KR20240012681A - KIMJUN 3WAY 3D 입체음향 알고리즘 for TV+SOUND BAR - Google Patents

Abstract

3WAY 3D SOUND 는 기존 TV에 장착 되어 있는 Stereo format의 Speaker 만으로는 전 대역대(Full Range)의 음향을 소비자에게 고루 전달함에 있어 부족한 부분이 많기 때문에 TV의 기존 포맷인 하단 2개의 스테레오 스피커 이외에 사운드바의 스피커와 SYNC 하여 서브우퍼가 있다면 설치한다. 기존 스피커와 사운드바의 스피커를 각각의 주파수 영역을 나누어 조금 더 세밀하고 섬세한 입체 음향을 전달 하기 위함이다.
단, 위의 CrossOver 주파수 분리를 위한 별도의 Hardware 없이 KIMJUN 3D Software Algorithm을 통한 CrossOver를 통해 고역,중역,저역 을 분리하여 TV의 상단 스피커는 고역을 담당하며 하단의 스피커는 중역과 저역을 담당하게 만들어 KIMJUN 3D Software Algorithm 만을 통해 TV와 사운드바4개의 스피커를 통한 최상의 퍼포먼스로 소비자에게 사운드를 전달하기 위함 이며 이는 각각의 Speaker를 구동하기 위한 OP AMP와 Speaker의 내구성에도 각각의 단일 스피커 만으로 Full Range를 재생 할때보다 스피커 자체의 부담이 훨씬 적어 지기 때문에 제조사 에서도 내구성 확보와 음질 부분에 있어 큰 이익을 볼수 있음. 또한 서브우퍼 추가시 홈시어터 이상의 효과를 나타낼수 있다.
이는 4개의 스피커가 TV와 사운드바에 동시 구현되는 KIMJUN Software Algorithm으로 탑재되어 TV와 사운드바의 CrossOver 각 주파수 대역간의 Latency를 를 최소화하여 기존 2개의 스피커만으로 전달하기 힘든 음장 및 음량을 더 넓은 스윗 스팟(청취포인트) 제공하며, 2Way 또는 3Way 급의 스피커로 구현하는 것과 같은 디테일과 음장을 형성 할 수 있다.
이를 통해 Stereo 입력 시그널을 3D 입체 음향으로 변환하여 더욱 생동감 넘치고 몰입감 있는 음향을 전달 하는 것을 목적으로 하며 이를 통해 TV만 구입하는 소비자 역시 TV 스피커 만을 통해 영화를 시청하거나 음악을 청취하며 사운드에 불만을 가지는 소비자에게 크게 어필 할 수 있을 것으로 기대한다.

Description

KIMJUN 3WAY 3D 입체음향 알고리즘 for TV+SOUND BAR {(KIMJUN 3WAY 3D SOFTWARE ALGORITHM FOR TV PLUS SOUND BAR (3D SOUND ENSEMBLE)}

본 발명은 TV의 4개의 스피커를 (2개 1Pair) 각 주파수 대역 분리를 별도의 하드웨어 없이 소프트웨어로 구현하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 소프트 웨어로 구현시 상단,하단 스피커 간의 Sync 및 Time Delay 최소화하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 물리적2Way 또는 3Way 급의 스피커로 구현하는 것과 같은 디테일과 음장을 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 기존 가상 서라운드 (vitural surround) 또는 빔포밍 방식과는 다른 KIMJUN 3D SOUND 알고리즘 기술을 통해 다채널 입력이 아닌 스테레오 입력만으로 3D Sound를 구현하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 일반 방송 또는 PCM Stereo 입력시 오디오 시그널 Left,Right 채널을 아래 수식을 통해 Left,Center,Right,Left Hight, Right Hight 채널로 Upmix 이후 분리하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 HRTF의 좌표 값을 통해 각각의 채널이 Down MIX 되어 Stereo Signal로 TV상단,하단 스피커에 전송되는 방법에 관한 것이다

본 발명은, 이때 Down MIX 된 Stereo Signal에는 Crosstalk Cancle 즉 간섭을 최소하 하여 3D 입체 음향을 각각의 스피커에 전달하는 방법에 관한것이다.

일반적으로 사람이 들을 수 있는 소리의 주파수를 가청주파수라고 하며, 이는20Hz~20,000Hz(헤르츠) 정도의 주파수 영역이다. 일상생활에서 듣는 소리는 10kHz(킬로헤르츠) 이하 이거나 10kHz를 크게 벗어나지 않는다.

3VAY 스피커의 크로스 오버 포인트를 나누어 보면 저역,중역,고역으로 나눌수 있는데 이를 주파수로 나누면 20Hz-120Hz 까지를 저역, 120Hz-1000Hz 까지를 중역, 1000Hz-20000Hz 까지를 고역으로 나눌수 있으며 크로스 오버 포인트 지점은 스피커 특성과 인클로져(스피커 통) 등에 따라 좀더 세밀하게 각각 조절 할수 있다.

여기서 초저역에 해당하는 20Hz는 1초에 20번의 물리적 진동으로 소리를 전달하는 것을 말하며 20000Hz의 초고역 주파수는 1초에 2만번의 물리적 진동을 일으켜 소리를 전달한다.

따라서 1WAY 방식의 풀레인지 (전대역 재생) 스피커의 경우 저역과 중역, 고역을 재생함에 있어 그 한계가 분명하며 전대역을 올바르게 재생하기 어렵다.

