KR20140068590A - 멀티 채널 오디오 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

멀티 채널 오디오 시스템이 개시된다. 캐리어 신호 및 오디오 신호를 비교하여 PWM 신호를 생성하는 펄스폭 변조부, PWM 신호를 이용하여 오디오 신호의 포락선을 검출하고, 포락선에 따라 PWM 신호를 제1 압축 강도로 압축시켜 프런트 채널 PWM 신호를 생성하고, PWM 신호를 제1 압축 레벨보다 높은 제2 압축 강도로 압축시켜 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 압축부, 프런트 채널 PWM 신호 및 리어 채널 PWM 신호로부터 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭하는 증폭부, 증폭된 프런트 채널 오디오 신호를 출력하는 프런트 스피커부 및 증폭된 리어 채널 오디오 신호를 출력하는 리어 스피커부를 포함한다. 이에 따라, 멀티 채널 오디오 시스템에서 소비되는 전력을 줄일 수 있다.

Description

멀티 채널 오디오 시스템 및 제어 방법{MULTI CHANNEL AUDIO SYSTEM AND CONTROL METHOD}
본 발명은 멀티 채널 오디오 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 소비를 절감할 수 있는 멀티 채널 오디오 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
종래에는 멀티 채널 오디오 시스템의 출력 신호는 유선을 통해 전송되었다. 즉, 스피커가 메인 스테이션으로부터 증폭된 오디오 신호를 유선으로 전송받아 출력하는 방식이었다.
최근, 무선 통신 기술이 발전하면서 스피커가 무선으로 오디오 신호를 전송받아 출력하는 방식이 가능해졌다. 그러나 무선 오디오 시스템의 경우 오디오 신호는 무선으로 전송되지만 오디오 신호의 증폭은 스피커 내부에 있는 증폭회로부에서 이루어진다. 이 경우 신호의 증폭을 위한 전원은 유선 방식의 파워 라인을 통해 공급받을 수 있다.
유선 전력 공급 기반의 멀티 채널 오디오 시스템은 채널의 개수만큼 유선 연결이 필요하다. 이는 공간의 활용성을 저해하며 설치시에도 불편함을 준다. 또한, 파워 라인을 통해 전원을 공급받는 멀티 채널 오디오 시스템은 스피커 근처에 전원 코드를 연결할 수 있는 콘센트가 있어야 한다. 이러한 불편함을 해소하기 위해 배터리를 이용하여 전원을 공급하는 방식이 제안되었다. 그러나, 배터리 기반의 멀티 채널 오디오 시스템은 배터리 방전 시 배터리를 충전 또는 교체해야 한다. 따라서, 멀티 채널 오디오 시스템에 있어서 소비 전력을 줄여 동작 시간을 오래 지속할 수 있는 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 본 발명은 신호 처리 과정에서 필요한 전압 레벨을 조정함으로써 전력 소비를 줄이는 멀티 채널 오디오 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따르면 멀티 채널 오디오 시스템에 있어서, 캐리어 신호 및 오디오 신호를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 펄스폭 변조부, 상기 PWM 신호를 이용하여 상기 오디오 신호의 포락선을 검출하고, 상기 포락선에 따라 상기 PWM 신호를 제1 압축 강도로 압축시켜 프런트 채널 PWM 신호를 생성하고, 상기 PWM 신호를 상기 제1 압축 레벨보다 높은 제2 압축 강도로 압축시켜 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 압축부, 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호로부터 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭하는 증폭부, 증폭된 상기 프런트 채널 오디오 신호를 출력하는 프런트 스피커부 및 증폭된 상기 리어 채널 오디오 신호를 출력하는 리어 스피커부를 포함한다.
한편, 상기 제1 압축 강도는 상기 포락선을 따라 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 프런트 채널 오디오 신호가 비 왜곡 상태로 출력될 수 있도록 설정된 압축 강도이고, 상기 제2 압축 강도는 스위칭 로스의 감소율 및 상기 리어 채널 오디오 신호의 왜곡 정도를 고려하여 설정된 비율에 따라 상기 PWM 신호를 압축하도록 설정된 압축 강도일 수 있다.
그리고, 상기 압축부는 상기 비율에 의해 전원 공급 레벨을 결정하여 상기 리어 채널 오디오 신호의 크기가 상기 전원 공급 레벨 이상이면 상기 리어 채널 오디오 신호가 상기 전원 공급 레벨 미만으로 왜곡되도록 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 리어 채널 PWM 신호를 생성할 수 있다.
