KR20080021201A - 음-색 변환기능을 구비한 발광 스피커 및 그 음-색변환방법 - Google Patents

음-색 변환기능을 구비한 발광 스피커 및 그 음-색변환방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 기능을 구비한 스피커 및 그 발광 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음의 다양한 특성을 표현하는 빛을 발광하는 발광부를 구비한 스피커 및 음의 다양한 특성을 색의 다양한 특성으로 변환하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발광 스피커는, 발광소자와 스피커를 포함하여 입력된 음원에 대응하는 음향과 빛을 발생시키는 발광 스피커에 있어서, 상기 입력된 음원의 주파수에 대응하는 가시 주파수를 결정하는 음-색 변환회로; 상기 음-색 변환회로의 출력에 따라 상기 입력된 음원에 대응하는 빛을 발광하도록 발광소자를 제어하기 위한 발광소자 구동회로; 상기 발광소자 구동회로의 제어신호에 의해 구동되는 발광소자; 및 상기 구성요소들을 내장하기 위한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020060082768
발광 스피커, 음-색 변환, 색상, 명도, 채도, 음계, 옥타브, 음색

Description

음-색 변환기능을 구비한 발광 스피커 및 그 음-색 변환방법 {Method for transforming sound to color and a light emitting speaker employing the sound to color transformation function}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 음-색 변환 주파수 대역 표시도이다.
도 1b은 본 발명의 일 실시예에 따른 원좌표계의 음-색 변환표이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음색 특성 변환 회로의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 음-색 변환회로를 구비한 발광 스피커의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 음-색 변환회로를 구비한 발광 스피커의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 음-색 변환회로를 구비한 발광 스피커를 포함하는 음-색 변환 시스템의 개요도이다.
본 발명은 발광 기능을 구비한 스피커 및 그 발광 방법에 관한 것으로서, 더 욱 상세하게는 음의 다양한 특성을 표현하는 빛을 발광하는 발광부를 구비한 스피커 및 음의 다양한 특성을 색의 다양한 특성으로 변환하는 방법에 관한 것이다.
단순히 음을 출력하는 기능만을 구비한 통상적인 스피커에 더욱 다양한 엔터테인먼트 기능을 제공하기 위해, 스피커로 출력되는 음에 연동하여 빛을 제공하는 발광 기능을 구비한 스피커가 제안된 바 있다.
이러한 발광 스피커의 예로, 한국 실용신안등록출원 제20-2000-0003927호 "발광 스피커"에 따르면, 스피커 본체 중앙에 발광부 수용홀을 형성하고, 이 발광부 수용홀 내에 다수 개의 발광 다이오드로 구성된 발광 소자들을 배치하고, 스피커의 진동을 위해 스피커에 인가되는 가변적인 전압을 이용하여 발광 소자들을 구동하는 구성을 가진다.
또 다른 발광 스피커의 예로, 한국 등록실용신안 제 20-363195호 "음원에 따라 밝기가 조절되는 스피커용 발광장치"에 따르면, 스피커와 발광체를 병렬로 접속하여 스피커로 공급되는 음향 신호를 발광체에 동일하게 인가하여, 스피커의 출력 음향의 레벨에 따라 발광체의 밝기가 가변하는 구성을 가진다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 발광 스피커들은 단순히 스피커로 인가되는 전기적 신호의 전압, 전류 등의 물리량을 이용하여 발광체를 구동하고 밝기를 조절하므로 발광체의 구동이 음의 특성 중 음량에만 종속되는 한계를 가진다.
이러한 한계는, 음의 변화를 시각화한 그래픽 이퀄라이저로 대표되는 종래의 음 표시장치에서 단순히 주파수 대역별 음압의 크기만을 시각적으로 표시하므로 표시되는 화상이 단순하고 응용범위 또한 협소한 한계와 동일한 성질의 것이다.
