KR20140089424A

KR20140089424A - 라우드스피커 환경의 기생 진동을 감소시키는 방법 및 연관된 처리 장치

Info

Publication number: KR20140089424A
Application number: KR1020147015360A
Authority: KR
Inventors: 프레데릭 아마듀; 또마 에스노; 알렉쌍드르 쎄니에르
Original assignee: 아르카미스
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-07-14
Also published as: CN104115510B; FR2982404A1; EP2777299B1; CN104115510A; FR2982404B1; WO2013068359A1; EP2777299A1; US20140301568A1; US9443502B2

Abstract

본 발명은, 본질적으로 라우드스피커 환경의 기생 진동들을 감소시키면서, 차단 주파수(fc)를 갖는 이러한 라우드스피커(HP)에 의한 처리 이후에 브로드캐스팅되도록 의도된, 오리지널 음향 신호라고 지칭되는 전기 음향 신호(S1)의 저주파들을 인지하는 것을 유지하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은, - 진동 주파수 대역이라고 지칭되며, 또한 라우드스피커(HP)가 진동하도록 하는 주파수 대역을 식별하는 단계; - 상한으로서 라우드스피커(HP)의 차단 주파수(fc)에 근접한 주파수를 갖는 오리지널 음향 신호(S1)의 저주파 대역(S2)을 분리하는 단계; - 오리지널 음향 신호(S3)의 분리된 저주파 대역(S2)으로부터 적어도 하나의 고조파 신호(S3)를 생성하는 단계; - 오리지널 음향 신호(S2)와 고조파 신호(S4)를 결합하여 재결합된 신호(S6)를 획득하는 단계; 및 - 재결합된 신호(S6)로부터 진동 주파수 대역을 제거하여 라우드스피커(HP)에 의해 브로드캐스팅될 수 있는 신호를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

라우드스피커 환경의 기생 진동을 감소시키는 방법 및 연관된 처리 장치{METHOD FOR REDUCING PARASITIC VIBRATIONS OF A LOUDSPEAKER ENVIRONMENT AND ASSOCIATED PROCESSING DEVICE}

차량 음향 분야에서, 라우드스피커에 기계적으로 및/또는 음향적으로 부착된 구조물들(도어 패널, 방수 막, 대시보드) 및 다양한 물체들(케이블, 나사)의 원치않는 가청(audible)의 기생 진동은 "래틀링 노이즈(rattling noise)" 또는 "래틀 노이즈(rattle noise)"라고 지칭된다. 기계적으로 및/또는 음향적으로 부착된 물품들은 본 명세서에서 소위 라우드스피커 환경에 속한다.

이러한 현상은 라우드스피커가 가청 저주파들을 방출할 때 주로 발생한다. 이러한 소음은 구조물 내에서의 래틀링 또는 구조물 내에 갇힌 작은 물체들의 진동들과 유사하다. 일반적으로 이러한 소음을 감소시키기 위해,

- 진동 마운트(vibration mount), 폼(foam) 조각들 또는 스페이서를 삽입함으로써 구조물과 라우드스피커를 기계적으로 분리할 수 있고,

- 폼 블록들을 삽입하거나 또는 접합부에서 기계적인 연결들을 감소시킴으로써 구조물들을 기계적으로 서로 분리할 수 있고,

- 일부 모드들의 공진 주파수들을 시프트하기 위해 강성, 질량, 및 마찰력을 포함하는, 구조물들의 기계적인 특성들을 변경시킬 수 있고,

- 라우드스피커의 음장(sound field)의 근접성으로 인해 진동하고 또한 표면과 접촉하여 소음을 생성할 수 있는 물품들을 제거할 수 있다.

문헌 US 2002 015255는 크기가 너무 작아서 저주파들을 재생할 수 없는 라우드스피커에 적용가능한 "저역 보상(low compensation)"이라 명명되는 방법을 기술한다. 이러한 방법은 라우드스피커 자체에 의해 음향이 왜곡되지 않으면서 풍부한 저음향을 생성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 래틀 노이즈를 감소시키고 브로드캐스트 신호로부터의 저주파에 대한 인지(perception)를 유지할 수 있게 하는 방법 및 연관된 처리 장치에 관한 것이다.

