KR970005605B1 - 스피커 주파수 특성 보상 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스피커 주파수 특성 보상 시스템

제1도는 일반적인 콘형 스피커 유니트의 구조도.

제2도는 본 발명에 따른 스피커 주파수 특성 보상 시스템의 블록도.

제3도는 스피커 주파수 특성 곡선을 보인도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 제어앰프 21,22 : 대역 통과 필터(이하, BPF라 한다.)

31,32 : A/D변환기

41,42 : 유한 임펄스 응답 필터(finite impulse response filter:FIR 필터라 한다.)

51,62 : D/A변환기 60 : 메인 앰프

70 : 스피이커 80 : 레벨 감지기

90 : 마이콤 100 : 계수롬

본 발명은 스피커 주파수 특성 보상 시스템에 관한것으로, 특히 저음 영역에서 입력신호의 레벨 변화에 따라 변화되는 주파수 특성을 보상하는 시스템에 관한것이다.

소리란 일반적으로 공기 분자의 움직임을 말하는데, 공기분자의 소밀에 따라 소리의 강약이 달라진다. 이러한 공기 분자의 움직임을 제어하며 소리를 발생시켜 주는 것이 스피커이다.

스피커는 전기적인 신호를 기계적인 운동 에너지로 변환시켜 이 에너지로 공기분자의 움직임을 제어하고 있다.

제1도는 종래의 일반적인 콘형 스피커의 구조를 도시한 것이다. 입력단자(13)로 유입되는 전기적인 입력신호는 입력단자(13)에 전기적으로 접속되어 있는 보이스 코일(4)에 인가된다. 보이스 코일(4)에서는 입력신호의 전류에 의해 자기장을 발생하는데, 이에 따라 보이스 코일(4)에 약간 떨어진 둘레에 위치된 플레이트(2), 플레이트(2) 바로 아래에 설치된 마그네트(3)와, 보이스 코일(4), 플레이트(2) 및 마그네트(3)에 의해 감싸여져 있는 센터폴 요오크(1)는 자기 회로를 형성하게 된다.

보이스 코일(4), 플레이트(2), 마그네트(3) 및 센터폴 요오크(1)에 의해 형성된 자기 회로에 플레밍의 왼손법칙을 적용하면 자기력에 의해 보이스 코일(4)이 상하로 진동하게 된다.

보이스 코일(4)이 상하로 진동함에 따라 보이스 코일(4)에 고정접속된 콘지(5)도 상하로 움직이게 된다. 이 콘지(5)의 상하의 움직임에 의해 공기 분자의 움직임을 제어하여 음압을 발생시켜 소리를 생성하게 된다.

입력신호의 주파수 대역이 고역에서 저역으로 갈수록 입력신호의 진동이 심하게 된다. 따라서, 상기와 같은 콘형 방식의 스피커에서도 입력신호의 주파수 대역이 고역에서 저역으로 갈수록 입력신호의 진동과 마찬가지로 콘지(5)가 상하로 빠르게 움직여 주어야 한다. 그러나, 일반적으로 콘지(5)와 관련된 요소들이 무게를 가지고 있어 관성의 법칙에 의해 입력 신호의 진동을 따라가지 못한다. 이에 따른 에너지 손실이 있기 때문에 음을 충실히 재생하지 못하게 된다. 특히, 이는 저역에서 심하게 나타나는데, 입력신호의 빠른 진동을 콘지(5)가 그의 무게에 의해 미처 따라가지 못하기 때문이다. 이를 위상 개념으로 살펴보면, 콘지(5)가 입력신호를 따라 90°앞으로 전진하다가 180°뒤로 후진하여고 하는 순간에 이미 입력 신호는 180°위상을 지나서 270°위상으로 오고 있으므로 콘지(5)는 뒤로 후진하려고 하다가 다시 270°의 입력 신호에 의해 다시 밀려 전진하게 되고, 이때 콘지(5)의 진동의 진폭은 90°위상 때보다는 더 큰 진폭을 갖게 된다. 이렇게 콘지 방식의 스피커는 상술한 방식으로 동작하게 되므로 입력신호의 진동이 빠르면 빠를수록, 즉 입력 신호의 주파수 대역이 낮으면 낮을수록 관성의 법칙에 의한 에너지 손실이 크게 되어 음의 재생 충실도가 그만큼 저하하게 된다. 또한, 입력 신호의 주파수 대역을 일정하게 하고 입력 신호의 진폭 레벨, 즉 전압이나 전류의 량을 증가시키면 이에 따라 콘지(5)도 큰 진폭으로 상하로 이동하게 되어 그 만큼의 관성의 법칙을 더 받게 된다. 즉, 콘지(5)의 상하 운동의 진폭이 크면 클수록 음의 재생율이 떨어진다고 말할 수 있다.

