KR20090063111A - 차량 오디오 시스템용 음향 보정 장치 및 방법 - Google Patents

차량 오디오 시스템용 음향 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

시트 커버의 재질 변경 등으로 인해 차량 실내의 음향 공간적 응답특성이 변경되더라도, 리스너에게 레퍼런스급의 최적의 음향을 제공할 수 있는 차량 오디오 시스템의 음향 보정 장치 및 방법이 소개된다. 제1 음향 분석부는 오디오 시스템을 통해 재생되는 생성 음향 신호로부터 특정 리스닝 위치에서의 타겟 주파수 특성 데이터를 구한다. 제2 음향 분석부는 마이크로폰부에서 수집되는 측정 음향 신호로부터 상기 리스닝 위치에서의 측정 주파수 특성 데이터룰 구한다. 음향 보정부는 상기 타겟 및 측정 주파수 데이터들을 이용하여 오디오 시스템의 이퀄라이저를 조절한다.
음향, 보정, 주파수 특성

Description

차량 오디오 시스템용 음향 보정 장치 및 방법{ACOUSTIC CORRECTION APPARATUS AND METHOD FOR VEHICLE AUDIO SYSTEMS}
본 발명은 차량 오디오 시스템에서 재생되는 음향을 리스너가 듣기에 최적의 상태로 보정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량 오디오 시스템은, 해당 오디오 시스템이 설치되는 차량 실내의 음향 공간적 응답특성(acoustic spatial response characteristics)에 최적화된 형태로 미리 튜닝되어 있다.
그런데, 차량 실내는 상당히 좁아, 오디오 시스템에서 재생된 음향의 주파수 특성은 실내 인테리어 변화, 특히 시트 커버의 재질 변화에 따라 민감하게 변화된다. 이렇게 주파수 특성이 변하는 경우 오디오 시스템의 이퀄라이저를 조절하여 음향 보정을 할 필요가 있는데, 청취 전문가가 아닌 이상 쉽지 않은 일이다. 더구나, 상기 주파수 특성은 탑승객의 수, 위치 등에 의해서도 변한다.
본 발명은 상기된 바와 같은 이유 등으로 야기되는 주파수 특성의 왜곡을 감지하여 오디오 시스템에서 재생되는 음향을 자동적으로 보정함으로써, 언제든지 리스너에게 레퍼런스급의 최적의 음향을 제공할 수 있는 차량 오디오 시스템용 음향 보정 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 오디오 시스템의 최초 튜닝 시에 사용되는 테스트 시그널이 없이도, 사용자가 자신이 즐겨 듣는 음악 CD 등을 이용하여 주파수 특성의 왜곡을 보상 또는 제거할 수 있는 차량 오디오 시스템용 음향 보정 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 오디오 시스템용 음향 보정 장치는, 실내에 설치된 마이크로폰부; 오디오 시스템을 통해 재생되는 생성 음향 신호로부터 특정 리스닝 위치에서의 타겟 주파수 특성 데이터를 구하는 제1 음향 분석부; 상기 마이크로폰부에서 수집되는 측정 음향 신호로부터 상기 리스닝 위치에서의 측정 주파수 특성 데이터를 구하는 제2 음향 분석부; 및 상기 타겟 및 측정 주파수 데이터들을 이용하여 오디오 시스템의 이퀄라이저를 조절하는 음향 보정부;를 포함한다.
상기 타겟 주파수 특성 데이터의 취득에 미리 측정된 상기 오디오 시스템의 스피커와 상기 리스닝 위치 간의 제1 기준 전달함수가 이용될 수 있으며, 상기 측 정 주파수 특성 데이터의 취득에 미리 측정된 상기 마이크로폰부와 상기 리스닝 위치 간의 제2 기준 전달함수가 이용될 수 있다.
상기 측정 주파수 특성 데이터는, 상기 측정 음향 신호를 시간 간격을 두고 샘플링하여 얻어진 스펙트럼 데이터로부터, 상기 이퀄라이저의 주파수 대역별로 평균적인 주파수 응답을 산출함에 의해 얻어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 차량 오디오 시스템용 음향 보정 방법은, 오디오 시스템을 통하여 음원을 재생 과정; 미리 측정된 상기 오디오 시스템의 스피커와 특정 리스닝 위치 간의 제1 기준 전달함수를 기초로, 오디오 시스템을 통해 재생되는 생성 음향 신호로부터 특정 리스닝 위치에서의 타겟 주파수 특성 데이터를 구하는 과정; 미리 측정된 상기 마이크로폰부와 상기 리스닝 위치 간의 제2 기준 전달함수를 기초로, 마이크로폰부에서 수집된 측정 음향 신호로부터 상기 리스닝 위치에서의 측정 주파수 특성 데이터를 구하는 과정; 상기 타겟 및 측정 주파수 특성 데이터들을 이용하여 오디오 시스템의 이퀄라이저를 조절하는 음향 보정부;를 포함한다.
