KR20100083477A

KR20100083477A - 다채널 서라운드 스피커 시스템

Info

Publication number: KR20100083477A
Application number: KR1020090002871A
Authority: KR
Inventors: 오상근; 이용희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-22
Also published as: KR101526014B1

Abstract

본 발명은 외부로부터 입력된 입체채널들의 각 모노신호를 스테레오신호로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 상대채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여하는 음상정위부와, 상기 음상정위부를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하는 누화제거부, 및 상기 누화제거부로부터 입력된 각 채널의 오디오신호와 외부로부터 입력된 중심채널 오디오신호 또는 저음채널 오디오신호를 선택적으로 가산한 후 해당 채널의 스피커로 출력하는 다채널출력부를 구비한다.

다채널 스피커, 5.1채널, 서라운드, 음상정위, 누화제거, 전방 선형 배치

Description

다채널 서라운드 스피커 시스템{MULTI-CHANNEL SURROUND SPEAKER SYSTEM}

본 발명은 청취자의 전면에 선형으로 배치한 4개의 스피커를 이용하여 5.1채널 서라운드 오디오를 효과적으로 재생할 수 있는 다채널 서라운드 스피커 시스템에 관한 것이다.

각종 매체와 방송을 통한 음향은 과거에는 1채널(모노)이나 2채널(스테레오)의 형태로 공급되었으나, 입체감과 현장감을 더 많이 부여하여 실감음향을 제공하기 위해서 5.1채널 등의 오디오 형태가 개발되었다.

이는 좌/우 채널로 표현하던 음향을 청취자를 중심으로 360ㅀ에서 음향을 재생할 수 있는 계기가 되었다. 이러한 5.1채널 음향은 DVD나 디지털 방송의 형태로 사용자에게 공급되고, 사용자는 홈시어터와 같은 서라운드 재생 장치를 통해서 입체 음향을 즐길 수 있게 되었다.

도 1은 일반적인 5.1채널 음향을 서라운드로 재생하는 스피커 시스템을 보여주고 있다.

청취자를 중심으로 전방에 좌측 스피커(FL_S) 및 우측 스피커(FR_S)가 각각 배치되어 있고, 전방 중앙에는 중앙 스피커(CC_S)와 저음 스피커(BA_S)가 각각 배치되어 있다. 청취자를 중심으로 후방으로는 서라운드 스피커인 좌측 스피커(RL_S) 및 우측 스피커(RR_S)가 각각 배치되어 있다.

5.1채널 오디오 신호를 재생하기 위한 5.1채널 홈시어터 시스템은, 도 1과 같이 사각형 혹은 오각형 형태의 평면상에 6개의 스피커를 배치하는 다채널 스피커시스템으로서, 청취자를 중심으로 전방의 좌측, 중심 및 우측과, 후방의 좌측 및 우측 등에 5개의 스피커와 저음을 보강하기 위한 저음 스피커(서브우퍼)를 별도로 배치하는 다채널 서라운드 스피커 시스템이다.

전방의 2채널 스피커(FL_S, FR_S)와 후방 2채널 스피커(RL_S, RR_S)는 스피커 시스템 내에 위치한 청취자에 대해 입체음향 효과를 부여하고, 전방의 중앙 스피커(CC_S)는 청취자에 대해 영화상의 대화를 화면에 고정시키는 역할을 한다. 5.1채널 오디오 시스템은 임의의 소리를 단순히 여러 스피커로 나누어 분리시키는 것이 아니라 프로그램을 제작할 때부터 각 해당 채널마다 분리시켜 녹음하고, 이와 같이 개별적으로 녹음된 다채널 오디오를 각 채널에 대응하는 스피커로 재생함으로써, 청취시에 현장감 및 입체감을 느낄 수 있도록 한다.

이러한 각 스피커는 음향을 재생하는 음향재생장치로부터 음향 신호를 전달받기 위해서 전기적으로 연결되어 있어야 하며, 이러한 전기적으로 전달된 음향 신호를 이용하여 물리적으로 음향을 발생시키기 위해서 외부 전원을 필요로 하기도 한다. 따라서, 도 1의 후방에 위치한 2채널 스피커(RL_S, RR_S)를 구동하기 위해서 는 음향 신호를 전달받는 케이블이 음향재생장치와 연결되어야 하며, 이는 서라운드 스피커의 설치시에 불편함을 야기한다. 또한 각 스피커들은 정확한 위치에 설치되어야 좋은 입체 음향을 들을 수 있는데, 설치 공간의 제약이나 설치공간 내의 집기 등의 장애물로 인해 좋은 배치에 어려움이 있어 획기적인 서라운드 스피커 시스템이 요구되고 있다.

본 발명은 다채널 스피커를 청취자 중심으로 전방에 선형으로 배치하기 위하여 다채널 오디오신호를 적절하게 처리하기 위한 다채널 서라운드 스피커 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 청취자를 중심으로 전방에 선형으로 배치된 적어도 4개의 스피커를 이용하여 다채널 서라운드 음향을 효과적으로 재생할 수 있는 다채널 서라운드 스피커 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 외부로부터 입력된 입체채널들의 각 모노신호를 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 상대채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여하는 음상정위부; 상기 음상정위부를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하는 누화제거부; 및 상기 누화제거부로부터 입력된 각 채널의 오디오신호와 외부로부터 입력된 중심채널 오디오신호 또는 저음채널 오디오신호를 선택적으로 가산한 후 해당 채널의 스피커로 출력하는 다채널출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 입체채널은 5.1채널 신호 중 전방 좌측채널과 전방 우측채널, 서라운드 좌측채널 및 서라운드 우측채널인 것을 특징으로 하며, 상기 각 채널의 오디오신호를 출력하는 스피커는 청취자의 전방에 선형으로 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 음상정위부의 SIP 처리는 머리전달함수(Head-Related Transfer Function)를 이용하는 것을 특징으로 하며, 상기 누화제거부의 상대채널 신호는 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 것을 특징으로 한다.