본 발명은 디지털 텔레비전, 차량 라디오, 및 MP3 플레이어 등의 음향 브로드캐스팅 장비 분야에서 특히 유리한 애플리케이션을 갖는다.

라우드스피커가 차단 주파수(cut-off frequency) 아래의 특정 주파수 대역에서 동작하는 경우, 라우드스피커가 포함되어 있는 환경 내에 위치한 물체는 진동을 시작하기 쉬운데, 이는 듣기에 불쾌한 음향(전술한 "래틀 노이즈")을 발생시킬 수 있다. 이러한 주파수 대역은 본 명세서에서 "진동 주파수 대역(vibration frequency band)"이라 지칭된다. 또한, 라우드스피커의 차단 주파수는 라우드스피커의 고유한 특징들에 의존한다.

이러한 진동 현상을 회피하기 위한 공지된 방법은 브로드캐스팅될 신호에서 원하지 않는 진동을 유발하는 진동 주파수 대역을 제거하는 것이다. 그러나, 이러한 방법의 문제점은 오리지널 작품(original work)의 저주파 콘텐츠를 제거하여 청취자에게 인지되는 방식을 변형시킨다는 것이다.

발명의 목적

본 발명의 목적은 라우드스피커 환경의 기생 진동(parasitic vibration)을 감소 또는 제거하면서 오리지널 음향 신호의 저주파에 대한 인지를 유지하는 방법을 제시함으로써 이러한 문제점을 극복하는 것이다.

따라서, 진동 주파수 대역을 제거하기 전에, 오리지널 신호의 저주파 부분으로부터 고조파(harmonics)가 생성되어, 라우드스피커에 의해 복원(restore)될 수 있는 음향 신호에 도입된다. 이러한 방식으로, 청취자는 뇌에 의해 수행되는 음향 재구성에 의해, 제거된 저주파 부분으로부터의 음향을 인지할 것이다.

본 발명은, 차단 주파수를 갖는, 라우드스피커에 의한 프로세싱 이후에 브로드캐스팅되도록 의도된 전기 음향 신호(오리지널 음향 신호)의 저주파들에 대한 인지를 유지하면서 라우드스피커 환경의 기생 진동들을 감소시키는 방법에 관한 것으로서,

- 진동 주파수 대역이라고 지칭되는, 라우드스피커가 진동하게 하는 주파수 대역을 식별하는 단계,

- 상한으로서 라우드스피커의 차단 주파수에 근접한 주파수를 갖는 오리지널 음향 신호의 저주파 대역을 분리(isolate)하는 단계,

- 오리지널 음향 신호의 분리된 저주파 대역으로부터 적어도 하나의 고조파 신호를 생성하는 단계,

- 오리지널 음향 신호와 고조파 신호를 결합하여 재결합된 신호를 획득하는 단계,

- 재결합된 신호(S6)로부터 진동 주파수 대역을 제거하여 라우드스피커(HP)에 의해 브로드캐스팅될 수 있는 신호를 획득하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 방법은 라우드스피커의 차단 주파수 아래에 위치한 일부 고조파들이 라우드스피커에 의한 브로드캐스팅을 위해 라우드스피커의 이러한 차단 주파수를 넘어서 오프셋(offset)되도록, 고조파 신호의 주파수 스펙트럼의 라인들을 빈번하게 오프셋하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 방법은 진동 주파수 대역 주위에 위치한 재결합된 신호의 스펙트럼 라인들의 인지된 파워(power)를 증가시키도록, 진동 주파수 대역을 제거한 후에 상기 재결합된 신호의 저주파 부분의 다이나믹(dynamic)을 압축하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 방법은 복수의 고조파 신호들을 생성하고 이들 고조파 신호들을 결합하여 전역적 고조파 신호라고 지칭되는 하나의 신호를 획득하는 단계를 포함하며, 이러한 전역적 고조파 신호는 오리지널 음향 신호와 결합하여 재결합된 신호가 획득된다.

