KR20150119243A - 다양한 지향에 걸친 라우드스피커의 음색 항상성 - Google Patents

다양한 지향에 걸친 라우드스피커의 음색 항상성 Download PDF

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Abstract

청취 영역에서 음색 항상성을 유지하기 위하여 여러 지향 및 주파수에 걸쳐 라우드스피커 어레이를 구동하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 일 실시예에서, 청취 영역을 설명하는 주파수 독립형 실내 상수는 제1 빔 패턴의 지향 지수, 청취 영역의 청취자의 위치에서의 직접 대 잔향비(direct-to-reverberant ratio: DR), 및 지정된 주파수에서 청취 영역에 대한 추정 잔향 시간 T 60을 이용하여 결정된다. 이 실내 상수에 기초하여, 제2 빔 패턴에 대한 오프셋이 생성될 수 있다. 오프셋은 일정한 음색을 얻기 위한 제1 및 제2 빔 패턴 간의 데시벨 차이를 설명하고 다중 주파수에서 제2 빔 패턴을 조정하는 데 사용될 수 있다. 일정한 음색을 유지하는 것은 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 데 사용된 청취 영역 및 빔 패턴들의 특성에 상관 없이 음질을 개선한다. 다른 실시예들이 또한 기술된다.

Description

다양한 지향에 걸친 라우드스피커의 음색 항상성{TIMBRE CONSTANCY ACROSS A RANGE OF DIRECTIVITIES FOR A LOUDSPEAKER}
본 발명의 실시예는 청취 영역에서 음색 항상성을 유지하기 위하여 여러 지향 및 주파수에 걸쳐 라우드스피커 어레이를 구동하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 다른 실시예들이 또한 기술된다.
본 출원은 2013년 3월 11일에 출원된 미국 가출원 제61/776,648호의 우선 출원일의 이익을 주장한다.
어레이 기반 라우드스피커는 3차원 공간에서 그것의 출력을 다양한 빔 패턴으로 공간적으로 형상화하는 능력을 가진다. 이 빔 패턴들은 방출된 사운드에 대하여 상이한 지향성(예를 들어, 상이한 지향 지수(directivity index))을 정의한다. 라우드스피커 어레이를 구동하는 데 사용되는 각각의 빔 패턴이 변화함에 따라, 음색도 그것에 따라 달라진다. 음색은 사운드의 크기, 피치, 및 듀레이션과 다른 방식으로 매칭되는 소리의 생성의 상이한 유형을 구분하는(예를 들어, 음성과 악기소리의 차이) 음질이다. 일정하지 않은 음색으로 인해 가변적이고 일정하지 않은 사운드가 사용자/청취자에 의해 인지된다.
본 발명의 실시예는 청취 영역에서 음색 항상성을 유지하기 위하여 여러 지향 및 주파수에 걸쳐 라우드스피커 어레이를 구동하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 청취 영역을 설명하는 주파수 독립형 실내 상수(room constant)는 (1) 제1 빔 패턴의 지향 지수, (2) 청취 영역의 청취자의 위치에서의 직접 대 잔향비(direct-to-reverberant ratio: DR), 및 (3) 청취 영역에 대한 추정 잔향 시간 T 60을 이용하여 결정된다. 이 실내 상수에 기초하여, 제2 빔 패턴에 대한 주파수 의존 오프셋이 생성될 수 있다. 오프셋은 청취 영역에서 빔 패턴들 간의 일정한 음색을 얻기 위한 제1 및 제2 빔 패턴 간의 데시벨 차이를 설명한다. 예를 들어, 제2 빔 패턴의 레벨은 제1 빔 패턴의 레벨과 매칭되기 위하여 오프셋만큼 높아지거나 낮아질 수 있다. 오프셋 값들은 빔 패턴들이 일정한 음색을 유지하도록 라우드스피커 어레이에 의해 방출되는 각각의 빔 패턴에 대하여 계산될 수 있다. 일정한 음색을 유지하는 것은 청취 영역의 특성 및 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 데 사용된 빔 패턴들에 상관 없이 음질을 개선한다.
상기 발명의 내용은 본 발명의 모든 태양들의 망라한 목록을 포함하는 것은 아니다. 본 발명이 위에서 요약된 다양한 태양들의 모든 적합한 조합들로부터 실시될 수 있는 모든 시스템들 및 방법들뿐만 아니라, 아래의 상세한 설명에 개시된 것, 특히 출원과 함께 제출된 청구범위에서 지적된 것들을 포함한다는 것이 고려된다. 그러한 조합들은 상기 발명의 내용에서 구체적으로 언급되지 않은 특별한 이점들을 갖는다.
본 발명의 실시예는 첨부 도면의 도면들에 제한으로서가 아니라 예로서 도시되며, 첨부 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다. 본 명세서에서 본 발명의 "일" 또는 "하나의" 실시예에 대한 언급은 반드시 동일한 실시예에 대한 것은 아니고, 적어도 하나를 의미하는 것임에 유의해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 오디오 리시버, 라우드스피커 어레이, 및 청취 디바이스가 있는 청취 영역의 모습을 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 다수의 트랜스듀서가 단일 캐비닛에 하우징된 하나의 라우드스피커 어레이를 도시한다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 다수의 트랜스듀서가 단일 캐비닛에 하우징된 하나의 라우드스피커 어레이를 도시한다.