한편, 멀티 채널 오디오 시스템은 상기 압축부에서 생성된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호를 각각 부스팅시키는 부스터, 부스팅된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선을 검출하는 포락선 검출부, 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 출력 레벨을 추정하여 프런트 채널 출력을 위한 제1 출력 전원 값 및 리어 채널 출력을 위한 제2 출력 전원 값을 설정하는 전원 제어부 및 상기 제1 출력 전원 값 및 상기 제2 출력 전원 값에 따라 가변적인 전원을 상기 증폭부로 공급하는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 멀티 채널 오디오 시스템은 기 설정된 레벨 이하의 오디오 신호가 입력되면, 상기 설정 레벨 이하의 오디오 신호를 컷-오프(cut-off)하는 노이즈 게이트부를 더 포함할 수 있다.
또한, 멀티 채널 오디오 시스템은 상기 노이즈 게이트부가 동작하는 구간 전의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 감소시키고, 상기 노이즈 게이트부가 동작하는 구간 후의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 증가시키는 신호 조정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따르면 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법은 캐리어 신호 및 오디오 신호를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 단계, 상기 PWM 신호를 이용하여 상기 오디오 신호의 포락선을 검출하고, 상기 포락선에 따라 상기 PWM 신호를 제1 압축 강도로 압축시켜 프런트 채널 PWM 신호를 생성하고, 상기 PWM 신호를 상기 제1 압축 레벨보다 높은 제2 압축 강도로 압축시켜 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 단계, 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호로부터 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭하는 단계 및 증폭된 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 제1 압축 강도는 상기 포락선을 따라 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 프런트 채널 오디오 신호가 비 왜곡 상태로 출력될 수 있도록 설정된 압축 강도이고, 상기 제2 압축 강도는 스위칭 로스의 감소율 및 상기 리어 채널 오디오 신호의 왜곡 정도를 고려하여 설정된 비율에 따라 상기 PWM 신호를 압축하도록 설정된 압축 강도일 수 있다.
그리고, 상기 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 단계는 상기 비율에 의해 전원 공급 레벨을 결정하여 상기 리어 채널 오디오 신호의 크기가 상기 전원 공급 레벨 이상이면 상기 리어 채널 오디오 신호가 상기 전원 공급 레벨 미만으로 왜곡되도록 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 리어 채널 PWM 신호를 생성할 수 있다.
한편, 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법은 생성된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호를 각각 부스팅시키는 단계, 부스팅된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선을 검출하는 단계, 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 출력 레벨을 추정하여 프런트 채널 출력을 위한 제1 출력 전원 값 및 리어 채널 출력을 위한 제2 출력 전원 값을 설정하는 단계 및 상기 제1 출력 전원 값 및 상기 제2 출력 전원 값에 따라 가변적인 전원을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법은 기 설정된 레벨 이하의 오디오 신호가 입력되면, 상기 설정 레벨 이하의 오디오 신호를 컷-오프(cut-off)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법은 상기 오디오 신호가 컷-오프되는 구간 전의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 감소시키고, 상기 오디오 신호가 컷-오프되는 구간 후의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 멀티 채널 오디오 시스템의 전력 소비를 줄임으로써 효율적인 관리가 가능해지고 동작 시간을 오래 지속시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 채널 오디오 시스템의 블록도.
도 4는 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 일 실시 예를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 폭 변조 신호를 압축하는 방법을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 과정을 수행한 오디오 신호를 설명하는 도면.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 음량을 제거하는 방법을 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스팅 과정을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포락선 검출을 통한 전력 제어 방법을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법의 흐름도.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 채널 오디오 시스템의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 펄스 폭 변조부(110), 압축부(120), 증폭부(150), 프런트(front) 스피커(160), 리어(rear) 스피커(170)를 포함한다.
펄스 폭 변조부(110)는 입력된 오디오 신호로부터 캐리어 신호를 이용하여 펄스 폭 변조 신호를 생성한다. 구체적인 생성 방법은 하술하기로 한다.
압축부(120)는 생성된 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호를 이용하여 입력된 오디오 신호의 포락선을 검출한다. 검출된 포락선 정보를 이용하여 입력된 오디오 신호가 왜곡되지 않는 수준으로 압축하여 프런트 채널을 위한 PWM 신호를 생성한다. 본 발명에서는 입력된 오디오 신호가 왜곡되지 않는 수준의 압축 강도를 제1 압축 강도로 정의한다. 또한, 펄스 폭 변조부(110)에서 생성된 PWM 신호를 제2 압축 강도로 압축하여 리어 채널을 위한 PWM 신호를 생성한다. 제2 압축 강도는 제1 압축 강도보다 높은 수준의 압축 강도로써 기 정의된 크기로 오디오 신호의 왜곡을 허용하는 수준의 압축 강도를 의미한다.
예를 들어, 최대 오디오 신호 크기를 기준으로 20% 왜곡을 허용하는 압축 강도가 제2 압축 강도로 설정될 수 있다. 오디오 신호 크기를 압축한다는 것은 최대 전압 레벨을 낮추는 것을 의미한다.
