KR20090011868A

KR20090011868A - 스피커 공진 감쇄 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20090011868A
Application number: KR1020070075875A
Authority: KR
Inventors: 김완진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-02
Also published as: US20090028350A1; US8565441B2; KR101152781B1

Abstract

소프트웨어적으로 시뮬레이션 된 스피커의 물리 모델을 이용하여 스피커의 공진을 감쇄시키는 스피커 공진 감쇄 방법 및 장치가 개시되어 있다. 본 발명은 상기 오디오 재생 장치의 물리적 파라미터를 바탕으로 스피커의 공진 특성을 파악하기 위한 물리적 모델을 계산하는 과정, 상기 스피커의 물리적 모델의 주파수 특성과 재생 스피커에서 측정된 주파수 특성을 비교하여 상기 스피커의 물리적 모델의 정확도를 판단하는 과정, 상기 정확도 판단에 따라 상기 물리적 모델을 바탕으로 공진 감쇄 필터를 생성하는 과정, 입력되는 오디오 데이터에 상기 공진 감쇄 필터를 적용하여 스피커 공진 특성을 감쇄하는 과정을 포함한다.

Description

스피커 공진 감쇄 방법 및 장치{Apparatus and method for reducing loudspeaker resonance}

본 발명은 스피커 공진 감쇄 시스템에 관한 것이며, 특히 소프트웨어적으로 시뮬레이션된 스피커의 물리 모델을 이용하여 스피커의 공진을 감쇄시키는 스피커 공진 감쇄 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적으로 스피커는 전기 및 전자적으로 수신되는 음성 신호를 사람이 들을 수 있는 소리로서 출력시키게 하는 발성 기기이다.

평판형 텔레비전이 주력인 현재 시장 상황에서 디스플레이의 두께가 점차 얇아지는 추세에 따라 스피커 또한 얇아지고 있다.

스피커를 얇게 만들기 위해서는 영구자석의 크기 및 콘의 형상을 바꾸어야 한다. 영구자석의 크기는 자력의 세기와 보이스 코일이 움직일 수 있는 범위에 영향을 미치게 되는데, 보이스 코일의 이동 범위가 작아지면 저주파의 재생 능력이 저하된다. 콘의 형상은 보이스 코일의 움직임에 따라 효과적으로 음파를 생성하도록 쉽게 구부러지지 않게 설계된다. 그러나, 스피커가 얇아지면 콘의 깊이가 얕아지게 된다. 콘의 깊이가 얕아지면, 보이스 코일이 움직이는 방향의 지지력이 약해 져, 보이스 코일의 움직임에 따른 잔여 진동이 콘에 잔재하게 된다. 콘의 재질과 형상에 따라 스피커의 공진 주파수가 결정된다. 그리고 잔여 진동은 스피커의 공진 주파수에서 더 강해지며, 음질의 명료성에 악영향을 미친다.

기존에는 이와 같은 잔여 진동과 같은 문제점을 해결하기 위해 스피커의 콘 재질과 콘의 형상을 개선하는 방법을 취해왔다. 하지만, 스피커의 콘 재질과 콘의 형상 개선은 비용의 증가가 뒤따르며 결과적으로 스피커의 두께를 두껍게 만들게 되는 단점이 있었다.

본 발명이 해결하고자하는 과제는 스피커의 물리 모델을 이용하여 스피커의 공진 특성을 파악하고, 이 공진 특성에 근거하여 오디오 데이터를 변형하여 스피커 공진을 감쇄시키는 스피커 공진 감쇄 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 재생 장치의 스피커 공진 감쇄 방법에 있어서,

상기 오디오 재생 장치의 물리적 파라미터를 바탕으로 스피커의 공진 특성을 파악하기 위한 물리적 모델을 계산하는 과정;

상기 스피커의 물리적 모델의 주파수 특성과 재생 스피커에서 측정된 주파수 특성을 비교하여 상기 스피커의 물리적 모델의 정확도를 판단하는 과정;

상기 정확도 판단에 따라 상기 물리적 모델을 바탕으로 공진 감쇄 필터를 생 성하는 과정;

입력되는 오디오 데이터에 상기 공진 감쇄 필터를 적용하여 스피커 공진 특성을 감쇄하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스피커 공진 감쇄 장치에 있어서,