상기 음상정위부는, 외부로부터 입력된 특정 입체채널의 신호를 머리전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호로 변환하는 SIP처리부; 및 상기 SIP처리부에서 출력된 특정 입체채널의 좌측 또는 우측 스테레오신호와 상기 스테레오신호와 관련된 대상채널의 좌측 또는 우측 스테레오신호를 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 가산기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 누화제거부는 상기 가산기로부터 출력된 특정 입체채널의 신호와 상기 입체채널과 관련된 대상채널의 지연 및 증폭된 신호를 가산하여 누화를 제거하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 수단은, 외부로부터 입력된 입체채널들의 각 모노신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 주파수분리부; 상기 주파수분리부로부터 입력된 입체채널들의 각 고주파수 대역의 신호를 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 상대채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여하는 음상정위부; 상기 음상정위부를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하는 누화제거부; 및 상기 누화제거부로부터 입력된 각 채널의 오디오신호와 상기 주파수분리부로부터 입력된 각 채널의 저주파수 대역의 신호 및 외부로부터 입력된 중심채널 오디오신호 또는 저음채널 오디오신호를 가산한 후 해당 채널의 스피커로 출력하는 다채널출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 누화제거부의 상대채널 신호는 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 것을 특징으로 하며, 상기 음상정위부는 입체채널들 중 서라운드 좌측채널과 우측채널에 대해서만 음상 정위를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 음상정위부는, 상기 주파수분리부로부터 입력된 특정 입체채널의 고주파수 대역의 신호를 머리전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호로 변환하는 SIP처리부; 및 상기 SIP처리부에서 출력된 특정 입체채널의 좌측 또는 우측 스테레오신호와 상기 스테레오신호와 관련된 대상채널의 좌측 또는 우측 스테레오신호를 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 가산기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 누화제거부는 상기 가산기로부터 출력된 특정 입체채널의 신호와 상기 입체채널과 관련된 대상채널의 지연 및 증폭된 신호를 가산하여 누화를 제거하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 기술적 수단은, 외부로부터 입력된 입체채널들의 각 모노신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 주파수분리부; 상기 주파수분리부로부터 입력된 입체채널들의 각 고주파수 대역의 신호를 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 상대채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여하는 음상정위부; 상기 음상정위부를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하는 누화제거부; 외부로부터 입력된 중심채널 오디오신호와 저음채널 오디오신호를 합성한 후 합성된 신호의 레벨을 감소하여 출력하는 입력신 호처리부; 및 상기 누화제거부로부터 입력된 각 채널의 오디오신호와 상기 주파수분리부로부터 입력된 각 채널의 저주파수 대역의 신호 및 상기 입력신호처리부로부터 입력된 중심채널과 저음채널 관련 신호를 가산한 후 해당 채널의 스피커로 출력하는 다채널출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스피커의 배치와 케이블 설치에 대한 편의성과 공간 효율성에 대한 이점을 제공할 수 있고, 또한 최소 4개의 스피커로도 입체감있는 서라운드 음향을 재생할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 다채널 서라운드 스피커 시스템을 나타낸 회로 블록도이고, 도 3은 도 2의 다채널 서라운드 스피커 시스템의 세부 구성을 나타낸 회로도로서, 스피커 시스템(100)은 음상정위부(110)와 누화제거부(130), 다채널출력부(150) 및 다채널 스피커(FL_S, SL_S, SR_S, FR_S)를 포함하여 이루어져 있다.

음상정위부(110)는 외부로부터 입력된 입체채널들(FL, SL, SR, FR)의 각 모노신호를 머리전달함수(Head-Related Transfer Function; HRTF)와 같은 공간전달함 수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(SIP_L, SIP_R)로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여함에 따라 원하는 위치에 음상을 정위하게 된다. 상기 음상정위는 6개의 모노신호들 중에서 입체감 형성에 영향을 주게 되는 전방 좌측채널(FL)의 신호와 전방 우측채널(FR)의 신호, 서라운드 좌측채널(SL)의 신호 및 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 각각 이용하여 음상 정위를 수행하게 되며, 동일한 모드의 채널과 동일한 스테레오신호들 간에 합성하게 된다. 상기 서라운드 좌측채널(SL)과 서라운드 우측채널(SR)은 도 1의 5.1채널에서 후방 좌측채널(RL)과 후방 우측채널(RR)에 각각 대응될 수 있다.

상기에서 입체채널들은 6개의 모노채널 형태로 구성된 5.1채널 중 전방 좌측채널(FL)과 전방 우측채널(FR), 서라운드 좌측채널(SL) 및 서라운드 우측채널(SR)을 칭한다. 여기서 5.1채널 중 중심채널(CC)과 저음채널(BA)의 경우에는 음상정위를 수행하지 않고, 입체 음향에 영향을 주는 전방 좌측채널(FL)과 전방 우측채널(FR), 서라운드 좌측채널(SL) 및 서라운드 우측채널(SR)과 같은 입체채널들에 대해서만 음상 정위를 수행하게 된다.

상기에서 입체 음향의 경우 음원(sound source)이 발생한 공간에 직접 위치하지 않은 청취자가 재생된 음향을 들었을 때에 음향으로부터 방향감, 거리감 및 공간감 등과 같은 공간적 단서를 지각할 수 있는 음향을 말한다. 입체 음향 생성 기술은 단순한 모노(mono)나 스테레오(stereo) 음향 신호에 공간적 지각 단서를 부가하여 입체 음향 신호로 변환하는 기술이다. 이를 실현하기 위해서 본 발명에서는 머리전달함수(Head-Related Transfer Function)를 이용하여 입체 음향인 스테레오신호(SIP_L, SIP_R)를 생성하는데, 머리전달함수는 두 귀가 머리를 사이에 두고 떨어져 있는 사람의 청각인지 구조상에서 생기는 음(정확히는 주파수)의 변화를 함수(Function) 관계로 정리한 일종의 필터이다. 쉽게 말해 머리가 장애물이 되어 음의 진행에 영향을 주는 정도를 수학적으로 정리한 것이다.

사람이 기본적으로 청각을 통해 방향감을 인지하는 요소는 두 귀가 서로 떨어져 있기 때문으로 흔히 알려져 있다. 머리전달함수는 여기에서 더 나아가 두 귀 사이에 일종의 방해물처럼 존재하고 있는 머리, 어깨 등과 같은 존재가 발생시키는 음의 변화까지 계산한 것이다. 두 귀에 최대한 가까운 위치에 마이크로폰을 대고 주파수 반응을 측정해 보면 실제로 같은 음이라도 들리는 방향에 따라 주파수 반응이 달라진다. 이와 같이 동일한 음을 발생해도 위치에 따라 달라지는 주파수 반응을 구면좌표계상의 모든 방향에 대해 측정하여 3차원적인 함수로 정리해 놓은 것이 머리전달함수이다. 이와 같은 머리전달함수는 공지된 기술이므로 상세 설명은 생략한다.

상기 음상정위부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 SIP처리부(111∼117)와 복수의 가산기(121∼127)를 포함하여 이루어져 있다.