본 발명에서 압축의 의미는 PWM 신호의 스위칭 로스를 줄이기 위해 전압 레벨을 기 설정된 수준으로 낮추는 것을 의미한다. 예를 들어, PWM 신호와 관련된 전압 레벨을 낮추고 듀티비를 이용하여 PWM 신호의 폭을 넓히는 방법으로 압축 과정을 수행할 수 있다.
증폭부(150)는 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호로부터 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭한다. 프런트 스피커부(160) 및 리어 스피커부(170)는 증폭부(150)에서 증폭된 신호를 출력한다.
본 발명에서는 압축부(120) 및 증폭부(150)에서 프런트 채널을 위한 PWM 신호 및 리어 채널을 위한 PWM 신호를 함께 생성하고 처리하는 것으로 설명하였다. 그러나, 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 압축부(120) 및 증폭부(150)를 복수 개 구비하여 각각 프런트 채널용 PWM 신호와 리어 채널용 PWM 신호를 생성하고 처리할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 채널 오디오 시스템의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 펄스 폭 변조부(110), 노이즈 게이트부(115), 압축부(120), 부스터(125), 포락선 검출부(130), 전원 제어부(135), 전원 공급부(140), 신호 조정부(145), 증폭부(150), 프런트 스피커부(160), 리어 스피커부(170)를 포함할 수 있다. 도 1에서 펄스 폭 변조부(110), 압축부(120), 증폭부(150), 프런트(front) 스피커(160), 리어(rear) 스피커(170)를 설명하였으므로 상술한 구성부의 설명은 생략하기로 한다.
노이즈 게이트부(115)는 기 설정된 레벨 이하의 오디오 신호가 입력되면 설정 레벨 이하의 오디오 신호를 컷-오프(cut-off)한다. 일반적으로 멀티 채널 오디오 시스템(100)에서 리어 채널의 정보는 프런트 채널의 정보에 비해 중요도가 덜하다. 따라서, 원 신호에 비해 다소 손실이 있더라도 사용자는 잘 느끼지 못한다. 따라서, 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 리어 채널의 미소 음량 오디오 신호를 컷-오프함으로써 사용자에게 불편을 주지 않으면서 전력 소모를 낮출 수 있다. 구체적인 동작 방법은 후술하기로 한다.
부스터(125)는 압축부(120)에서 생성된 프런트 채널 PWM 신호 및 리어 채널 PWM 신호를 각각 기 설정된 레벨만큼 부스팅시킨다. 부스터(125)는 출력 전원 레벨을 조정하기 위해 포락선을 검출하기 위해 사용된다. 예를 들어, 기 설정된 레벨은 6dB로 설정될 수 있다. 포락선 검출부(130)는 부스터(125)에서 부스팅된 PWM 신호에 기초하여 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호의 포락선을 검출한다.
전원 제어부(135)는 포락선 검출부(130)에서 검출된 포락선에 기초하여 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호의 출력 레벨을 추정한다. 추정된 출력 레벨에 따라 프런트 채널 및 리어 채널 출력을 위한 출력 전원 값을 설정한다. 또한, 전원 제어부(135)는 노이즈 게이트부(115) 및 압축부(120)의 전원 레벨을 설정할 수 있다. 전원 공급부(140)는 전원 제어부(135)에서 설정된 전원 값에 따라 가변적인 전원을 증폭부(150)에 공급한다.
신호 조정부(145)는 노이즈 게이트부(115)가 동작하는 구간 전후의 기 설정된 구간에서 오디오 신호가 점진적으로 변화하도록 조정한다. 본 발명의 일 실시예로서 멀티 채널 오디오 시스템(100)의 각 구성부는 프런트 채널 신호 및 리어 채널 신호를 모두 처리하는 것으로 설명하였다. 그러나, 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 동일한 기능을 수행하는 복수의 구성부를 포함하여 각각 프런트 채널 신호와 리어 채널 신호를 개별적으로 처리할 수 있다. 각 구성부의 구체적인 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티 채널 오디오 시스템의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 도 2에서 설명한 구성과 유사하다. 다만, 포락선의 검출은 아날로그 신호 또는 디지털 신호 형태의 입력 레벨 정보로부터 이루어질 수도 있다. 즉 도 3에서 도시된 바와 같이, 아날로그 신호 또는 디지털 신호가 노이즈 게이트부(115)로 입력될 수 있으며, 펄스 폭 변조부(110)는 증폭부(150) 바로 앞에 위치하여 펄스 폭 변조 신호를 생성할 수 있다. 다른 구성부의 역할은 도 2에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3에서는 프런트 스피커와 리어 스피커를 포함하여 설명하였다. 그러나, 스피커는 별도로 판매되는 점을 고려할 때, 프런트 스피커(160)와 리어 스피커(170)는 본 발명에서 제외될 수 있다. 또한, 저전력 설계를 위한 본 발명의 구성부는 프런트 스피커(160) 또는 리어 스피커(170)에 포함되어 구성될 수도 있다.
아래에서는 입력된 오디오 신호를 펄스 폭 변조를 수행하는 과정에 대해서 설명한다.