도 3은 지향 지수 변화에 따른 3 개의 예시적인 폴라 패턴을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 청취 영역에서 직접 및 반사음을 만드는 라우드스피커 어레이를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 오디오 리시버의 기능 단위 블록 다이어그램 및 일부 구성 하드웨어 컴포넌트들을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 다양한 지향 및 주파수에 걸쳐 라우드스피커 어레이의 음색 항상성을 유지하기 위한 방법을 도시한다.
첨부 도면들을 참조하여 기술된 여러 실시예들이 이제 설명된다. 많은 상세 사항들이 기재되지만, 본 발명의 일부 실시예들이 이들 상세 사항이 없이도 실시될 수 있다는 것이 이해된다. 다른 예들에서, 본 설명의 이해를 모호하게 하지 않도록, 잘 알려진 회로, 구조 및 기술들이 상세히 나타나 있지 않았다.
도 1은 오디오 리시버(2), 라우드스피커 어레이(3), 및 청취 디바이스(4)가 있는 청취 영역(1)의 모습을 도시한다. 오디오 리시버(2)는 라우드스피커 어레이(3)에 연결되어, 청취 영역(1)으로 다양한 사운드/빔/폴라 패턴들을 방출하기 위하여 라우드스피커 어레이(3)의 개별적인 트랜스듀서(5)들을 구동할 수 있다. 청취 디바이스(4)는 오디오 리시버(2) 및 라우드스피커 어레이(3)에 의해 만들어지는 사운드를 감지할 수 있고, 이는 아래에서 더 자세히 설명될 것이다.
단일 라우드스피커 어레이(3)가 도시되지만, 다른 실시예들에서 다수의 라우드스피커 어레이(3)들이 오디오 리시버(2)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 3 개의 라우드스피커 어레이(3)가 청취 영역(1)에 위치설정되어 각각 오디오 리시버(2)에 의해 출력되는 한편의 사운드 프로그램 콘텐츠(예를 들어, 음악 또는 영화의 오디오 트랙)의 전방 좌측, 전방 우측, 및 전방 중앙 채널들을 나타낼 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 라우드스피커 어레이(3)는 오디오 리시버(2)에 연결하기 위한 전선 또는 전선관을 포함할 수 있다. 예를 들어, 라우드스피커 어레이(3)는 2 개의 배선 지점을 포함할 수 있고 오디오 리시버(2)는 상보적인 배선 지점을 포함할 수 있다. 배선 지점들은 각각 라우드스피커 어레이(3) 및 오디오 리시버(2)의 후면에 있는 바인딩 포스트 또는 스프링 클립일 수 있다. 전선들을 별도로 둘러싸거나 다른 방식으로 각각의 배선 지점들에 연결하여 라우드 라우드스피커 어레이(3)를 오디오 리시버(2)에 전기적으로 연결한다.
다른 실시예들에서, 라우드스피커 어레이(3)는 어레이(3)와 오디오 리시버(2)가 물리적으로 결합하지 않지만 무선 주파수 접속을 유지하도록 무선 프로토콜을 이용하여 오디오 리시버(2)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 라우드스피커 어레이(3)는 오디오 리시버(2)의 대응하는 WiFi 송신기로부터 오디오 신호를 수신하기 위한 WiFi 수신기를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 라우드스피커 어레이(3)는 오디오 리시버(2)로부터 수신된 무선 오디오 신호를 이용하여 트랜스듀서(5)들을 구동하기 위한 집적 증폭기를 포함할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 라우드스피커 어레이(3)는 아래에서 설명한 기술들에 따라 신호 처리 및 각각의 트랜스듀서(5)를 구동하기 위한 컴포넌트들을 포함하는 단독형 유닛일 수 있다.
도 2a는 다수의 트랜스듀서(5)들이 단일 캐비닛(6)에 하우징된 하나의 라우드스피커 어레이(3)를 도시한다. 이 예에서, 라우드스피커 어레이(3)는 캐비닛(6) 내에서 8 행 및 4 열로 균등하게 정렬된 32 개의 구별되는 트랜스듀서(5)들을 가진다. 다른 실시예들에서, 상이한 수의 트랜스듀서(5)들이 균일 또는 불균일한 간격으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 10 개의 트랜스듀서(5)들이 캐비닛(6)에서 한 줄로 정렬되어 사운드 바 스타일 라우드스피커 어레이(3)를 형성할 수 있다. 납작한 평면 또는 직선으로 정렬되는 것과 같이 도시되지만, 트랜스듀서(5)들은 원호를 따라 구부러진 형태로 정렬될 수 있다.
트랜스듀서(5)들은 전대역 드라이버, 중간대역 드라이버, 서브우퍼, 우퍼, 및 트위터의 임의의 조합일 수 있다. 각각의 트랜스듀서(5)들은 전선 코일(예를 들어, 보이스 코일)이 원통형 자기 갭을 통해 축방향으로 이동하도록 제한하는 가요성 서스펜션을 통해, 단단한 바스켓, 또는 프레임에 연결되는 경량의 진동판, 또는 콘을 사용할 수 있다. 전기적 오디오 신호가 보이스 코일에 인가되면, 보이스 코일의 전류에 의해 자기장이 생성되어, 그것을 가변 전자석으로 만든다. 코일과 트랜스듀서(5)들의 자기 시스템은 상호작용하여, 코일(및 그로 인해 부착된 콘)을 앞뒤로 움직여, 소스(예를 들어, 신호 프로세서, 컴퓨터, 및 오디오 리시버(2))에서 나오는 인가된 전기적 오디오 신호의 제어 하에 사운드를 재생하는 기계적인 힘을 만든다. 다수의 트랜스듀서(5)들이 단일 캐비닛(6)에 하우징되는 것처럼 본 명세서에서 설명하지만, 다른 실시예들에서 라우드스피커 어레이(3)는 캐비닛(6)에 하우징된 단일 트랜스듀서(5)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 라우드스피커 어레이(3)는 단독형 라우드스피커이다.