결국, 스피커로 출력되는 음에 연동하여 빛을 제공하기 위한 발광 스피커의 제작 의도를 효과적으로 달성하기 위해서는 발광체로부터의 빛이 음의 다양한 특성 즉, 음계, 음색, 음높이(즉, 옥타브) 및 음량 등을 모두 표현할 수 있어야 한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 음계, 음색, 음높이(옥타브) 및 음량과 같은 음의 다양한 특성을 색상, 채도, 명도와 같은 색의 특성에 대응시키는 음-색 변환 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 음-색 변환 방법을 채택함으로써, 음의 다각적 특성을 충분히 구현한 빛을 발산할 수 하는 발광 스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 엔터테인먼트 기능을 효과적으로 이용할 수 있도록 휴대 간편하고, 간단한 구조를 가져서 비용효과적으로 제조 가능하며, 다양한 종류의 스피커에 구현될 수 있도록 응용성이 제고된 발광 스피커를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 음-색 변환 방법은, 음의 특성 중 하나인 음계를 색의 삼요소 중 하나인 색상에 대응시키고, 음의 특성 중 하나인 음색을 색의 삼요소 중 하나인 채도에 대응시고, 음의 특성 중 하나인 음높이(옥타브)를 색의 삼요소 중의 하나인 명도에 대응시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발명 스피커는, 발광소자와 스피커를 포함하여 입력된 음원 에 대응하는 음향과 빛을 발생시키는 발광 스피커에 있어서, 상기 입력된 음원의 주파수에 대응하는 가시 주파수를 생성하는 음-색 변환회로; 및 상기 음-색 변환회로의 출력에 따라 상기 입력된 음원에 대응하는 빛을 발광하도록 발광소자를 제어하기 위한 발광소자 구동회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 음-색 변환시스템은, 음원의 주파수에 대응되는 가시 주파수를 생성하는 음-색 변환회로를 구비한 음원공급장치; 상기 음원공급장치와 유선 또는 무선 방식으로 연결되어 있으며, 상기 음원공급장치로부터의 가시 주파수 신호에 대응하는 음향과 빛을 발생시키기 위해 발광소자와 스피커를 구비하는 발광 스피커; 상기 발광 스피커에 장착되며, 상기 음-색 변환회로의 출력에 따라 상기 입력된 음원에 대응하는 빛을 발광하도록 상기 발광소자를 제어하기 위한 발광소자 구동회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들을 도시한 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 음-색 변환 주파수 대역을 나타낸다.
음은 인간의 가청주파수 대역에 해당하는 20~20,000Hz (20Hz~20KHz) 대역을 대상으로 하고 있으며, 빛의 색은 인간의 가시주파수 대역 중 3.9*108~7.5*108MHz 대역을 대상으로 하고 있다.
가청주파수 대역과 가시주파수 대역은 음과 색을 인지하는 사람이나 시스템에 따라 조금이 차이가 있을 뿐 아니라, 빛의 기본색인 적/녹/청색(RGB) 표준파장 또한, 색재현에 관련된 기술의 발달과 함께 지속적으로 조정되고 있으며, 특히 적색 쪽의 장파장 대역은 색변별력이 떨어지므로, 본 실시예에서는 현재까지 제시된 표준파장들의 허용범위 내에서 본 발명의 원리를 구현하기에 적합한 대역을 임의로 설정하고, 적색 장파장 대역의 색변별력이 감소되는 점을 고려하여 청색의 색지각한계 내에서 단파장 쪽으로 당겨주는 방식으로 대역을 설정하여 적색 계열의 색변별력을 높여주었다.
대역의 선택에 따라 적색과 청색의 파장오차범위가 있더라도 평균율 12음계의 주파수비와 일치하는 음-색 변환표(도 2에 도시)의 작성에는 문제가 없으며, 따라서 당업자는 본 발명을 응용하여 평균율 12음계의 주파수비에 대응하는 임의의 음-색 변환표를 작성 및 이용할 수 있다.
도 1b은 본 발명의 일 실시예에 따른 원좌표계의 음-색 변환표를 나타낸다.
본 발명의 음-색 변환방법의 특징은, 가청주파수 대역의 음을 가시주파수 대역의 색(또는 빛)으로 일의적으로 대응시키는 점에 있으며, 나아가 음의 세 가지 속성과 색의 삼요소를 1:1로 대응시키는 점에 있다. 바람직하게는, 음에 존재하는 음계, 음색, 음높이(옥타브)를 색의 색상, 채도, 명도에 각각 대응시킨다.
한편, 음의 크기인 음량의 경우에는 색의 크기에 해당하는 발광 면적에 대응시킬 수도 있고, 발광 면적이 동일한 경우에 적용할 때에는 음량을 명도에 대응시 킬 수도 있다. 음량을 발광 면적(즉, 발광 픽셀(pixel)의 수 또는 LED와 같은 발광 소자의 수)에 대응하는 방법이나 음량에 따라 발광체에 인가되는 전압/전류/전력을 제어하여 발광체의 명도를 조정하는 방법은 공지되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략하고, 본 명세서에서는 본 발명의 특징적 대응 방식인 음계, 음색, 음높이(옥타브)를 색상, 명도, 채도에 대응하는 방법에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 음계를 색상에 대응시키기 위해서는 가청 주파수 대역과 가시 주파수 대역을 1:1로 대응시켜야 한다. 상기한 바와 같이, 가청 주파수 대역과 가시 주파수 대역이 설계자에 따라 어느 정도 임의적으로 설정될 수 있지만, 도 1b의 음-색 변환표에서는 예시적으로 20~20,000Hz의 가청주파수 대역을 약 340~650nm의 가시주파수 대역의 파장을 대응시키고 있다. 상기 대응되는 가시주파수 대역은 음-색 변환 시스템의 특성에 따라 또는 설계자의 의도에 맞추어 전체 가시주파수 대역 내에서 설정하게 된다.
