KR20080014455A - Audio amplification device and method of amplifying audio signal - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 각각 하우링 소거 기능을 구비하는 종래의 오디오 증폭 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.1A and 1B are block diagrams schematically showing a conventional audio amplifying apparatus each having a howling cancellation function.
도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 오디오 증폭 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of an audio amplifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a signal processing method of the audio amplifier shown in FIG. 2.
도 4는 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an operation process performed to cancel a howling in the audio amplifying apparatus shown in FIG. 2.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 오디오 증폭 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram showing the configuration of an audio amplifying apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. FIG. 6 is a flowchart illustrating a signal processing method of the audio amplifier shown in FIG. 5.
도 7는 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an operation process performed to cancel a howling in the audio amplifying apparatus shown in FIG. 5.
본 발명은 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 주파수 도메인 상의 신호 처리에 의해 하우링을 소거하는 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an audio amplification apparatus and an audio amplification method, and more particularly, to an audio amplification apparatus and an audio amplification method for canceling a howling by signal processing on a frequency domain.
마이크로폰과 스피커를 동시에 사용하는 오디오 증폭 장치에서, 스피커로부터 출력된 소리가 실내의 벽 등에 의해 반사되어 다시 마이크로폰으로 입력되는 경우, 하우링이 발생된다. 이와 같은 하우링의 원인은 스피커로부터 출력된 신호가 다시 마이크를 통하여 입력되는 과정에서 생기는 반복적인 정궤환 루프(positive feedback loop)에 의한 공진 또는 발진임이 알려져 있다. 하우링은 성가신 소음을 제공할 뿐만 아니라 다른 유용한 오디오 신호에 손상을 주기 때문에 통상적인 오디오 증폭 장치는 이를 소거하기 위한 장치를 구비한다.In an audio amplifying apparatus using a microphone and a speaker at the same time, a howling is generated when the sound output from the speaker is reflected by a wall or the like in the room and inputted back into the microphone. It is known that the cause of the howling is a resonance or oscillation caused by a repetitive positive feedback loop generated when a signal output from a speaker is input through a microphone again. Since the howling not only provides annoying noise but also damages other useful audio signals, conventional audio amplification devices have a device for canceling them.
도 1a 및 도 1b는 각각 하우링 소거 기능을 구비하는 종래의 오디오 증폭 장치(9a, 9b)를 개략적으로 나타내는 블록도이다.1A and 1B are block diagrams schematically showing
도 1a에 도시된 오디오 증폭 장치(9a)는 마이크로폰(1)을 통해서 입력되는 오디오 신호의 고주파 성분을 제거하고 나머지 주파수 성분의 오디오 신호를 증폭하는 주파수 필터링 특성을 갖는 마이크로폰 증폭기(2a)와 스피커(8)로 출력되는 소리를 증폭시키기 위한 아나로그 증폭기(3)로 이루어진다. 이것은 정궤환 루프에 의해 하우링을 일으킬 수 있는 특정 주파수 성분, 특히 고주파 성분의 오디오 신호에 대하여 신호의 강도를 시불변적으로 약화(attenuation) 또는 차단(cut-off)시키 는 필터링 방식에 의하여 하우링 소거 기능을 제공한다.The audio amplifying
도 1b에 도시된 오디오 증폭 장치(9b)는 마이크로폰 증폭기(2b)와 아나로그 증폭기(3) 사이에 아나로그-디지털 컨버터(analog-digital converter; 4), 오실레이터(6)의 출력 신호에 의해 딜레이 시간 인터벌을 제공하는 딜레이 회로(5) 및 디지털-아나로그 컨버터(digital-analog converter; 7)로 이루어진다. 딜레이 회로(5)는 아나로그-디지털 컨버터(4)로부터 입력된 오디오 신호를 위상 변환한 후 디지털-아나로그 컨버터(7)에 위상 변환된 오디오 신호를 전달한다. 이것은 인간의 청각이 위상 변환에 대하여 예민하지 않은 점을 착안하여 제안된 기술로서, 상기 정궤환 루프에 입력되는 신호를 위상 변환함으로써, 하우링 소거 기능을 제공한다.The
그러나, 도 1a의 오디오 증폭 장치(9a)는 고주파 성분의 오디오 신호가 영구적으로 소실됨으로써 음질이 훼손되고, 고주파를 제외한 다른 주파수 성분에 의해 발생되는 하우링에 대하여 아무런 효과가 없는 문제점이 있다. 또한, 도 1b의 오디오 증폭 장치(9b)는 전대역의 오디오 신호가 딜레이됨으로써 코러스(chorus) 현상이 발생되어 음질이 저하되며, 연속적인 신호처리에 따른 극도의 복잡한 연산과 고용량의 메모리가 요구되는 리소스 부담(resource budget)이 있다. However, the audio amplifying