복수의 SIP처리부는, 외부로부터 입력된 전방 좌측채널(FL)의 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(FL_L, FL_R)로 변환하는 제1 SIP처리부(111)와, 외부로부터 입력된 서라운드 좌측채널(SL)의 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(SL_L, SL_R)로 변환하는 제2 SIP처리부(113)와, 외부로부터 입력된 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(SR_L, SR_R)로 변환하는 제3 SIP처리부(115)와, 외부로부터 입력된 전방 우측채널(FR)의 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(FR_L, FR_R)로 변환하는 제4 SIP처리부(117)로 이루어져 있다.

그리고, 복수의 가산기는, 상기 제1 SIP처리부(111)에서 출력된 스테레오 좌측신호(FL_L)와 제4 SIP처리부(117)에서 출력된 스테레오 좌측신호(FR_L)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제1 가산기(121)와, 상기 제2 SIP처리부(113)에서 출력된 스테레오 좌측신호(SL_L)와 제3 SIP처리부(115)에서 출력된 스테레오 좌측신호(SR_L)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제2 가산기(123)와, 상기 제3 SIP처리부(115)에서 출력된 스테레오 우측신호(SR_R)와 제2 SIP처리부(113)에서 출력된 스테레오 우측신호(SL_R)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제3 가산기(125)와, 상기 제4 SIP처리부(117)에서 출력된 스테레오 우측신호(FR_R)와 제1 SIP처리부(111)에서 출력된 스테레오 우측신호(FL_R)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제4 가산기(127)로 이루어져 있다.

누화제거부(130)는 상기 음상정위부(110)를 통과한 각 입체채널의 오디오신호와 상기 각 입체채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하게 된다. 상기 음상정위부(110)를 통과한 기준채널 신호와 상호 가산되는 상대채널 신호의 경우에는 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 데, 예컨대 전방 좌측채널(FL)과 지연 증폭된 전방 우측채널(FR)의 신호를 가산하고, 서라운드 좌측채널(SL)과 지연 증폭된 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 각각 가산하고, 서라운드 우측채널(SR)과 지연 증폭된 서라운드 좌측채널(SL)의 신호를 각각 가산하고, 전방 우측채널(FR)과 지연 증폭된 전방 좌측채널(FL)의 신호를 각각 가산하여 각 채널의 누화(crosstalk)를 제거하게 된다. 즉, 2개의 전방 스피커(FL_S, FR_S)로 재생되는 채널들에 해당하는 신호와 2개의 서라운드 스피커(SL_S, SR_S)로 재생되는 채널들에 해당하는 신호에 대하여 독립적으로 누화제거 처리를 수행한다.

상기 누화제거부(130)의 경우에는 2채널의 오디오신호를 입력받아 다채널출력부(150)에서 사용하는 스피커에 적합한 형태로 누화(crosstalk)를 제거(cancellation)함으로써, 스피커를 통하여 청취하였을 때 지각하게 될 입체감을 더욱 높이게 된다. 인간의 양 귀는 거리, 방향 등의 입체감이 있는 자연의 오디오 신호를 청취하여 입체감이 있는 형태로 지각하기에 적합하므로, 2채널 마이크를 이용하여 녹음한 자연의 오디오 신호나 인위적으로 입체감을 부여한 2채널 오디오 신호를 청취하더라도 입체감이 있는 형태로 지각할 수 있다. 그러나 이러한 오디오 신호를 2채널 스피커를 통하여 출력하는 경우에는 양쪽 귀에 도달하기 이전인 공간상에서 각 채널의 신호들이 간섭현상으로 다른 쪽 채널에 섞이므로(crosstalk), 그대로 청취할 경우에 입체감을 지각할 수 없게 되므로 누화 제거가 필요하다.

상기 누화제거부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 가산기(131∼137) 와 복수의 지연기(d) 및 증폭기(A)를 포함하여 이루어져 있다.

즉, 누화제거부(130)는, 상기 음상정위부(110)의 제1 가산기(121)에서 출력된 오디오신호와 제4 가산기(127)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제5 가산기(131)와, 상기 음상정위부(110)의 제2 가산기(123)에서 출력된 오디오신호와 제3 가산기(125)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제6 가산기(133)와, 상기 음상정위부(110)의 제3 가산기(125)에서 출력된 오디오신호와 제2 가산기(123)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제7 가산기(135)와, 상기 음상정위부(110)의 제4 가산기(127)에서 출력된 오디오신호와 제1 가산기(121)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제8 가산기(137)로 이루어져 있다.

즉, 상기 제5 내지 제8 가산기(131∼137)는 입력된 기준채널 신호와 가산되는 상대채널 신호를 입력받아 가산하게 되는데, 상기 상대채널 신호의 경우 지연기(d)와 증폭기(A)를 통해 일정시간 지연 및 증폭된 신호이다.

다채널출력부(150)는 누화제거부(130)로부터 입력된 각 채널의 오디오신호를 외부로부터 입력된 중심채널(CC) 오디오신호 또는 저음채널(BA) 오디오신호를 선택적으로 가산하여 해당 스피커로 최종 오디오신호를 출력하게 된다.

여기서, 중심채널(CC) 오디오신호는 다채널출력부(150)에서 전방 채널들(FL, FR)의 신호와 합성될 수 있고, 저음채널(BA) 오디오신호는 다채널출력부(150)에서 서라운드 채널들(SL, SR)의 신호와 합성될 수 있다.

상기 다채널출력부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 가산기(151∼157)를 포함하여 이루어져 있다.

즉, 다채널출력부(150)는, 상기 누화제거부(130)의 제5 가산기(131)에서 출력된 오디오신호와 외부로부터 중심채널(CC) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 전방 좌측스피커(FL_S)로 출력하는 제9 가산기(151)와, 상기 누화제거부(130)의 제6 가산기(133)에서 출력된 오디오신호와 외부로부터 저음채널(BA) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 서라운드 좌측스피커(SL_S)로 출력하는 제10 가산기(153)와, 상기 누화제거부(130)의 제7 가산기(135)에서 출력된 오디오신호와 외부로부터 저음채널(BA) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 서라운드 우측스피커(SR_S)로 출력하는 제11 가산기(155)와, 상기 누화제거부(130)의 제8 가산기(137)에서 출력된 오디오신호와 외부로부터 중심채널(CC) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 전방 우측스피커(FR_S)로 출력하는 제12 가산기(157)로 이루어져 있다.