각각의 트랜스듀서(5)는 개별적으로 그리고 별도로 구동되어 별도의 그리고 별개의 오디오 신호들에 응답하여 사운드를 만들 수 있다. 라우드스피커 어레이(3)의 트랜스듀서(5)들이 상이한 파라미터들 및 설정(딜레이 및 에너지 레벨 포함)에 따라 개별적으로 그리고 별도로 구동되도록 함으로써, 라우드스피커 어레이(3)는 수많은 사운드/빔/폴라 패턴들을 만들어 청취자에게 재생되는 사운드 프로그램 콘텐츠의 각각의 채널들을 재연 또는 더 잘 표현할 수 있다. 예를 들어, 상이한 지향 지수(DI)를 가진 빔 패턴들이 라우드스피커 어레이(3)에 의해 방출될 수 있다. 도 3은 DI의 변화에 따른(왼쪽에서 오른쪽으로 DI가 높아짐) 3 개의 예시적인 폴라 패턴을 도시한다. DI는 데시벨 또는 선형적인 방식(예를 들어, 1, 2, 3 등)으로 표현될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 라우드스피커 어레이(3)는 청취 영역(1)으로 사운드를 방출한다. 청취 영역(1)은, 라우드스피커 어레이(3)가 위치하고 청취자가 라우드스피커 어레이(3)에 의해 방출된 사운드를 듣기 위해 위치설정한 위치이다. 예를 들어, 청취 영역(1)은 집 안의 방 또는 상업적 시설 또는 실외 영역(예를 들어, 원형 극장)일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 라우드스피커 어레이(3)는 청취 영역(1)에서 직접음 및 잔향/반사음을 만들 수 있다. 직접음은, 라우드스피커 어레이(3)에 의해 만들어진, 청취 영역(1)에서 벽, 바닥, 천장, 또는 기타 물체/표면의 반사 없이 목표 위치(예를 들어, 청취 디바이스(4))에 도달하는 소리이다. 대조적으로, 잔향/반사음은 라우드스피커 어레이(3)에 의해 만들어진, 청취 영역(1)에서 벽, 바닥, 천장, 또는 다른 물체/표면에서 반사된 이후에 목표 위치에 도달하는 소리이다. 아래의 식은 라우드스피커 어레이(3)에 의해 방출된 다양한 소리들의 총합에 기초하여 청취 디바이스(4)에서 측정된 압력을 기술한다:
[식 1]
Figure pct00001
위 식에서, G(f)는 1-m 무향 축압력의 제곱 레벨, r 은 라우드스피커 어레이(3)와 청취 디바이스(4) 사이의 거리이고, T 60 은 청취 영역(1)에서의 잔향 시간이고, V 는 청취 영역(1)의 기능적 부피이고, DI 는 라우드스피커 어레이(3)에 의해 방출된 빔 패턴의 지향 지수이다. 음압은 직접 성분과 잔향 성분으로 분리될 수 있고, 직접 성분은
Figure pct00002
으로 정의되고 잔향 성분은
Figure pct00003
으로 정의된다.
위에서 도시되고 설명한 바와 같이, 잔향 음장(sound field)은 청취 영역(1) 특성(예를 들어, T 60), 라우드스피커 어레이(3)에 의해 방출되는 빔 패턴의 DI, 및 청취 영역(1)을 설명하는 주파수 독립형 실내 상수(예를 들어,
Figure pct00004
)에 따라 달라진다. 잔향 음장은 오디오 신호에 대하여 인간이 인지하는 음색에 변화를 일으킬 수 있다. 방출된 빔 패턴의 DI에 기초하여 라우드스피커 어레이(3)에 의해 만들어진 소리에 대한 잔향장(reverberant field)을 제어함으로써, 오디오 신호에 대하여 인지되는 음색 또한 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 오디오 리시버(2)는 다양한 지향 및 주파수에 걸쳐 음색 항상성을 유지하기 위하여 라우드스피커 어레이(3)를 구동하고, 이는 아래에 추가로 설명될 것이다.
도 5는 일 실시예에 따른 오디오 리시버(2)의 기능 단위 블록 다이어그램 및 일부 구성 하드웨어 컴포넌트들을 도시한다. 구분되어 도시되지만, 일 실시예에서 오디오 리시버(2)는 라우드스피커 어레이(3) 내에 통합된다. 도 5에 도시된 컴포넌트들은 오디오 리시버(2)에 포함된 구성 요소들을 나타내고, 다른 컴포넌트들을 배척하는 것으로 이해되어서는 안된다. 오디오 리시버(2)의 각각의 구성 요소는 아래에서 예시 방식으로 설명될 것이다.