도 4는 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 일 실시 예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 펄스 폭 변조부(110)는 오디오 신호(51)와 캐리어 신호(53)를 입력받는다. 도 4에서는 톱니파 형태의 캐리어 신호(53)를 예로 들었다. 그러나, 캐리어 신호(53)는 입력 오디오 신호의 레벨 또는 공급되는 전원 레벨에 따라 다양한 형태로 입력될 수 있다. 또는, 캐리어 신호(53)는 톱니파를 기반으로 입력 오디오 신호의 레벨 또는 공급되는 전원 레벨에 따라 기 설정된 레벨을 기준으로 변형되어 입력될 수도 있다.
펄스 폭 변조부(110)는 입력 오디오 신호(51)의 레벨과 캐리어 신호(53)의 레벨을 비교한다. 입력 오디오 신호(51)의 레벨이 캐리어 신호(53)의 레벨보다 높으면 하이(high) 레벨 PWM 신호를 출력할 수 있다. 입력 오디오 신호(51)의 레벨이 캐리어 신호(53)의 레벨보다 낮으면 로우(low) 레벨 PWM 신호를 출력할 수 있다.
즉, 캐리어 신호(53)를 기준으로 입력 오디오 신호(51) 레벨이 낮은 t1 에서 t2 구간에서는 로우 레벨 PWM 신호를 출력하고, 입력 오디오 신호(51) 레벨이 높은 t2 에서 t3 구간에서는 하이 레벨 PWM 신호를 출력할 수 있다.
출력되는 PWM 신호의 면적은 입력 신호의 레벨(또는 에너지)에 비례하므로 PWM 신호의 면적으로부터 입력 오디오 신호가 검출될 수 있다. 일반적으로 PWM 신호의 최대 값은 공급되는 전원 값으로 설정되어 있다. 공급되는 전원 값은 멀티 채널 오디오 시스템(100)에서 출력 가능한 최대 레벨로 설정되어 있다. 그러나, 입력 오디오 신호는 출력 가능한 최대 레벨까지 올라가는 경우가 거의 없는 반면, 최대 레벨 범위에서 PWM 신호가 스위칭됨으로써 전력의 스위칭 로스(loss)가 발생하게 된다. 따라서, 펄스 폭 변조 신호를 압축함으로써 PWM 신호의 스위칭 로스(loss)를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 폭 변조 신호를 압축하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5의 (1)에 따르면, 일반적인 입력 오디오 신호(55a)와 펄스 폭 변조 신호가 도시되어 있다. 입력 오디오 신호(55a)는 1/2 파장에 해당하는 부분에 대해서만 도시하였다. 상술한 바와 같이, PWM 신호의 최대 값(11a)은 멀티 채널 오디오 시스템(100)에서 출력 가능한 최대 레벨로 설정되어 있다. PWM 신호의 폭은 입력 오디오 신호의 레벨에 비례한다. 즉, 입력 오디오 신호가 상승하는 부분의 레벨은 상대적으로 낮으므로 PWM 신호의 폭이 좁다(71). 입력 오디오 신호가 최고 레벨이 되는 부분에서는 PWM 신호의 폭이 넓다(73).
도 5의 (1)에서는 PWM 신호의 최대 값(11a)과 입력 오디오 신호의 최고 레벨 사이에는 많은 격차가 존재한다. 따라서, 압축부(120)는 PWM 신호의 최대 값을 낮춤으로써 PWM 신호의 스위칭 로스(loss)를 줄일 수 있다.
도 5의 (2)는 PWM 신호를 제1 압축 강도로 압축한 실시 예를 도시하였다. 본 발명에서 제1 압축 강도는 입력 오디오 신호가 왜곡되지 않는 정도로 압축하는 비율을 의미한다. 도 5의 (2)에 따르면 PWM 신호의 최대 값(11b)은 입력 오디오 신호의 최고 레벨에 근접해 있다. PWM 신호의 면적은 입력 오디오 신호의 레벨(또는 에너지)을 의미한다. 따라서, PWM 신호의 최대 값(11b)이 낮아지더라도 입력 오디오 신호의 레벨을 유지하기 위해서 압축부(120)는 PWM 신호의 폭을 일정 비율 넓혀야 한다. 예를 들어, 최초 PWM 신호의 최대 값이 10V, 폭이 1초라면 면적은 10V·s가 된다. 낮아진 PWM 신호의 최대 값이 5V라면 동일한 면적을 유지하기 위해서 PWM 신호의 폭은 2초가 되어야 한다. 이 경우 PWM 신호의 스위칭은 10V 범위 내에서 이루어지다가 5V 범위 내에서 이루어지게 되므로 스위칭 로스(loss)는 줄어든다. 그리고, PWM 신호의 폭은 동일하게 유지되므로 입력 오디오 신호는 원상태를 유지할 수 있다.
