KR20140044575A - 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조 - Google Patents

차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량에 구비된 스피커 시스템의 입출력신호의 특성을 이용하여 주파수특성 변환모듈을 이용하여 입출력 오디오를 가공함으로써, 저 볼륨에서도 고음질의 소리의 청취를 가능하게 하고, 또한, 어떠한 출력 볼륨에서도 동일한 음질의 소리를 제공하도록 차량 내의 청취 특성을 조정하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 관한 것이다.

Description

차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조 {Signal Processing Structure for Improving Audio Quality of A Car Audio System}
본 발명은 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량에 구비된 오디오 시스템에 있어서, 사용자의 귀의 청각 특성에 따라 스피커의 출력 특성을 조정함으로써, 청취 음질을 향상 시키고 스피커의 성능을 극대화하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 다양한 음악 또는 라디오 방송과 같은 다양한 소리를 청취하기 위하여 오디오 시스템이 구비된다. 종래의 차량용 오디오 시스템은 차량 내부 벽면에 배치된 다수의 스피커들과, 음향 신호를 생성하여 출력할 수 있는 오디오 회로를 포함하여 이루어지며, 상기 오디오 회로로부터 출력된 음향신호를 상기 스피커 시스템으로 전송함으로써, 상기 스피커를 통하여 소리가 출력되어 사용자에게 제공되도록 이루어진다.
한편, 일반적인 차량은 주행 시 필연적으로 소음을 발생시키며, 이러한 소음은 완전히 차단하는 것이 불가능하기 때문에 차량 내부로 지속적으로 침투하도록 이루어진다. 따라서, 차량 내부 공간으로 침투하는 소음은 상기 오디오 시스템에서 출력하는 소리를 상쇄시키거나 간섭함으로써 운전자 또는 탑승자(이하 편의상 '운전자'로 통일하여 기술함)는 상기 오디오 시스템의 스피커로부터 출력되는 소리를 듣는데 한계가 있었다. 따라서, 차량의 오디오 시스템을 통하여 출력되는 소리가 운전자에게 보다 잘 전달될 수 있도록 하는 기술이 요구되고 있었다.
한편, 일반적으로 사람의 귀의 청각이 동일한 크기로 느끼게 되는 소리의 크기는 주파수별로 서로 다른 값을 가진다. 따라서, 임의의 주파수(가청 주파수) 범위 밖의 소리들은 들을 수 없었다.
도 1은 이러한 사람의 청취 특성에 대한 주파수에 따른 소리의 압력 레벨을 도시하는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 사람의 청취 특성으로 인하여 동일한 크기로 느끼게 되는 소리의 크기는 주파수 별로 다른 값을 가진다.
즉, 일반적으로 사용자가 자동차 오디오(H/U)의 볼륨을 20정도로 셋팅 하고 듣고 있을 때(이때 20값은 SPL 20dB라고 가정할때), 약 1kHz 대역의 소리는 원하는 20정도의 크기로 들리지만, 100Hz 이하의 저음 신호는 귀에 잘 들리지 않게 된다(즉 20보다 작은 크기로 들리게 된다.). 마찬가지로, 약 6kHz 이상의 고음 신호 역시, 같은 원리로 사람에게 상대적으로 작은 크기로 느껴지기 때문에, 잘 들리지 않게 되는 단점이 있었다.
따라서, 전 주파수 대역의 신호를 20dB의 동일한 크기(Loudness)로 듣고 싶다면 주파수 별로 다른 음압 레벨(SPL)을 제공해(주파수 레벨을 20폰에 대응하도록 조정)야만 하며, 이 경우에는 사람의 청각은 전 대역의 소리를 20dB 정도의 동일한 크기로 느낄 수 있다.
도 2는 상기와 같은 소리의 특성에 의하여 주파수 응답 특성을 변경하여 출력하는 주파수특성 변환모듈을 포함하는 종래의 차량용 오디오 시스템을 간략하게 나타낸다.
상술한 바와 같이, 스피커를 통하여 출력하는 소리는 사용자에게 더 잘 전달되도록 하기 위하여 음향 신호의 특성을 변경하는 것이 바람직하며, 일반적으로 주파수 응답 특성을 수정하는 주파수특성 변환모듈(이퀄라이저, equalizer)가 사용된다. 상기 주파수특성 변환모듈은 주파수 대역에 따라 주파수 레벨을 조정할 수 있는 공지의 수단으로서, 일반적으로 그래픽 주파수특성 변환모듈(Graphic EQ), 파라메트릭 주파수특성 변환모듈(Parametric EQ) 등이 널리 사용된다.