상기에서 저음채널(BA) 신호의 경우 다채널출력부(150)에서 서라운드 좌측채널(SL) 및 우측채널(SR) 신호와 합성되지 않고, 필요에 따라 재생 성능의 극대화를 위해 별도의 전용 스피커(서브우퍼)를 통해 출력되도록 구현할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 의한 중심채널(CC) 오디오신호와 저음채널(BA) 오디오신호의 다른 처리예를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 오디오신호가 다채널출력부(150)에서 각 입체채널들과 모두 합성되는 것을 나타내었다.

도 4의 다채널 서라운드 스피커 시스템은, 음상정위부(110)와 누화제거부(130), 다채널출력부(150) 및 입력신호처리부(190)를 포함하고 있는데, 음상정위부(110)와 누화제거부(130)의 경우 도 3과 동일한 구성으로 이루어져 있으므로 상세 설명은 생략한다.

상기 입력신호처리부(190)는 외부로부터 입력된 중심채널(CC) 오디오신호와 저음채널(BA) 오디오신호를 합성한 후 합성된 신호의 레벨을 감소하여 출력하도록 구성되어 있다. 도 3에서는 중심채널(CC) 오디오신호가 다채널출력부(150)에서 전방 좌측채널(FL) 및 우측채널(FR) 신호와 각각 합성되고, 저음채널(BA) 오디오신호의 경우 서라운드 좌측채널(SL) 및 우측채널(SR) 신호와 각각 합성되었으나, 도 4에서는 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 오디오신호가 각 입체채널들의 신호에 모두 합성된다.

이를 위하여 입력신호처리부(190)는 외부로부터 입력된 중심채널(CC) 오디오신호와 저음채널(BA) 오디오신호를 가산하여 합성하는 가산기(191)와, 상기 가산기(191)에 의해 합성된 합성신호의 레벨을 대략 1/4레벨로 감소 증폭하는 증폭기(195)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 입력신호처리부(190)에 의해 레벨 감소된 중심채널(CC) 및 저음채널(BA)에 대한 합성신호는 다채널출력부(150)에서 입체채널들의 신호와 각각 합성된다. 상기에서 증폭기(195)를 통해 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 오디오신호의 레벨을 감소시키는 이유는 합성된 신호가 스피커의 용량을 초과하여 포화로 인한 신호 왜곡을 방지하기 위함이다.

이와 같이 다채널출력부(150)를 통해 출력된 각 채널의 오디오신호는 해당 스피커를 통해 각각 출력되게 되는 데, 상기 다채널 스피커(FL_S, SL_S, SR_S, FR_S)는 도 5a와 같이 청취자의 전방에 선형으로 배치되게 된다. 다채널 스피커들이 청취자의 전방에 선형으로 배치되어도 본 발명의 스피커 시스템(100)에 의해 서라운드 음향 재생이 가능하다.

그리고, 다채널 스피커의 바람직한 배치 형태는 2개의 전방 스피커(FL_S, FR_S)를 전방 외측에 각각 배치하고, 2개의 서라운드 스피커(SL_S, SR_S)를 전방 내측에 각각 배치하는 형태이다. 상기 2개의 서라운드 스피커(SL_S, SR_S)는 도 1의 2개의 후방 스피커(RL_S, RR_S)에 각각 대응된다.

도 5b는 스피커의 다른 형태를 나타낸 것으로, 다채널 서라운드 스피커 시스템(100)과 다채널 스피커(FL_S, SL_S, SR_S, FR_S)를 하나의 세트로 제작하여 텔레비전의 상/하단에 배치할 수도 있다. 물론, 이 경우에도 청취자의 입장에서는 다채널 스피커가 전방에 선형으로 배치되는 형태이다.

이와 같이 본 발명에서는 다채널 렌더링 기술(Multi channel rendering)을 적용함으로써, 전면에 선형 배치된 4개의 스피커를 이용하여 5.1채널 오디오를 재생할 수 있다. 각 채널 신호를 3차원 공간에 렌더링하고, 다채널 스피커를 통한 재생을 위해서 효과적인 누화제거 과정을 적용한 다음 다채널출력부를 통해 재생함으로써, 다채널 서라운드 오디오 재생을 수행하게 된다. 이와 같이 다채널 스피커가 청취자를 둘러싸는 도 1과 같은 평면적인 배치가 아닌 전면 선형 배치를 통해서도 다채널 서라운드 오디오를 입체감 있게 재생할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 다채널 서라운드 스피커 시스템을 나타낸 회로 블록도이고, 도 7은 도 6의 다채널 서라운드 스피커 시스템의 세부 구성을 나타낸 회로도로서, 스피커 시스템(200)은 주파수분리부(210)와 음상정위부(230), 누화제거부(250), 다채널출력부(270) 및 다채널 스피커(FL_S, SL_S, SR_S, FR_S)를 포함하여 이루어져 있다.

주파수분리부(210)는 외부로부터 입력된 각 입체채널들의 모노신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하도록 구성되어 있다. 상기 입체채널의 오디오신호는 6개의 모노채널 형태로 구성된 5.1채널 오디오신호 중 전방 좌측채널(FL)과 전방 우측채널(FR), 서라운드 좌측채널(SL) 및 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 칭한다.

주파수분리부(210)는 채널별 오디오신호를 저주파수와 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하도록 이루어져 있는데, 도 7과 같이 전방 좌측채널(FL)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필터(LPF)와 하이패스필터(HPF)로 구성된 제1 필터부(211)와, 전방 우측채널(FR)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필터(LPF)와 하이패스필터(HPF)로 구성된 제2 필터부(213)와, 서라운드 좌측채널(SL)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필터와 하이패스필터로 구성된 제3 필터부(215)와, 서라운드 우측채널(SR)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필터(LPF)와 하이패스필터(HPF) 로 구성된 제4 필터부(217)로 이루어져 있다.

여기에서 5.1채널의 오디오신호 중 중심채널(CC)과 저음채널(BA) 신호의 경우에는 저주파수와 고주파수 대역으로 분리하지 않고, 입체 음향에 영향을 주는 전방 좌측채널(FL)과 전방 우측채널(FR), 서라운드 좌측채널(SL) 및 서라운드 우측채널(SR)과 같은 입체채널들에 대해서만 저주파수와 고주파수 신호로 분리하게 된다.

상기에서 로우패스필터(LPF)와 하이패스필터(HPF)의 차단주파수는 대략 600Hz 기준으로 설정될 수 있다.

음상정위부(230)는 주파수분리부(210)로부터 입력된 각 채널의 고주파수 대역의 신호를 머리전달함수(Head-Related Transfer Function; HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(SIP_L, SIP_R)로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여함에 따라 원하는 위치에 음상을 정위하게 된다. 상기 음상정위는 6개의 모노신호들 중에서 입체감 형성에 영향을 주게 되는 전방 좌측채널(FL)의 신호와 전방 우측채널(FR)의 신호, 서라운드 좌측채널(SL)의 신호 및 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 각각 이용하여 음상 정위를 수행하게 되며, 동일한 모드의 채널과 동일한 스테레오신호들 간에 합성하게 된다.