TV 자체에 탑재된 풀레인지 1WAY 타입의 소형 스피커는 고역대의 재생만을 담당하는 트위터 역할로 1kHz 부터 20kHz까지의 재생만을 담당하게 되며 사운드바의 스피커는 미들레인지를 담당하는 스피커로 120Hz부터 1kHz까지의 재생을 담당하며 서브 우퍼의 경우 120Hz부터 그이하의 주파수 대역을 담당하게 3WAY방식으로 구성하여 재생하게 하며 이는 별도의 하드웨어 크로스오버를 사용하지 않고 Software 만으로 Crossover를 구성 한다.

또한 기존 스테레오 스피커만으로 표현하는데 있어 한계가 있던 3D 입체 음향 부분에 있어 2WAY 3D SOUND 기술은 정확한 레이어의 구분 및 음장 형성 그리고 공간감 까지 TV의 사운드 한계를 넘어 3D SOUND 를 구현 한다

이것은 단순 PEQ등을 통한 이퀄라이져 메이크업 만으로 이루어지는 주파수 조절만으로는 불가능 하며 이때 발생되는 위상 문제에도 근본적인 해결책이 되지 못하므로 4개의 스피커간의 높이 및 간격 그리고 CrossOver Point는 KIMJUN 만의 독자적인 기술로 하드웨어에 맞게 Tuning 할수 있다.

(Ex. 2 WAY - CrossOver Point 를 1kHz로 설정시 트위터의 성능 및 W와트에 따른 가변 조절 가능)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, TV 하단 또는 뒷면에 배치된 스피커의 문제를 해결하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는,TV의 배젤이 얇아짐에 따른 스피커 인클로우져 설계 불량 문제를 해결하는 방법을 제공하는 것이다.

소비자로 하여금 별도의 홈시어터 또는 사운드바와 같은 음장 형성을 제공하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 실시예에 모든 시그널 제어 및 Up Mix,Down Mix 는 KIMJUN만의3D Algorithm 고유의 방식에 의해 수행되는 방식으로 Hardware의 변경 없이 Software로 제어를 해야 하기에 사운드 Depth 단계가 필요하며, 2WAY 3D Sound를 사용하지 않을 때는 TV의 하단 Stereo(1pair) Speaker에서만 재생되며 모든 주파수 대역 풀레인지 모드로 변환 되어야 하고 상단 스피커와 하단 스피커 간의 간격은 1:3으로 상단 스피커와 하단 스피커의 지향 방향은 하단 또는 상단 동일한 방향을 지향하는 내용을 포함한다.

이때 각 사이드를 지향하게 스피커 셋팅시 위상차가 심하게 발생하여 팬텀 이미지의 생성이 아뇌므로 상단 또는 하단을 지향하며, 상단 스피커를 투위터로대체시 그 트위터의 주파스 재생 대역 확인에 따른 크로스오버 포인트가 변한다.

본 발명에 따르면, 하드웨어로 크로스오버를 구현하기에는 제조사 입장에서 여러가지 부담이 생기는데 디지털 크로스 오버를 사용 하여 위상차가 거의 없으며 각각의 스피커 유닛에 위상차 없이 원하는 대역만 정확하게 입력되면 깨끗한 음향의 재생이 가능하게 된는 장점이 있다.

STEREO 입력 시그널이 들어오면 위와 같이 3개의 주파수 대역으로 나누어 크로스 오버를 한다

고역,증역,저역으로 나누어진 시그널이 TV 상단 트위터로는 고역을 TV 하단 스피커로는 중역과 저역 시그널을 전송한다.

이때 주파수 대역을 분리하는 크로스오버 이외에 MID,SIDE 방식으로 좌,우와 센터를 분리한다. 미드, 사이드를 구하는 수식은 아래와 같다.

이후 HRTF의 고유의 좌표값(하단 좌표 참조)을 통과해 각각의 시그널이 STEREO로 다시 DOWN MIX 된다.

STEREO 시그널이 최종 전송되는 POST PROCESSING 과정에서 CROSSTALK CANCLE이 이루어진다. 이때의 크로스톡 캔슬레이션 수식은 KIMJUN 3D Crosstalk Cancellation과 같다.

이후 전송되는 시그널의 Over Clipping 을 최소화 하기 위한 컴크레서와 리미트가 보호 회로로 작동하며 각각의 스피커로 시그널이 최종 전송 된다.

Claims (1)

1. Stereo 음원 소스 입력시 이를 KIMJUN 3D 알고리즘을 통과시켜 4개의 스피커로 구현한다. 이때 스피커로 구현시 Crosstalk Cancellation이 적용된다. 스마트폰 및 TV, 사운드바 등의 경우 이어폰 잭을 통한 자동 변환 및 블루투스 페어링 신호를 통한 자동 변환이 가능하다
   상기 오디오 신호들은 다채널 오디오 신호들 중 크로스오버(Crossover) 신호들을 포함하고, 상기 사운드 스피커들은 TV의 뒷면 좌측 및 우측에 각 각 90도 대칭적으로 설치되는 것인, 스피커들을 이용한 실내 사운드 재생 장치.
   상기 출력 오디오 신호들 중 적어도 하나 이상에 상응하는 크로스오버(Crossover) 조절 정보를 포함하는 것인, TV 스피커들을 이용한 실내 사운드 재생 장치