이때, 상기 주파수특성 변환모듈을 통하여 입력 신호의 주파수 응답 특성을 수정하기 위해서는 주파수의 밴드를 나누어 게인(Gain) 값을 적용하게 되는데, 주파수의 밴드가 사용자가 수정할 수 없도록 고정된 경우(Graphic EQ)와 밴드의 모양을 유동적으로 수정할 수 있는 경우(Parametric EQ)로 크게 나누어 진다.
도 2에서 파라미터(Parameter)는 주파수 밴드, 게인, 밴드의 특성 등을 포함하는 사용자 입력 파라미터이며, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
y = gaincomp * f(x, band, gainband)
여기에서 x는 입력 신호, y는 음향 출력은, f()는 입력신호 x와 밴드 특성 및 정보, 게인 등을 입력으로 하는 함수, gaincomp 는 청취자가 듣게 되는 SPL 출력 변환을 위한 보상 계수를 나타낸다.
상기 종래의 주파수 변환에 있어서, 상기 주파수특성 변환모듈들은, 음향 출력 신호에서 특정 주파수의 성분 보상 (플랫(Flat)한 음향 특성 만들기), 출력 음량 레벨의 보상, 스피커 특성에 맞는 저음, 고음 컷오프(cutoff) 셋팅 등을 위하여 사용된다.
그러나, 상기 종래의 주파수특성 변환모듈의 단점은 고출력 및 깊이(Deep) 성분이 없는 플랫(Flat)한 특성의 음향 출력을 얻기 위해 부스트(Boost)한 신호 레벨이 큰 앰프(Amp.) 게인을 만나 증폭될 때, 스피커의 재생 한계를 벗어나면서 스피커를 손상시킬 수 는 문제가 있었다. 따라서, 이러한 부작용을 상쇄하기 위해 추가적으로 공지의 기술인 다이나믹 레인지 제어(DRC, Dynamic Range Control)등을 함께 사용해야하는 단점이 있었다.
또한, 상기와 같은 종래의 파라메트릭 주파수특성 변환모듈 또는 그래픽 주파수특성 변환모듈은 증폭기 출력 레벨에 따라 선형(Linear)으로 동작하므로, 사람 귀의 청감 특성을 고려할 수 없는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서,
차량에 구비된 스피커 시스템의 입출력신호의 특성을 이용하여 주파수특성 변환모듈을 이용하여 입출력 오디오를 가공함으로써, 저 볼륨에서도 고음질의 소리의 청취를 가능하게 하고, 또한, 어떠한 출력 볼륨에서도 동일한 음질의 소리를 제공하도록 차량 내의 청취 특성을 조정하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,
차량의 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 있어서, 입력신호의 주파수특성을 분석하여 제1분석 파라미터를 생성하여 출력하는 입력신호 분석모듈; 및 상기 입력신호 분석모듈로부터 제1분석 파라미터를 수신하고, 상기 제1분석 파라미터에 대응하여 상기 입력신호의 주파수 특성을 변환하여 출력신호를 생성하고, 이를 상기 오디오 시스템에 포함된 스피커로 전송하는 주파수특성 변환모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 차량의 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 있어서,
입력신호와 함께 파라미터가 입력되면 상기 파라미터에 대응하여 주파수를 변환하여 출력신호를 생성하는 주파수특성 변환모듈; 및 상기 주파수특성 변환모듈로부터 출력되는 출력신호를 입력받아 상기 출력신호의 주파수 특성을 분석하여 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 출력신호 분석모듈; 을 포함하고, 상기 제2분석 파라미터는 상기 주파수특성 변환모듈로 입력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 차량의 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 있어서, 입력신호의 주파수특성을 분석하여 제1분석 파라미터를 생성하여 출력하는 입력신호 분석모듈; 상기 입력신호 분석모듈로부터 제1분석 파라미터를 수신하고, 상기 제1분석 파라미터에 대응하여 상기 입력신호의 주파수 특성을 변환하여 출력신호를 생성하고, 이를 상기 오디오 시스템에 포함된 스피커로 전송하는 주파수특성 변환모듈; 및 상기 주파수특성 변환모듈에서 출력되는 출력신호를 수신하여 상기 출력신호의 주파수특성을 분석하여 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 출력신호 분석모듈을 포함하고, 상기 주파수특성 변환모듈은 상기 제2분석 파라미터를 수신하고, 상기 제2분석 파라미터에 대응하여 상기 입력신호의 주파수 특성을 변환하여 2차 출력신호를 생성하고, 이를 상기 오디오 시스템에 포함된 스피커로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입력신호 분석모듈은, 상기 입력신호의 음압 레벨과, 상기 입력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 입력신호의 주파수 게인을 상기 입력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제1분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력신호 분석모듈은, 상기 출력신호의 음압 레벨과, 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 출력신호의 주파수 게인을 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력신호 분석모듈은, 상기 출력신호의 음압 레벨과, 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 출력신호의 주파수 게인을 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하되, 