상기 머리전달함수(HRTF)를 이용한 음상정위 방식은, 방위각(DA)에 해당하는 HRTF를 F(Left, DA) 및 F(Right, DA)로 정의한다면 모노입력(I_mono)에 대해 음상정위하여 스테레오신호(SIP_L, SIP_R)를 생성하는 과정은 아래 수학식 1과 같다.

SIP_L = I_mono * F(Left, DA)

SIP_R = I_mono * F(Right, DA)

여기서, *는 콘볼루션(convolution)을 의미한다.

상기 음상정위부(230)가 저주파수 신호에 대해서 음상 정위를 수행하게 되면 오디오신호에 큰 음색 변화로 인해 왜곡이 일어날 수 있으므로, 주파수분리부(210)를 통해 분리된 고주파수 신호에 대해 음상정위를 수행하게 된다. 그리고 공간전달함수를 이용한 음상정위 연산을 효율적으로 수행하기 위해서, 공간전달함수를 낮은 차수의 IIR(infinite impulse response) 함수 형태로 변환한 다음 연산을 수행할 수도 있다.

여기서 5.1채널 중 중심채널(CC)과 저음채널(BA)의 경우에는 음상정위를 수행하지 않고, 입체 음향에 영향을 주는 전방 좌측채널(FL)과 전방 우측채널(FR), 서라운드 좌측채널(SL) 및 서라운드 우측채널(SR)과 같은 입체채널에 대해서만 음상정위를 수행하게 된다.

상기 음상정위부(230)는 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 SIP처리부(231∼237)와 복수의 가산기(241∼247)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 복수의 SIP처리부는, 주파수분리부(210)로부터 입력된 전방 좌측채널(FL)의 고주파수 신호를 머리전달함수(Head-Related Transfer Function; HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(FL_L, FL_R)로 변환하는 제1 SIP처리부(231)와, 주파수분리부(210)로부터 입력된 서라운드 좌측채널(SL)의 고주파수 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달 함수를 이용하여 SIP 처리하여 스테레오신호(SL_L, SL_R)로 변환하는 제2 SIP처리부(233)와, 주파수분리부(210)로부터 입력된 서라운드 우측채널(SR)의 고주파수 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP 처리하여 스테레오신호(SR_L, SR_R)로 변환하는 제3 SIP처리부(235)와, 주파수분리부(210)로부터 입력된 전방 우측채널(FR)의 고주파수 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP 처리하여 스테레오신호(FR_L, FR_R)로 변환하는 제4 SIP처리부(237)로 이루어져 있다.

그리고, 복수의 가산기는, 상기 제1 SIP처리부(231)에서 출력된 스테레오 좌측신호(FL_L)와 제4 SIP처리부(237)에서 출력된 스테레오 좌측신호(FR_L)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제1 가산기(241)와, 상기 제2 SIP처리부(233)에서 출력된 스테레오 좌측신호(SL_L)와 제3 SIP처리부(235)에서 출력된 스테레오 좌측신호(SR_L)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제2 가산기(243)와, 상기 제3 SIP처리부(235)에서 출력된 스테레오 우측신호(SR_R)와 제2 SIP처리부(233)에서 출력된 스테레오 우측신호(SL_R)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제3 가산기(245)와, 상기 제4 SIP처리부(237)에서 출력된 스테레오 우측신호(FR_R)와 제1 SIP처리부(231)에서 출력된 스테레오 우측신호(FL_R)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제4 가산기(247)로 이루어져 있다.

상기에서 고주파수 신호만 음상정위를 수행하는 이유는 음상정위에 이어지는 누화제거를 포함한 전체 시스템의 성능 향상 및 연산량 절감을 위해서 고주파수 성 분을 이용한 음상정위를 수행한다. 참고로, 음상정위 후 대역제한을 하는 경우에 비해 절반의 연산량만 사용됨에 따라 고주파수 성분에 대해서만 음상정위를 하는 것이 바람직하다.

누화제거부(250)는 상기 음상정위부(230)를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하게 된다. 상기 음상정위부(230)를 통과한 기준채널 신호와 가산되는 상대채널 신호의 경우 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 데, 예컨대 전방 좌측채널(FL)과 지연 증폭된 전방 우측채널(FR)의 신호를 가산하고, 서라운드 좌측채널(SL)과 지연 증폭된 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 각각 가산하고, 서라운드 우측채널(SR)과 지연 증폭된 서라운드 좌측채널(SL)의 신호를 각각 가산하고, 전방 우측채널(FR)과 지연 증폭된 전방 좌측채널(FL)의 신호를 각각 가산하여 각 채널의 누화(crosstalk)를 제거하게 된다. 즉, 2개의 전방 스피커로 재생되는 채널들에 해당하는 신호와 2개의 서라운드 스피커로 재생되는 채널들에 해당하는 신호에 대하여 독립적으로 누화제거 처리를 수행한다.

상기 누화제거부(250)는 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 가산기와 복수의 지연기 및 증폭기를 포함하여 이루어져 있다.

즉, 누화제거부(250)는, 상기 음상정위부(230)의 제1 가산기(241)에서 출력된 오디오신호와 제4 가산기(247)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제5 가산기(251)와, 상기 음상정위부(230)의 제2 가산기(243)에서 출력된 오디오신호와 제3 가산기(245)에서 출력되 어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제6 가산기(253)와, 상기 음상정위부(230)의 제3 가산기(245)에서 출력된 오디오신호와 제2 가산기(243)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제7 가산기(255)와, 상기 음상정위부(230)의 제4 가산기(247)에서 출력된 오디오신호와 제1 가산기(241)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제8 가산기(257)로 이루어져 있다.

즉, 상기 제5 내지 제8 가산기(251∼257)는 입력된 기준채널 신호와 가산되는 상대채널 신호를 입력받아 가산하게 되는데, 상기 상대채널 신호의 경우 지연기(d)와 증폭기(A)를 통해 일정시간 지연 및 증폭된 신호이다.

다채널출력부(270)는 누화제거부(250)로부터 입력된 각 채널의 오디오신호를 외부로부터 입력된 중심채널(CC) 오디오신호 또는 저음채널(BA) 오디오신호를 선택적으로 가산하여 해당 스피커로 최종 오디오신호를 출력한다.