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정궤환 루프에 입력되는 오디오 신호 중 하우링을 일으키는 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 약화 또는 차단시키는 종래의 필터링 방식의 문제점과 음질의 열화 및 전대역의 오디 오 신호에 대한 연속적인 신호 처리에 따른 리소스 부담을 갖는 위상 변환 방식의 문제점을 개선할 수 있는 하우링을 소거하는 오디오 증폭 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention, the problem of the conventional filtering method that time-varying or blocking the audio signal of a specific frequency causing the ringing of the audio signal input to the positive feedback loop and the deterioration of sound quality and full-band The present invention provides an audio amplifying apparatus that cancels a howling that can improve the problem of the phase shifting method having a resource burden due to continuous signal processing on an audio signal.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 정궤환 루프에 입력되는 오디오 신호 중 하우링을 일으키는 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 약화 또는 차단시키는 종래의 필터링 방식의 문제점과 음질의 열화 및 전대역의 오디오 신호에 대한 연속적인 신호 처리에 따른 리소스 부담을 갖는 위상 변환 방식의 문제점을 개선할 수 있는 하우링을 소거하는 오디오 증폭 방법을 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is the problem of the conventional filtering scheme that time-varying or blocking the audio signal of a specific frequency causing the ringing of the audio signal input to the positive feedback loop and the degradation of sound quality and full-band It is an object of the present invention to provide an audio amplification method for canceling a howling that can improve a problem of a phase shifting method having a resource burden due to continuous signal processing on an audio signal.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 증폭 장치는, 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜 스피커를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호를 출력시키는 기준 신호 발생부; 상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호를 포함하는 오디오 신호를 제 1 아나로그 전기 신호로 변환하는 마이크로폰; 상기 마이크로폰으로부터 출력된 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 아나로그-디지털 컨버터; 주파수 도메인에서 상기 제 1 디지털 신호를 제 1 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 1 고속 푸리에 변환부; 상기 제 1 주파수 도메인 신호로부터 다양한 주파수 필드별 제 1 강도 계수를 추출하는 제 1 계수 추출부; 상기 마이크로폰 및 상기 아나로그-디지털 컨버터를 통하여 출력된 새로운 제 2 디지털 신호를 입력받아 주파수 도메인에서 상기 제 2 디지털 신호를 제 2 주파수 도메인 신호로 변환하는 제 2 고속 푸리에 변환부; 상기 제 1 강도 계수의 역수를 이득 계수로 하여 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시키는 디지털 증폭부; 상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호들을 덧셈 연산하는 덧셈부; 상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호로 변환시키는 인버스 고속 푸리에 변환부; 상기 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하는 디지털-아나로그 컨버터; 및 상기 제 2 아나로그 전기 신호를 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력하는 상기 스피커를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an audio amplifying apparatus, including: a reference signal generator generating a reference signal having a reference intensity in a time domain and outputting a first audio signal to an external environment through a speaker; A microphone for converting an audio signal including the first audio signal reflected from the external environment into a first analog electrical signal; An analog-to-digital converter for converting the first analog electrical signal output from the microphone into a first digital signal; A first fast Fourier transform unit for converting the first digital signal into a first frequency domain signal in a frequency domain; A first coefficient extractor configured to extract first intensity coefficients for various frequency fields from the first frequency domain signal; A second fast Fourier transform unit for receiving a new second digital signal output through the microphone and the analog-digital converter and converting the second digital signal into a second frequency domain signal in a frequency domain; A digital amplifier for amplifying the second frequency domain signal for each frequency field using the inverse of the first intensity coefficient as a gain factor; An adder configured to add the second frequency domain signals amplified for each frequency field; An inverse fast Fourier transform unit for converting the added second frequency domain signal into a third digital signal in a time domain; A digital-analog converter that converts the third digital signal into a second analog electrical signal; And the speaker outputting the second analog electrical signal as a second audio signal to the external environment.