도 1b은 본 발명의 일 실시예에 따른 음-색 변환 방식("하모니칼라시스템"으로 명명)에 따라, "도(C)"음을 기준색인 적색(650nm)에 대응시킨 경우로서, 이를 기준으로 하여 차례로 화성법의 12음계를 색상에 대응시키고 있다. 색상은 저주파에서 고주파로 가시 주파수에 대해 로그를 취한 값이 음-색 변환표의 "도(C)"가 위치한 지점을 기준으로 시계방향으로 배치되도록 하였으며, 이에 따라 적색에서 주황색, 노란색, 녹색, 청색 및 보라색의 순서로 나타난다.
또한, 음계의 경우 도(C), 도#(C#), 레(D), 레#(Eb), 미(E), 파(F), 파#(F#), 솔(G), 솔#(Ab), 라(A), 라#(Bb), 시(B)로 표현되는 12음계를 기초로 음계 수(즉, 한 옥타브의 주파수 대역을 로그 스케일로 일정한 간격으로 등분한 수)를 배치하였다.
본 발명의 발명자는 색와 음 모두에서 각각의 색상과 음계의 로그 스케일 주파수 범위가 일정 간격으로 분리되어 있으며, 이에 따라 "도, 미, 솔" 음계의 가청 주파수와 "적, 녹, 청" 색상의 가시 주파수의 비율이 일치함을 발견할 수 있었다. 즉, 도(C):미(E):솔(G) = 적(R):녹(G):청(B) = 1: 4/5 : 2/3의 비율을 따르게 됨을 알 수 있다.
한편, "도(C)"음에 대응하는 기준색은 음-색 변환 시스템의 특성에 따라 또는 설계자의 의도에 맞추어 적절한 주파수로 선택될 수 있으며, 선택된 주파수를 기준으로 하여 상기 색상별 주파수 비율에 맞추어 나머지 음계와 색상에 관한 주파수들을 대응시킬 수 있다. 이와 같은 방식으로 모든 가청 주파수 대역과 가시 주파수 대역에 대해 적용될 수 있는 주파수 변환 공식을 도출할 수 있다. 이에 대해서는 도 2와 관련하여 설명한다.
한편, 음-색 변환표의 원 중심 방향으로 색계의 명도와 음계의 옥타브가 1:1로 대응하여 색상환으로 배열된다. 따라서, 동일 색상이라도 원 중심으로 갈수도 명도(또는 빛의 휘도) 및 옥타브가 높아지고 원 중심에서 멀어질수록 명도 및 옥타브가 낮아진다. 이에 따라 동일음으로서 옥타브가 서로 다른 음(예컨대, 낮은 "도"와 높은 "도"의 경우에는 동일 색상의 휘도 레벨을 소정의 크기 만큼 조정함으로써 특성을 잘 나타낼 수 있게 된다.
한편, 채도는 원래 색의 탁한 정도를 나타내는 것으로서 순색(주파장)과 보 조색(고조파 파장 및 노이즈)의 혼합색에 대한 순색의 비율을 의미하므로, 본 발명에서는 이를 음색에 대응하기로 한다. 즉, 음색은 해당 음의 파형이 배음(즉, 고조파)를 포함하는 정도에 따라 달라지는 것임에 착안하여, 주어진 음의 파형의 기본파를 전체 파형(즉, 기본파와 n배 고조파의 합)으로 나눈 것을 음색으로 하여, 이를 색의 채도에 대응시킨다. 이에 따라, 맑은 음 즉, 기본파의 비율이 높은 음일 수록 채도가 높은 색으로 표현되고, 복합 파장으로 구성된 탁한 음일 수록 채도가 낮은 색으로 표현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음색 특성 변환 회로의 개략도이다.
