KR20230147864A - 시간 변위 된 샘플링 정보와 엔벨롭의 변위를 이용한 전자악기 음과 전기자동차 엔진음의 효과 극대화에 관한 발명 - Google Patents

Abstract

물체가 부딪치거나, 자동차와 같이 연료가 연소하거나, 금관악기처럼 바람이 물체와 부딪치거나 하면서 소리가 발생한다. 즉, 운동에너지가 소리에너지로 바뀌는 것이다. 이런 원리를 전기에너지를 이용하여 소리를 재생하는 방법을 특정구간 교차 반복과 가변 시간차 엑세스를 이용한 소리 동시 발생을 디지털 신호처리 장치로 구현하는 방식이 개시된다. 본 발명은 원하는 음을 만들기 위하여 이미 메모리에 저장되어 있는 정보를 이용하거나 외부에서 오는 정보를 일시적으로 전달 받아서 시간변화에 따라 바뀌는 메모리 장치 위치 정보를 이용하여 상황에 따라 변화무쌍하게 변하는 소리를 만드는 장치를 구비한다. 중첩 교차 게인을 적용하여 저장된 반복음에 한 주기의 에너지를 의미하는 엔벨롭을 시간 가변 시켜 루프 메모리에서 읽은 소리음 정보를 부드럽게 차별화 시킨다. 하나의 소리를 여러 개의 소리가 동시에 발생되는 것처럼 음의 에너지를 지연 메모리를 사용하여 중첩 가변 시킨다. 효과음에서 음의 음높이 사이의 비율은 소리에 매우 민감한 영향을 미친다. 지연 메모리는 조율되는 주파수 배합을 시간에 따라 조절할 수 있어 음 높이를 자유롭게 조절할 수 있다. 본 발명의 전기 에너지를 이용한 소리 발생장치는 반복 신호와 교차신호, 시간차 엑세스를 이용하여 악기음, 전기차 엔진음을 원음과 유사하게 재생할 수 있어 다중으로 변조/가변할 수 있어 이동전화기 , 오락기 , 전자악기 , 전기자동차 등에 응용가능하며 본 전기음발생방법을 이용하면 음발생이 필요한 기기의 효율이 월등히 증가한다.

Description

시간 변위 된 샘플링 정보와 엔벨롭의 변위를 이용한 전자악기 음과 전기자동차 엔진음의 효과 극대화에 관한 발명{The invention relates to maximizing the effect of the sound of an electronic instrument and the engine sound of an electric vehicle using time-displaced sampling data and the displacement of an envelope}

본 발명은 전자악기음, 전기자동차의 가상 엔진음을 만들기 위한 원천음 발생 및 효과음 보강 장치에 관한 발명이다.

노래방등에서 사용되는 가창음성과 음악적으로 조화를 이루는 하모니 신호를 발생시키는 하모니 설비들은 단순 시간 지연을 이용하여 에코나 하모나이저를 발생시키는 장치로 원천 음을 이용하여 효과를 만들 수는 없다. 특히 외부에서 출력된 음을 이용하는 기술이라 원천 음을 만드는 방법에 관한 기술과는 완전히 다르다. 전기자동차에서 엔진음 구현을 위해서는, 전자음 통신기능을 탑재한 부품 또는 전자음을 소프트웨어 적으로 구현할 수 있는 프로세서가 필요하다.

본 발명의 일면은 음원 정보를 재생성하며 생성된 음의 변조를 하기위한 디지털 신호처리 장치로서 다수의 지연 버퍼와 싸인 테이블을 이용한 번지 생성기를 이용하여 가장 작은 메모리로 가장 최대의 음향 효과를 구현한다. 저장영역을 최대로 활용하고 정보의 반복적인 활용을 통하여 회로를 간략화 하며 동시에 지연 정보를 다양하게 처리하여 원음과 중첩한다. 원음혹은 지연음을 메모리에 저장 및 읽을 때 적절한 게인을 조절하거나 엑세스할 위치를 자유스럽게 변화를 주어 풍부한 전기음 재합성을 구현할 수 있는 방법에 관한 것이다.