일 실시예에 따르면, 본 방법은 오리지널 음향 신호의 저주파 대역으로부터 이전에 생성된 고조파 신호로부터 적어도 하나의 고조파 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 고조파 신호에 포함된 고조파들을 생성하기 위해서, 본 방법은 저주파 대역으로부터 신호의 네거티브 부분을 제거하거나 또는 일시적으로 보정하는 단계 및 그에 따라 생성된 연속적인 성분(continuous component)을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 음향 신호를 처리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 적절한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 첨부된 도면을 고려하여 이하의 발명의 상세한 설명을 읽는 경우에 보다 잘 이해될 것이다. 이러한 도면들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로만 제공되는 것이고 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 처리 장치의 주파수 블록들의 개략도이다.
도 2는 수 개의 고조파 타입들이 생성되는 본 발명에 따른 처리 장치의 일 변형 실시예의 주파수 블록들의 개략도이다.
도 3은 라우드스피커에 의해 브로드캐스팅될 음향 신호의 진동 주파수 대역을 추출하는 데에 사용되는 소거 필터(rejection filter)의 프로파일의 개략도이다.
동일하거나, 비슷하거나 또는 유사한 요소들은 도면들에 걸쳐 동일한 참조번호를 유지한다.

도 1은 오리지널 음향 신호 S1이라고 지칭되는 전기 음향 신호에 대한 프로세싱을 수행하는 장치(1)를 도시한다. 장치(1)는 라우드스피커 환경의 진동 현상을 감소시키면서도 신호 S1의 저주파들에 대한 인지를 유지할 수 있도록 한다. 이러한 신호 S1는, 예컨대 스테레오(stereophonic) 신호의 우측 또는 좌측의 음향 신호일 수 있다. 스테레오 신호의 나머지 신호에 대해 유사한 처리가 수행된다. 특히, 장치(1)는 디지털 텔레비전, 차량 라디오 또는 MP3 플레이어와 통합될 수 있다.

따라서, 장치(1)는 오리지널 신호 S1 내의 고조파들의 생성 및 도입을 보장하는 기능 블록들의 세트 A와, "진동 주파수 대역"이라고 지칭되는, 라우드스피커 환경의 진동을 생성하는 오리지널 음향 신호의 저주파 대역의 추출을 보장하는 블록들의 세트 B를 포함한다. 이러한 진동 주파수 대역은 라우드스피커에 가변 주파수 신호를 인가함으로써 그리고 라우드스피커 환경의 진동이 "귀에 의해" 인지되는 주파수 대역을 식별함으로써 오퍼레이터에 의해 식별된다. 이러한 진동 대역은 라우드스피커의 차단 주파수 fc 아래에 위치한다.

보다 구체적으로, 세트 A는 오리지널 저주파 음향 신호 S2를 획득하기 위해 오리지널 신호 S1에 적용되는 저역 필터 FLP1을 포함한다. 일 예에서, 필터 FLP1의 차단 주파수는 대략 100Hz인 라우드스피커 HP의 차단 주파수 fc에 근접한 것이다.

그 후, 신호 S2는 출력으로서 고조파 신호 S3를 생성하는 것을 가능하게 하는 모듈 H1에 입력으로서 인가된다. 신호 S3에 포함된 고조파들은 저주파 음향 신호 S2의 주파수들의 배수이다. 일 예에서, 행 1의 고조파 및 행 2의 고조파만이 유지된다. 이러한 고조파들을 생성하기 위해서, 모듈 H2는, 예컨대 임시 신호 S3의 네거티브 부분을 제거하거나(모듈 H1은 "반파 정류기(Half Wave rectifier)"라고 지칭됨) 또는 임시 신호 S3의 네거티브 부분을 보정한다(모듈 H2는 "전파 정류기(Full Wave rectifier)"라고 지칭됨). "보정"한다는 것은 저주파 음향 신호 S2의 네거티브 값들에 일시적인 포맷으로 -1을 곱하는 것을 의미한다. 그 후, 이렇게 생성된 연속적인 성분은 차단 주파수가 매우 낮은(대략 20Hz) 고역 필터를 사용하여 제거된다.