여기서, 중심채널(CC) 오디오신호는 다채널출력부(270)에서 전방 채널(FL, FR) 신호와 합성될 수 있고, 저음채널(BA) 오디오신호는 다채널출력부(270)에서 서라운드 채널(SL, SR) 신호와 합성될 수 있다.

상기 다채널출력부(270)는 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 가산기를 포함하여 이루어져 있다.

즉, 다채널출력부(270)는, 상기 누화제거부(250)의 제5 가산기(251)에서 출력된 오디오신호와 주파수분리부(210)의 제1 필터부(211)에서 출력된 저주파수 신 호 및 외부로부터 중심채널(CC) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 전방 좌측스피커(FL_S)로 출력하는 제9 가산기(271)와, 상기 누화제거부(250)의 제6 가산기(253)에서 출력된 오디오신호와 주파수분리부(210)의 제2 필터부(213)에서 출력된 저주파수 신호 및 외부로부터 저음채널(BA) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 서라운드 좌측스피커(SL_S)로 출력하는 제10 가산기(273)와, 상기 누화제거부(250)의 제7 가산기(255)에서 출력된 오디오신호와 주파수분리부(210)의 제3 필터부(215)에서 출력된 저주파수 신호 및 외부로부터 저음채널(BA) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 서라운드 우측스피커(SR_S)로 출력하는 제11 가산기(275)와, 상기 누화제거부(250)의 제8 가산기(257)에서 출력된 오디오신호와 주파수분리부(210)의 제4 필터부(217)에서 출력된 저주파수 신호 및 외부로부터 중심채널(CC) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 전방 우측스피커(FR_S)로 출력하는 제12 가산기(277)로 이루어져 있다.

상기에서 저음채널(BA) 신호의 경우 다채널출력부(270)에서 서라운드 좌측 및 우측채널 신호와 합성되지 않고, 필요에 따라 재생 성능의 극대화를 위해 별도의 전용 스피커(서브우퍼)를 통해 출력되도록 구현할 수도 있다.

물론, 도 7에서와 같이 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 오디오신호가 다채널출력부(270)에서 전방 좌측 및 우측채널과 서라운드 좌측 및 우측채널에 선택적으로 합성되지 않고, 도 4에서와 같이 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 오디오신호가 각 입체채널에 모두 합성되도록 할 수도 있다. 이 경우에는 도 4에서와 같이 중심채널(CC) 오디오신호와 저음채널(BA) 오디오신호가 가산기(191)를 통해 합성되고, 합성된 신호가 증폭기(195)를 통해 대략 1/4레벨로 감소된 후 다채널출력부(270)에서 각 입체채널과 합성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기에서 음상정위는 SIP(Sound Image Positioning)로 6개의 모노신호들로 구성된 5.1채널 오디오신호를 전면 배치한 4개의 스피커를 이용하여 효과적으로 재생하도록 하기 위해서, 입력된 모노신호들에 입체감을 부여하는 역할을 한다. 이를 위해서 6개의 신호들 중에서 입체감 형성에 영향을 주게 되는 전방 좌측채널(FL)과 우측채널(FR) 신호와 서라운드 좌측채널(SL) 및 우측채널(SR) 신호를 이용하여 음상정위를 수행하게 되는데, 특정 방위 및 거리에서 측정한 머리전달함수와 같은 공간전달함수를 이용하여 입력신호와 콘볼루션(Convolution)함으로써 원하는 위치에 음상을 정위하게 된다. 이때 음상정위의 효과를 높이기 위해서 주파수분리부(210)를 이용할 수 있다.

그리고, 공간전달함수를 이용한 음상 정위 연산을 효율적으로 수행하기 위해서, 공간전달함수를 낮은 차수의 IIR(infinite impulse response) 함수 형태로 변환한 다음 연산을 수행할 수도 있다. 한편 음상정위를 위한 방위는 스피커의 배치형태 등을 고려하여 출력신호에서 입체감을 극대화할 수 있도록 방위를 정한다.

누화제거부(250)는 4개의 스피커를 통해서 재생하는, 음상정위부(230)를 통과한 4개의 출력신호들 중에서 서로 관련있는 채널 쌍에 대하여 독립적으로 처리를 수행하게 된다. 즉, 본 발명에서는 2개의 서라운드 스피커로 재생되는 채널들(SL, SR)에 해당하는 신호들과 2개의 전방 스피커로 재생되는 채널들(FL, FR)에 해당하는 신호들에 대하여 독립적으로 누화제거 처리를 수행한다. 이를 위해서 다음 두 가지 과정을 수행하게 되는데, 첫째로 처리에 사용하는 각 신호들에 대하여 대역통과필터(LPF, HPF)를 적용하여 누화제거에 효과적인 대역에 해당하는 고주파수 신호를 분리해 내고, 둘째로 대역통과필터를 통해 분리된 고주파수 신호 및 지연기(d)와 증폭기(A)를 통과한 상대채널 신호와의 가산 과정을 수행하게 된다. 다른 채널 쌍에 대하여도 이와 같은 과정을 적용하게 되는 것이다. 이때 스피커의 배치 형태 및 성능에 따라 대역통과필터(LPF, HPF)의 차단주파수와 지연량 및 증폭율을 조절할 수 있다.

다채널출력부(270)는 누화제거부(250)의 결과신호들과 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 신호를 선택적으로 합하여 최종 출력신호를 생성한다. 이때 출력신호에 합성되는 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 신호는 도 4의 입력신호처리부(190)의 증폭기(195)의 증폭율을 조절함으로써 스피커 배치 등에 따라 그 비중을 다르게 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 다채널 서라운드 스피커 시스템의 세부 구성을 나타낸 회로도로서, 스피커 시스템(300)은 주파수분리부(310)와 음상정위부(330), 누화제거부(350), 다채널출력부(370) 및 다채널 스피커(FL_S, SL_S, SR_S, FR_S)를 포함하여 이루어져 있다.

주파수분리부(310)는 외부로부터 입력된 입체채널의 오디오신호를 각각 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 분리하여 출력하도록 구성되어 있다.

주파수분리부(310)는 도 8과 같이 전방 좌측채널(FL)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필 터(LPF)와 하이패스필터(HPF)로 구성된 제1 필터부(311)와, 전방 우측채널(FR)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필터와 하이패스필터로 구성된 제2 필터부(313)와, 서라운드 좌측채널(SL)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필터와 하이패스필터로 구성된 제3 필터부(315)와, 서라운드 우측채널(SR)로부터 입력된 오디오신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 로우패스필터와 하이패스필터로 구성된 제4 필터부(317)로 이루어져 있다.