본 발명의 오디오 증폭 장치에 따르면, 외부 환경에 따라 제 1 이득 계수를 생성시킴으로써, 고정된 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 소거시키는 종래의 필터링 방식의 음질 저하 문제를 개선할 수 있다. 또한, 근사적 방법인 고속 푸리에 변환 알고리즘에 따른 연산 프로세스를 사용하여 종래의 위상 변환 방식의 오디오 증폭 장치가 갖는 리소스 부담을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 오디오 증폭 장치는 하우링 모니터링부를 구비함으로써 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있는 오디오 증폭 장치를 제공할 수 있다.According to the audio amplifying apparatus of the present invention, by generating the first gain coefficient according to an external environment, it is possible to improve the sound quality degradation problem of the conventional filtering method that time-invariably cancels a fixed specific frequency audio signal. In addition, by using an arithmetic process based on a fast Fourier transform algorithm, which is an approximate method, the resource burden of the audio amplifier of the conventional phase shift method can be improved. In addition, the audio amplifying apparatus of the present invention may provide an audio amplifying apparatus capable of erasing a howling phenomenon in real time or dynamically by including a howling monitoring unit.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 오디오 증폭 방법은, 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜 스피커를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호를 출력시키고, 다시 상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호를 포함하는 오디오 신호를 제 1 아나로그 전기 신호로 변환한다. 이후, 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고, 주파수 도메인에서 상기 제 1 디지털 신호를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 1 주파수 도메인 신호로 변환하여, 상기 제 1 주파수 도메인 신호로부터 상기 주파수 필드별 제 1 강도 계수들을 추출하여, 상기 제 1 강도 계수들의 역수로 이루어진 제 1 이득 계수들을 생성한다.In addition, the audio amplification method according to an embodiment of the present invention for achieving the another technical problem, generates a reference signal having a reference intensity in the time domain to output the first audio signal to the external environment through the speaker, and again Converts an audio signal including the first audio signal echoed from the external environment into a first analog electrical signal. Thereafter, converting the first analog electrical signal into a first digital signal, and converting the first digital signal into a first frequency domain signal having a plurality of frequency fields in the frequency domain, thereby converting the first analog electrical signal from the first frequency domain signal. Extracting first intensity coefficients for each frequency field to generate first gain coefficients consisting of the inverse of the first intensity coefficients.
이후, 상기 마이크로폰에 입력된 새로운 오디오 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하여, 주파수 도메인에서 상기 제 2 디지털 신호를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 2 주파수 도메인 신호를 얻는다. 상기 제 1 이득 계수만큼 상기 제 2 주파수 도메인 신호를 해당 주파수 필드별로 증폭시킨다. 다시 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호를 덧셈 연산하고, 상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호로 변환한다. 상기 제 3 디지털 신호를 제 2 아나로그 전기 신호로 변환하고, 이를 상기 스피커를 통하여 제 2 오디오 신호로 상기 외부 환경으로 출력시킨다. Thereafter, a new audio signal input to the microphone is converted into a second digital signal to obtain a second frequency domain signal having a plurality of frequency fields from the second digital signal in the frequency domain. The second frequency domain signal is amplified for each frequency field by the first gain factor. The second frequency domain signal amplified for each frequency field is added and converted, and the second frequency domain signal is converted into a third digital signal in the time domain. The third digital signal is converted into a second analog electrical signal, and is output to the external environment as a second audio signal through the speaker.
이로 인하여, 본 발명의 오디오 증폭 방법에서는 외부 환경에 따라 다르게 생성되는 제 1 이득 계수에 의하여, 외부 환경에 따라 달라지는 특정 주파수 필드의 정궤환 루프를 유연하게 차단할 수 있으며, 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의한 근사적 방법으로 음질의 저하를 최소화하면서도 용이하게 하우링 현상을 소거할 수 있다. For this reason, in the audio amplification method of the present invention, it is possible to flexibly block the positive feedback loop of a specific frequency field that varies according to the external environment by the first gain coefficient generated differently according to the external environment, and approximate by a fast Fourier transform algorithm. In this way, the howling phenomenon can be easily eliminated while minimizing degradation of sound quality.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아 니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to the Example. Like numbers refer to like elements in the figures.
