디오신호는 상기 PWM(43)에 인가되어 우선 펄스폭 변조된다.
이어서, 상기 PWM(43)의 각 필터, 즉 EQ HPF, EQ BPF, EQ LPF는 상기 펄스폭 변조되어 입력되는 오디오신호에서 해당 주파수대역을 슬라이스하여 출력하게 되는데, 즉 EQ HPF는 입력되는 오디오신호 중 고음에 해당하는 4kHz 이상의 주파수대역을 슬라이스하여 출력하고, EQ BPF는 입력되는 오디오신호 중 중음에 해당하는 600Hz∼4kHz의 주파수대역을 슬라이스하여 출력하며, 또 EQ LPF는 입력되는 오디오신호 중 저음에 해당하는 600Hz 이하의 주파수대역을 슬라이스하여 출력한다.
이때, 상기 각 필터들은 이퀄라이저(Equalizer) 기능이 있어 오디오신호의 주파수 특성을 필요한 범위로 균등화하여 출력하게 된다.
상기 PWM(43)의 각 게인 콘트롤러에서는 상기 각 필터로부터 입력되는 오디오신호의 볼륨 조정과 함께 오디오 출력레벨이 평탄(Flat)해지도록 게인 조정하게 되는데, 이와 같이 함으로써 스피커에서 출력시 발생하는 신호왜곡 현상을 방지, 원음에 가까운 음향을 구현할 수 있게 된다.
한편, 상기 디지털 파워 증폭기(44)의 각 증폭기에서는 상기 각 게인 콘트롤러로부터 입력되는 오디오신호를 증폭하여 출력하고, 상기 디지털 파워 증폭기(44)의 각 LPF에서는 상기 증폭 출력되는 오디오신호를 해당 스피커로 출력함으로써, 사용자가 저음, 중음, 고음의 오디오신호를 청취할 수 있게 되는 것이다.
이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템은, 디지털 소자를 사용하여 오디오신호의 주파수대역 슬라이스시 오차를 최소화할 수 있으며, 스피커의 고유 특성에 적합하도록 오디오 재생대역 및 출력레벨을 적절히 보정함으로써 오디오의 원음을 충실하게 재현할 수 있으며, 이 로 인해 스피커의 고유 특성에 의해 오디오 원음이 왜곡되는 것을 효율적으로 방지할 수 있으며, 또한 DSP 및 전치 증폭기와 같은 고가의 소자를 사용하지 않아도 되므로 보급화를 실현할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (6)

  1. 스피커 시스템에 있어서,
    입력되는 오디오신호를 펄스폭 변조하는 변조수단;
    상기 펄스폭 변조된 오디오신호를 해당 주파수대역으로 각각 슬라이스하는 슬라이스수단;
    상기 슬라이스된 각 오디오신호의 출력레벨을 조정하는 조정수단; 및
    상기 레벨 조정되어 출력되는 각 오디오신호를 파워 증폭하여 스피커로 출력하는 디지털 파워 증폭수단을 포함하여 구성되는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    입력되는 디지털 오디오신호를 디코딩하여 상기 변조수단에 인가하는 디코딩수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스피커 시스템의 각 구성에 전원을 공급하는 전원 공급수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 슬라이스수단은, 고음에 해당하는 주파수대역을 슬라이스하는 HPF, 중음에 해당하는 주파수대역을 슬라이스하는 BPF, 그리고 저음에 해당하는 주파수대역을 슬라이스하는 LPF를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 각 필터들은 상기 각 오디오신호의 주파수 특성을 필요한 범위로 균등화시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 조정수단은, 게인 조정을 통해 상기 각 오디오신호의 출력레벨을 조정하는 것을 특징으로 하는 보급형 디지털 크로스오버 네트워크 스피커 시스템.
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WO2013060077A1 (zh) * 2011-10-27 2013-05-02 苏州上声电子有限公司 数字化扬声器阵列系统的通道均衡与波束控制方法和装置

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