신호 S3는 라우드스피커 HP의 차단 주파수 fc 아래에 위치한 일부 고조파들이 라우드스피커의 이러한 차단 주파수 fc를 넘어서 오프셋되도록, 고조파 신호 S3의 주파수 스펙트럼 라인들의 주파수 오프셋을 조정하는 모듈 D1에 입력으로서 인가된다. 따라서, 신호 S3의 스펙트럼 라인들 각각의 주파수에 정수 N(바람직하게는 N=2)이 곱해진다. 이것은 생성된 고조파들의 대부분이 라우드스피커 HP의 최적의 기능 대역에 위치하는 것을 보장한다. 우선, 신호 S3는 바람직하게는 모듈 E1을 이용하여 이퀄라이징(equalize)될 것이다. 음향을 프로세싱함으로써, 이퀄라이징은 음향 신호를 구성하는 하나 이상의 주파수 대역들을 감쇠(attenuating) 또는 강조(accentuating)하는 것으로 이루어진다.

그 후, 도면에서 S4로서 참조된 오프셋 고조파 신호는, 감소된 고조파 신호라고 알려진 신호 S5를 획득하기 위해 저역 필터 FLP'1에 의해 필터링된다. 그 후, 필터 FLP'1는 저신호를 복원(restore)하는 데에 사용되지 않는 신호 S4의 고주파 부분에서 고조파를 제거하는 것을 가능하게 한다. 일 예에서, 저역 필터 FLP'1의 차단 주파수는 라우드스피커 HP의 차단 주파수보다 크다. FLP'1의 차단 주파수는 2*fc와 4*fc 사이이거나 또는 이러한 제한 값들 중 하나와 정확하게 동일하다.

지연 모듈 T에 의해 지연되고 모듈 E2에 의해 이퀄라이징된 이후에, 오리지널 신호 S1은, 바람직하게는 모듈 E3에 의해 이퀄라이징된 신호 S5와 함께 입력으로서 결합 장치 C1에 인가된다. 일 예에서, 신호들의 결합은 장치 C1에 입력으로서 인가되는 신호들의 샘플을 하나씩 추가(a sample by sample addition of signals)하는 것으로 구성된다. 적용된 지연 T는 모듈 FLP1, 모듈 H1, 모듈 E1, 모듈 D1 및 모듈 FLP'1에 의한 신호 S1의 처리 시간에 대응한다. 이러한 지연 T는, 예컨대 약 10 샘플들이다.

장치 C1로부터의 출력으로서, 추후 세트 B에 의해 프로세싱되는 신호 S6(재결합된 신호라고 지칭됨)가 얻어지는데, 이는 브로드캐스팅될 음향 신호로부터 진동 주파수 대역의 제거를 보장한다.

보다 구체적으로, 세트 B는 고주파 재결합 신호 S7 및 저주파 재결합 신호를 각각 획득하기 위해 신호 S6에 적용되는 고역 필터 FHPa와 저역 필터 FLPa를 포함한다. 바람직하게는, 필터 FLPa의 차단 주파수와 필터 FHPa의 차단 주파수는 동일하다. 이러한 차단 주파수들은 라우드스피커 HP의 차단 주파수 fc에 근접한 것으로 선택된다.