스피커의 물리적 파라미터들과 증폭기의 물리적 파라메터를 저장하는 물리 파라메터 저장부;

상기 물리 파라메터 저장부에 저장된 스피커의 물리 파라미터들과 증폭기의 물리 파라메터를 바탕으로 스피커의 물리 특성을 계산하는 물리 모델 계산부;

상기 물리 모델 계산부의 물리 특성에 근거하여 생성되는 제1주파수 응답과 스피커에서 재생되는 제2주파수 응답을 비교하여 상기 물리 모델의 정확도를 파악하고, 그 정확도에 따라 물리 특성에 근거하여 스피커의 공진 특성을 상쇄시키는 필터를 구하고, 그 필터에 따라 오디오 데이터를 변형하는 공진 감쇄 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 소프트웨어적으로 시뮬레이션된 스피커의 물리 모델을 이용함으로서 스피커의 공진을 최소화할 수 있다. 그리고 스피커 종류에 따라 각각 공진 특성을 파악하여 해당 스피커의 공진 특성을 효과적으로 감쇄할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스피커 공진 감쇄 시스템의 블록도이다.

도 1의 스피커 공진 감쇄 시스템은 신호 처리부(110), 제1메모리부(120), 제2메모리부(130), 파워 증폭부(140), 좌, 우 스피커(152, 154)로 구성된다.

신호 처리부(110)는 오디오 재생 장치의 물리 특성을 이용하여 스피커의 공진 특성을 검출하고, 이 공진 특성을 반영한 필터를 통해 오디오 신호를 변형한다. 이때 입력되는 오디오 신호는 아날로그 또는 디지털 형태일 수 있다. 또한 오디오 재생 장치의 물리 특성은 일 실시예로 스피커(152, 154)의 물리 특성 및 파워 증폭기(140)의 물리 특성을 포함한다.

제1메모리부(110)는 스피커 공진 특성이 반영된 오디오 데이터를 일시 저장한다. 바람직하게 제1메모리부(110)는 RAM(Random Access Memory)을 이용한다.

제2메모리부(130)는 신호 처리부(110)에서 오디오 재생 장치의 물리 특성을 이용하여 계산된 스피커의 공진 특성 계수를 저장한다. 이 공진 특성 계수는 공진을 줄일 수 있는 필터 형태로 구성된다. 바람직하게 제2메모리부(130)는 ROM(Read Only Memory)을 이용한다.

파워 증폭부(140)는 신호 처리부(110)에서 스피커 공진 특성이 반영된 오디오 데이터를 스피커가 재생할 수 있는 신호의 크기로 증폭한다.

좌, 우 스피커(152, 154)는 파워 증폭부(140)에서 증폭된 오디오 신호를 소리로 재생한다.

도 2는 도 1의 신호 처리부(110)의 상세도이다.

도 2의 신호 처리부는 스피커 물리 모델 계산부(210), 물리 파라메터 저장부(220), 임펄스 응답 계산부(230), 스피커 임펄스 응답 저장부(250), 공진 감쇄 처리부(240), 공진 감쇄 계수 저장부(260)를 구비한다.

도 2를 참조하면, 물리 파라메터 저장부(220)는 스피커의 물리 파라미터(physical parameters)들과 증폭기의 물리 파라메터들을 저장한다. 이때 스피커의 물리 파라미터들은 일 실시예로 보이스 코일의 질량(mass), 댐핑 계수(damping coefficient), 탄성 계수(young's modulus), 코일에 감긴 전자석의 자력(magnetic force)등을 포함한다. 또한 증폭기의 물리 파라메터들(physical parameters)은 입력되는 오디오 신호와 증폭된 오디오 신호간의 관계를 나타내는 전달함수이며, 딜레이 계수나 증폭 계수등으로 이루어진다.

스피커 물리 모델 계산부(210)는 물리 파라메터 저장부(220)에 저장된 스피커의 물리 파라미터(physical parameters)들과 증폭기의 물리 파라메터를 이용하여 스피커의 물리 특성을 계산한다.

임펄스 응답 계산부(230)는 스피커 물리 모델 계산부(210)에서 계산된 스피커 물리 특성을 이용하여 임펄스 응답(또는 주파수 응답)을 계산한다.