도 5의 (3)은 PWM 신호를 제2 압축 강도로 압축한 실시 예를 도시하였다. 본 발명에서 제2 압축 강도는 기 설정된 비율로 입력 오디오 신호(55b)의 왜곡을 허용하여 압축하는 비율을 의미한다. 도 5의 (3)을 참조하면, PWM 신호의 최대 값(11c)은 도 5의 (2)의 PWM 신호의 최대 값(11b)보다 더 낮다. 이에 따라, 스위칭 로스는 더 줄일 수 있다. 상술한 바와 유사하게, 도 5의 (3)에 도시된 PWM 신호의 폭(79)은 도 5의 (2)에 도시된 PWM 신호의 폭(75)보다 더 넓다. 그러나, 입력 오디오 신호가 최고 레벨인 부분에서는 도 5의 (3)에 도시된 PWM 신호의 폭(81)과 도 5의 (2)에 도시된 PWM 신호의 폭(77)이 거의 동일하다. 따라서, 입력 오디오 신호가 최고 레벨인 부분에서는 도 5의 (2)의 PWM 신호의 면적(77)보다 도 5의 (3)의 PWM 신호의 면적(81)이 작다. 즉, 입력 오디오 신호(55b)의 왜곡이 발생한다. 입력 오디오 신호의 왜곡 허용 비율은 멀티 채널 오디오 시스템(100)의 성능 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 입력 오디오 신호의 최고 레벨을 기준으로 20%의 왜곡 허용 비율이 설정될 수 있다.
PWM 신호의 최대 값(11b, 11c)는 입력 오디오 신호에 따라 변화할 수 있다. 그러나, 출력 오디오 신호에 영향을 주지 않도록 가청 대역 밖의 변화율(주파수)로 변화될 수 있다.
상술한 바와 같이, 리어 채널은 프론트 채널에 비해 정보의 중요성이 상대적으로 떨어진다. 또한, 리어 채널의 오디오 신호에 대해 다소 왜곡이 발생하더라도 사용자는 이러한 오디오 신호의 변형을 느끼지 못한다. 따라서, 도 5의 (3)에서 설명한 왜곡을 허용한 PWM 신호의 압축은 리어 채널로 출력되는 오디오 신호에 대해 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 과정을 수행한 오디오 신호를 설명하는 도면이다.
도 6의 (1)은 압축 과정이 수행되지 않은 리어 채널 오디오 신호의 출력을 도시하였다. 제1 오디오 신호 영역(41)은 진폭이 큰 오디오 신호를 포함하고 있다. 동일한 오디오 신호에 대해 압축 과정을 수행하여 원상태 오디오 신호와 비교해 본다.
도 6의 (2)는 도 5의 (3)에서 설명한 압축을 수행하여 리어 채널로 출력되는 파형을 도시하였다. 도 6의 (2)를 참조하면 진폭이 크지 않은 대부분의 오디오 신호는 도 6의 (1)에서 도시된 오디오 파형과 동일하다. 그러나, 제2 오디오 신호 영역(42)은 제1 오디오 신호 영역(41)과 차이가 있다. 즉, 제2 오디오 신호 영역(42)은 일정 레벨 이상 진폭을 가지는 오디오 신호가 포함되어 있지 않다. 또한, 제1 오디오 신호 영역(41)의 오디오 신호에 비해 좌우로 넓게 퍼져 있다. 도시된 파형으로는 원상태 오디오 신호에 비해 많은 부분이 왜곡되어 있는 것으로 보일 수도 있지만, 사용자의 청취에 있어서는 유사한 음감을 느낄 수 있다. 또한, 보조적인 역할을 수행하는 리어 채널로 압축된 오디오 신호가 출력되기 때문에 사용자는 음감의 왜곡을 거의 느낄 수 없다. 반면에, PWM 신호의 스위칭 로스를 줄일 수 있기 때문에 멀티 채널 오디오 시스템(100)의 전력 소비는 절감할 수 있다. 멀티 채널 오디오 시스템(100)에서 전력 소비를 줄이는 다른 실시 예로서 미소 음량을 제거하는 방법이 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소 음량을 제거하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7의 (1)을 참조하면, 오디오 신호(57)가 입력된다. 입력된 오디오 신호(57)는 다양하게 변화한다. 그리고, 일정 레벨 이하의 오디오 신호가 연속되는 미소 음량 구간(13a)도 존재한다. 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 미소 음량 구간(13a)의 오디오 신호를 제거하고 리어 채널로 출력하더라도 사용자의 청취에 큰 영향을 주지 않는다.
노이즈 게이트부(115)는 기 설정된 레벨 이하의 미소 음량이 입력되면 컷 오프(cut-off)시켜 무음으로 만든다. 예를 들어, 기 설정된 레벨은 -30dBFs 로 설정될 수 있고, 사용자에 의해 설정되도록 할 수도 있다.