소거 필터 Frej는 신호 S8로부터 진동 주파수 대역을 제거하기 위해 저주파 재결합 주파수 S8에 적용된다. 이러한 필터 Frej는 그 프로파일이 도 3에서 파선으로 도시되었으며, 이하의 특징들을 갖는다: 중심 주파수 f0, 감쇠 이득 H 및 차단 대역의 폭에 대응하는 품질 계수 Q. 물론, 이러한 값들은 진동 주파수 대역의 진폭 및 이러한 진동 주파수 대역의 폭에 기반하여 조정된다. 일 실시예에서, 약 58Hz 내지 63Hz의 진동 주파수 대역에 대하여 F0 = 60Hz, H = -12dB, Q = 5이다. 일 변형예로서, 소거 필터 Frej는 고역 필터에 의해 대체된다.

소거 필터 Frej로부터의 출력으로서 획득되는 신호 S9는 신호 S9를 압축할 수 있는 모듈 L1에 입력으로서 인가된다. 신호 S9의 압축은 인지된 파워를 증가시키기 위해, 생성된 고조파들을 포함하는 저주파 신호의 다이내믹을 감소시키는 것으로 이루어진다. 그에 따라, 진동 주파수 대역 주위에 위치한 고조파들은 증가된다. 일 실시예에서, 저주파 신호의 다이내믹은 12dB로 압축된다.

모듈 L1로부터의 출력으로서 획득되는 압축 신호 S10 및 고주파 재결합 신호 S7은 합산 메커니즘(summing mechanism) 등의 결합 모듈 C2에 입력으로서 인가된다. 모듈 C2에 입력으로서 인가되기 이전에, 신호 S10은 바람직하게는 모듈 E4를 사용하여 이퀄라이징된다. 일 예에서, 모듈 C2에 의해서 수행되는 신호들의 결합은, 모듈 C1에서와 같이, 장치 C2에 입력으로서 인가되는 신호의 샘플을 하나씩 추가하는 것으로 구성된다. 모듈 C2로부터 출력으로서 획득되는 음향 신호 S11은 브로드캐스팅을 위해 라우드스피커 HP에 입력으로서 인가되는 음향 신호이다.

신호 S1의 저주파 부분으로부터 획득되며 또한 음향 신호로 도입되는 고조파들은 이러한 음향의 일부분(진동 주파수 대역)의 제거에도 불구하고 라우드스피커 HP의 환경에서의 진동을 방지하면서 청취자가 오리지널 음향 신호의 저주파 음향을 인지할 수 있게 할 것이다.

일 변형예로서, 주파수 오프셋 모듈 D1은 화살표로 도시된 바와 같이 고조파 생성 모듈의 상부에 위치할 수 있다.

도 2는 처리 장치의 일 실시예를 도시하는데, 이러한 장치에 따르면 수 개의 타입의 고조파들이 생성된다.

그에 따라, 저역 필터들 FLP1-FLPN과 연관된 수개의 모듈들 H1-HN은 병렬 또는 직렬 연결에 의해 서로 연결되어 있다. 저역 필터들 FLP1-FLP4로부터의 신호들은 각각 S2, S2', S2'' 및 S2'''로 참조된다. 모듈들 H1-H4로부터의 출력으로서 획득되는 고조파 신호들은 각각 S3, S3', S3'', 및 S3'''로 참조된다.

직렬 연결으로 서로 연결된 두 개의 고조파 생성 시스템들 H3 및 H4의 경우, 하부에 접속된 모듈 H4의 고조파 신호 S3'''은 상부에 접속된 모듈 H3에 의해 생성된 고조파 신호 S''로부터 획득된다.

복수의 고조파 생성 시스템들 H1-HN이 사용되는 경우, 바람직하게는 모듈 H1-HN은 다양한 고조파 생성 방법들 또는 적어도 동일한 방법에 대해서는 서로 상이한 조정 파라미터들을 구현한다.