스피커 임펄스 응답 저장부(250)는 실제 재생되고 있는 스피커에서 측정된 임펄스 응답(또는 주파수 응답)을 저장한다.

공진 감쇄 처리부(240)는 임펄스 응답 계산부(230)의 제1임펄스 응답과 스피커 임펄스 응답 저장부(250)의 제2임펄스 응답을 비교하여 스피커 물리 모델 계산 부(210)에서 계산된 물리 모델의 정확도를 파악한다. 그리고 공진 감쇄 처리부(240)는 정확도가 일정 허용 범위이내이면 그 스피커 물리 특성에 기반한 공진 감쇄 필터를 생성하고, 정확도가 일정 허용 범위를 벗어나면 스피커 물리 모델 계산부(210)로 물리 특성을 재조정하는 제어 신호를 출력한다. 또한 공진 감쇄 처리부(240)는 공진 감쇄 필터를 이용하여 오디오 데이터를 변형한다.

공진 감쇄 필터 계수 저장부(260)는 공진 감쇄 처리부(240)에서 생성된 공진 감쇄 필터 계수를 저장한다.

도 3은 도 2의 공진 감쇄 처리부(240)의 상세도이다.

도 3의 공진 감쇄 처리부는 비교부(320), 공진 감쇄 계산부(330), 오디오 처리부(340)를 구비한다.

도 3을 참조하면, 비교부(320)는 임펄스 응답 계산부(230)의 제1임펄스 응답과 스피커 임펄스 응답 저장부(250)의 제2임펄스 응답을 비교하여 스피커 물리 모델 계산부(210)의 스피커 물리 모델의 정확도를 파악한다.

공진 감쇄 계산부(330)는 비교부(320)에서 비교된 결과의 정확도에 따라 스피커 물리 모델에 근거한 공진 감쇄 계수를 생성한다.

오디오 처리부(340)는 공진 감쇄 계산부(330)에서 생성된 공진 감쇄 계수에 따라 입력되는 오디오 신호를 변형한다. 따라서 출력되는 오디오 신호는 스피커 공진 특성을 반영하여 변형된다.

도 4는 본 발명에 따른 스피커 공진 감쇄 방법을 보이는 흐름도이다.

먼저, 스피커를 선정하여 스펙(spec)에 제시된 스피커의 물리적인 파라메터 들을 설정한다(410 과정). 예를 들면 스피커의 물리 파라메터들은 보이스 코일의 질량, 댐핑 계수, 탄성 계수, 자력등의 기계적 또는 전기적인 수치를 나타낼 수 있다. 스피커의 공진 특성은 스피커의 물리 파라메터들에 깊이 연관된다. 예를 들면, 탄성 계수 및 댐핑 계수는 각각 공진 주파수 및 디케이 타임(decay time)에 영향을 미친다.

또한 오디오 데이터와 증폭된 오디오 데이터간의 전달함수를 이용하여 증폭기의 물리적인 파라메터들을 설정한다(420 과정). 일 실시예로 증폭기의 물리적인 파라메터들은 딜레이 계수, 증폭 계수등으로 나타낼 수 있다.

또한 실제 재생되는 스피커에서 스피커의 제1임펄스 응답(impulse response)을 측정한다(450 과정).

이어서, 스피커의 물리적인 파라메터들 및 증폭기의 물리적인 파라메터들을 이용하여 스피커의 물리 특성을 포함하는 물리적 모델을 계산한다(430 과정). 스피커의 물리적 모델은 전기적인 오디오 데이터와 음향적인 스피커 출력간의 전달함수를 나타낸다. 즉, 입력 신호를 i(t), 출력 신호를 r(t), 증폭기의 전달함수를 a(t), 스피커의 전달함수를 s(t)라 하고, 시스템 전달함수를 h(t)라 하면, 스피커의 물리적 모델은 수학식 1과 같이 증폭기의 전달함수와 스피커의 전달함수의 콘볼루션값으로 나타낼 수 있다. 따라서 시스템 전달함수는 스피커의 물리적인 계수들과 증폭기의 물리적인 계수들을 포함한다. 그리고 모델링된 전달함수에는 반드시 공진 특성(과도 응답)이 나타난다.

r(t) = h(t)*i(t), h(t) = a(t) * s(t)

이어서, 물리적 모델을 이용하여 스피커의 제2임펄스 응답을 계산한다(440 과정). 스피커의 임펄스 응답은 일정 시간내에서 임펄스 입력에 대한 스피커의 출력이다.