원음의 시작 부분과 끝나는 부분의 일부 영역을 중첩 크로스 시킨 후 메모리에 저장하고 , 재생할 때에는 저장된 음원을 읽어내며 특정 게인을 추가 한 후 내부의 피드백 메모리에 일시적인 저장 후 메모리 번지수를 변조하며 효과음과 원천음을 동시에 생성한다.

본 발명의 중첩 스케일링된 원음을 무한 반복하면서 피드백 메모리를 이용하여 풍부한 주파수 변조를 만드는 장치에 의하면 , 기존의 저장된 소리를 읽어서 재생하는 보통의 샘플링 소리가 만들어 주는 단조로움을 극복하면서, 정형화된 음 발생장치가 갖고 있는 단순 오디오 스트리밍의 정규화로 인하여 외부 환경에 따른 소리의 다이나믹한 변화 요소를 추가할 수 없는 한계를 극복할 수가 있다. 음을 발생기 위해서 메모리에 미리 세팅된 명령을 받아 음 발생을 진행하면서 원천 메모리에 없는 음색은 내부에서 스스로 원천음을 기본으로 하여 내삽법 등을 통한 합성기법으로 새로운 음을 창조할 있고 무한 루프를 이용하여 클리핑 없는 무한의 소리를 합성해 낼 수 있다. 미리 저장된 음 관련 계수를 중첩으로 사용하여 가장 작은 메모리 양으로 주파수 성분이 풍부한 음을 만들어 메모리를 최대한으로 할용 하면서 단순 피드백 반복연산으로 프로세서의 계산량을 획기적으로 줄였다. 피드백되어 저장되는 소리를 원음과 스케일링하며 배합하여 사용자가 제어하기 쉬우면서 외부에서 새로운 원음을 제공하지 않아도 새로운 제어 명령에 따라 다양한 효과음을 구현이 가능하게 하였다. 이는 전자악기나 전기자동차의 전기 음을 작은 메모리양만을 이용하여 무한대의 효과음을 구현 가능하도록 하였다. 이러한 효과는 피드백 메모리를 직렬 혹은 병렬로 무한대로 추가하여 전기음이 필요로 한 전자기기에 광범위하게 사용할 수 있다. .

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 . 시간변위 전체 구조도면이다.
도 2는 샘플링 데이타의 시간 가변 읽기와 엔벨롭 정보의 시간 변위 구현 구조도이다.
도 3은 포워드/피드백 복수(N개)의 메모리 및 선택정보 읽기 구조도이다.
도 4은 샘플링 데이타의 시간 가변 읽기와 엔벨롭 정보의 시간 변위 플로우 다이어그램도이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일면은 반도체 비메모리장치의 일종인 디지털 신호처리에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 신호처리 장치는 소리를 저장하고 재생하며 재생된 소리에 특수효과를 추가하는 장치로서, 외부장치와 정보를 교환하면서 내부에 특정 명령수행을 위해 외부에서 들어오는 명령이 정지명령인지 시작명령인지 음의 특징은 무엇인지를 판별해주며 명령의 순서에 따라 순차적으로 명령을 저장하고 내부 상태를 외부에 전달해주는 외부 인터페이스부(음의 시작, 끝 , 특징 결정) ; 특정구간의 메모리 영역을 제어하기 위한 번지수 발생 회로를 포함한 원천 루프 데이터 메모리부 ; 원천루프 데이터 메모리에서 읽은 정보를 특정한 지연 메모리에 저장하고 특정 기능을 부가하며 읽어내는 메모리 버퍼 지연 회로 ; 특정 구간을 반복적으로 재생하기 위한 번지 제어와 싸인 테이블이 저장되어 지연회로 번지수를 만들기 위한 어드레스 발생장치 제어부 ; 메모리 버퍼 지연회로에서 읽어낸 정보를 보정하기 위한 선형 내삽입 곱셈 및 덧셈 장치 ; 각종 게인을 지연 정보와 혼합하며 이때 발생하는 오버플로우를 방지하는 스케일링 기능을 포함하는 복합 연산장치 ; 위의 모든 과정을 거쳐서 최종적으로 재합성된 전자음을 외부로 출력시키는 신호처리 출력회로 등을 포함한다.