상기 제2분석 파라미터에 의하여 조정된 출력신호의 음압 레벨이 다이나믹 레인지 압축 한계점을 넘으면, 상기 출력신호의 음압 레벨을 상기 다이나믹 레인지 압욱 한계점과 동일하도록 재 조정하도록 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력신호 분석모듈은, 상기 출력신호의 음압 레벨과, 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 출력신호의 주파수 게인을 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하되, 상기 제2분석 파라미터에 의하여 조정된 출력신호의 음압 레벨이 스피커의 재생 한계점을 넘으면, 상기 출력신호의 음압 레벨을 상기 스피커의 재생 한계점과 동일하도록 재 조정하도록 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1분석 파라미터는, 게인, Q값, 컷오프 주파수 및 필터의 모양 값 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2분석 파라미터는, 게인, Q값, 컷오프 주파수 및 필터의 모양 값 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은
차량의 오디오 시스템에 구비된 스피커의 입 출력 신호 특성을 분석하고, 분석된 신호의 주파수 특성이 신호의 등감곡선에 대응하여 조정되도록 상기 주파수특성 변환모듈로 입력되는 파라미터를 수정하도록 함으로써, 출력신호의 전 주파수 대역에서 상기 오디오 시스템을 통하여 출력되는 차량 내 소리의 음질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 주파수특성 변환모듈을 통하여 신호의 주파수 특성을 신호의 등감곡선에 대응하여 조정하되, 다이나믹 레인지 압축 한계점을 넘지않도록 함으로써, 음질 왜곡을 방지하고 어떠한 출력 볼륨에서도 동일한 음질을 재현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 주파수특성 변환모듈을 통하여 신호의 주파수 특성을 신호의 등감곡선에 대응하여 조정하되, 스피커의 재생 한계점을 넘지않도록 함으로써, 상기 오디오시스템의 최대출력으로 소리를 출력하더라도 스피커가 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 사람의 청취 특성에 대한 주파수에 따른 소리의 압력 레벨을 도시하는 그래프이다.
도 2는 소리의 특성에 의하여 주파수 응답 특성을 변경하여 출력하는 주파수 특성 조정기를 포함하는 종래의 차량용 오디오 시스템을 간략하게 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 간략하게 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 나타내는 블럭도이다.
도 5은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 나타내는 블럭도이다.
도 6는 본 발명의 제4실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조의 블럭도를 나타낸다.
도 7는 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제5 실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
도 8는 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제6실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
도 9은 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제7실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
도 10은 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제8실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
도 11는 음압 레벨이 60dB 이상인 경우에 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
도 12는 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제9실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
도 13은 종래 기술의 출력신호의 주파수에 따른 음압 레벨과 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 의하여 주파수 변경된 출력 신호의 주파수에 따른 음압 레벨을 비교하여 나타내는 그래프이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 간략하게 나타내는 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조는 오디오 시스템 입력신호의 주파수를 변환하는 주파수특성 변환모듈(130)(이퀄라이저, 예를 들어, 공지의 파라메트릭 이퀄라이저가 될 수 있다)의 전단에 상기 입력신호의 주파수 특성을 분석하는 입력신호 분석모듈(110)이 더 구비된다. 따라서, 본 발명의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 신호가 입력되면, 상기 주파수특성 변환모듈(130)에 입력되기 전에 상기 입력신호 분석모듈(110)을 통하여 입력신호의 특성이 분석된 후 상기 주파수특성 변환모듈(130)에 입력된다.
본 발명의 제1실시예는 상기 입력신호 분석모듈(110)에서 분석된 입력신호의 특성에 따라, 상기 주파수특성 변환모듈(130)의 주파수 특성을 변화시키는 구성으로 이루어진다.