도 2의 음-색 변환회로는 다채널(CH1~CHn)의 음을 제공하는 음원(200)으로부터 음을 수신하여 이를 증폭하기 위한 다수의 증폭기(210, 212)와, 증폭된 신호를 매 프레임 단위로 고속 푸리에 변환하기 위한 고속 푸리에 변환기(FFT1~FFTn)(220, 222)와, 푸리에 변환된 신호를 소정의 필터링 알고리즘에 따라 필터링하여 주된 음을 식별하고 필터링된 피크치들을 음압 순서대로 분류하여 예컨대 30개 이하의 적정 피크치 개수로 샘플링하는 샘플링 수단(230)과, 샘플링된 각 피크치 신호들을 각각의 주파수와 음압에 따라 소정의 음-색 변환공식을 적용하여 가시 주파수로 변환하는 음-색 변환연산수단(240)과, 가시 주파수에 해당하는 색 또는 빛을 나타내도록 디스플레이장치(260)를 구동하기 위한 표시제어수단(250)과, 상기 각 구성수단들을 제어하기 위한 제어수단(270)을 포함하여 구성된다.
한편, 동시에 여러 채널에서 다수의 음향이 수신될 때 청자는 그 중 주음의 방향만을 식별할 수 있는 특성을 고려하여, 고속 푸리에 변환기(220, 222)와 샘플링 수단(230) 사이에 주음을 식별하기 위한 주음 변별 수단(225)을 선택적으로 추가할 수 있다.
상기 음-색 변환회로 중 표시제어수단(250)은 예컨대 LED와 같은 디스플레이장치(260)를 구동하기 위한 구동회로 또는 드라이버 소프트웨어로 구현되어 상기 음-색 변환회로와 별개의 회로 또는 기기에 장착될 수 있다. 음-색 변환회로의 나머지 구성요소들도 하드웨어 회로로 구현될 수 있을 뿐만 아니라 상기 신호처리로직을 포함하는 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현될 수 있음은 당업자에게는 자명하다.
한편, 상기 신호처리로직을 포함하는 음-색 변환방법은, 입력된 음을 푸리에 변환하는 단계; 푸리에 변환된 신호 중 가청 주파수 신호를 하나 이상 샘플링하는 단계; 샘플링된 하나 이상의 가청 주파수 신호를 아래 수식에 의해 가시 주파수 신호로 각각 변환하는 단계; 및 변환된 하나 이상의 가시 주파수에 대응하는 색을 표시하는 단계를 포함한다.
여기서, 입력 음의 푸리에 변환 단계와 샘플링 단계 및 색 표시 단계의 각각은 공지의 기술을 이용하여 수행될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 가청 주파수 신호를 가시 주파수 신호로 변환하는 음-색 변환 단계를 음-색 변환공식을 이용하여 설명하기로 한다.
먼저, 음계를 색상으로 변환하는 방법에 대해 설명한다.
기준 음과 기준 색을 설정하기 위해 가청주파수 대역의 기준 주파수(예컨대, 기준 음 "도")와 가시주파수 대역의 기준 주파수(예컨대, 적색 파장인 650nm에 해당하는 주파수)를 정한다. 이어서, 색와 음 모두에서 각각의 색상과 음계의 로그 스케일 주파수 범위가 일정 간격으로 분리되어 있음을 이용하여, 가청주파수 대역의 기준 주파수에 대한 샘플 주파수의 비를 로그 스케일로 변환한다. 이때 변환된 값을 정수 부분과 소수 부분으로 나누어, 정수 부분은 음높이(옥타브)에 대응시키고 소수 부분은 동일 옥타브 내의 음계에 대응시킨다. 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.
Figure 112006062650616-PAT00001
Figure 112006062650616-PAT00002
(여기서, F는 구하고자 하는 가시 주파수, Fl은 기준 가시 주파수, fi는 샘플링된 입력 가청 주파수, fl은 기준 가청 주파수, C는 가청/가시 주파수 대역과 기준 주파수 선택에 따라 결정되는 상수로서 0≤C≤1을 만족하는 실수, x의 정수 부분은 옥타브 값, x*는 x의 소수점 이하의 부분으로서 한 옥타브 내의 음계값을 결정하는 변수임)
다음, 음높이(옥타브)를 명도로 변환하는 방법에 대해 설명한다.
상기 공식을 이용하여 구해진 변환값 x의 정수부분을 음높이(옥타브)에 대응시킨다. 기준 옥타브에 해당하는 정수값의 설정은 설계자 및 시스템의 특성에 따라 수행될 수 있으며, 옥타브 차에 대응하는 명도 값의 변화정도 또한 사용환경과 시스템의 특성 등을 고려하여 설정할 수 있다.