도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 오디오 증폭 장치(1000)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 3은 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치(1000)의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 오디오 증폭 장치에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.2 is a block diagram illustrating a configuration of an audio amplifying
도 2 내지 도 4을 참조하면, 기준 신호 발생부(200)는 시간 도메인에서 기준 강도를 갖는 기준 신호를 발생시켜, 스피커(290)를 통하여 외부 환경으로 제 1 오디오 신호(10)를 출력시킨다(S10). 상기 기준 신호란 가청 주파수 대역, 즉 15 Hz 내지 20 kHz 범위 내의 주파수 대역에서 실질적으로 일정한 기준 강도를 갖는 신호, 즉, 주파수별 강도가 실질적으로 일정한 신호 또는 평탄한 신호를 의미한다. 예를 들면, 상기 기준 신호로서 시간 영역의 임펄스 신호가 사용될 수 있다. 상기 외부 환경이란 본 발명의 오디오 증폭 장치가 사용되는 밀폐된 장소, 예를 들면, 룸, 차량 및 영화관 등일 수 있다. 2 to 4, the
기준 신호 발생부(200)는 예를 들면, 디지털-아나로그 컨버터(230)의 입력부에 연결될 수 있다. 이 경우, 기준 신호 발생부(200)에서 출력된 상기 기준 신호는 가청 주파수 대역에서 일정한 강도를 갖는 디지털 신호이며, 상기 디지털 기준 신호는 디지털-아나로그 컨버터(230)에 입력된 후 아나로그 증폭부(27) 및 스피커(290)를 통하여 제 1 오디오 신호(10)로서 상기 외부 환경으로 출력된다. 이 때, 출력되는 제 1 오디오 신호(10)는 가청 주파수 대역에서 일정한 강도를 갖는 상기 기준 신호와 실질적으로 동일한 특성, 즉 평탄한 특성을 가질 수 있다.The
이후, 스피커(290)를 통하여 상기 외부 환경으로부터 반향된 상기 제 1 오디오 신호(10R)는 마이크로폰(210)을 통하여 제 1 아나로그 전기 신호로 변환될 수 있다(S20). 도시하지는 않았으나, 마이크로폰(210)의 출력부와 아나로그-디지털 컨버터(220)의 입력부 사이에 상기 제 1 아나로그 전기 신호를 증폭하기 위한 마이크로폰 증폭부를 부설할 수 있다.Thereafter, the
마이크로폰(210)으로부터 출력된 상기 제 1 아나로그 전기 신호는 아나로그-디지털 컨버터(220)에 의해서 제 1 디지털 신호(30)로 변환될 수 있다(S30). 아나로그-디지털 컨버터(220)는 FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22kHz 내지 CD 음질의 샘플링 레이트인 44.1kHz 수준으로 제 1 아나로그 전기 신호를 제 1 디지털 신호(30)로 변환할 수 있다. The first analog electrical signal output from the
제 1 고속 푸리에 변환부(FFT; 510)는 제 1 디지털 신호(30)를 입력받아, 주파수 도메인에서 제 1 디지털 신호(30)를 제 1 주파수 도메인 신호(40)로 변환한다(S40). 제 1 고속 푸리에 변환부(510)는 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의하여 제 1 디지털 신호(30)를 주파수 도메인에서 복수의 주파수 필드들을 갖는 제 1 주파수 도메인 신호(40)로 변환할 수 있다. The first fast
이 후, 제 1 계수 추출부(610)는 제 1 고속 푸리에 변환부(510)에 의해 생성된 제 1 주파수 도메인 신호(40)로부터 주파수 필드별로 제 1 강도 계수들(50)을 추출하며, 제 1 강도 계수들(50)의 역수로 이루어진 제 1 이득 계수들(55)을 생성한다(S50). 이 때, 제 1 강도 계수(50)는 각 주파수 필드에 해당하는 제 1 주파수 도메인 신호(40)의 강도를 의미한다. Thereafter, the
예를 들면, 제 1 디지털 신호(30)가 FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22 kHz로 생성되고, 제 1 고속 푸리에 변환부(510)가 1024 개의 주파수 필드들에 대하여 제 1 디지털 신호(30)를 고속 푸리에 변환한 경우, 1024 개의 주파수 필드를 갖는 제 1 주파수 도메인 신호(40)가 생성된다. 이때, 각 주파수 필드의 크기는 21.5 Hz가 된다. 제 1 계수 추출부(610)는 제 1 주파수 도메인 신호(40)로부터 1024 개의 제 1 강도 계수들(50)을 추출하고, 이로부터 1024 개의 제 1 이득 계수들(55)을 얻는다. 생성된 제 1 이득 계수는 레지스터와 같은 기억부(700)에 저장될 수 있다. For example, the first
기준 신호 발생부(200)는 제 1 계수 추출부(610)에 의해서 얻어지는 제 1 이득 계수들(55)의 분포가 소정의 오차 범위로 수렴될 때까지 상기 기준 신호를 반복하여 발생시킬 수 있다. 그에 따라, 제 1 오디오 신호(10)를 출력하는 단계(S10) 내지 주파수 필드별로 제 1 이득 계수들(50)을 생성하는 단계(S50)가 반복 실시(×n)될 수 있다.The