상기 입력신호 분석모듈(110)은 입력신호의 주파수 특성을 분석하기 위하여 구비되는 수단으로, 예를 들어, 일정시간 동안 시간 간격을 두고 샘플링하여 얻어진 스펙트럼 데이터로부터 상기 주파수특성 변환모듈(130)의 주파수 대역별로 각각의 평균적인 주파수 응답을 산출함으로써, 주파수 특성을 분석하도록 할 수 있다. 상기 입력신호 분석모듈(110)에서 분석하는 입력신호의 특성에는 상기 입력신호의 레벨/전력(power), 주파수 특성이 포함된다.
상기 입력신호 분석모듈(110)에는 상기 주파수특성 변환모듈(130)로 입력되는 사용자 파라미터(parameter)가 더 입력될 수 있다.
상기 입력신호 분석모듈(110)은 상기와 같이 입력신호의 특성을 분석한 후, 이에 대응하는 제1분석 파라미터를 생성하여 상기 주파수특성 변환모듈(130)로 전송한다. 이때 생성되는 제1분석 파라미터는 상기 입력신호 분석모듈(110)에서 분석된 입력신호의 특성에 대응하여 생성된 게인, Q값(Q factor, Quality factor), 컷오프 주파수(Fc, Cutoff Frequancy) 및 필터의 모양을 포함한다.
따라서, 상기 주파수특성 변환모듈(130)은 상기 입력신호 분석모듈(110)로부터 생성되어 전송된 제1분석 파라미터와 사용자 파라미터를 바탕으로 신호의 주파수 응답 특성을 변환하여 출력한다.
상기 주파수특성 변환모듈(130)은, 임의의 주파수의 신호를 다른 주파수로 변환하기 위한 공지의 수단으로서, 바람직하게는, 입력된 신호에 대하여 복수의 임의의 주파수 밴드에 대한 신호 특성을 조절 가능하도록 이루어지고, 신호의 각 주파수 밴드에 대해 게인, Q값(Q factor, Quality factor), 컷오프 주파수(Fc, Cutoff Frequancy) 및 필터의 모양 등을 사용자 파라미터 또는 상기 입력신호 분석모듈(110)로부터 입력된 제1분석 파라미터를 통하여 입력받아 신호의 주파수를 변환하도록 이루어진다.
바람직하게는, 상기 주파수특성 변환모듈(130)은 상기와 같이 사용자 파라미터 및 상기 입력신호 분석모듈(110)로부터 수신한 제1분석 파라미터을 이용하여 신호의 레벨 뿐만아니라, 신호의 위상(Phase)도 조절하도록 이루어진다. 이 경우, 상기 주파수특성 변환모듈(130)은 타임 도메인(Time-dopmain) 및 주파수 도메인(Frequency Domain) 처리 등과는 무관하게 어떠한 형태로도 구현이 가능한 장점이 있다.
한편, 상기 주파수특성 변환모듈(130)은 출력해야할 출력값이 다수의 갯수일때, 예를 들어, 차량의 스피커 시스템이 멀티 채널 시스템으로 이루어져 차량 내부에 배치된 다수의 스피커 시스템을 포함하는 경우, 각각의 스피커로 인가되는 출력값을 독립적으로 조정하도록 이루어질 수도 있다.
따라서, 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조는 일정 음량에서 사용자로부터 입력된 사용자 파라미터에 따라 상기 주파수특성 변환모듈(130)로 기본 음질을 최적화 한 후, 상기와 같은 입력신호 분석모듈(110)로부터 입력신호를 분석하고, 이에 따른 볼륨별 사람의 청각의 감도 특성을 상기 주파수특성 변환모듈(130)을 통하여 보정하도록 이루어지며, 이에 따라, 운전자는 낮은 레벨에서 느끼는 저음 및 고음 대역 감쇄를 느낄 수 없으므로, 볼륨에 따른 음질 불만을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 제2실시예에서는 상기 제1실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조와 동일한 구조로 이루어지되, 입력신호 분석모듈 대신 출력신호 분석모듈(220)이 구비되고, 주파수특성 변환모듈(230)의 출력이 상기 출력신호 분석모듈(220)에 재입력된다는데 있어 그 차이가 있다.
이때, 상기 주파수특성 변환모듈(230)의 출력은 상기 주파수특성 변환모듈(230)을 통하여 주파수 변환되어 출력되어 스피커를 통하여 출력되는 과정의 어떠한 신호 출력이라도 될 수 있다. 예를 들어, 상기 주파수특성 변환모듈(230)의 출력은 실제 주파수특성 변환모듈(230)의 디지털 도메인 출력이 될 수도 있고, 앰프(미도시)를 거쳐 최종적으로 사용자에게 제공되는 음압 레벨(SPL, Sound Pressure Level)값(별도의 입력수단이 필요할 수 있으나, 이는 공지의 사항이므로 설명을 생략함)이 될 수도 있다.