오디오 리시버(2)는 메인 시스템 프로세서(7) 및 메모리 유닛(8)을 포함할 수 있다. 프로세서(7) 및 메모리 유닛(8)은 일반적으로 오디오 리시버(2)의 다양한 기능 및 동작들을 구현하는 데 필요한 동작들을 수행하는 프로그램 가능 데이터 프로세싱 컴포넌트들 및 데이터 저장장치의 임의의 적절한 조합을 지칭하는 데 사용된다. 프로세서(7)는 특수 목적 프로세서, 예컨대 ASIC(application-specific integrated circuit), 범용 마이크로프로세서, FPGA(field-programmable gate array), 디지털 신호 제어기, 또는 하드웨어 로직 구조 세트(예를 들어, 필터, 계산 로직 유닛, 및 전용 상태 머신(dedicated state machine))일 수 있는 반면, 메모리 유닛(8)은 마이크로전자, 비휘발성 랜덤 액세스 메모리를 지칭할 수 있다. 운영체제는, 오디오 리시버(2)의 다양한 기능에 특화된 응용 프로그램들과 함께 메모리 유닛(8)에 저장될 수 있고, 이는 프로세서(7)에 의해 동작되거나 실행되어 오디오 리시버(2)의 다양한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 오디오 리시버(2)는 음색 항상성 유닛(9)을 포함할 수 있고, 이는 오디오 리시버(2)의 기타 하드웨어 구성 요소들과 함께 라우드스피커 어레이(3)의 개별적인 트랜스듀서(5)들을 구동하여 일정한 음색을 갖는 다양한 빔 패턴들을 방출한다.
오디오 리시버(2)는 전기, 무선, 또는 광학 신호를 이용하여 외부 디바이스로부터 사운드 프로그램 콘텐츠를 수신하기 위한 다수의 입력(10)을 포함할 수 있다. 입력(10)들은 오디오 리시버(2)의 노출된 표면 상에 위치하는 물리적 커넥터들의 세트를 포함하는, 디지털 입력(10A, 10B)들 및 아날로그 입력(10C, 10D)들의 세트일 수 있다. 예를 들어, 입력(10)들은 HDMI(High-Definition Multimedia Interface) 입력, 광학 디지털 입력(Toslink), 및 동축 디지털 입력을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 오디오 리시버(2)는 외부 디바이스와의 무선 접속을 통해 오디오 신호들을 수신한다. 이 실시예에서, 입력(10)들은 무선 프로토콜을 이용하여 외부 디바이스와 통신하기 위한 무선 어댑터를 포함한다. 예를 들어, 무선 어댑터는 블루투스, IEEE 802.11x, 셀룰러 GSM(Global System for Mobile Communications), 셀룰러 CDMA(Code division multiple access), 또는 LTE(Long Term Evolution)를 이용하여 통신 가능할 수 있다.
입력(10)들로부터의 일반적인 신호 흐름이 이제 설명될 것이다. 디지털 입력(10A, 10B)들을 먼저 살펴보면, 입력(10A 또는 10B)을 통해 디지털 오디오 신호를 수신하는 즉시, 오디오 리시버(2)는 디코더(11A 또는 11B)를 사용하여 전기, 광학, 또는 무선 신호를 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 오디오 채널들의 세트로 디코딩한다. 예를 들어, 디코더(11A)는 6 개의 오디오 채널(예를 들어, 5.1 신호)을 포함하는 단일 신호를 수신하고 신호를 6 개의 오디오 채널로 디코딩할 수 있다. 디코더(11A)는 임의의 코덱 또는 기술, 예컨대 AAC(Advanced Audio Coding), MPEG Audio Layer II, 및 MPEG Audio Layer III를 사용하여 인코딩된 오디오 신호를 디코딩 가능할 수 있다.
아날로그 입력(10C, 10D)을 보면, 아날로그 입력(10C, 10D)에 의해 수신된 각각의 아날로그 신호는 사운드 프로그램 콘텐츠의 단일 오디오 채널을 나타낸다. 따라서, 다수의 아날로그 입력(10C, 10D)은 사운드 프로그램 콘텐츠의 각각의 채널을 수신하는 데 필요할 수 있다. 아날로그 오디오 채널들은 디지털 오디오 채널들을 형성하기 위하여 각각의 아날로그-디지털 컨버터(12A, 12B)에 의해 디지털화될 수 있다.
프로세서(7)는 디코더(11A), 디코더(11B), 아날로그-디지털 컨버터(12A), 및/또는 아날로그-디지털 컨버터(12B)로부터 하나 이상의 디지털, 디코딩된 오디오 신호를 수신한다. 프로세서(7)는 이 신호들을 처리하여 상이한 빔 패턴들과 일정한 음색을 갖는 처리된 오디오 신호들을 생성하며, 이는 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 프로세서(7)에 의해 생성된 처리된 오디오 신호들은 하나 이상의 디지털-아날로그 컨버터(13)에 전달되어 하나 이상의 구분된 아날로그 신호를 생성한다. 디지털-아날로그 컨버터(13)에 의해 생성된 아날로그 신호들은 대응하는 빔 패턴들을 생성하는 라우드스피커 어레이(3)의 선택된 트랜스듀서(5)들을 구동하기 위한 파워 증폭기(14)들에 공급된다.