여기에서 5.1채널의 오디오신호 중 중심채널(CC)과 저음채널(BA) 신호의 경우에는 저주파수와 고주파수 대역으로 분리하지 않고, 입체 음향에 영향을 주는 전방 좌측채널(FL)과 전방 우측채널(FR), 서라운드 좌측채널(SL) 및 서라운드 우측채널(SR)과 같은 입체채널에 대해서만 저주파수와 고주파수 신호로 분리하게 된다.

음상정위부(330)는 주파수분리부(310)로부터 입력된 입체채널 중 서라운드 좌측채널(SL)과 우측채널(SR)의 고주파수 대역의 신호를 머리전달함수(Head-Related Transfer Function; HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP(Sound Image Positioning) 처리하여 스테레오신호(SIP_L, SIP_R)로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여함에 따라 원하는 위치에 음상을 정위하게 된다. 상기 음상정위는 6개의 모노신호 들 중에서 입체감 형성에 영향을 주게 되는 서라운드 좌측채널(SL)의 신호 및 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 각각 이용하여 음상 정위를 수행하게 되는 데, 이는 음상정위부(330)의 연산 처리량을 줄이기 위함이다.

상기 음상정위부(330)는 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 SIP처리부(331, 333)와 복수의 가산기(341, 343)를 포함하여 이루어져 있다.

복수의 SIP처리부는, 주파수분리부(310)로부터 입력된 서라운드 좌측채널(SL)의 고주파수 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP 처리하여 스테레오신호(SL_L, SL_R)로 변환하는 제1 SIP처리부(331)와, 주파수분리부(310)로부터 입력된 서라운드 우측채널(SR)의 고주파수 신호를 머리전달함수(HRTF)와 같은 공간전달함수를 이용하여 SIP 처리하여 스테레오신호(SR_L, SR_R)로 변환하는 제2 SIP처리부(333)로 이루어져 있다.

그리고, 복수의 가산기는, 상기 제1 SIP처리부(331)에서 출력된 스테레오 좌측신호(SL_L)와 제2 SIP처리부(333)에서 출력된 스테레오 좌측신호(SR_L)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제1 가산기(341)와, 상기 제2 SIP처리부(333)에서 출력된 스테레오 우측신호(SR_R)와 제1 SIP처리부(331)에서 출력된 스테레오 우측신호(SL_R)를 입력받아 가산하여 원하는 위치에 음상을 정위하는 제2 가산기(343)로 이루어져 있다.

상기에서 서라운드 좌측채널(SL)과 우측채널(SR)의 고주파수 신호만 음상정위를 수행하는 이유는 음상정위에 이어지는 누화제거를 포함한 전체 시스템의 성능향상 및 연산량 절감을 위해서 고주파수 성분을 이용한 음상정위를 수행한다. 이때 전방 채널과 서라운드 채널 간의 간섭이 줄어드는 효과가 나타난다. 참고로, 음상정위 후 대역제한을 하는 경우에 비해 절반의 연산량만 사용됨에 따라 고주파수 성분에 대해서만 음상정위를 하는 것이 바람직하다.

누화제거부(350)는 상기 주파수분리부(310)와 음상정위부(330)를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하게 된다. 상기 주파수분리부(310)와 음상정위부(330)를 각각 통과한 기준채널 신호와 가산되는 상대채널 신호의 경우 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 데, 예컨대 전방 좌측채널(FL)과 지연 증폭된 전방 우측채널(FR)의 신호를 가산하고, 서라운드 좌측채널(SL)과 지연 증폭된 서라운드 우측채널(SR)의 신호를 각각 가산하고, 서라운드 우측채널(SR)과 지연 증폭된 서라운드 좌측채널(SL)의 신호를 각각 가산하고, 전방 우측채널(FR)과 지연 증폭된 전방 좌측채널(FL)의 신호를 각각 가산하여 각 채널의 누화(crosstalk)를 제거하게 된다. 즉, 2개의 전방 스피커로 재생되는 채널들에 해당하는 신호와 2개의 서라운드 스피커로 재생되는 채널들에 해당하는 신호에 대하여 독립적으로 누화제거 처리를 수행한다.

상기 누화제거부(350)는 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 가산기(351∼357)와 복수의 지연기(d) 및 증폭기(A)를 포함하여 이루어져 있다.

즉, 누화제거부(350)는, 상기 제1 필터부(311)의 하이패스필터(HPF)에서 출력된 오디오신호와 제4 필터부(317)의 하이패스필터(HPF)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제3 가산 기(351)와, 상기 음상정위부(330)의 제1 가산기(341)에서 출력된 오디오신호와 제2 가산기(343)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제4 가산기(353)와, 상기 음상정위부(330)의 제2 가산기(343)에서 출력된 오디오신호와 제1 가산기(341)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제5 가산기(355)와, 상기 제4 필터부(317)의 하이패스필터(HPF)에서 출력된 오디오신호와 제1 필터부(311)의 하이패스필터(HPF)에서 출력되어 일정시간 지연 및 증폭된 오디오신호를 각각 입력받아 가산하여 누화를 제거하는 제6 가산기(357)로 이루어져 있다.

상기 제3 내지 제6 가산기(351∼357)는 입력된 기준채널 신호와 가산되는 상대채널 신호를 입력받아 가산하게 되는데, 상기 상대채널 신호의 경우 지연기(d)와 증폭기(A)를 통해 일정시간 지연 및 증폭된 신호이다.

다채널출력부(370)는 누화제거부(350)로부터 입력된 각 채널의 오디오신호를 외부로부터 입력된 중심채널(CC) 오디오신호 또는 저음채널(BA) 오디오신호를 선택적으로 가산하여 해당 스피커로 최종 오디오신호를 출력한다.

여기서, 중심채널(CC) 오디오신호는 다채널출력부(370)에서 전방채널(FL, FR) 신호와 합성될 수 있고, 저음채널(BA) 오디오신호는 다채널출력부(370)에서 서라운드채널(SL, SR) 신호와 각각 합성될 수 있다.

상기 다채널출력부(370)는 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 가산기를 포함하여 이루어져 있다.