마이크로폰(210)에 새로이 입력되는 오디오 신호, 예를 들면, 음성 신호(S)는 아나로그 전기 신호로 변환된다. 이후, 음성 신호(S)의 아나로그 전기 신호는 아나로그-디지털 컨버터(220)에 의하여 상술한 제 1 오디오 신호(10)와 동일한 샘플링 레이트, 예를 들면, FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22 kHz 수준으로 샘플링되어 제 2 디지털 신호(60)로 변환된다(S60). The audio signal newly input to the
제 2 고속 푸리에 변환부(520)는 제 2 디지털 신호(60)를 입력받아, 주파수 도메인에서 제 2 디지털 신호(60)를 복수의 주파수 필드를 갖는 제 2 주파수 도메 인 신호(70)로 변환한다(S70). 제 2 고속 푸리에 변환부(520)도 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의하여 제 1 주파수 도메인 신호(40)와 동일한 개수, 예를 들면, 1024 개의 주파수 필드를 갖도록 제 2 디지털 신호(60)를 제 2 주파수 도메인 신호(70)로 변환할수 있다.The second fast
디지털 증폭부(710)는 제 1 이득 계수(55)만큼 제 2 주파수 도메인 신호(70)를 해당 주파수 필드별로 증폭시킨다(S80). 예를 들면, 상술한 바와 같이 22 kHz로 동일하게 샘플링된 제 1 디지털 신호(30)와 제 2 디지털 신호(60)에 대하여, 각각 1024 개의 주파수 필드들을 갖도록 고속 푸리에 변환한 경우, N 은 1024가 되며, 각 주파수 필드의 크기는 약 21.5 Hz인 제 1 주파수 도메인 신호(40)와 제 2 주파수 도메인 신호(70)가 생성된다. 제 2 주파수 도메인 신호(70)의 해당 주파수 필드에 해당하는 강도 계수(α1, α2, α3, ..., αi, ..., α1022, α1023, α1024)와 제 1 이득 계수(G1, G2, G3, ..., Gi, ..., G1022, G1023, G1024)에 대하여 주파수 필드별로 곱셈 연산(80)을 수행하여, 해당 주파수 필드별로 새로운 강도 계수(Y1, Y2, Y3, ..., Yi, ..., Y1022, Y1023, Y1024)를 갖도록 제 2 주파수 도메인 신호(70)가 증폭될 수 있다.The
이후, 덧셈부(720)는 상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호(70)에 대하여 덧셈 연산(90)을 수행한다(S90). 이후, 인버스 고속 푸리에 변환부(inverse FFT; 730)는 상기 덧셈 연산된 제 2 주파수 도메인 신호를 시간 도메인의 제 3 디지털 신호(100)로 변환한다(S100). 제 3 디지털 신호(100)는 디지털-아 나로그 컨버터(D/A converter; 110)에 의하여 제 2 아나로그 전기 신호로 변환된다(S120). 다음, 상기 제 2 아나로그 전기 신호는 스피커(290)를 통하여 제 2 오디오 신호(130)로 변환되어 상기 외부 환경으로 출력된다(S130). Subsequently, the
이 때, 본 발명의 오디오 증폭 장치(1000)는 디지털-아나로그 컨버터(230)의 출력부와 스피커(290)의 입력부 사이에 연결되어, 상기 제 2 아나로그 전기 신호를 증폭하는 아나로그 증폭부(270)을 더 포함할 수 있다. 스피커(290)를 통하여 출력되는 제 2 오디오 신호(130)는 전체 주파수에 걸쳐 비교적 평탄한 강도 분포를 가지게 되어 하우링 현상의 발생을 억제할 수 있다.At this time, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(1000)는 아나로그-디지털 컨버터(220)로부터 출력되는 제 2 디지털 신호(60), 예를 들면 마이크로폰(210)에 입력된 음성 신호(S)에 의한 디지털 신호와 오디오 디지털 데이터를 포함하는 멀티미디어 데이터를 저장하는 기록 매체(400)로부터 출력된 디지털 신호를 서로 결합하여 제 2 고속 푸리에 변환부(520)에 제공하는 혼성부(300)를 더 포함할 수 있다. 그로 인하여, 오디오 증폭 장치(1000)는 하우링 소거 기능을 갖는 노래방 장치로서 사용될 수 있다.In addition, the
본 발명의 실시예에서, 제 1 이득 계수들(50)은 오디오 증폭 장치(1000)의 외부 환경, 예를 들면, 룸, 차량, 영화관 등의 환경 특성뿐만 아니라 오디오 증폭 장치의 내부 증폭 특성을 반영한 것이다. 제 1 이득 계수들(50)은 출력된 제 1 오디오 신호(10)가 상기 외부 환경으로부터 반향되어 다시 마이크로폰(210)에 입력되고 다시 반향된 제 1 오디오 신호(10R)가 다시 스피커(290)를 통하여 출력될 때 형 성되는 루프에서, 가청 주파수 대역에서 반향된 제 1 오디오 신호(10R)가 평탄한 특성을 갖도록 증폭할 수 있는 이득 계수에 해당한다. 그 결과, 제 1 이득 계수들(50)은 하우링 현상을 발생시키는 주파수 필드에 해당하는 정궤환 루프의 형성을 외부 환경을 반영하여 주파수 필드별로 억제할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the
이와 같은 제 1 이득 계수들(50)은 기준 신호로부터 추출된 것이지만, 마이크로폰(210)을 통하여 입력되는 음성 신호(S)에 대하여도 제 1 이득 계수들(50)을 적용함으로써, 하우링이 발생될 수 있는 특정 주파수 필드의 신호를 선택적으로 약화시킬 수 있다. 이와 같이 하우링이 발생될 수 있는 특정 주파수 필드의 신호가 선택적으로 약화된 제 3 디지털 신호(100)를 스피커(290)를 통해 최종적으로 출력시킴으로써 하우링 현상을 미연에 방지할 수 있다. Although the