일 실시예에서, 오디오 리시버(2)는 또한 안테나(15B)를 이용하여 근처의 무선 라우터, 액세스 포인트, 또는 기타 디바이스로부터 데이터 패킷들을 수신 및 송신하는 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 제어기(15A)를 포함할 수 있다. WLAN 제어기(15A)는 매개 컴포넌트(예를 들어, 라우터 또는 허브)를 통해 오디오 리시버(2)와 청취 디바이스(4) 간의 통신을 용이하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 오디오 리시버(2)는 또한 청취 디바이스(4) 또는 다른 외부 디바이스와 통신하기 위하여 연관된 안테나(16B)와 함께 블루투스 송수신기(16A)를 포함할 수 있다. WLAN 제어기(15A) 및 블루투스 제어기(16A)를 이용하여 감지된 사운드를 청취 디바이스(4)에서 오디오 리시버(2)로 전달하고/하거나 오디오 프로세싱 데이터(예를 들어, T 60 및 DI 값들)를 외부 디바이스에서 오디오 리시버(2)로 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 청취 디바이스(4)는 유선 또는 무선 접속을 통해 오디오 리시버(2)에 연결된 마이크로폰이다. 청취 디바이스(4)는 전용 마이크로폰 또는 마이크로폰이 통합된 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 모바일폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 또는 데스크톱 컴퓨터)일 수 있다. 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 청취 디바이스(4)는 청취 영역(1)에서 측정을 용이하게 하기 위하여 사용될 수 있다.
도 6은 다양한 지향 및 주파수에 걸쳐 라우드스피커 어레이(3)의 음색 항상성을 유지하기 위한 방법(18)을 도시한다. 방법은 오디오 리시버(2) 및 청취 디바이스(4) 중 하나 이상의 컴포넌트에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 방법(18)은 프로세서(7) 상에서 실행되는 음색 항상성 유닛(9)에 의해 수행될 수 있다.
방법(18)은 오디오 리시버(2)가 청취 영역(1)에 대한 잔향 시간 T 60 을 결정하는 동작(19)에서 시작한다. 잔향 시간 T 60 은 청취 영역(1)에서 소리의 레벨이 60 dB 감소하는 데 필요한 시간으로서 정의된다. 일 실시예에서, 청취 디바이스(4)를 사용하여 청취 영역(1)에서 잔향 시간 T 60을 측정한다. 잔향 시간 T 60은 청취 영역(1)의 특정 위치(예를 들어, 청취자의 위치)에서 또는 임의의 특정 빔 패턴으로 측정될 필요는 없다. 잔향 시간 T 60은 청취 영역(1)의 특성이고 주파수의 함수이다.
잔향 시간 T 60은 다양한 프로세스 및 기술을 이용하여 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 간헐적 노이즈 기술(interrupted noise technique)을 이용하여 잔향 시간 T 60을 측정할 수 있다. 이 기술에서, 광대역 노이즈가 돌발적으로 출몰한다. 마이크로폰(예를 들어, 청취 디바이스(4)) 및 증폭기가 일정한 비율의 대역폭 필터들의 세트, 예컨대 옥타브 밴드 필터에 연결되면, 평균 또는 실효값(rms) 검출기일 수 있는 교류-직류 컨버터들의 세트 앞에서, 초기 레벨에서 -60 dB 감소되는 감쇄 시간이 측정된다. 완전한 60 dB의 감쇄를 얻는 것은 어려울 수 있고, 일부 실시예들에서 20 dB 또는 30 dB의 감쇄로부터 보간법이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 측정은 첫번째 5 dB의 감쇄 이후에 시작할 수 있다.
일 실시예에서, 전달 함수 측정을 사용하여 잔향 시간 T 60을 측정할 수 있다. 이 기술에서, 자극-응답 시스템에서 테스트 신호, 예컨대 선형 또는 로그 사인 처프(log sine chirp), 최대 길이 자극 신호, 또는 기타 노이즈-유사 신호가 마이크로폰(예를 들어, 청취 디바이스(4))을 이용하여 동시에 송신중인 것과 측정중인 것에서 측정된다. 이 두 신호의 비율이 전달 함수이다. 일 실시예에서, 이 전달 함수는 주파수와 시간의 함수로 만들어져서 고해상도 측정을 수행할 수 있다. 잔향 시간 T 60은 전달 함수에서 도출될 수 있다. 다수의 라우드스피커(예를 들어, 라우드스피커 어레이(3))의 각각 및 청취 영역(1)의 다수의 마이크로폰 위치의 각각에서 연속적으로 측정을 반복함으로써 정확성이 개선될 수 있다.
다른 실시예에서, 잔향 시간 T 60은 통상적인 실내 특정 동역학에 기초하여 추정될 수 있다. 예를 들어, 오디오 리시버(2)는 WLAN 제어기(15A) 및/또는 블루투스 제어기(16A)를 통해 외부 디바이스로부터 추정 잔향 시간 T 60을 수신할 수 있다.
잔향 시간 T 60의 측정 이후에, 동작(20)은 청취 영역(1)의 청취자 위치(즉, 청취 디바이스(4)의 위치)에서 직접 대 잔향비(direct-to-reverberant ratio: DR)를 측정한다. 직접 대 잔향비는 청취 위치에 존재하는 직접음 에너지 대 잔향 사운드 에너지의 양의 비율이다. 일 실시예에서, 직접 대 잔향비는 다음과 같이 표현될 수 있다:
[식 2]
Figure pct00005
일 실시예에서, DR은 청취 영역(1)의 다수의 위치 또는 구역에서 측정될 수 있고 이러한 위치들에 걸친 평균 DR은 아래에서 수행되는 추가 계산 중에 사용될 수 있다. 직접 대 잔향비 측정은 임의의 공지된 빔 패턴으로, 임의의 공지된 주파수 대역에서 테스트 사운드를 이용하여 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 오디오 리시버(2)는 라우드스피커 어레이(3)를 구동하여 빔 패턴 A를 이용하여 청취 영역(1) 안으로 빔 패턴을 방출한다. 청취 디바이스(4)는 빔 패턴 A 로부터 이 사운드들을 감지하고, 감지된 사운드를 처리를 위해 오디오 리시버(2)로 전송할 수 있다. DR은 직접 영역(direct field)을 나타내는 입사음의 앞 부분과 반사음을 나타내는 도착음(arriving sound)의 뒷 부분을 비교함으로써 측정/계산될 수 있다. 일 실시예에서, 동작(19, 20)은 동시에 또는 임의의 순서대로 수행될 수 있다.