이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.
Figure 112006062650616-PAT00003
Figure 112006062650616-PAT00004
(여기서, BF는 명도, x'은 x의 정수부분임)
이어서, 음색을 채도로 변환하는 방법에 대해 설명한다.
음색은 통상 해당 음의 배음(즉, 고조파) 구성과 음량의 순간적인 변화의 패턴(즉, 엔빌로프)에 의해 결정된다. 본 발명에서는 주어진 음의 파형의 기본파를 전체 파형(즉, 기본파와 n배 고조파 및 노이즈의 합)으로 나눈 것을 음색으로 하여, 이를 색의 채도에 대응시켜서 R, G, B 합성시 반영한다.
즉, 색은 R, G, B로 구성되며, 하나의 색을 표현하기 위해서는 R, G, B의 비율을 적절하고 혼합하는데, 하나의 색을 표현할 때 순색과 배색의 혼합 비율에 의해 채도가 결정되므로, 상기 음색의 값을 채도 결정시 순색과 배색의 혼합 비율로 하고, 이에 맞추어 R, G, B의 값을 조정하여 색을 표현한다.
R, G, B 값의 결정 방식은 예컨대 NTSC 방식의 컬러 TV에서 색상값과 휘도값(또는 명도값)을 이용하여 채도를 표현하는 원리와 동일하게 결정될 수 있으며, 상기 실시예에서는 푸리에 변환을 통해 검출된 프레임별 피크값들의 혼합비율(즉, 고조파 구성비율)대로 해당 순색을 혼합하여 표현하며, 혼합시 주파장의 값을 반영한다.
이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.
Figure 112006062650616-PAT00005
Figure 112006062650616-PAT00006
(여기서, TF는 채도, f1, f2, f3는 각각 해당 음의 제1고조파, 제2고조파, 제3고조파, fN은 잡음임)
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 음-색 변환회로를 구비한 발광 스피커의 구조도이다.
상기 발광 스피커의 상부 하우징(310)은 저면 중앙부에 LED와 같은 발광소자(316)를 수용하기 위한 수용부를 구비하고 있으며, 상부 하우징(310)이 상단에는 발광소자(316)로부터의 빛을 투과하기 위한 렌즈 및/또는 빛을 굴절 또는 확산시켜 다양한 투광효과를 내는 디퓨저(318)가 구비된다.
발광소자(316)는 바람직하게는 적색, 녹색, 청색의 다수의 LED(또는 그 셋을 하나로 집적하여 3 in 1 타입의 1픽셀을 구성하는 LED) 또는 통상적인 다양한 형태의 발광소자로 구성된다. 음원의 채널 특성에 맞추어 L, R 2채널 또는 Left, Right, Center 3채널, 기타 5.1채널 등 채널별로 별도의 발광소자(316)가 제공될 수 있으며, 이때 채널별 발광특성을 보다 명확하게 디스플레이하기 위해 상부 하우징(310)의 내부에 발광소자(316)들을 격리하기 위한 격벽(미도시)이 제공될 수도 있다.
상부 하우징(310)은 발광 스피커의 용도와 사용조건에 따라 금속 및/또는 합 성수지 재질로 투명, 반투명 또는 불투명하게 제조될 수 있다. 상부 하우징(310)의 하단 외주면에는 하부 하우징(320)과의 결합을 위한 체결수단(312)이 제공된다.
하부 하우징(320)은 상단 외주면의 체결수단(322)을 통해 상부 하우징(310)과 결합되며, 하단 모서리 주변에는 스피커(332, 334)로부터의 음향을 외부로 전달하기 관통공(322)이 다수 형성된다.
하부 하우징(320)의 내부에는 음-색 변환회로를 구성하는 디바이스들(326)을 포함하는 기판(PCB, 324)과 스피커(332, 334)로 전달되는 음을 증폭하기 위한 앰프(AMP, 328)와 상기 구성요소들에 전원공급을 위한 배터리(BATT, 330)가 장착된다. 발광 스피커가 주전원에 의해 동작할 때는 상기 배터리(330)가 변압기로 대체될 수 있으며, 충전방식으로 동작할 때는 충전기로 대체될 수 있음은 자명하다.
음-색 변환회로로 입력되는 음원은 메모리 디바이스(326)에 저장되어 이용될 수 있으며, 메모리 디바이스(326)에 제공되는 음원은 음-색 변환회로와 함께 기판(324) 상에 구현되는 유무선 통신회로(미도시)를 이용하여 유선 또는 무선으로 외부 기기 또는 외부 시스템으로부터 공급 및 갱신될 수 있으며, 유무선 데이터 통신에 관한 기술은 이미 당업계에 널리 알려져 있으므로 관련 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 음-색 변환회로를 구비한 발광 스피커의 구조도이다.