상기 측정 주파수 특성 데이터를 구하는 과정은, 상기 측정 음향 신호를 시간 간격을 두고 샘플링하여 스펙트럼 데이터를 얻는 과정; 및 상기 스펙트럼 데이터로부터 상기 이퀄라이저의 주파수 대역별로 평균적인 주파수 응답을 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
상술된 본 발명에 따르면, 시트 커버의 재질 변경 등으로 인해 차량 실내의 음향 공간적 응답특성이 변경되더라도, 리스너에게 레퍼런스급의 최적의 음향을 제 공할 수 있다.
또한, 오디오 시스템의 최초 튜닝 시에 사용되는 테스트 시그널이 없이도, 사용자가 자신이 즐겨 듣는 음악 CD 등을 이용하여 주파수 특성의 왜곡을 보상 또는 제거할 수 있으며, 이를 통해 리스너에게 언제든지 최적의 음향을 제공할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 오디오 시스템용 음향 보정 장치 및 방법에 대하여 살펴본다.
도 1에서 보듯이, 실시예에 따르면 음향 보정 장치는 마이크로폰부(10), 음향 분석부(20) 및 음향 보정부(30)를 구비한다.
상기 마이크로폰부(10)는 차량 오디오 시스템에서 재생되어 나오는 음향을 차량 실내 일정 위치에서 모니터링하기 위한 것으로서, 입력되는 음파(sound wave)를 전기적인 신호로 변환한다. 이러한 마이크로폰부(10)에는 차량에 통상적으로 장착되는 핸즈프리용 마이크로폰이나 기타 운전자 보조 장치의 음성 인식용 마이크로폰이 이용될 수 있다.
상기 음향 분석부(20)는 특정 리스닝 위치, 일례로 운전자 위치에서의 타겟 주파수 특성 데이터를 산출하는 제1 음향 분석부(21)와, 상기 리스닝 위치에서의 측정 주파수 특성 데이터를 산출하는 제2 음향 분석부(22)를 구비한다. 상기 타겟 주파수 특성 데이터는, 오디오 시스템에서 재생되는 음원을, 리스닝 위치에서 리스너가 듣고자 하는 최적의 음질에 대응하며, 상기 측정 주파수 특성 데이터는 리스 닝 위치에서 현재 리스너에게 들리고 있는 음질에 대응한다.
상기 음향 보정부(30)는 상기 타겟 주파수 특성 데이터와 측정 주파수 특성 데이터와의 비교를 통해 보정용 주파수 특성을 도출하고, 이 보정용 주파수 특성을 기초로 오디오 시스템의 이퀄라이저를 자동 조절한다. 보정용 주파수 특성은 타겟 주파수 특성 데이터와 측정 주파수 특성 데이터 간의 스펙트럴 차감법(spectral subtraction)에 의해 구해질 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 위에서 설명된 음향 보정 장치를 이용한 음향 보정 방법에 대하여 구체적으로 살펴본다.
도 2에서 보듯이, 상기 타겟 및 측정 주파수 특성 데이터는 오디오 시스템에서의 음원 재생을 통해 얻어진다. 이러한 음원으로는 오디오 시스템의 최초 튜닝시 사용되는 테스트 시그널이 사용될 필요가 없으며, 리스너가 즐겨듣는 통상의 음악 CD가 사용된다.
상기 타겟 주파수 특성 데이터는 오디오 시스템에서 재생되는 음향(이하, "생성 음향 신호")을 제1 기준 전달함수를 이용하여 컨벌루션(convolution)함에 의해 얻어진다. 이 제1 기준 전달함수는 상기 오디오 시스템의 튜닝시 사용된 레퍼런스 차량의 음향 공간적 응답특성으로부터 얻어진 것으로, 상기 오디오 시스템의 스피커로부터 상기 리스닝 위치까지의 음향 전달함수(acoustic transfer function)에 해당한다. 예로서, 상기 오디오 시스템이 6개의 스피커, 즉 6개의 채널을 갖는 경우, 타겟 주파수 특성 데이터는 다음과 같이 표현될 수 있을 것이다.