결국, 콘지 방식의 스피커에서는 비선형 특성을 갖게 되어 음의 재생 충실도가 저하되게 되었다.

따라서, 본 발명은 이러한 비선형 특성을 보상해 주어 선형 특성을 갖도록 하게 하는 스피커 주파수 특성 보상 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 입력 신호의 레벨 변화에 따라 변화되는 주파수 특성을 보상해 주는 스피커 주파수 특성 보상 시스템을 제공하는 것이다.

이들 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스피커 주파수 특성 보상 시스템은 전력을 증강하기 위한 메인 앰프(60)의 출력에 접속되어 메인 앰프(60)의 출력 레벨을 검출하여 그에 접속된 마이콤(90)에 이를 알려주는 레벨 감지기(80), 마이콤(90)은 레벨 감지기(80)의 출력에 따라 그의 내부에 내장된 계수롬(90)에서 일정한 계수값을 독출하여 제1 및 제2 FIR 필터(51)(52)에 이를 공급함으로써 메인 앰프(60)의 출력에 접속되어 있는 스피커(70)의 왜율을 보정할 수 있도록 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 스피커 주파수 특성 보상 시스템은 제1및 2FIR 필터(41)(42)는 마이콤(90)의 출력에 따라 그들에 각각 접속되어 있는 제1 및 2 A/D 변환기(31)(32)로부터 오는 신호를 일정한 대역으로 필터링 하도록 되어 있다.

제1 및 제2 A/D변환기(31)(32)는 해당 BPF(21)(22)를 통하여 제어앰프(20)에 전기적으로 접속되고, 제1및 2FIR 필터(41)(42)에는 제1및 제2D/A변환기(51)(52)가 각각 접속되어 FIR 필터는(41)(42)의 출력을 아날로그 변환시킨다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 스피커 주파수 특성 보상 시스템의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 따른 스피커 주파수 특성 보상 시스템을 도시한 것이다. 거기에서 살펴보면, 볼륨, 베이스 등을 제어하기 위해 설치된 제어 앰프(20)에서는 입력신호의 레벨을 가변, 제어한다. 한쌍의 BPF(21)(22)는 제어앰프(20)이 출력에 접속되어 제어 앰프(20)로부터 오는 신호를 일정대역으로 제한시켜 통과시킨다. 한쌍의 BPF(21)(22)에서 제1BPF(21)는 100Hz~20kHz의 주파수 대역의 신호만을 통과시키고, 제2BPF(22)는 20Hz~100Hz이 주파수 대역의 신호만을 통과시킨다. 한쌍의 A/D 변환기(31)(32)는 상기 한쌍의 BPF(21)(22)에 접속되는데, 제1 A/D변환기(31)는 제1BPF(21)의 출력에 접속되어 그로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환시키고 제2 A/D변환기(32)는 제2BPF(22)의 출력에 접속되어 그로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지탈신호로 변환시킨다.

그리고, 한쌍의 FIR 필터(41)(42)는 상기 한쌍의 A/D(31)(32)에 접속된다. 제1FIR 필터(41)는 제1 A/D 변환기(31)에 연결되어 제1 A/D 변환기(31)의 출력신호를 일정한 디지탈 다역으로 필터링하는 반면에, 제2 FIR필터(42)는 제2 A/D변환기(32)에 연결되어 제2 A/D변환기(41)의 출력신호를 일정한 디지탈 대역으로 필터링한다. 제1 및 2FIR필터(41)(42)에서 필터링된 신호는 각각 해당 D/A변환기(51)(52)에 공급되어 다시 아날로그 신호로 변환된다. 즉, 제1 FIR 필터(41)의 디지탈 출력은 제1 D/A 변환기(51)에 공급되고 제2 FIR(42)의 디지탈 출력은 제2 D/A 변환기(52)에 공급되어 아날로그 신호로 변환된다.