위에 기술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일면은 음원 정보를 재생성하며 생성된 음의 변조를 하기위한 디지털 신호처리 장치로서 다수의 지연 버퍼와 싸인 테이블을 이용한 번지 생성기를 이용하여 가장 작은 메모리로 가장 최대의 음향 효과를 구현한다. 저장영역을 최대로 활용하고 정보의 반복적인 활용을 통하여 회로를 간략화 하며 동시에 지연 정보를 다양하게 처리하여 원음과 중첩한다. 원음혹은 지연음을 메모리에 저장 및 읽을 때 적절한 게인을 조절하거나 엑세스할 위치를 자유스럽게 변화를 주어 풍부한 전기음 재합성을 구현할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 신호의 흐름을 제시하기 위한 시간변위를 이용한 음발생 장치 전체 구조도이다. 원천음이 저장된 메모리를 포함하는 제 1 장치(100)는 소리를 만들기 위한 기본음이 저장되어 있다. 이 기본음은 무한대의 음을 저장할 수 없는 메모리 크기의 한계를 극복하기 위하여 무한대로 반복 가능한 정보가 저장되어 있다. 정보를 저장하기 위해서는 소리의 앞부분의 일정영역과 끝부분의 일정영역을 중첩 교차 스케일링을 하여 저앙한다. 주파수 성분이 비교적 랜덤하지 않는 부분을 찾아 교차 스케일링을 한다. 이러한 교차 스케일링은 엄청난 양의 정로를 축소할 수 있으며 단발성으로 끝나는 음도 무한대로 반복하여 사용할 수 있다. 이와 같은 교차 스케일링에 의해 생성된 데이타를 b라 하고 원래 샘플링에 의해 얻은 데이타를 a라 하면 균일 전력 밀도를 이용하여 아래와 같이 엔벨롭을 찾기 위하여 스케일 요소를 구한다.

env는 원래 샘플링된 신호의 한 주기별 파워를 의미한다. 덧셈기(102) 의 입력으로 들어오는 원천음(100) 과 메모리 버퍼 지연기(108)의 출력(s112)을 스케일링(114)한 결과가 덧셈기(102)의 또 다른 입력(116)으로 들어간다. 여기서 스케일링(114)는 시간에 따라 가변 할 수 있는 게인이다. .

도 2는 샘플링 데이터의 시간 가변 읽기와 엔벨롭 정보의 시간 변위 구현 구조도로 본 발명의 신호의 흐름을 제시하기 위한 핵심 장치 구조도 이다. 본 장치는 외부 제어기에서 들어오는 명령을 받아 처리하는 외부 인터페이스부(311), 외부와 상호 정보를 주고받으며 내부 메모리장치와 계수장치의 변수처리 및 시간변위 명령을 처리한다. 상기 엔벨롭과 중첩 교차 스케일링에 의해 생성된 원음이 저장된 원천 루프 데이터 메모리(313), 지연 메모리의 지연 양과 시간변위를 위한 내삽입 계수, 내삽입을 위한 사인테이블 엑세스 시간 계수, 게인 계수, 원천 루프 데이터 메모리의 루프 길이, 루프 선택 계수(루프 시작 및 끝 번지), 지연 메모리 선택 계수, 지연 메모리 출력 게인 계수 등이 저장되어 있는 각종 계수 저장 메모리(321), 지연 메모리에 저장된 데이터를 일기 위한 속도를 제어 하는 메모리 엑세스 내삽입 계수 일기 회로(315), 입력된 루프 데이터를 게인만 조절해서 출력할 것인지 지연 메모리에 저장하여 사용 할 것인지 결정하는 포워드/벡워드 게인 읽기(323) 회로, 다수의 지연 메모리중 어떤 메모리를 선택하여 음색 효과에 사용할 것인지와 이 때 필요한 게인이 들어 있는 계수 정보를 읽기 위한 복수(N)의 포워드/벡워드 메모리 및 선택 정보 읽기 회로(325), 매 샘플 계산 후 갱신되는 내삽입 계수, 지연 메모리 번지(사인 테이블 메모리 번지 수), 지연 메모리 출력의 게인 갱신등을 위한 각종 계수 재설정 회로(331), 내삽입과 게인 적용을 위한 고정 소수점 연산기(곱셈기, 덧셈기)(327),

이를 이용한 내삽입 수행과정은 하기와 같다.