도 7의 (2)를 참조하면, 노이즈 게이트 동작이 수행된 오디오 신호가 도시되어 있다. 일정 레벨 이하의 미소 음량 구간(13a)은 노이즈 게이트부(115)에 의해 무음 구간(13b)으로 되었다. 일정 구간의 오디오 신호가 무음이 됨으로써 멀티 채널 오디오 시스템(100)의 전력 소비는 절감될 수 있다.
그러나, 사용자는 무음 구간의 전후에서 소리의 부자연스러움을 느낄 수 있다. 따라서, 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 무음 구간 전후 일정 구간(15a,15b)에서 신호 조정을 할 수 있다. 즉, 신호 조정부(145)는 노이즈 게이트부(115)가 동작하는 구간 전의 기 설정된 구간(15a)에서는 오디오 신호를 점진적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 노이즈 게이트부(115)가 동작한 구간 후의 기 설정된 구간(15b)에서는 오디오 신호를 점진적으로 증가시킬 수 있다. 오디오 신호의 점진적 증가 또는 감소는 오디오 신호의 이득(gain)을 조정하여 수행될 수 있다. 즉, 신호 조정부(145)는 노이즈 게이트부(115)의 동작이 감지되면 이득을 점진적으로 감소시켜 무음 구간으로 진입하도록 할 수 있다. 또한, 노이즈 게이트부(115)의 동작이 중단되면 이득을 점진적으로 증가시켜 원상태의 오디오 신호 구간으로 진입할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 구간은 1초 또는 2초와 같이 절대적인 시간으로 설정될 수 있고, 오디오 신호의 이득의 감소 또는 증가 비율을 세팅하여 설정될 수도 있다.
오디오 신호는 다이내믹(dynamic)하게 변화한다. 따라서, 노이즈 게이트부(115)의 컷 오프 기준이 하나의 값으로 설정되면 빈번하게 노이즈 게이트부(115)가 동작할 수 있다. 따라서, 히스테리시스 윈도우(hysteresis window) 방식이 적용될 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 히스테리시스 윈도우 방식이 적용된 노이트 게이트부의 동작을 설명하는 도면이다. 히스테리시스 윈도우 방식이란 상대적으로 높은 제1 레벨과 상대적으로 낮은 제2 레벨을 설정하고, 신호가 상승하는 경우에는 제1 레벨에서 트리거(trigger)되고, 신호가 하강하는 경우에는 제2 레벨에서 트리거되도록 동작하는 방식이다.
도 8을 참조하면, 상대적으로 높은 제1 레벨(17)과 낮은 제2 레벨(19)이 설정된다. 입력된 오디오 신호(59)가 제1 레벨(17) 이상으로 상승하면 노이즈 게이트부(115)는 오디오 신호 구간으로 동작한다. 입력된 오디오 신호(59)가 제2 레벨(19) 이하로 하강하면 노이즈 게이트부(115)는 무음 구간으로 동작한다.
구체적으로, t4에서 t5 구간에서는 입력 오디오 신호(59)가 제1 레벨(17) 이상으로 상승하여 제2 레벨(19) 이하로 하강하지 않는다. 따라서, 노이즈 게이트부(115)는 오디오 신호 구간으로 동작한다. t5에서 t6 구간에서는 입력 오디오 신호(59)가 제2 레벨(19) 이하로 하강하여 제1 레벨(17) 이상으로 상승하지 않는다. 따라서, 노이즈 게이트부(115)는 무음 구간으로 동작한다. 상술한 과정을 통해 멀티 채널 오디오 시스템(100)은 전력 소비를 줄일 수 있다.
전력 소비를 줄이는 또 다른 방법으로 파워 증폭부(150)에 공급되는 전원 레벨을 오디오 신호에 따라 가변하는 방법이 있다. 오디오 신호에 따라 공급 전원 레벨을 가변하기 위해서는 오디오 신호의 포락선 검출이 필요하다. 아래에서 오디오 신호의 포락선을 검출하고 전력을 제어하는 방법에 대해서 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스팅 과정을 설명하는 도면이다. 증폭부(150)에 적절한 레벨의 전원을 공급해주기 위해 전원 공급부(140)는 미리 제어되어야 한다. 그리고, 공급 전원 레벨은 출력하려는 오디오 신호 레벨보다 더 높게 유지되어야 한다.
도 9를 참조하면, 입력 오디오 신호(61)가 부스터(145)로 입력된다. 부스터(145)는 기 설정된 레벨로 오디오 신호(61)를 부스팅시키는 증폭기(145a)를 포함한다. 입력 오디오 신호(61)는 부스팅을 위한 증폭기(145a)를 통해 기 설정될 레벨로 부스팅된다.