고조파 생성 시스템들 H1-H4로부터의 신호들 S3, S3', S3'' 및 S3'''은 합산 메커니즘들 C1 및 C2와 정확하게 같은 가산 동작을 수행하는 합산 메커니즘 등의 신호 결합 장치 C3에 입력으로서 인가된다. 바람직하게는, 고조파 생성 시스템들 H1-HN으로부터 출력으로서 획득된 신호들 S3, S3', S3'' 및 S3'''는, 또한 결합 장치 C3에 입력으로서 인가되기 전에 모듈들 E1, E5, E6 및 E7을 사용하여 이퀄라이징된다. 전역적 고조파 신호라고 알려진 신호 S3g는 장치 C3으로부터 출력으로서 획득된다.

결합 장치 C3으로부터 출력으로서 획득되는 신호 S3g에 대해 수행되는 후속하는 처리 단계들은 도 1에서의 모듈 H1로부터 출력되는 신호 S3에 대해 수행되는 처리 단계들과 동일하다. 즉, 고조파 생성 모듈들 H1-HN의 수의 증가를 제외하고, 장치(1)의 나머지는 도 1에 도시된 것과 비교했을 때 불변으로 유지된다.

Claims

차단 주파수(fc)를 갖는, 라우드스피커(HP)에 의한 프로세싱 이후에 브로드캐스팅되도록 의도된 전기 음향 신호(S1) - 오리지널 음향 신호라고 지칭됨 - 의 저주파들에 대한 인지(perception)를 유지하면서 라우드스피커 환경의 기생 진동들(parasitic vibrations)을 감소시키는 방법으로서,
진동 주파수 대역이라고 지칭되는, 상기 라우드스피커(HP)가 진동하게 하는 주파수 대역을 식별하는 단계;
상한으로서 상기 라우드스피커(HP)의 상기 차단 주파수(fc)에 근접한 주파수를 갖는 상기 오리지널 음향 신호(S1)의 저주파 대역(S2)을 분리(isolate)하는 단계;
오리지널 음향 신호(S3)의 분리된 저주파 대역(S2)으로부터 적어도 하나의 고조파 신호(S3)를 생성하는 단계;
오리지널 음향 신호(S2)와 고조파 신호(S4)를 결합하여 재결합된 신호(S6)를 획득하는 단계; 및
상기 재결합된 신호(S6)로부터 상기 진동 주파수 대역을 제거하여 상기 라우드스피커(HP)에 의해 브로드캐스팅될 수 있는 신호를 획득하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 라우드스피커(HP)의 상기 차단 주파수(fc) 아래에 위치한 일부 고조파들이 상기 라우드스피커에 의한 브로드캐스팅을 위해 상기 라우드스피커(HP)의 상기 차단 주파수(fc)를 넘어서 오프셋(offset)되도록, 상기 고조파 신호(S3)의 주파수 스펙트럼의 라인들을 빈번하게 오프셋하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 진동 주파수 대역 주위에 위치한 상기 재결합된 신호(S6)의 스펙트럼 라인들의 인지된 파워(power)를 증가시키기 위해, 상기 진동 주파수 대역을 제거한 후에 상기 재결합된 신호(S6)의 저주파 부분의 다이내믹(dynamic)을 압축하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 고조파 신호(S3, S3', S3'', S3''')를 생성하고 상기 고조파 신호들을 결합하여, 전역적 고조파 신호(global harmonic signal)(S3g)로 지칭되는 하나의 신호를 획득하는 단계를 포함하며, 상기 전역적 고조파 신호는 오리지널 음향 신호와 결합하여 상기 재결합된 신호(S6)를 획득하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 오리지널 음향 신호(S1)의 상기 저주파 대역(S2)으로부터 이전에 생성된 고조파 신호(S3'')로부터 적어도 하나의 고조파 신호(S3''')를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고조파 신호(S3, S3', S3'', S3''')에 포함된 고조파들을 생성하기 위해서, 상기 저주파 대역으로부터 상기 신호의 네거티브 부분을 제거하거나 일시적으로 보정하는 단계 및 그렇게 하여 생성된 연속적인 성분을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
음향 신호를 처리하기 위한 장치로서,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 적절한 수단을 포함하는 음향 신호 처리 장치.