따라서, 상기 주파수특성 변환모듈(230)의 출력신호는 상기 출력신호 분석모듈(220)로 입력되고, 상기 출력신호 분석모듈(220)에 의하여 분석되며, 상기 출력신호 분석모듈(220)은 분석된 특성을 바탕으로 제2분석 파라미터를 생성하여 상기 주파수특성 변환모듈(230)로 제공하도록 이루어진다.
이때, 상기 출력신호 분석모듈(220)은 상기 출력신호의 레벨/전력, 주파수 특성, 등청감 곡선(equal loudness contour)에 의한 청취 특성, 다이나믹 레인지 압축(Dynamic Range Compression) 특성 및 상기 주파수특성 변환모듈(230)로 입력되는 사용자 파라미터에 대응하여 상기 출력신호를 분석하여 제2분석 파라미터를 생성하도록 이루어진다. 상기 제2분석 파라미터 역시 상기 출력신호 분석모듈(220)에서 분석된 출력신호의 특성에 대응하여 생성된 게인, Q값(Q factor, Quality factor), 컷오프 주파수(Fc, Cutoff Frequancy) 및 필터의 모양을 포함한다.
따라서, 본 발명의 제2실시에의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조의 주파수특성 변환모듈(230)은 사용자로부터 입력된 사용자 파라미터 및 출력신호를 분석하여 생성된 2차 파라미터를 수신하고, 이를 반영하여 입력신호의 주파수를 변경하여 출력한다.
도 5은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 제3 실시예에서는 상기 제1실시예의 입력신호 분석모듈과 상기 제2실시예의 출력신호 분석모듈을 모두 포함하여 이루어진다.
즉, 입력신호가 본 발명의 제3실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 인가되면 입력신호는 입력신호 분석모듈(310)에서 분석되고, 상기 입력신호 분석모듈(310)은 제1분석 파라미터를 출력하여 주파수특성 변환모듈(330)로 전송한다.
한편, 상기 입력신호 분석모듈(310)을 통하여 분석된 입력신호는 출력신호 분석모듈(320)을 통과하여 주파수특성 변환모듈(330)로 인가되고, 상기 주파수특성 변환모듈(330)은 사용자로부터 입력된 사용자 파라미터에 의하여 입력신호의 주파수를 변경하여 출력신호를 출력한다.
상기와 같이 상기 주파수특성 변환모듈(330)로부터 출력신호가 출력되면 상기 출력신호는 스피커 시스템으로 인가되어 출력된 후, 출력된 음압레벨이 별도의 수단에 의하여 상기 출력신호 분석모듈(320)로 입력되거나, 또는 상기 주파수특성 변환모듈(330)로부터 출력된 출력신호가 상기 스피커 시스템과 상기 출력신호 분석모듈(320)로 동시에 입력되도록 함으로써, 상기 출력신호 분석모듈(320)에 출력신호가 인가되도록 이루어진다.
따라서, 상기 출력신호는 상기 출력신호 분석모듈(320)에 의하여 분석되고, 이를 통하여 상기 출력신호 분석모듈(320)은 제2분석 파라미터를 생성하여 상기 주파수특성 변환모듈(330)로 전송한다.
이때, 상기 출력신호 분석모듈(320)은 상기 제2실시예의 출력신호 분석모듈(230)과 마찬가지로 상기 출력신호의 레벨/전력, 주파수 특성, 등청감 곡선(equal loudness contour)에 의한 청취 특성, 다이나믹 레인지 압축(Dynamic Range Compression) 특성 및 상기 주파수특성 변환모듈로 입력되는 사용자 파라미터에 따라 상기 출력신호를 분석하여 제2분석 파라미터를 출력하도록 이루어진다.
따라서, 상술한 바와 같이, 상기 주파수특성 변환모듈(330)은 사용자로부터 입력된 사용자 파라미터, 상기 입력신호 분석모듈(310)로부터 생성되어 입력된 제1분석 파라미터 및 상기 출력신호 분석모듈(320)로부터 생성되어 입력된 제2분석 파라미터를 수신하여 이에 대응하여 입력신호의 주파수를 변화하여 출력신호를 생성하도록 이루어진다.
도 6는 본 발명의 제4실시예에 따른 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조의 블럭도를 나타낸다.