직접 대 잔향비 측정 이후에, 방법(18)은 동작(21)으로 이동하여 실내 상수 c를 결정한다. 위에서 언급한 바와 같이, 실내 상수 c는 주파수에 독립적이고, 다음과 같이 나타낼 수 있다:
[식 3]
Figure pct00006
식 2에 기초하여, 실내 상수 c는 또한 다음과 같이 나타낼 수 있다:
[식 4]
Figure pct00007
주파수 독립형 실내 상수 c를 계산할 때, 주파수 의존형 DR 비율, T 60 (f), 및 DI(f)가 최고의 신호 대 잡음비 및 정확성을 위하여 일 측정 주파수 범위에서 사용된다.
위에서 설명한 바와 같이, 직접 대 잔향비(DR)는 동작(20)에서 빔 패턴(A)에 대하여 청취 영역(1)에서 측정되고, 청취 영역(1)에 대한 잔향 시간 T 60은 동작(19)에서 결정/측정된다. 추가로, 주파수 f에서 빔 패턴(A)에 대한 지향 지수(DI)는 라우드스피커 어레이(3)에 대하여 알 수 있다. 예를 들어, DI는 무향실(anechoic chamber) 내의 라우드스피커 어레이(3)의 특성분석을 통해 결정될 수 있고 WLAN 및/또는 블루투스 제어기(15A, 16A)를 통해 오디오 리시버(2)에 전송될 수 있다. 이들 3 개의 공지된 값들(즉, DR, T 60, 및 DI)에 기초하여, 청취 영역(1)의 실내 상수 c는 동작(21)에서 식 4를 이용하여 오디오 리시버(2)에 의해 계산될 수 있다.
실내 상수 c가 계산되는 즉시, 이 상수를 모든 주파수에 걸쳐 사용하여, 청취자에 의해 인지되는 일정한 음색을 유지할 상이한 빔 패턴에 대한 예상 음색 오프셋을 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 동작(22)은 빔 패턴 A에 대한 계산 및 위에서 설명한 일반적인 청취 영역(1) 계산에 기초하여 빔 패턴 B에 대한 오프셋을 계산한다. 예를 들어, 빔 패턴 A에 대한 계산에 기초한 빔 패턴 B에 대한 오프셋은 다음과 같이 표현될 수 있다:
[식 5]
Figure pct00008
Figure pct00009
는 빔 패턴 A와 빔 패턴 B 간의 데시벨 차이를 설명한다. 동작(23)에서, 오디오 리시버(2)는
Figure pct00010
에 기초하여 빔 패턴 B의 레벨을 조정한다. 예를 들어, 오디오 리시버(2)는 빔 패턴A의 레벨과 매칭시키기 위하여
Figure pct00011
만큼 빔 패턴 B의 레벨을 높이거나 낮출 수 있다.
일 예시 상황에서 특별히 지정된 주파수 f에서, 청취 영역(1)에 대한 T 60은 0.4 초일 수 있고, 빔 패턴 A에 대한 DI는 2 (즉, 6 dB)일 수 있고, 빔 패턴 B에 대한 DI는 1(즉, 0 dB)일 수 있고, 실내 상수 c는 0.04일 수 있다. 이 예시 상황에서,
Figure pct00012
는 식 5를 이용하여 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00013
위의 예시에 기초하여, 빔 패턴 B는 빔 패턴 A보다 2.63 dB 클 수도 있다. 빔 패턴 A와 빔 패턴 B에 의해 생성된 소리 사이에 일정한 레벨을 유지하기 위하여, 빔 패턴 B의 레벨은 동작(23)에서 2.63 dB만큼 감소될 필요가 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 빔 패턴 A, B의 레벨들은
Figure pct00014
에 기초하여 서로 매칭되기 위하여 둘 모두 조정될 수 있다.
동작(22, 23)은 복수의 빔 패턴 및 주파수에 대하여 수행되어 빔 패턴 A에 대하여 라우드스피커 어레이(3)에 의해 방출된 각각의 빔 패턴에 대응하는
Figure pct00015
값들을 만들 수 있다. 일 실시예에서, 방법(18)은 청취 영역(1)에서 오디오 리시버(2) 및/또는 라우드스피커 어레이(3)의 초기화 동안 수행된다. 다른 실시예들에서, 오디오 리시버(2) 및/또는 라우드스피커 어레이(3)의 사용자는 수동으로 오디오 리시버(2) 상의 입력 메커니즘을 통해 방법(18)의 개시를 시작할 수 있다.