입력된 오디오 신호(61)과 부스팅된 오디오 신호(63)은 동일한 형태를 가진다. 그러나, 입력된 오디오 신호(61)의 변화율보다 부스팅된 오디오 신호(63)의 변화율이 크기 때문에 부스팅된 오디오 신호(63)는 항상 입력된 오디오 신호(61)보다 높은 값을 가질 수 있다. 도 8에서는 부스팅 레벨이 6dB로 설정된 실시 예에 대해서 설명하였다. 그러나, 부스팅 레벨은 멀티 채널 오디오 시스템(100)의 성능 등에 따라 적절한 레벨로 설정될 수 있다.
부스팅된 오디오 신호(63)는 포락선 검출부(130)로 입력된다. 포락선 검출부(130)는 전력 제어를 위해 부스팅된 오디오 신호(63)로부터 포락선을 검출한다. 전원 제어부(135)는 검출된 포락선을 이용하여 전력을 제어한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포락선 검출을 통한 전력 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 10의 (1)을 참조하면, 일반적인 증폭기 공급 전원 레벨(21)과 출력 오디오 신호(65)가 도시되어 있다. 일반적인 증폭기 공급 전원 레벨(21)은 멀티 채널 오디오 시스템(100)의 최대 출력 레벨로 고정되어 있다. 따라서, 출력 오디오 신호(65)와 증폭기 공급 전원 레벨(21)간의 차이만큼 불필요한 전력 소모가 발생한다.
도 10의 (2)를 참조하면, 출력 오디오 신호(65)를 기반으로 검출된 포락선(23)이 도시되어 있다. 오디오 신호는 변화가 매우 심하기 때문에 가청대역 밖의 변화율(주파수)로 전원을 선택 또는 가변하기 위해서 포락선 신호를 생성한다. 전원 제어부(135)는 포락선 신호 레벨에 따라 증폭부(150)로 출력하는 전원 값을 설정하고, 전원 공급부(140)는 설정된 전원 레벨 값에 따라 가변적인 전원을 증폭부(150)로 공급한다.
즉, 증폭부 공급 전원 레벨은 출력 오디오 신호(65)의 변화에 따라 가변되지만 가청대역 밖의 주파수로 변화한다. 따라서 사용자는 증폭부 공급 전원 레벨의 변화를 감지할 수 없고, 멀티 채널 오디오 시스템(100)의 전력 소비는 줄일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
멀티 채널 오디오 시스템은 PWM 신호를 생성한다(S1110). PWM 신호는 다양한 형태의 캐리어 신호와 입력 오디오 신호를 비교하여 생성한다. 오디오 신호의 포락선을 검출하고 포락선에 따라 제1 압축 강도로 압축한 프런트 채널 PWM 신호와 제1 압축 강도보다 높은 제2 압축 강도로 압축한 리어 채널 PWM 신호를 생성한다(S1120). 제1 압축 강도는 입력 오디오 신호가 왜곡되지 않고 원상태 신호를 유지할 수 있는 정도로 압축하는 비율을 의미하고, 제2 압축 강도는 기 설정된 비율로 입력 오디오 신호의 왜곡을 허용하여 압축하는 비율을 의미한다.
프런트 채널 오디오 신호와 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭한다(S1130). 프런트 채널 오디오 신호와 리어 채널 오디오 신호를 출력한다(S1140). 멀티 채널 오디오 시스템은 프런트 채널 오디오 신호와 리어 채널 오디오 신호의 처리를 각각 다른 구성부에서 수행할 수도 있다. 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법에 관한 구체적인 설명은 상술하였으므로 생략하기로 한다.
상술한 다양한 실시 예에 따른 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법은 프로그램으로 구현되어 멀티 채널 오디오 시스템에 제공될 수 있다.