본 발명의 실시예에 따른 오디오 증폭 장치를 노래방 기계로 사용하는 경우, 가수의 움직임에 따라 마이크로폰과 스피커의 상대적 위치가 변경될 수 있으므로, 외부 환경 요인을 고려한 제 1 이득 계수(55)가 수정될 필요가 있다. 이하, 실시간으로 하우링 현상을 모니터링하고 하우링 현상을 소거할 수 있도록 제 1 이득 계수(55)를 수정할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 대하여 상술한다. When the audio amplifying apparatus according to the embodiment of the present invention is used as a karaoke machine, since the relative positions of the microphone and the speaker may change according to the movement of the singer, the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 오디오 증폭 장치(2000)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 6은 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치(2000)의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 7는 도 5에 도시된 오디오 증폭 장치(2000)에서 하우링을 소거하기 위해 수행되는 연산 프로세스를 도시하는 개념도이다.FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(2000)는 실시간으로 하우링 현상이 일어나는지 모니터링하고 이를 소거하는 하우링 모니터링부(640)를 더 포함한다. 본 발명의 하우링 모니터링부(640)는 제 3 고속 푸리에 변환부(530), 제 2 계수 추출부(620) 및 계수 수정부(630)을 포함한다. 이하, 하우링 모니터링부(640)의 구성과 기능에 대하여 다른 구성 요소들과 관련하여 상술한다.5 to 7, the
도 3에서 제 2 오디오 신호(130)를 상기 외부환경으로 출력시킨 후(S130), 외부 환경으로부터 반향된 제 2 오디오 신호(130R)와 새로운 음성 신호(S) 등을 포함하는 제 3 오디오 신호(140)는 마이크로폰(210)에 입력되어, 제 3 아나로그 전기 신호로 변환된다(S140). 도시하지는 않았으나, 마이크로폰(210)의 출력부와 아나로그-디지털 컨버터(220)의 입력부 사이에 상기 제 3 아나로그 전기 신호를 증폭하기 위한 마이크로폰 증폭부를 부설할 수 있다.In FIG. 3, after outputting the
마이크로폰(210)으로부터 출력된 상기 제 3 아나로그 전기 신호는 아나로그-디지털 컨버터(220)에 의하여 제 4 디지털 신호(150)로 변환될 수 있다(S150). 상술한 바와 같이, 제 4 디지털 신호(150)는 상기 제 3 아나로그 전기 신호로부터 FM 라디오 음질의 샘플링 레이트인 22kHz 내지 CD 음질의 샘플링 레이트인 44.1kHz 수준으로 변환될 수 있다. The third analog electrical signal output from the
이후, 제 3 고속 푸리에 변환부(530)는 제 4 디지털 신호(150)를 입력받아, 주파수 도메인에서 제 4 디지털 신호(150)를 제 3 주파수 도메인 신호(160)로 변환한다(S160). 제 3 고속 푸리에 변환부(530)도 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의하 여 제 1 주파수 도메인 신호(40)와 동일한 개수, 예를 들면, 1024 개의 주파수 필드를 갖도록 제 4 디지털 신호(150)를 제 3 주파수 도메인 신호(160)로 변환할 수 있다.Thereafter, the third fast
이 후, 제 2 계수 추출부(620)는 제 3 고속 푸리에 변환부(530)에 의해 생성된 제 3 주파수 도메인 신호(160)로부터 주파수 필드별로 제 2 강도 계수들(170)을 추출한다(S170). 계수 수정부(630)는 제 2 강도 계수들(170) 중 적어도 하나가 소정 임계 값을 초과하는지 판정한다(S180). 제 2 강도 계수들(170) 중 적어도 어느 하나가 상기 임계 값을 초과하는 경우, 하우링 현상이 일어난 것으로 판단할 수 있다. 상기 임계 값은 오디오 증폭 장치(2000)가 사용되는 외부 환경에 따라 적합한 소음 수치를 고려하여 선택될 수 있다.Thereafter, the
계수 수정부(630)는 하나 이상의 제 2 강도 계수(170)가 상기 임계 값을 초과하는 경우, 상기 임계 값을 초과하는 해당 주파수 필드의 제 2 강도 계수의 역수로 제 1 이득 계수를 수정한다(S190). 디지털 증폭부(710)는 수정된 주파수 필드별 제 1 이득 계수(175)에 의하여 상기 임계 값을 초과하는 제 2 강도 계수(170)를 갖는 해당 주파수 필드의 제 2 주파수 도메인 신호(70)를 선별하여 증폭한다(S200).The