각각의 빔 패턴 및 주파수 범위의 세트에 대하여 계산된
Figure pct00016
값들에 기초하여, 오디오 리시버(2)는 일정하게 인지되는 음색을 갖는 빔 패턴의 세트를 만들기 위하여 입력(10)으로부터 수신된 사운드 프로그램 콘텐츠를 이용하여 라우드스피커 어레이(3)를 구동한다. 위에서 설명한 바와 같이 일정한 음색을 유지하는 것은 사운드 프로그램 콘텐츠를 나타내는 데 사용된 청취 영역(1) 및 빔 패턴들의 특성에 상관 없이 음질을 개선한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 설명한 동작들을 수행하기 위하여 기계 판독 가능 매체(예컨대 마이크로전자 메모리)에 하나 이상의 데이터 프로세싱 컴포넌트들(일반적으로 본 명세서에서 "프로세서"로 지칭됨)을 프로그래밍하는 명령어들이 저장된 제조 물품일 수 있다. 다른 실시예들에서, 이러한 동작들 중 일부는 하드웨어 내장 로직(hardwired logic)을 포함하는 특정 하드웨어 컴포넌트들(예를 들어, 전용 디지털 필터 블록 및 상태 머신)에 의하여 수행될 수 있다. 이러한 동작들은 대안적으로, 프로그래밍된 데이터 처리 컴포넌트들 및 고정된 하드웨어 내장 회로 컴포넌트들의 임의의 조합에 의하여 수행될 수 있다.
소정 실시예들이 설명되고 첨부 도면에 도시되었지만, 그러한 실시예들이 광범위한 발명을 제한하는 것이 아니라 단지 예시적인 것이며, 다양한 다른 변형들이 통상의 기술자에게 발생할 수 있기 때문에 본 발명이 도시되고 설명된 특정 구성들 및 배열들로 한정되지 않음이 이해될 것이다. 따라서, 본 설명은 제한하는 것 대신에 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (26)

  1. 라우드스피커의 빔 패턴들 사이에 음색 항상성을 유지하기 위한 방법으로서,
    제1 빔 패턴의 지향 지수(directivity index)에 기초하여 실내 상수 c를 계산하는 단계 - 상기 실내 상수 c는 상기 실내의 부피 및 상기 라우드스피커로부터 마이크로폰까지의 거리를 나타냄 -;
    상기 실내 상수 c 및 제2 빔 패턴의 지향 지수에 기초하여 상기 제2 빔 패턴에 대한 오프셋을 계산하는 단계 - 상기 오프셋은 상기 제1 및 제2 빔 패턴 간의 레벨 차이를 나타냄 -; 및
    주파수들의 세트에서 각각의 주파수마다 상기 계산된 오프셋 레벨에 기초하여 상기 제1 빔 패턴의 레벨과 매칭되도록 상기 제2 빔 패턴의 레벨을 조정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실내 상수 c를 계산하는 단계는,
    지정된 주파수 f에서 상기 제1 빔 패턴에 대하여 상기 라우드스피커에 의해 생성되는 직접 대 잔향비(direct-to-reverberant ratio: DR)를 결정하는 단계;
    상기 실내에서 사운드의 레벨이 상기 지정된 주파수 f에서 60 dB만큼 감소하는 데 필요한 시간(T 60)을 결정하는 단계; 및
    상기 지정된 주파수 f에서 상기 제1 빔 패턴에 대한 지향 지수(
    Figure pct00017
    )를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 실내 상수 c는
    Figure pct00018
    와 동일한, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 DR(f) 및
    Figure pct00019
    값들은 상기 실내에서 상기 라우드스피커에 의해 생성되고 상기 마이크로폰에 의해 감지되는 테스트 사운드를 이용하여 결정되는, 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 DR(f) 및
    Figure pct00020
    값들은 통상적인 실내에 대한 추정값들인, 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 빔 패턴에 대한 지향 지수(
    Figure pct00021
    )를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제2 빔 패턴에 대한 오프셋은 상기 지정된 주파수 f에 대하여
    Figure pct00022
    와 같이 계산되는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 실내에서 상기 라우드스피커의 초기화 시에 수행되는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주파수들의 세트에서 각각의 주파수마다 조정된 레벨에 기초하여 상기 제2 빔 패턴을 생성하는 상기 라우드스피커를 구동하여 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠를 상기 실내 안으로 방출하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 청취 영역에서 라우드스피커 어레이의 빔 패턴들 사이에 음색 항상성을 유지하기 위한 오디오 리시버로서,
    하드웨어 프로세서;
    음색 항상성 유닛을 저장하는 메모리 유닛
    을 포함하고, 상기 음색 항상성 유닛은,
    상기 라우드스피커 어레이에 의해 방출된 제1 빔 패턴의 지향 지수에 기초하여 상기 청취 영역에 대한 실내 상수 c를 결정하고;
    상기 실내 상수 c 및 제2 빔 패턴의 지향 지수에 기초하여 상기 라우드스피커 어레이에 의해 방출되는 상기 제2 빔 패턴에 대한 오프셋을 결정하고;
    주파수들의 세트에서 각각의 주파수마다 계산된 오프셋에 기초하여 상기 제1 빔 패턴의 레벨과 매칭되도록 상기 제2 빔 패턴의 레벨을 조정하는, 오디오 리시버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 청취 영역에서 상기 라우드스피커 어레이에 의해 생성되는 사운드들을 감지하기 위한 마이크로폰을 추가로 포함하고, 상기 실내 상수 c는 상기 청취 영역의 부피 및 상기 라우드스피커 어레이로부터 상기 마이크로폰까지의 거리를 나타내는, 오디오 리시버.
  11. 제9항에 있어서, 상기 오프셋은 상기 주파수들의 세트에서 각각의 주파수마다 상기 제1 및 제2 빔 패턴 간의 레벨 차이를 나타내는, 오디오 리시버.