XFL(n) = S(n)*HFL : 프론트 레프트부에서의 타겟 주파수 특성
XFR(n) = S(n)*HFR : 프론트 라이트부에서의 타겟 주파수 특성
XRL(n) = S(n)*HRL : 리어 레프트부에서의 타겟 주파수 특성
XRR(n) = S(n)*HRR : 리어 라이트부에서의 타겟 주파수 특성
Xwfr(n) = S(n)*Hctr : 센터부에서의 타겟 주파수 특성
XCTR(n) = S(n)*Hwfr : 우퍼부에서의 타겟 주파수 특성
여기서, S(n)은 생성 음향 신호, HFL, HFR, HRL, HRR, HCTR, Hwfr는 각각 프론트 레프트부, 프론트 라이트부, 리어 레프트부, 리어 라이트부, 센터부, 우퍼부에 대응하는 제1 기준 전달함수이다.
상기 측정 주파수 특성 데이터는 마이크로폰부(10)에서 수집되는 음향(이하, "수집 음향 신호")을 제2 기준 전달함수를 이용하여 컨벌루션함에 의해 얻어진다. 이 제2 기준 전달함수는 제1 기준 전달함수와 마찬가지로 상기 오디오 시스템의 튜닝시 사용된 레퍼런스 차량의 음향 공간적 응답특성으로부터 얻어진 것으로, 상기 마이크로폰부(10)로부터 상기 리스닝 위치까지의 음향 전달함수에 해당한다. 제2 기준 전달함수는 마이크로폰부(10)와 리스닝 위치 간의 차이로 인한 응답 특성의 차이를 보상한다. 예로서, 상기 오디오 시스템이 6개의 스피커를 갖는 경우, 측정 주파수 특성 데이터는 다음과 같이 표현될 수 있을 것이다.
YFL(n) = s(n)*HFL*Hm : 프론트 레프트부에서의 측정 주파수 특성
YFR(n) = s(n)*HFR*Hm : 프론트 라이트부에서의 측정 주파수 특성
YRL(n) = s(n)*HRL*Hm : 리어 레프트부에서의 측정 주파수 특성
YRR(n) = s(n)*HRR*Hm : 리어 라이트부에서의 측정 주파수 특성
Ywfr(n) = s(n)*HCTR*Hm : 센터부에서의 측정 주파수 특성
YCTR(n) = s(n)*Hefr*Hm : 우퍼부에서의 측정 주파수 특성
여기서, s(n): 측정 음향 신호, Hm : 제2 기준 전달함수이다.
도 3을 참조하여 상기 측정 주파수 특성 데이터의 획득 과정을 구체적으로 살펴본다.
상기 제2 음향 분석부(22)는, 마이크로폰부(10)에서 수집되는 상기 측정 음향 신호를 일정시간 동안 시간 간격을 두고 샘플링하여 얻어진 스펙트럼 데이터로부터 상기 오디오 시스템의 이퀄라이저의 주파수 대역별로 각각의 평균적인 주파수 응답을 산출한다. 도 3에서 보듯이, 10초 동안의 샘플링을 통해 얻어진 샘플 프레임이 n개인 경우, 이 n개 샘플 프레임들 각각의 주파수 스펙트럼에 대한 분석을 통해 상기 이퀄라이저의 각 주파수 대역에 대응하는 주파수 응답을 구할 수 있다. 만일, 상기 이퀄라이저의 첫 번째 주파수 대역에 대하여 얻어진 주파수 응답(일례로, 피크값을 취할 수 있다 - 피크홀드)이 2개 이상인 경우, 이들의 평균값이 첫 번째 주파수 대역의 주파수 응답으로 사용된다.
상기 측정 음향 신호의 샘플링에 시간 간격을 둔 것은, 첫 번째, 너무 많은 샘플링 프레임으로 인해 상기 측정 음향 신호의 분석 및 처리에 과다한 리소스가 할당되어 실시간 처리가 저해되는 되는 것을 방지하고, 두 번째, 여러가지의 주파수 대역, 바람직하게는 이퀄라이저의 전체 대역(full band)에 걸친 주파수 특성 데이터를 얻을 확률을 높이기 위함이다. 오디오 시스템에서 재생되는 음원에 따라서는 전체 대역의 주파수 성분을 포함하지 않을수 있다. 이 경우, 측정 음향 신호로부터 특정 대역에 대한 주파수 응답을 얻지 못했다면, 해당 대역에 대해서는 음향 보정을 할 필요가 없다.