도 4의 스피커는 통상의 다이내믹 스피커 대신 진동 스피커(432, 434)를 채택한 점에서 도 3과 차이가 있다. 도 4의 구성요소 중 도 3의 구성요소와 동일한 구성요소는 "100"이 증가된 도면 부호를 부여하고, 동일 내용에 대한 설명은 생략하기로 한다.
진동 스피커는 다이내믹 스피커의 콘(Cone) 대신 공명체로서 기능할 수 있는 고체(또는 액체) 매질 상에 직접 접촉하여 진동자를 이용하여 고체(또는 액체) 매질을 진동시킴으로써 음향을 발생시키는 방식의 스피커이다. 본 발명의 상시 실시예의 진동 스피커는 물과 같은 액체 매질을 진동하여 수중 스피커로 기능할 수 있는 방식인 것이 바람직하다.
도 4의 발광 스피커의 하부 하우징(420)의 저면은 진동 스피커(432, 434)를 수용할 수 있도록 스피커의 형상에 맞추어 내부 방향으로 만입된 스피커 수용부(431, 433)로 형성된다. 스피커 수용부(431, 433)와 각 진동 스피커(432, 434) 사이에는 댐퍼(436)가 제공되어 진동 스피커(432, 434)를 고정하는 동시에 하부 하우징(420)으로의 진동의 전달을 억제하고 타 스피커와의 간섭을 방지한다. 진동 스피커(432, 434)의 저면은 하우 하우징(420)이 놓이게 되는 바닥면과의 안정적 접촉 및 진동의 전달을 위해 외부로 볼록한 형태를 가진다.
한편, 도 4의 발광 스피커의 경우 스피커(432, 434)로부터의 음향전달을 위한 관통공이 불필요하기 때문에, 상부 하우징(410)과 하부 하우징(420) 사이를 패킹(미도시) 등을 이용하여 기밀 방식으로 결합함으로써 방수형 스피커로 제조할 수 있으며, 이에 따라 통상적으로 스피커의 이용이 곤란한 수영장, 욕실 등에서도 이용할 수 있어서 이용장소에 따른 제약이 거의 없다.
또한, 욕조, 책상 등의 고체 매질의 진동 리듬이 발광 소자의 발광 리듬과 일치되고 음의 특성이 빛의 특성에 대응되어 제공되므로, 음악과 조명이 효과적으로 조화되어 청각적 자극과 시각적 자극을 동시에 제공함으로써 사용자로 하여금 음악의 분위기를 더욱 실감나게 느낄 수 있게 하며, 치료용 음악, 교육용 음악 등과 함께 이용될 때 통상적인 비논리적 색채대응조명 방식과 달리 음악의 공진효과(즉, 화음)와 유사한 색채 공진효과를 유발하는 색채 조명으로 인해 음악 자체의 효과가 배가되는 웰빙음향기기로서 손색없이 기능할 수 있으며, 음악치료와 색채치료로 기기로 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 음-색 변환회로를 구비한 발광 스피커를 포함하는 음-색 변환 시스템의 개요도이다.
도 5에서 발광 스피커(510)는 음원공급수단으로 기능하는 PC(540)에 USB 연결선(530)을 이용하여 연결된다. 이와 달리 발광 스피커(510)와 PC(540)에 블루투스 등 소정의 RF송수신을 포함하는 무선통신기능이 제공되어 양자가 무선데이터통신방식으로 연결될 수도 있다.
기본적으로 본 발명에 따른 음-색 변환기능을 제공하는 음-색 변환회로와 발광소자 구동회로(즉, 드라이버)가 발광 스피커(510) 내에 전기회로 또는 소프트웨어 형태로 제공되고, 발광 스피커(510)는 자체 전원을 이용하여 스탠드얼론 방식으로 동작한다. 또한, 음-색 변환회로, 발광소자 구동회로에 추가하여 MP3 드라이버 기능을 갖는 MP3 칩이 내장될 수도 있다.
한편, 경우에 따라 제조비용의 감소, 발광 스피커(510)의 소형화 등을 목적 으로 발광 스피커(510)의 구성이 최소화될 필요가 있는 경우에는 음-색 변환회로를 내장하는 것이 부담될 수 있다.