이어서, FFT에 의한 주파수 특성 분석등을 통해 실제 스피커에서 재생되는 제1임펄스 응답과 소프트웨어적으로 시뮬레이션된 제2임펄스 응답을 비교한다(460 과정). 예를 들면, 임펄스 응답의 특징 계수를 추출하고, 그 계수를 서로 비교한다.

비교 결과를 이용하여 물리 모델의 정확도를 판단한다. 즉, 실제 재생되고 있는 스피커에서 측정된 임펄스 응답과 유사한 임펄스 응답을 갖는 물리 모델을 구한다.

따라서, 물리 모델의 정확도를 구하기 위해 비교 결과를 미리 결정된 허용 오차 범위와 비교한다(464 과정). 허용 오차 범위는 실험치등을 이용한다.

이때 비교 결과가 허용 오차를 벗어나면 스피커의 물리적인 파라메터들 및 증폭기의 물리적인 파라메터들을 재조정함으로써 물리 모델들을 다시 계산한다. 물리 모델의 오차 발생은 스피커와 증폭기의 물리적 특성 계수의 오차에 기인한다.

따라서 스피커의 물리적인 파라메터들 및 증폭기의 물리적인 파라메터들은 오차 범위 이내에서 재조정된다. 다른 실시예로 스피커의 물리적인 파라메터들 및 증폭기의 물리적인 파라메터들은 실제 재생 스피커의 제1임펄스 응답을 참조하여 조정될 수 있다.

이어서, 비교 결과가 허용 오차이내이면 구해진 물리적 모델을 이용하여 스피커의 공진 특성을 상쇄시키는 필터를 생성한다(470 과정).

이어서 스피커의 공진 특성을 상쇄시키는 필터는 특정 메모리에 저장된다(480 과정).

이어서, 필터를 이용하여 오디오 데이터를 변형함으로써 오디오 재생 장치의 스피커의 공진 특성을 상쇄시킨다(490 과정).

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.

또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

도 2는 도 1의 신호 처리부의 상세도이다.

도 3은 도 2의 공진 감쇄 처리부의 상세도이다.

Claims

오디오 재생 장치의 스피커 공진 감쇄 방법에 있어서,

상기 오디오 재생 장치의 물리적 파라미터를 바탕으로 스피커의 공진 특성을 파악하기 위한 물리적 모델을 계산하는 과정;

상기 스피커의 물리적 모델의 주파수 특성과 재생 스피커에서 측정된 주파수 특성을 비교하여 상기 스피커의 물리적 모델의 정확도를 판단하는 과정;

상기 정확도 판단에 따라 상기 물리적 모델에 근거하여 공진 감쇄 필터를 생성하는 과정;

입력되는 오디오 데이터에 상기 공진 감쇄 필터를 적용하여 스피커 공진 특성을 감쇄하는 과정을 포함하는 스피커 공진 감쇄 방법.
제1항에 있어서, 상기 오디오 재생 장치의 물리적 파라미터는 스피커의 물리적 파라메터 및 앰프의 물리적 파라미터임을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 방법.
제2항에 있어서, 상기 앰프의 물리적 파라미터는 입력 오디오 신호와 증폭된 오디오 신호간의 관계를 나타내는 전달함수임을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 방법.
제1항에 있어서, 상기 스피커의 물리적 모델은 입력되는 오디오 신호와 스피커에서 출력되는 오디오 신호간의 전달함수임을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 방법.
제1항에 있어서, 상기 정확도 판단 과정은

상기 물리적 모델을 바탕으로 임펄스 응답을 계산하는 과정;

상기 계산된 임펄스 응답의 특징 계수와 재생 스피커에서 측정된 임펄스 응답의 특징 계수를 비교하는 과정;