도 3 은 포워드/피드백 복수(N개)의 메모리 및 선택정보 읽기 구조를 설명하기 위한 흐름도이다. Sine 함수를 수학적인 연상에 의해서 만들기 위해서는 엄청난 양의 연산식이 필요하며 전력소비가 과다하다. 또한 소수점 이하의 정밀도를 위한 회로가 과다하게 필요하다. 이러한 단점을 피하기 위해서 16Bit 의 싸인 테이블이 들어 있는 Sine 테이블 메모리(253)를 내부에 함유하고 있다. 시간 변위가 필요치 않는 효과음을 구현하기 위해서는 메모리의 번지를 단순 증감시키기 위한 카운터가 필요하며 이러한 +/-1 혹은 고정된 값은 증감 번지를 만들기 위한 단순 카운터(250)를 보유한다. 싸인테이블에서 만들어진 번지를 시용할 것인지 단순 카운터에서 출력된 번지를 이용할 것이지를 선택하는 번지 선택기(257)를 갖추고 있으며 번지 선택기의 최종 출력이 지연 메모리의 번지 입력으로 들어간다. 본 발명에는 N개의 포워드/피드백 메모리가 있으며 명령에 따라 현재 정보가 그대로 출력되면 포워드이고 일정 시간만큼 지연시켜 출력시키면 피드백을 의미한다. 입력으로 들어온 번지수에 따라 저장된 메모리에서 정보를 읽어내는 포워드/피드백 복수(N개)의 메모리 선택정보 읽기(261) 회로에 의해 상기의 내삽입 기법으로 정보를 변조하여 다양한 음향효과를 구현할 수 있다.

도 4는 샘플링 데이터의 시간 가변 읽기와 엔벨롭 정보의 시간 변위 플로우 다이어그램이다. 소리에 특수한 효과를 부가하고 싶을 경우에 메인 시스템에서 미리 설정 되어 있는 메뉴 중에서 원하는 효과음을 선택하고 정해진 음이 생성되는 과정 중에도 다른 새로운 효과를 원한다면 선택된 계수를 언제라도 교정 가능한 외부 제어신호 입력부(s236), 소리를 재생하는 시작은 외부 제어신호 입력부에서 들어온 재생 시작 정보를 수신하여 원음이 저장된 메모리에서 최종 출력으로 내보내기 위한 시간을 제어하는 샘플링 정보에 의해 주기적으로 샘플링 클럭에 따른 원천음 루프 데이터 읽기(s240)를 수행한다. 읽혀진 데이터는 때때로 정보량 축소를 위해서 서브 샘플링된 정보가 저장될 수도 있기 때문에 필요시 상기한 내삽법 회로를 거쳐 오버샘플링 기능을 수행할 수도 있다. 본 발명의 핵심인 다수의 지연 메모리를 이용하여 특수 효과를 구현하기 위해 N개의 피드백 메모리 데이터의 내삽입 연산 N개의 피드백 메모리 블록 출력과 루프메모리 출력 덧셈(s242) 기능을 수행한다. 이는 외부 제어신호 입력부의 명령에 따라 원하는 피드백 메모리를 선택하며 선택된 메모리의 출력은 카운터 출력을 이용한 번지 정보를 만들 것인지 싸인 테이블에 의한 번지 정보를 만들 것인지를 선택하여 내삽법과 단순 읽기를 혼합하여 출력 정보를 만든다. N개의 피드백 메모리 블록 출력과 루프메모리 출력 덧셈(s242) 기능에 의해 산출된 정보를 최종 정보로 출력하기 위해서는 N개의 피드백 메모리 블록 출력과 루프메모리 출력 덧셈(s244) 기능을 이용하여 필요한 메모리만 선별하여 중첩을 하며 외부 제어 명령에서 루프 메모리의 출력을 직접 외부로 보낼 필요가 없을 때에는 피드백 출력만 외부로 내보낸다. 출력정보를 만들기 위해서는 샘플링 클럭에 따른 각종 계수 재설정 및 내삽입 계수에 따른 피드백메모리 어드레스 재설정(s246)을 해야 하며 회로의 단순화를 위해 고정소수점 연산기를 이용하여 재설정할 계수 등을 갱신한다. 각종 피드백 메모리의 출력을 이용한 데이터와 루프 메모리에서 정보를 읽어 외부 인터페이스에서 들어온 명령에 의해 모든 정보를 덧셈(중첩)한 데이터 출력(s248)을 최종 정보로 외부로 내보낸다.