이러한 경우에는 발광소자 구동회로(예컨대, LED 드라이버)만이 발광 스피커(510) 내에 제공되고, 음-색 변환회로는 PC(540)에 제공될 수도 있다. 즉, 음원공급수단인 PC(540)에서 자체 음-색 변환회로를 구비하여 음원을 색을 나타내는 가시 주파수 신호로 변환하여 발광 스피커(510)에 제공하면, 발광 스피커(510)는 내부에 LED 드라이버만을 갖추고 있다가 PC(540)로부터의 가시 주파수 신호에 따라 LED를 구동하여 제공된 음원의 특성에 대응되는 빛을 방출하는 방식이다.
한편, 발광 스피커(510)에 제공되는 표시제어수단인 LED 드라이버와는 별도로, 음-색 변환회로에 연결된 디스플레이 드라이버가 PC(540)에 제공되면 음원으로부터의 음에 대응되는 이미지를 모니터 등 디스플레이(550) 수단을 통해 나타낼 수도 있다.
도 5에서는 PC(540)의 경우를 예를 들어 도시하였지만, PC(540)와 모니터(550)를 각각 셋톱박스(540)와 TV모니터 또는 프로젝터 등의 디스플레이 장치(550)로 대체할 수 있으며, 기타 다양한 종류의 비디오, 오디오시스템에도 본 발명의 발광 스피커(510)가 연결되어 이용될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예들을 통해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 기재된 실시예에 한정되지는 않으며, 첨부된 특허청구범위에 의거하는 권리범위 내에서 당업자에 의해 다양한 수정이나 변경이 가능함은 자명하다.
본 발명에 따르면, 음계, 음색, 옥타브, 음량과 같은 음의 다양한 특성을 색상, 채도, 명도와 같은 색의 특성에 대응시키는 음-색 변환방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 상기 음-색 변환방법을 채택함으로써 음의 다각적 특성을 충분히 구현한 빛을 발산할 수 하는 발광 스피커가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 엔터테인먼트 기능을 효과적으로 이용할 수 있도록 휴대 간편하고, 간단한 구조를 가져서 비용효과적으로 제조 가능하며, 다양한 종류의 스피커에 구현될 수 있도록 응용성이 제고된 발광 스피커가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 기밀형으로 제조되어 수영장이나 욕실 등 물기, 습기가 많은 장소에서도 원활하게 동작할 수 있는 발광 스피커가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광소자 구동에만 필요한 최소한의 구성요소만을 내장하고 상기 음-색 변환기능을 음원공급기기에 제공함으로써, 간단한 구성으로 효과적으로 발광수단을 제어하는 음-색 변환 시스템이 제공된다.

Claims (17)

  1. 발광소자와 스피커를 포함하여 입력된 음원에 대응하는 음향과 빛을 발생시키는 발광 스피커에 있어서,
    상기 입력된 음원의 주파수에 대응하는 가시 주파수를 결정하는 음-색 변환회로;
    상기 음-색 변환회로의 출력에 따라 상기 입력된 음원에 대응하는 빛을 발광하도록 발광소자를 제어하기 위한 발광소자 구동회로;
    상기 발광소자 구동회로의 제어신호에 의해 구동되는 발광소자; 및
    상기 구성요소들을 내장하기 위한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음-색 변환회로는 상기 입력된 음원의 주파수로부터 음계를 결정하고, 상기 음계에 대응하는 빛의 가시 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 음-색 변환회로는 상기 입력된 음원의 주파수로부터 옥타브를 결정하고, 상기 옥타브에 대응하는 빛의 명도를 결정하는 것을 특징으로 하는 발광 스피 커.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 음-색 변환회로는 상기 입력된 음원의 주파수로부터 음색을 결정하고, 상기 음색에 대응하는 빛의 채도를 결정하는 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 음-색 변환회로는 상기 입력된 음을 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 신호 중 가청 주파수 신호를 하나 이상 샘플링하고, 샘플링된 하나 이상의 가청 주파수 신호를 다음의 수식,
    Figure 112006062650616-PAT00007
    Figure 112006062650616-PAT00008
    Figure 112006062650616-PAT00009
    (여기서, F는 구하고자 하는 가시 주파수, Fl은 기준 가시 주파수, x'는 x의 정수 부분으로서 옥타브 값, x*는 x의 소수점 이하의 부분으로서 한 옥타브 내의 음계값을 결정하는 변수이고, fi는 샘플링된 입력 가청 주파수, fl은 기준 가청 주파수, C는 상수로서 0≤C≤1을 만족하는 실수)
    에 의해 가시 주파수 신호로 각각 변환하는 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 음-색 변환회로는 상기 입력된 음을 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 신호 중 가청 주파수 신호를 하나 이상 샘플링하고, 샘플링된 하나 이상의 가청 주파수 신호를 다음의 수식,
    Figure 112006062650616-PAT00010
    Figure 112006062650616-PAT00011
    (여기서, TF는 채도, f1, f2, f3는 각각 해당 음의 제1고조파, 제2고조파, 제3고조파, fN은 잡음)
    에 의해 가시 주파수 신호로 각각 변환하는 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피커는 진동 스피커인 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피커는 방수 처리된 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자는 LED인 것을 특징으로 하는 발광 스피커.