상기 비교된 결과를 오차 범위와 비교하여 상기 물리적 모델의 정확도를 판단하는 과정을 포함하는 스피커 공진 감쇄 방법.
제5항에 있어서, 상기 비교된 결과가 오차 범위을 벗어나면 상기 오디오 재생 장치의 물리적 파라미터를 재조정하여 상기 스피커 물리 모델의 주파수 특성이 오차 범위내에서 조정되는 것임을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 방법.
제6항에 있어서, 상기 스피커 물리 모델의 주파수 특성이 재생 스피커에서 측정된 주파수 특성에 근접하도록 조정되는 것임을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 방법.
제6항에 있어서, 상기 스피커 물리 모델의 재조정은 상기 재생 스피커에서 측정된 신호 특성을 참조하여 상기 스피커의 물리적 파라미터 및 앰프의 파라메터를 재조정하는 것임을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 방법.
스피커 공진 감쇄 장치에 있어서,

스피커의 물리적 파라미터들과 증폭기의 물리적 파라메터를 저장하는 물리 파라메터 저장부;

상기 물리 파라메터 저장부에 저장된 스피커의 물리 파라미터들과 증폭기의 물리 파라메터를 바탕으로 스피커의 물리 특성을 계산하는 물리 모델 계산부;

상기 물리 모델 계산부의 물리 특성에 근거하여 생성되는 제1주파수 응답과 스피커에서 재생되는 제2주파수 응답을 비교하여 상기 물리 모델의 정확도를 파악하고, 그 정확도에 따라 물리 특성에 근거하여 스피커의 공진 특성을 상쇄시키는 필터를 구하고, 그 필터에 따라 오디오 데이터를 변형하는 공진 감쇄 처리부를 포함하는 스피커 공진 감쇄 장치.
제10항에 있어서, 상기 공진 감쇄 처리부는 상기 정확도가 허용 범위를 벗어나면 상기 물리 모델 계산부에 물리 특성을 재조정하는 제어 신호를 발생하는 것임을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 장치.
제10항에 있어서, 상기 공진 감쇄 처리부는

상기 제1주파수 응답과 제2주파수 응답을 비교하여 스피커 물리 모델 계산부스피커 물리 모델의 정확도를 파악하는 비교부.

상기 비교부에서 비교된 결과의 정확도에 따라 상기 스피커 물리 모델에 근거한 공진 감쇄 계수를 생성하는 공진 감쇄 계산부;

상기 공진 감쇄 계산부에서 생성된 공진 감쇄 계수에 따라 입력되는 오디오 신호를 변형하는 오디오 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 장치.
제10항에 있어서, 상기 스피커 물리 모델 계산부에서 계산된 스피커 물리 특성을 바탕으로 임펄스 응답을 계산하는 임펄스 응답 계산부

상기 재생되고 있는 스피커에서 측정된 임펄스 응답을 저장하는 스피커 임펄스 응답 저장부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 장치.
스피커 공진 감쇄 시스템에 있어서,

오디오 재생 장치의 물리 특성을 바탕으로 스피커의 공진 특성을 검출하고, 이 공진 특성을 반영한 필터를 통해 오디오 데이터를 변형하는 신호 처리부;

상기 신호 처리부에서 오디오 재생 장치의 물리 특성을 이용하여 계산된 스피커의 공진 특성을 저장하는 메모리부;

상기 신호 처리부에서 스피커의 공진 특성이 반영된 오디오 데이터를 스피커가 재생할 수 있는 신호의 크기로 증폭하는 파워 증폭부;

상기 파워 증폭부에서 증폭된 오디오 신호를 소리로 재생하는 스피커부를 포함하는 스피커 공진 감쇄 시스템.
제14항에 있어서, 상기 신호 처리부는

스피커의 물리적 파라미터들과 증폭기의 물리적 파라메터를 저장하는 물리 파라메터 저장부;

상기 물리 파라메터 저장부에 저장된 스피커의 물리 파라미터들과 증폭기의 물리 파라메터를 바탕으로 스피커의 물리 특성을 계산하는 물리 모델 계산부;

상기 물리 모델 계산부의 물리 특성에 근거하여 생성되는 제1주파수 응답과 스피커에서 재생되는 제2주파수 응답을 비교하여 상기 물리 모델의 정확도를 파악하고, 그 정확도에 따라 물리 특성에 근거하여 스피커의 공진 특성을 상쇄시키는 필터를 구하고, 그 필터에 따라 오디오 데이터를 변형하는 공진 감쇄 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 공진 감쇄 시스템.