  12. 제11항에 있어서, 상기 실내 상수 c를 결정하는 것은,
    지정된 주파수 f에서 상기 제1 빔 패턴에 대하여 상기 라우드스피커 어레이에 의해 생성되는 직접 대 잔향비(DR)를 결정하고;
    상기 청취 영역에서 사운드의 레벨이 상기 지정된 주파수 f에서 60 dB만큼 감소하는 데 필요한 시간(T 60)을 결정하고;
    상기 지정된 주파수 f에서 상기 제1 빔 패턴에 대한 지향 지수(
    Figure pct00023
    )를 결정하는 것을 포함하는, 오디오 리시버.
  13. 제12항에 있어서, 상기 실내 상수 c는
    Figure pct00024
    와 동일한, 오디오 리시버.
  14. 제12항에 있어서, 상기 DR(f) 및
    Figure pct00025
    값들은 상기 청취 영역에서 상기 라우드스피커 어레이에 의해 생성되고 상기 마이크로폰에 의해 감지되는 테스트 사운드를 이용하여 결정되는, 오디오 리시버.
  15. 제12항에 있어서,
    외부 디바이스들로부터 데이터를 수신하기 위한 네트워크 제어기를 추가로 포함하고, 상기 DR(f) 및
    Figure pct00026
    값들은 상기 네트워크 제어기를 통해 외부 디바이스로부터 수신되는, 통상적인 청취 영역에 대한 추정값들인, 오디오 리시버.
  16. 제12항에 있어서, 상기 음색 항상성 유닛은,
    상기 제2 빔 패턴에 대한 지향 지수(
    Figure pct00027
    )를 결정하는 동작들을 추가로 수행하고, 상기 제2 빔 패턴에 대한 오프셋은 상기 지정된 주파수 f에 대하여
    Figure pct00028
    와 같이 계산되는, 오디오 리시버.
  17. 제9항에 있어서, 상기 음색 항상성 유닛은 상기 청취 영역에서 상기 라우드스피커 어레이의 초기화 시에 활성화되는, 오디오 리시버.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 주파수들의 세트에서 각각의 주파수마다 조정된 레벨에 기초하여 상기 제2 빔 패턴을 생성하는 상기 라우드스피커 어레이를 구동하여 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠를 상기 청취 영역 안으로 방출하기 위한 파워 증폭기들을 추가로 포함하는, 오디오 리시버.
  19. 라우드스피커의 빔 패턴들 사이에 음색 항상성을 유지하기 위한 제조 물품으로서,
    명령어들을 저장한 기계 판독 가능 저장 매체
    를 포함하고, 상기 명령어들은 컴퓨터의 프로세서에 의해 실행 시,
    제1 빔 패턴의 지향 지수에 기초하여 실내 상수 c를 계산하고 - 상기 실내 상수 c는 상기 실내의 부피 및 상기 라우드스피커로부터 마이크로폰까지의 거리를 나타냄 -;
    상기 실내 상수 c 및 제2 빔 패턴의 지향 지수에 기초하여 상기 제2 빔 패턴에 대한 오프셋을 계산하고 - 상기 오프셋은 상기 제1 및 제2 빔 패턴 간의 레벨 차이를 나타냄 -;
    주파수들의 세트에서 각각의 주파수마다 상기 계산된 오프셋에 기초하여 상기 제1 빔 패턴의 레벨과 매칭되도록 상기 제2 빔 패턴의 레벨을 조정하는, 제조 물품.
  20. 제19항에 있어서, 상기 저장 매체는 상기 실내 상수 c를 계산하기 위한 추가 명령어들을 포함하고, 상기 추가 명령어들은,
    지정된 주파수 f에서 상기 제1 빔 패턴에 대하여 상기 라우드스피커에 의해 생성되는 직접 대 잔향비(DR)를 결정하고;
    상기 실내에서 사운드의 레벨이 상기 지정된 주파수 f에서 60 dB만큼 감소하는 데 필요한 시간(T 60)을 결정하고;
    상기 지정된 주파수 f에서 상기 제1 빔 패턴에 대한 지향 지수 (
    Figure pct00029
    )를 결정하는, 제조 물품.
  21. 제20항에 있어서, 상기 실내 상수 c는
    Figure pct00030
    와 동일한, 제조 물품.
  22. 제20항에 있어서, 상기 DR(f) 및
    Figure pct00031
    값들은 상기 실내에서 상기 라우드스피커에 의해 생성되고 상기 마이크로폰에 의해 감지되는 테스트 사운드를 이용하여 결정되는, 제조 물품.
  23. 제20항에 있어서, 상기 DR(f) 및
    Figure pct00032
    값들은 통상적인 실내에 대한 추정값들인, 제조 물품.
  24. 제19항에 있어서, 상기 저장 매체는,
    상기 제2 빔 패턴에 대한 지향 지수(
    Figure pct00033
    )를 결정하는 추가 명령어들을 포함하고, 상기 제2 빔 패턴에 대한 오프셋은 상기 지정된 주파수 f에 대하여
    Figure pct00034
    와 같이 계산되는, 제조 물품.
  25. 제19항에 있어서, 상기 명령어들은 상기 실내에서 상기 라우드스피커의 초기화 시에 수행되는, 제조 물품.
  26. 제19항에 있어서, 상기 저장 매체는,
    상기 주파수들의 세트에서 각각의 주파수마다 조정된 레벨에 기초하여 상기 제2 빔 패턴을 생성하는 상기 라우드스피커를 구동하여 한 편의 사운드 프로그램 콘텐츠를 상기 실내 안으로 방출하는 추가 명령어들을 포함하는, 제조 물품.
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