  10. 입력된 음원의 주파수에 대응되는 가시 주파수를 생성하는 음-색 변환프로그램을 구비한 음원공급장치;
    상기 음원공급장치와 유선 또는 무선 방식으로 연결되어 있으며, 상기 음원공급장치로부터의 가시 주파수 신호에 대응하는 음향과 빛을 발생시키기 위해 발광소자와 스피커를 구비하는 발광 스피커;
    상기 발광 스피커에 장착되며, 상기 음-색 변환회로의 출력에 따라 상기 입력된 음원에 대응하는 빛을 발광하도록 상기 발광소자를 제어하기 위한 발광소자 구동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 음-색 변환시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 빛의 색상과 명도와 채도는 상기 입력된 음원의 음계와 옥타브와 음색에 각각 대응되는 것을 특징으로 하는 음-색 변환시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 음-색 변환회로는 입력된 음을 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 신호 중 가청 주파수 신호를 하나 이상 샘플링하고, 샘플링된 하나 이상의 가청 주파수 신호를 다음의 수식,
    Figure 112006062650616-PAT00012
    Figure 112006062650616-PAT00013
    Figure 112006062650616-PAT00014
    Figure 112006062650616-PAT00015
    Figure 112006062650616-PAT00016
    (여기서, F는 구하고자 하는 가시 주파수, Fl은 기준 가시 주파수, x'는 x의 정수 부분으로서 옥타브 값, x*는 x의 소수점 이하의 부분으로서 한 옥타브 내의 음계값을 결정하는 변수이고, fi는 샘플링된 입력 가청 주파수, fl은 기준 가청 주파수, C는 상수로서 0≤C≤1을 만족하는 실수, TF는 채도, f1, f2, f3는 각각 해당 음의 제1고조파, 제2고조파, 제3고조파, fN은 잡음)
    에 의해 가시 주파수 신호로 각각 변환하는 것을 특징으로 하는 음-색 변환시스템.
  13. 입력된 음을 푸리에 변환하는 단계;
    푸리에 변환된 신호 중 가청 주파수 신호를 하나 이상 샘플링하는 단계;
    샘플링된 하나 이상의 가청 주파수 신호를 로그스케일로 변환하는 단계;
    상기 변환된 가청 주파수 신호에 대응하는 가시 주파수 신호를 결정하는 단계; 및
    결정된 가시 주파수 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음-색 변환 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가시 주파수 신호 결정 단계는 상기 가청 주파수 신호에 해당하는 음의 음계에 대응하여 상기 가시 주파수 신호에 해당하는 빛의 색상을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음-색 변환 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가시 주파수 신호 결정 단계는,
    상기 가청 주파수 신호에 해당하는 음의 음색에 대응하여 상기 가시 주파수 신호에 해당하는 빛의 채도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음-색 변환 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가시 주파수 신호 결정 단계는,
    상기 가청 주파수 신호에 해당하는 음의 옥타브에 대응하여 상기 가시 주파수 신호에 해당하는 빛의 명도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음-색 변환 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 가시 주파수 신호 결정 단계는, 다음의 수식
    Figure 112006062650616-PAT00017
    Figure 112006062650616-PAT00018
    Figure 112006062650616-PAT00019
    Figure 112006062650616-PAT00020
    Figure 112006062650616-PAT00021
    (여기서, F는 구하고자 하는 가시 주파수, Fl은 기준 가시 주파수, x'는 x의 정수 부분으로서 옥타브 값, x*는 x의 소수점 이하의 부분으로서 한 옥타브 내의 음계값을 결정하는 변수이고, fi는 샘플링된 입력 가청 주파수, fl은 기준 가청 주파수, C는 상수로서 0≤C≤1을 만족하는 실수, TF는 채도, f1, f2, f3는 각각 해당 음의 제1고조파, 제2고조파, 제3고조파, fN은 잡음)
    에 의해 가청 주파수 신호를 가시 주파수 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 음-색 변환 방법.
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