본 발명의 제4실시예에서는 주파수특성 변환모듈(430)을 필터 구조로 설계할 경우, 필터의 특성을 결정하는 계수값을 생성에 있어서, 사용자 파라미터와 입력신호 및 출력신호에 대응하여 계수값을 생성하는 구성을 가진다. 이를 위하여 본 발명의 제4실시예 에서는 주파수특성 변환모듈(430)과 연동하는 계수값 생성기(440)를 더 구비한다.
상기 계수값생성기(440)는 상기 주파수특성 변환모듈(430)로 입력되는 입력신호, 상기 주파수특성 변환모듈(430)로부터 출력되는 출력신호 및 상기 주파수특성 변환모듈(430)로 입력되는 사용자 파라미터를 입력받아 이에 대응하여 계수값을 생성하도록 이루어진다.
도 7는 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제5 실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
차량의 스피커 시스템으로 소리가 출력되면, 본 발명의 입력신호 분석기 및/또는 출력신호 분석기를 거치며 신호의 음압 레벨/전력, 주파수 특성, 청취 특성 및 DRC 특성 정보가 분석되고, 이를 바탕으로 게인을 조정한 제1분석 파라미터 및/또는 제2분석파라미터를 주파수특성 변환모듈로 전송함으로써, 출력신호의 주파수 특성을 변경하도록 이루어진다.
도시된 바와 같이, 스피커의 출력 음압 레벨(SPL)이 20dB인 경우, 출력음의 전 대역에서 동일한 음압을 가진다.
그러나, 상술한 바와 같이, 스피커시스템을 통하여 출력되는 소리는 사용자의 청각 특성에 따라 전 주파수 대역의 소리를 들을 수 없었다. 즉, 도시된 바와 같이, 스피커의 출력은 SPL이 20dB로 설정된 경우, 전 주파수 대역이 동일한 음압을 가지므로 도 7의 A라인으로 표시되나, 이는 20폰(phon)을 나타내는 등감 곡선과는 차이가 있기 때문에 1000kHz 대역에서만 동일한 음압을 가지고 그 이외의 주파수대역에서는 음질의 차이가 존재하게 된다.
여기서 상기 폰(phon)은 소음계로 측정한 음압 레벨의 단위를 의미하는 것으로, 감각적인 음의 크기를 나타낸다. 소리는 같은 세기의 소리라도 진동수에 따라 다르게 느껴지며, 다시말해서, 동일한 dB의 소리도 주파수에 따라 다르다. 따라서, 같은 크기의 소리로 들리는 주파수별 음압 수준을 실험적으로 조사하여 표시한 곡선을 등감 곡선(loudness level contours)이라고 하고, 이 음의 크기인 수준을 '폰(phon; loudness level)' 이라고 한다.
따라서, 20dB로 설정된 스피커 출력에 비해, 사용자가 들을 수 있는 주파수 대역이 협소하므로, 전 주파수대역을 사용자에게 동일한 음압 레벨로 제공하기 위하여 각 주파수 대역의 게인을 부스트(boost) 또는 컷(cut)한다. 이때, 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨이 동일 수치의 폰, 다시말해서, 본 실시예의 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 낮은 경우에는 음압 레벨을 향상 하도록 해당 주파수의 게인을 부스트하도록 조정하고, 반대로 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 높은 경우에는 음압 레벨을 저감 하도록 해당 주파수의 게인을 컷 함으로써, 차량 오디오의 가청 음질을 향상시킬 수 있다.
도 8는 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제6실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
이 실시예에서는 상기 제5실시예에서와 동일하게 제1분석파라미터 및/또는 제2분석파라미터를 통하여 게인이 조정되되, 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨이 동일 수치의 폰 보다 높은 경우에는 음압 레벨을 저감 하지 않도록 이루어진다.
다시말해서, 본 제5실시예에서는, 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 낮은 경우에 음압 레벨을 향상 하도록 해당 주파수의 게인을 부스트하되, 반대의 경우, 즉, 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 높은 경우에는 게인을 조정하지 않도록 이루어진다.
이는 도 8의 주파수대역 2kHz 내지 6kHz의 주파수 대역에 도시되며, 상기 주파수대역은 일반적으로 스피커를 통하여 출력되는 목소리 신호 영역이므로, 목소리 신호의 음압을 저감하지 않기 때문에 목소리 신호를 강조하는 효과를 획득할 수 있다.