도 4의 플로우에 의해서 본 발명은, 메모리에 저장된 신호의 증폭, 변조 ,전송 및 피드백 저장 처리를 목적으로 사용된다. 이러한 신호는 일반적으로 미리 저장된 루프 메모리의 출력 신호가 진폭이나 주파수가 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 설명한다. 예를 들어, 디지털 형식의 루프 저장 신호는 신호의 크기 샘플을 기반으로 하며, 샘플링 속도는 관심 주파수가 최소 두 배 이상(일반적으로 더 높게)이다. 공장에서 미리 저장된 루프 메모리 정보와는 다르게 , 가변 튜닝의 일종인 재생되는 하모나이징에 기초할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “엔벨롭“은 루프 메모리에서 읽는 데이터가 반복 재생용이기 때문에 주기에 기초하여 정보의 에너지를 나타내는 용어로 동시에 재생되는 둘 이상의 음의 에너지 차이를 의미한다. 효과음에서 음의 음높이 사이의 비율은 소리에 매우 민감한 영향을 미친다. 현은 일반적으로 악기가 "하모닉 튜닝"이라고 불리는 주파수 배합으로 조율될 때 가장 잘 들리는 원리다. 고조파 튜닝으로 음높이의 비율을 상대적으로 작은 비트의 정수로 풍부하게 재생 및 합성해 낼 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 전기로 소리를 내는 장치인 전자악기와 전기자동차의 가상 엔진음 등에서 입력된 신호음이나 메모리에 사전에 저장된 음을 스케일링 할 수 있는 증폭 값과 피드백 저장 후 읽어내는 데이터 값의 변환에 의해 원음에 변조 효과를 제공하여 시간 가변 피치 시푸팅과 원음의 반복 전송을 이용한 실시간 효과음 소리 발생 방식.
2. 메모리에 미리 저장된 원음을 기준으로 삼아 제 1의 게인 값에 의해 원음인디지털 입력 신호가 x비트 정수의 고정길이를 갖는 고정폭 데이터 형이다. a 제1의 피드백 어드레스 n1 번째의 피드백 메모리 디지털 신호와 n1-1 번째의 신호를 읽어 n1 과 n1-1 신호를 이용한 제1의 게인값 과의 특정된 연산을 한 후 결과 값을 출력으로 보내다. 결과 값은 x비트 정수의 고정길이를 갖는 고정폭 데이터형이다.
3. 메모리 버퍼 지연기의 지연 값은 사인형태의 변화량으로 주기를 갖고 변화한다. 지연 값은 y비트 정수의 고정 길이로 표현하고 사인 값은 테이블 메모리에 저장한 후 읽어서 실제 지연 값으로 이용한다. 여기서 사인 테이블 메모리의 읽기 번지도 가변 할 수 있다.
4. N개의 피드백 메모리 버퍼 지연기중에 임의의 개수만큼만 선택하여 사용할 수 있는 구조와 시간가변을 이용할 수도 고정된 시간지연을 이용할 수도 있음을 자유자재로 선택할 수 있는 회로로서, 피드백되어 저장되는 소리를 원음과 스케일링하여 배합하여 사용자가 제어하기 쉬우면서 외부에서 새로운 원음을 제공하지 않아도 새로운 제어 명령에 따라 다양한 효과음 구현이 가능한 구조.
5. 시간 가변된 피드백 메모리 버퍼의 읽기 번지수의 싸인테이블에 따라 변하는 크기에 의해 빠르기와 톤이 조절된 음과 번지수의 소수점을 없앰으로 인하여(반올림) 나타나는 클리핑으로 인해 소리가 뒤틀리는 심한 왜곡잡음을 내삽입 변조에 의해 최소화 하는 구조.
6. 원천음 메모리에 저장된 정보를 시작부근과 엔딩 부분의 일정 부분을 교차 변조에 의해 저장하는 구조.