즉, 다채널출력부(370)는, 상기 누화제거부(350)의 제3 가산기(351)에서 출 력된 오디오신호와 주파수분리부(310)의 제1 필터부(311)에서 출력된 저주파수 신호 및 외부로부터 중심채널(CC) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 전방 좌측스피커(FL_S)로 출력하는 제7 가산기(371)와, 상기 누화제거부(350)의 제4 가산기(353)에서 출력된 오디오신호와 주파수분리부(310)의 제2 필터부(313)에서 출력된 저주파수 신호 및 외부로부터 저음채널(BA) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 서라운드 좌측스피커(SL_S)로 출력하는 제8 가산기(373)와, 상기 누화제거부(350)의 제5 가산기(355)에서 출력된 오디오신호와 주파수분리부(310)의 제3 필터부(315)에서 출력된 저주파수 신호 및 외부로부터 저음채널(BA) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 서라운드 우측스피커(SR_S)로 출력하는 제9 가산기(375)와, 상기 누화제거부(350)의 제6 가산기(357)에서 출력된 오디오신호와 주파수분리부(310)의 제4 필터부(317)에서 출력된 저주파수 신호 및 외부로부터 중심채널(CC) 오디오신호를 각각 입력받아 합성한 후 전방 우측스피커(FR_S)로 출력하는 제10 가산기(377)로 이루어져 있다.

상기에서 저음채널(BA) 신호의 경우 다채널출력부(370)에서 서라운드 좌측 및 우측채널 신호와 합성되지 않고, 필요에 따라 재생 성능의 극대화를 위해 별도의 전용 스피커(서브우퍼)를 통해 출력되도록 구현할 수도 있다.

물론, 도 8에서와 같이 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 오디오신호가 다채널출력부(370)에서 전방 좌측채널 및 우측채널과 서라운드 좌측 및 우측채널과 선택적으로 합성되지 않고, 도 4에서와 같이 중심채널(CC) 및 저음채널(BA) 오디오신호가 각 입체채널에 모두 합성되도록 할 수도 있다. 이 경우에는 도 4에서와 같이 중 심채널(CC) 오디오신호와 저음채널(BA) 오디오신호가 가산기(191)를 통해 합성되고, 합성된 신호가 증폭기(195)를 통해 대략 1/4레벨로 감소된 후 다채널출력부(270)에서 각 입체채널과 합성되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 의한 다채널 서라운드 스피커 시스템은 6개의 모노채널 형태로 구성된 5.1채널 오디오신호를 입력받아 주파수분리와 음상정위, 누화제거를 거쳐서 최종적으로 오디오신호를 다채널출력부를 통해 해당 스피커로 출력하는 형태로 이루어져 있다.

상기의 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이다. 그러므로, 이러한 수정, 변경 및 부가는 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 일반적인 5.1채널 음향을 서라운드로 재생하는 스피커 시스템을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 다채널 서라운드 스피커 시스템을 나타낸 회로 블록도이다.

도 3은 도 2의 다채널 서라운드 스피커 시스템의 세부 구성을 나타낸 회로도이다.

도 4는 본 발명에 의한 중심채널 및 저음채널의 다른 합성을 나타낸 회로도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 다채널 스피커의 배치 형태를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 다채널 서라운드 스피커 시스템을 나타낸 회로 블록도이다.

도 7은 도 6의 다채널 서라운드 스피커 시스템의 세부 구성을 나타낸 회로도이다.

도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 다채널 서라운드 스피커 시스템의 세부 구성을 나타낸 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100,200,300: 스피커 시스템, 110,230,330: 음상정위부, 210,310: 주파수분리부, 130,250,350: 누화제거부, 150,270,370: 다채널출력부

Claims

외부로부터 입력된 입체채널들의 각 모노신호를 머리전달함수(Head-Related Transfer Function)를 이용하여 스테레오신호로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 상대채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여하는 음상정위부;

상기 음상정위부를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하는 누화제거부; 및

상기 누화제거부로부터 입력된 각 채널의 오디오신호와 외부로부터 입력된 중심채널 오디오신호 또는 저음채널 오디오신호를 선택적으로 가산한 후 해당 채널의 스피커로 출력하는 다채널출력부;를 포함하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 입체채널은 5.1채널 신호 중 전방 좌측채널과 전방 우측채널, 서라운드 좌측채널 및 서라운드 우측채널인 것을 특징으로 하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 각 채널의 오디오신호를 출력하는 스피커는 청취자의 전방에 선형으로 배치된 것을 특징으로 하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 누화제거부의 상대채널 신호는 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 것을 특징으로 하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
외부로부터 입력된 입체채널들의 각 모노신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 주파수분리부;

상기 주파수분리부로부터 입력된 입체채널들의 각 고주파수 대역의 신호를 스테레오신호로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 상대채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여하는 음상정위부;

상기 음상정위부를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하는 누화제거부; 및

상기 누화제거부로부터 입력된 각 채널의 오디오신호와 상기 주파수분리부로부터 입력된 각 채널의 저주파수 대역의 신호 및 외부로부터 입력된 중심채널 오디 오신호 또는 저음채널 오디오신호를 가산한 후 해당 채널의 스피커로 출력하는 다채널출력부;를 포함하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 각 채널의 오디오신호를 출력하는 스피커는 청취자의 전방에 선형으로 배치된 것을 특징으로 하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 누화제거부의 상대채널 신호는 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 것을 특징으로 하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 음상정위부는 전방 좌측채널과 전방 우측채널, 서라운드 좌측채널 및 서라운드 우측채널을 포함하는 입체채널들 중 상기 서라운드 좌측채널과 우측채널에 대해서만 음상 정위를 수행하는 것을 특징으로 하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
외부로부터 입력된 입체채널들의 각 모노신호를 저주파수 대역과 고주파수 대역으로 각각 분리하여 출력하는 주파수분리부;

상기 주파수분리부로부터 입력된 입체채널들의 각 고주파수 대역의 신호를 스테레오신호로 각각 변환하고, 변환된 각 스테레오신호들을 관련된 상대채널의 모노신호끼리 각각 가산하여 입체감을 부여하는 음상정위부;

상기 음상정위부를 통과한 각 채널의 오디오신호와 상기 각 채널에 대응되는 동일한 모드의 상대채널 신호를 상호 가산하여 누화(crosstalk)를 제거하는 누화제거부;

외부로부터 입력된 중심채널 오디오신호와 저음채널 오디오신호를 합성한 후 합성된 신호의 레벨을 감소하여 출력하는 입력신호처리부; 및

상기 누화제거부로부터 입력된 각 채널의 오디오신호와 상기 주파수분리부로부터 입력된 각 채널의 저주파수 대역의 신호 및 상기 입력신호처리부로부터 입력된 중심채널과 저음채널 관련 신호를 가산한 후 해당 채널의 스피커로 출력하는 다채널출력부;를 포함하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 누화제거부의 상대채널 신호는 일정시간 지연 및 증폭된 신호인 것을 특징으로 하는 다채널 서라운드 스피커 시스템.