도 9은 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제7실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
본 실시예는 고출력 스피커의 경우 음압의 조정이 크게 필요하지 않기 때문에 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨이 동일 수치의 폰, 다시말해서, 본 실시예의 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 낮은 경우에도 음압 레벨을 향상시키지 않도록 해당 주파수의 게인의 조정을 하지 않도록 이루어진다.
다만, 본 실시예에서, 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 높은 경우에는 음압 레벨을 저감 하도록 해당 주파수의 게인을 컷하도록 조정함으로써, 차량 오디오의 가청 음질을 향상시킬 수 있다.
도 10은 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제8실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
본 실시예에서는 차량 내부에 구비된 스피커 시스템이 소리의 재생 한계를 가지고 있는 경우에, 스피커의 손상을 방지하도록 스피커 시스템의 소리 재생 한계에 대응하여 주파수 게인이 조정된다. 이를 위하여 사전에 상기 주파수특성 변환모듈에 스피커의 소리 재생 한계값이 입력될 수 있다.
따라서, 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨이 동일 수치의 폰, 다시말해서, 본 실시예의 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 낮은 경우에는 음압 레벨을 향상 하도록 해당 주파수의 게인을 부스트하도록 조정하고, 반대로 임의의 주파수 대역에서 스피커 출력 음압 레벨 20dB이 20폰 보다 높은 경우에는 음압 레벨을 저감 하도록 해당 주파수의 게인을 컷하도록 조정하되, 게인의 조정시 스피커 출력 음압 레벨 이상(또는 이하)로 조정되지 않도록 조정된다.
도 11는 음압 레벨이 60dB 이상인 경우에 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
스피커 출력 음압 레벨이 60dB인 경우, B라인으로 도시될 수 있다. 이 경우에는 등감곡선에 의해 음향 및 음질을 관리할 수 있으며, 예를 들어, 기본 파라메트릭 이퀄라이저로 설정된 상수값으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 본 경우에는 본 발명과는 관계 없이 공지의 기술을 통하여 음향 및 음질을 관리할 수 있다.
도 12은 상기한 제1실시예 내지 제4실시예의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조를 통하여 주파수 변경된 제9실시예의 신호의 주파수대 음압레벨의 비를 나타내는 그래프이다.
본 실시예에서는 DRC한계를 가지고 있는 경우에, 게인의 조정시 상기 DRC 한계값을 우선적으로 고려하도록 이루어지며, 이를 위하여 사전에 상기 주파수특성 변환모듈에 스피커의 DRC 한계값이 입력될 수 있다.
본 실시예에서 스피커 출력 음압 레벨이 90dB일 경우, 그리고, 2 밴드 DRC, 즉, 저음과 고음의 DRC 한계점이 다른 경우를 나타내고 있다. 스피커 출력이 90dB인 경우에는 C라인과 같이 도시할 수 있으며, 이때, 저음 DRC 한계점은 상기 C라인보다 높고, 고음 DRC 한계점은 상기 D라인보다 낮게 이루어진다.
이러한 경우에는, 신호의 음압 레벨이 상기 DRC 한계점보다 클 경우에 신호가 출력단 DRC에 걸려 원하는 음압으로 출력되지 못할 수 있으며, DRC의 성능에 따라 출력되는 음질이 왜곡될 수 있으므로, 상기 DRC 한계점을 최대 음압 레벨로 간주하고 게인의 조정을 하는 것이 바람직하다.
따라서, 등감곡선에 의해 조정된 게인값이 상기 DRC 한계점을 넘을 경우에는 상기 DRC 한계점을 우선시하여 게인을 재조정하도록 이루어진다.
상술한 제5실시예 내지 제9실시예의 주파수 게인의 조정은 상술한 제1실시예 내지 제4실시예의 입력신호 분석모듈 및/또는 출력신호 분석모듈에 의하여 분석되어 생성된 제1분석 파라미터 및/또는 제2분석 파라미터를 바탕으로 이루어지므로, 다시말해서, 상기 제1분석 파라미터 및/또는 제2분석 파라미터가 포함하는 신호의 음압 레벨/전력, 주파수 특성, 청취 특성 및 DRC 특성 정보를 바탕으로 이루어지므로, 입력신호 및/또는 출력신호에 따라 음질을 조정하여 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
도 13은 종래 기술의 출력신호의 주파수에 따른 음압 레벨과 본 발명의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조의 제1실시예 내지 제4실시예에 의하여 주파수 변경된 출력 신호의 주파수에 따른 음압 레벨을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 종래 기술의 출력신호는 특정 범위의 주파수대역(도 13의 저음 및 고음을 제외한 주파수 대역)에서만 음압 레벨이 최소 가청값 (threshold of audibility)을 넘어서기 때문에 저음 및 고음에서 음질이 상당히 떨어지게 되는 단점이 있다.