한편, 상기 측정 음향 신호 이외에 경적 등 차량 내,외부로부터의 소음이 마이크로폰(10)으로 입력될 수 있으나, 이러한 일시적인 소음으로 인한 음향 오보정 가능성은, 위의 샘플링 시간 간격과 상기 주파수 응답의 평균화 처리를 통해 상당 정도 낮추어질 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 타겟 및 측정 주파수 데이터를 이용한 음향 보정 방법을 살펴본다.
상기 음향 보정부(30)는 상기 음향 분석부(20)에서 얻어진 타겟 및 측정 주파수 데이터로부터 보정용 주파수 특성 데이터를 구한다. 이 보정용 주파수 특성 데이터는 스펙트럴 차감법에 의해 Xxx(n)-Yxx(n) = 0을 만족시키는 주파수 특성을 구함에 의해 얻어진다. 여기서, Xxx(n)과 Yxx(n)는 xx 채널의 타겟 및 측정 주파수 특성에 각각 대응한다. 상기 음향 보정부(30)는 이렇게 얻어진 상기 보정용 주파수 특성을 기초로 이퀄라이저를 조절(음향 보정)한다.
그리고, 상기 음향 보정부(30)는 이퀄라이저의 조절 후에 산출되는 타겟 주파수 특성 데이터와 측정 주파수 특성 데이터를 비교하여, 음향 보정이 제대로 이루어졌는지를 판단하며, 만일 보정이 제대로 이루어졌다면 조절된 이퀄라이저 상태를 그대로 유지하며, 그렇지 않다면 이퀄라이저를 다시 조절한다. 유의할 것은, 상기 음향 보정부(30)를 위해 어뎁티브 필터가 사용될 필요는 없다는 것이다. 차량 실내의 음향 공간적 응답특성은 일단 인테리어가 바뀌고 난 이후로는 그 상태가 고정적(stationary)이라고 볼 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 보정 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타겟 및 측정 주파수 특성 데이터 획득 과정의 설명을 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평균화를 통한 측정 주파수 특성 데이터 획득 과정의 설명을 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음향 보정 방법의 설명을 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 마이크로폰부 21: 제1 음향 분석부
22: 제2 음향 분석부 30: 음향 보정부

Claims (6)

  1. 실내에 설치된 마이크로폰부;
    오디오 시스템을 통해 재생되는 생성 음향 신호로부터 특정 리스닝 위치에서의 타겟 주파수 특성 데이터를 구하는 제1 음향 분석부;
    상기 마이크로폰부에서 수집되는 측정 음향 신호로부터 상기 리스닝 위치에서의 측정 주파수 특성 데이터를 구하는 제2 음향 분석부; 및
    상기 타겟 및 측정 주파수 데이터들을 이용하여 오디오 시스템의 이퀄라이저를 조절하는 음향 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음향 보정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 타겟 주파수 특성 데이터의 취득에, 미리 측정된 상기 오디오 시스템의 스피커와 상기 리스닝 위치 간의 제1 기준 전달함수가 이용됨을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음향 보정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 측정 주파수 특성 데이터의 취득에, 미리 측정된 상기 마이크로폰부와 상기 리스닝 위치 간의 제2 기준 전달함수가 이용됨을 특징으로 차량 오디오 시스템의 음향 보정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 측정 주파수 특성 데이터는, 상기 측정 음향 신호 를 시간 간격을 두고 샘플링하여 얻어진 스펙트럼 데이터로부터, 상기 이퀄라이저의 주파수 대역별로 평균적인 주파수 응답을 산출함에 의해 얻어진 것임을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음향 보정 장치.
  5. 오디오 시스템을 통하여 음원을 재생 과정;
    미리 측정된 상기 오디오 시스템의 스피커와 특정 리스닝 위치 간의 제1 기준 전달함수를 기초로, 오디오 시스템을 통해 재생되는 생성 음향 신호로부터 특정 리스닝 위치에서의 타겟 주파수 특성 데이터를 구하는 과정;
    미리 측정된 상기 마이크로폰부와 상기 리스닝 위치 간의 제2 기준 전달함수를 기초로, 마이크로폰부에서 수집된 측정 음향 신호로부터 상기 리스닝 위치에서의 측정 주파수 특성 데이터를 구하는 과정;
    상기 타겟 및 측정 주파수 특성 데이터들을 이용하여 오디오 시스템의 이퀄라이저를 조절하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음향 보정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 측정 주파수 특성 데이터를 구하는 과정은,
    상기 측정 음향 신호를 시간 간격을 두고 샘플링하여 스펙트럼 데이터를 얻는 과정; 및
    상기 스펙트럼 데이터로부터 상기 이퀄라이저의 주파수 대역별로 평균적인 주파수 응답을 산출하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템 의 음향 보정 방법.
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