예를 들면, 22 kHz로 샘플링된 제 4 디지털 신호(150)와 제 2 디지털 신호(60)를 1024 개의 주파수 필드들에 대하여 각각 고속 푸리에 변환한 경우, 각각 1024 개의 주파수 필드를 갖는 제 3 주파수 도메인 신호(160)와 제 2 주파수 도메인 신호(70)가 생성된다. 이때, 주파수 필드의 크기는 약 21.5 Hz가 된다. 제 2 주파수 도메인 신호(70)의 해당 주파수 필드에 해당하는 강도 계수(α1, α2, α3, ..., αi, ..., α1022, α1023, α1024) 및 제 3 주파수 도메인 신호(160)로부터 추출된 제 2 강도 계수들(170) 중 상기 임계 값을 초과하는 강도 계수(Xi')의 역수로 수정된 제 1 이득 계수(G1, G2, G3, ..., Gi', ..., G1022, G1023, G1024)에 대하여 주파수 필드별로 곱셈 연산(190)을 수행한다. For example, when the fourth
그 결과, 해당 주파수 필드별로 새로운 강도 계수(Y1, Y2, Y3, ..., Yi', ..., Y1022, Y1023, Y1024)를 갖는 제 3 디지털 신호(100m)를 얻을 수 있다. 임계 값을 초과하여 하우링 현상을 발생시킬 수 있는 Xi' 강도 계수를 갖는 해당 주파수 필드의 강도 계수는 Gi'만큼 감소되기 때문에 하우링 현상이 실시간으로 억제될 수 있다.As a result, the third
이후, 덧셈부(720)은 상기 주파수 필드별로 증폭된 제 2 주파수 도메인 신호(70)에 대하여 덧셈 연산(90)을 수행하고(S90), 인버스 고속 푸리에 변환부(730)에 의하여 상기 덧셈 연산(90)된 제 2 주파수 도메인 신호가 시간 도메인의 제 3 디지털 신호(100m)로 변환된다(S100). 제 3 디지털 신호(100m)는 디지털-아나로그 컨버터(110)에 의하여 제 2 아나로그 전기 신호로 변환된다(S120). 다음, 제 2 아나로그 전기 신호는 아나로그 증폭부(270)에 의해 증폭되어 스피커(290)를 통하여 제 2 오디오 신호(130)로 변환된 후, 상기 외부 환경으로 출력될 수 있다(S130). 이 때, 제 2 오디오 신호(130)는 전체 주파수에 걸쳐 비교적 평탄한 강도 분포를 가질 수 있다.Subsequently, the
본 실시예에 있어서, 수정된 제 1 이득 계수(175)에 의하여 해당 주파수 필드의 상기 제 2 주파수 도메인 신호(70)를 선별 증폭하는 연산 프로세스(S170)는 제 2 디지털 신호(60)의 음질 저하를 방지하기 위하여, 인간의 최대 가청 주파수가 20 kHz 임을 고려할 때, 청각으로 구분되기 어려운 20 ㎲ 내지 200 ㎲ 동안 수행되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 수정된 제 1 이득 계수(175)는 수정 전의 제 1 이득 계수(55)로 복원된다.In the present embodiment, the arithmetic process (S170) of selectively amplifying the second
이와 같이 본 실시예에 따른 오디오 증폭 장치 및 오디오 증폭 방법에 따르면, 마이크로폰(210)을 통하여 입력되는 반향된 제 2 오디오 신호(130R)와 음성 신호(S)를 포함하는 새로운 제 3 오디오 신호(140)에 대하여 실시간으로 하우링이 존재하는지 여부를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 하우링 현상이 검출된 경우, 하우링을 발생시키는 주파수 필드의 신호만을 선별 (감소)증폭함으로써 음질의 열화를 최소화하면서 하우링 현상을 소거할 수 있다. 또한, 인간의 청각으로 구분하기 어려운 시간 동안에 한하여 상술한 신호 처리를 수행함으로써 음질의 지속적인 열화를 방지할 수 있다.As described above, according to the audio amplifying apparatus and the audio amplifying method according to the present embodiment, the new third
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(2000)도 아나로그-디지털 컨버터(220)로부터 출력되는 제 2 디지털 신호(60), 예를 들면 마이크로폰(210)에 입력된 음성 신호(S)를 포함하는 디지털 신호와 오디오 디지털 데이터를 포함하는 멀티미디어 데이터가 저장된 기록 매체(400)로부터 출력된 디지털 신호를 서로 결합하여, 이를 제 2 고속 푸리에 변환부(520)에 제공하는 혼성부(300)를 더 포함할 수 있다. 그 결과, 하우링 현상이 빈번하게 발생하는 노래방 장치에 본 실시예에 따른 오디오 증폭 장치(2000)를 적용하는 경우, 노래방 장치에서 발생할 수 있는 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있게 된다.In addition, the
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 오디오 증폭 장치에 있어서, 고속 푸리에 변환부들(510, 520, 530), 계수 추출부(610, 620), 계수 수정부(630), 기억부(700), 디지털 증폭부(710), 덧셈부(720) 및 인버스 고속 푸리에 변환부(730) 중 어느 하나 또는 이들의 조합은 아나로그-디지털 컨버터(220)의 출력부와 디지털-아나로그 컨버터(230)의 입력부 사이에 연결된 단일한 디지털 신호 처리 장치(digital signal processor; 800)로 구현될 수도 있다. 이때, 오디오 증폭 장치는 상기 디지털 신호 처리 장치(800)를 제어하기 위한 마이크로 컴퓨터를 더 포함할 수 있다. In the audio amplification apparatus according to the embodiments of the present invention described above, the fast