그러나, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따라 주파수가 조정된 출력 신호는 모든 주파수 대역에서 음압 레벨이 최소 가청값을 넘어서기 때문에 작은 볼륨에서도 음질이 향상되는 장점이 있다.
이상으로 본 발명의 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110: 입력신호 분석모듈 130: 주파수특성 변환모듈
220: 출력신호 분석모듈 230: 주파수특성 변환모듈
310: 입력신호 분석모듈 320: 출력신호 분석모듈
330: 주파수특성 변환모듈 430: 주파수특성 변환모듈
440: 계수값 생성기

Claims (9)

  1. 차량의 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 있어서,
    입력신호의 주파수특성을 분석하여 제1분석 파라미터를 생성하여 출력하는 입력신호 분석모듈; 및
    상기 입력신호 분석모듈로부터 제1분석 파라미터를 수신하고, 상기 제1분석 파라미터에 대응하여 상기 입력신호의 주파수 특성을 변환하여 출력신호를 생성하고, 이를 상기 오디오 시스템에 포함된 스피커로 전송하는 주파수특성 변환모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조.
  2. 차량의 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 있어서,
    입력신호와 함께 파라미터가 입력되면 상기 파라미터에 대응하여 주파수를 변환하여 출력신호를 생성하는 주파수특성 변환모듈; 및
    상기 주파수특성 변환모듈로부터 출력되는 출력신호를 입력받아 상기 출력신호의 주파수 특성을 분석하여 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 출력신호 분석모듈;
    을 포함하고,
    상기 제2분석 파라미터는 상기 주파수특성 변환모듈로 입력되는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조.
  3. 차량의 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조에 있어서,
    입력신호의 주파수특성을 분석하여 제1분석 파라미터를 생성하여 출력하는 입력신호 분석모듈;
    상기 입력신호 분석모듈로부터 제1분석 파라미터를 수신하고, 상기 제1분석 파라미터에 대응하여 상기 입력신호의 주파수 특성을 변환하여 출력신호를 생성하고, 이를 상기 오디오 시스템에 포함된 스피커로 전송하는 주파수특성 변환모듈; 및
    상기 주파수특성 변환모듈에서 출력되는 출력신호를 수신하여 상기 출력신호의 주파수특성을 분석하여 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 출력신호 분석모듈을 포함하고,
    상기 주파수특성 변환모듈은 상기 제2분석 파라미터를 수신하고, 상기 제2분석 파라미터에 대응하여 상기 입력신호의 주파수 특성을 변환하여 2차 출력신호를 생성하고, 이를 상기 오디오 시스템에 포함된 스피커로 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력신호 분석모듈은
    상기 입력신호의 음압 레벨과, 상기 입력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 입력신호의 주파수 게인을 상기 입력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제1분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조.
  5. 제 2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력신호 분석모듈은
    상기 출력신호의 음압 레벨과, 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 출력신호의 주파수 게인을 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조.
  6. 제 2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력신호 분석모듈은,
    상기 출력신호의 음압 레벨과, 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 출력신호의 주파수 게인을 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하되,
    상기 제2분석 파라미터에 의하여 조정된 출력신호의 음압 레벨이 다이나믹 레인지 압축 한계점을 넘으면, 상기 출력신호의 음압 레벨을 상기 다이나믹 레인지 압욱 한계점과 동일하도록 재 조정하도록 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조.
  7. 제 2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력신호 분석모듈은,
    상기 출력신호의 음압 레벨과, 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선을 비교하여 상기 출력신호의 주파수 게인을 상기 출력신호의 음압 레벨과 동일한 음압의 등감곡선으로 부스트 및 또는 컷하도록 조정하는 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하되,
    상기 제2분석 파라미터에 의하여 조정된 출력신호의 음압 레벨이 스피커의 재생 한계점을 넘으면, 상기 출력신호의 음압 레벨을 상기 스피커의 재생 한계점과 동일하도록 재 조정하도록 제2분석 파라미터를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조.
  8. 제 1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1분석 파라미터는,
    게인, Q값, 컷오프 주파수 및 필터의 모양 값 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조,
  9. 제 2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2분석 파라미터는,
    게인, Q값, 컷오프 주파수 및 필터의 모양 값 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 오디오 시스템의 음질 향상을 위한 신호처리 구조,
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