제1 및 2 D/A변환기(51)(52)에 의해 변환된 신호들은 합성되어 메인앰프(60)에 공급된다. 메인 앰프(60)은 전력을 증강시키기 위하여 제공된다. 메인 앰프(60)는 스피커(70) 및 레벨 감지기(80)에 접속되어 그의 출력을 이들에게 각각 공급한다. 스피커(70)는 메인 앰프(60)의 출력신호에 따라 상술한 바와 같이 동작하여 음압을 발생시켜 소리를 내며, 레벨 감지기(80)는 메인 앰프(60)의 출력레벨을 감지하여 그에 접속되어 있는 마이컴(90)에 이를 알린다. 그러면 마이컴(90)은 인지된 레벨값에 따라 그의 내부 내장된 계수를(100)에서 인지된 레벨값이 해당되는 FIR 필터 계수값을 독출하여 제1 및 2 FIR 필터(41)(42)에 공급한다. 그러면, 제1및 2FIR 필터(41)(42)는 마이컴(90)의 출력에 따라 제1및 2 A/D 변환기(31)(32)로부터 오는 디지탈 신호를 필터링하여 이를 제1D/A 및 2 D/A 변환기(51)(52)로 각각 전송한다.

마이컴(90)에 내장된 계수롬(100)에는, 입력 신호의 레벨을 일정한 간격을 나누어 무향실에서 일정 입력신호의 레벨을 기준으로 이 레벨의 신호는 저음 주파수 대역에서 스피커가 허용하는 최대 전압까지를 10개의 구간을 나누어 각 구간에서 스피커 왜율 FIR 필터 보상계수를 상기 롬(100)에 저장시킨다. 다시 말하면, 상술했던 바와 같이 입력신호의 레벨이 변화되면 콘지 등의 여러 요인으로 인해 주파수 특성이 나빠져 음에 왜곡이 생기는데, 이 왜곡을 보상하기 위하여 각 레벨마다 스피커 왜율 FIR필터 보상계수를 계산하여, 그 계산된 값을 계수롬(100)에 저장시킨다.

이를 아래의 표 1에 나타내었다.

여기에서, C~C은 스피커 왜율 보상계수이다.

제3도는 스피커 주파수 특성 곡선을 보인 것으로, 5V일때와, 2V일

때는 100Hz 이상에서 주파수 특성이 거의 같으며, 20~100HZ에서는 주파수 특성이 48Hz에서 현저히 차이가 난다.

이와같이, 100Hz 이상에서는 2V나 5V에도 동일 주파수 특성을 갖기 때문에 하나의 FIR 필터 계수로써 보정이 가능하나, 20~100Hz 사이에서는 현저히 다르다, 따라서, 100Hz 이상은 하나의 FIR 필터계수로써 보정하고 20~100Hz 사이에서는 10개의 입력 레벨을 나누어서 각 레벨에 대한 계수를 무향실에서 측정한 주파수 특성 곡선을 토대로 FIR 필터 왜율 보상계수를 계산한다.

이것을 계수롬에 저장하여 레벨 감지기에서 감지되는 레벨에 대해 계수를 찾아내어 저역쪽(20~100Hz)만 보상한다. 100Hz 이상은 레벨감지기와는 관계없이 맨처음 계산된 계수로써 해당 FIR 필터를 통해서 보상한다.

Claims (4)

1. 전력을 증강하기 위한 메인 앰프(60)의 출력에 접속되어 메인 앰프(60)의 출력 레벨을 검출하여 그에 접속된 마이콤(90)에 이를 알려주는 레벨 감지기(80), 마이콤(90)은 레벨감지기(80)의 출력에 따라 그의 내부에 내장된 계수롬(90)에서 일정한 FIR 필터 계수값을 독출하여 제1 및 2 FIR 필터(51)(52)에 이를 공급함으로써 메인 앰프(60)의 출력에 접속되어 있는 스피커(70)의 왜율을 보정할 수 있는 스피커 주파수 특성 보상 시스템.
2. 제1항에 있어서, 제1 및 2 FIR 필터(41)(42)는 마이콤(90)의 출력에 따라 그들에 각각 접속되어 있는 제1 및 2 A/D 변환기(31)(32)로부터 오는 신호를 일정한 대역으로 필터링하는 스피커 주파수 특성 보상 시스템.
3. 제2항에 있어서, 제1 및 2 A/D 변환기(31)(32)가 해당 BPF(21)(22)를 통하여 제어앰프(20)에 전기적으로 접속되는 스피커 주파수 특성 보상 시스템.
4. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1 및 2 FIR 필터(41)(42)에는 제1 및 제2D/A 변환기(51)(52)가 각각 접속되어 FIR 필터를 (41)(42)의 출력을 아날로그 변환시키는 스피커 주파수 특성 보상 시스템.