일 예로, 캐리어 신호 및 오디오 신호를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 단계, 상기 PWM 신호를 이용하여 상기 오디오 신호의 포락선을 검출하고, 상기 포락선에 따라 상기 PWM 신호를 제1 압축 강도로 압축시켜 프런트 채널 PWM 신호를 생성하고, 상기 PWM 신호를 상기 제1 압축 레벨보다 높은 제2 압축 강도로 압축시켜 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 단계, 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호로부터 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭하는 단계 및 증폭된 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호를 출력하는 단계를 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 멀티 채널 오디오 시스템
110 : 펄스 폭 변조부 115 : 노이즈 게이트부
120 : 압축부 125 : 부스터
130 : 포락선 검출부 135 : 전원 제어부
140 : 전원 공급부 145 : 신호 조정부
150 : 증폭부
160 : 프런트 스피커 170 : 리어 스피커

Claims (12)

  1. 멀티 채널 오디오 시스템에 있어서,
    캐리어 신호 및 오디오 신호를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 펄스폭 변조부;
    상기 PWM 신호를 이용하여 상기 오디오 신호의 포락선을 검출하고, 상기 포락선에 따라 상기 PWM 신호를 제1 압축 강도로 압축시켜 프런트 채널 PWM 신호를 생성하고, 상기 PWM 신호를 상기 제1 압축 레벨보다 높은 제2 압축 강도로 압축시켜 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 압축부;
    상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호로부터 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭하는 증폭부;
    증폭된 상기 프런트 채널 오디오 신호를 출력하는 프런트 스피커부; 및
    증폭된 상기 리어 채널 오디오 신호를 출력하는 리어 스피커부;를 포함하는 멀티 채널 오디오 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압축 강도는,
    상기 포락선을 따라 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 프런트 채널 오디오 신호가 비 왜곡 상태로 출력될 수 있도록 설정된 압축 강도이고,
    상기 제2 압축 강도는 스위칭 로스의 감소율 및 상기 리어 채널 오디오 신호의 왜곡 정도를 고려하여 설정된 비율에 따라 상기 PWM 신호를 압축하도록 설정된 압축 강도인 것을 특징으로 하는 멀티 채널 오디오 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축부는,
    상기 비율에 의해 전원 공급 레벨을 결정하여 상기 리어 채널 오디오 신호의 크기가 상기 전원 공급 레벨 이상이면 상기 리어 채널 오디오 신호가 상기 전원 공급 레벨 미만으로 왜곡되도록 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 멀티 채널 오디오 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압축부에서 생성된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호를 각각 부스팅시키는 부스터;
    부스팅된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선을 검출하는 포락선 검출부;
    상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 출력 레벨을 추정하여 프런트 채널 출력을 위한 제1 출력 전원 값 및 리어 채널 출력을 위한 제2 출력 전원 값을 설정하는 전원 제어부; 및
    상기 제1 출력 전원 값 및 상기 제2 출력 전원 값에 따라 가변적인 전원을 상기 증폭부로 공급하는 전원 공급부;를 더 포함하는 멀티 채널 오디오 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    기 설정된 레벨 이하의 오디오 신호가 입력되면, 상기 설정 레벨 이하의 오디오 신호를 컷-오프(cut-off)하는 노이즈 게이트부;를 더 포함하는 멀티 채널 오디스 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노이즈 게이트부가 동작하는 구간 전의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 감소시키고, 상기 노이즈 게이트부가 동작하는 구간 후의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 증가시키는 신호 조정부;를 더 포함하는 멀티 채널 오디오 시스템.
  7. 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법에 있어서,
    캐리어 신호 및 오디오 신호를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 단계;
    상기 PWM 신호를 이용하여 상기 오디오 신호의 포락선을 검출하고, 상기 포락선에 따라 상기 PWM 신호를 제1 압축 강도로 압축시켜 프런트 채널 PWM 신호를 생성하고, 상기 PWM 신호를 상기 제1 압축 레벨보다 높은 제2 압축 강도로 압축시켜 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 단계;
    상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호로부터 프런트 채널 오디오 신호 및 리어 채널 오디오 신호를 각각 필터링하여 증폭하는 단계; 및
    증폭된 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 압축 강도는,
    상기 포락선을 따라 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 프런트 채널 오디오 신호가 비 왜곡 상태로 출력될 수 있도록 설정된 압축 강도이고,
    상기 제2 압축 강도는 스위칭 로스의 감소율 및 상기 리어 채널 오디오 신호의 왜곡 정도를 고려하여 설정된 비율에 따라 상기 PWM 신호를 압축하도록 설정된 압축 강도인 것을 특징으로 하는 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 단계는,
    상기 비율에 의해 전원 공급 레벨을 결정하여 상기 리어 채널 오디오 신호의 크기가 상기 전원 공급 레벨 이상이면 상기 리어 채널 오디오 신호가 상기 전원 공급 레벨 미만으로 왜곡되도록 상기 PWM 신호를 압축시켜 상기 리어 채널 PWM 신호를 생성하는 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    생성된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호를 각각 부스팅시키는 단계;
    부스팅된 상기 프런트 채널 PWM 신호 및 상기 리어 채널 PWM 신호에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선을 검출하는 단계;
    상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 포락선에 기초하여 상기 프런트 채널 오디오 신호 및 상기 리어 채널 오디오 신호 각각의 출력 레벨을 추정하여 프런트 채널 출력을 위한 제1 출력 전원 값 및 리어 채널 출력을 위한 제2 출력 전원 값을 설정하는 단계; 및
    상기 제1 출력 전원 값 및 상기 제2 출력 전원 값에 따라 가변적인 전원을 공급하는 단계;를 더 포함하는 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    기 설정된 레벨 이하의 오디오 신호가 입력되면, 상기 설정 레벨 이하의 오디오 신호를 컷-오프(cut-off)하는 단계;를 더 포함하는 멀티 채널 오디스 시스템의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오디오 신호가 컷-오프되는 구간 전의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 감소시키고, 상기 오디오 신호가 컷-오프되는 구간 후의 기 설정된 구간에서는 오디오 신호를 점진적으로 증가시키는 단계;를 더 포함하는 멀티 채널 오디오 시스템의 제어 방법.
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