또한, 제 1, 제 2 및 제 3 고속 푸리에 변환부(510, 520, 530)는 기능적으로 구분된 것으로서 당업자에게 있어, 이들은 각각 별개의 소프트웨어 또는 하드웨어적 구성을 가질 수도 있으며, 단일한 소프트웨어 또는 하드웨어적 구성(500)을 가질 수 있음은 자명하다. In addition, the first, second, and third fast
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and alterations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention, which are common in the art. It will be apparent to those who have knowledge.
따라서, 본 발명의 오디오 증폭 장치에 따르면, 외부 환경에 따라 제 1 이득 계수를 생성시킴으로써, 고정된 특정 주파수의 오디오 신호를 시불변적으로 소거시키는 종래의 필터링 방식의 음질 저하 문제를 개선할 수 있다. 또한, 고속 푸리에 변환 알고리즘에 의한 본 발명에 따른 연산 프로세스는 근사적 방법으로서 계산이 덜 복잡하여, 종래의 위상 변환 방식의 오디오 증폭 장치가 갖는 리소스 부담(resource budget)을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 오디오 증폭 장치는 하우링 모니터링부를 구비함으로써 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있는 오디오 증폭 장치를 제공할 수 있다.Therefore, according to the audio amplifying apparatus of the present invention, by generating the first gain coefficient according to the external environment, it is possible to improve the sound quality degradation problem of the conventional filtering method that time-invariably cancels the fixed specific frequency audio signal. . In addition, the calculation process according to the present invention by the fast Fourier transform algorithm is an approximate method, which is less complicated, and can improve the resource budget of a conventional phase conversion type audio amplifier. In addition, the audio amplifying apparatus of the present invention may provide an audio amplifying apparatus capable of erasing a howling phenomenon in real time or dynamically by including a howling monitoring unit.
본 발명의 오디오 증폭 방법에 따르면, 외부 환경에 따라 다르게 생성되는 제 1 이득 계수에 의하여, 외부 환경에 따라 달라지는 특정 주파수 필드의 정궤환 루프를 유연하게 차단할 수 있다. 또한, 본 발명의 오디오 증폭 방법에서는 근사적 방법인 고속 푸리에 변환 알고리즘을 사용하여 용이하게 하우링 현상을 소거할 수 있을 뿐만 아니라, 하우링 모니터링 단계를 포함함으로써 하우링 현상을 실시간 또는 동적으로 소거할 수 있는 오디오 증폭 방법을 제공할 수 있다.According to the audio amplification method of the present invention, it is possible to flexibly block the positive feedback loop of a specific frequency field that varies depending on the external environment by the first gain coefficient generated differently according to the external environment. In addition, the audio amplification method of the present invention not only can easily remove the howling phenomenon by using a fast Fourier transform algorithm, which is an approximate method, but also includes a howling monitoring step to eliminate the howling phenomenon in real time or dynamically. Amplification methods can be provided.
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