KR970005607B1 - 청취공간 특성 보정장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 종래의 청취공간 특성 보정장치의 블럭도.
제2도는 본 발명에 따른 청취공간 특성 보정장치의 블럭도.
제3도는 청취공간의 형태와 스피커의 위치의 예를 도시하는 예시도.
제4도는 본 발명에 따른 청취곤간 특성 보정장치의 일실시예.
제5도는 주파수의 왜곡특성 및 보정특성을 도시한 도.
제6a 및 6b도는 제4도의 DSP알고리즘의 예를 도시한 도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 소오스 15 : 스위칭부
20 : 그래픽 이퀄라이저 25 : 파워앰프
30 : 스피커 35 : 테스트신호생성부
40 : 제어부 45,103 : A/D변환기
50 : 주파수특성감지부 55 : 마이크로폰
100 : 주파수특성보정부 105 : DSP
107 : D/A변환기 10 : 제어부
115 : 마이콤 120 : 데이타베이스(ROM)
130 : 표시부 140 : 스위치부
133 : 액정표시기 구동장치 135 : 액정표시기
본 발명은 청취공간의 형태 및 크기에 따른 주파수 왜곡을 보정하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 청취공간의 각 형태에 따른 신호왜곡 특성을 미리 측정하여 데이타베이스화하고 사용자가 각 공간에 대해서 왜곡을 보정할 수 있도록 한 청취공간 특성 보정장치에 관한 것이다.
통상 오디오기기에서 음의 기록 및 재생을 위하여 사용되는 컴팩트디스크(Compact Disk;CD)또는 디지털 오디오 테이프(Digital Audio Tape;DAT)에서 재생되어 출력되는 오디오음은 신호가 미약하기 때문에 파워앰프를 통과하면서, 청취자가 들을 수 있을정도로 증폭되고, 증폭된 음은 스프캐를 통하여 실제의 가청음으로 출력되는데, 이때 스피커에서 출력되는 음은 청취자가 위치한 청취공간의 음향특성에 의하여 음이 왜곡되어 실제의 음과는 차이점을 가지게 된다.
이와같이 재생음의 왜곡을 가져오는 가장 큰 원인은 청취공간의 형태와 벽면의 음반사율에 기인한 것으로써 이러한 요인에 의하여 청취자가 실제로 듣게 되는 음은 CD또는 DAT 등에서 출력되는 원음이 아니라 청취공간의 특성에 따라 왜곡된 음을 청취하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 제1도에 도시된 청취공간 특성 보정장치가 채택되었다. 제1도에서 도시된 바와 같이, 통상의 오디오장치의 구성을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
컴팩트 디스크 또는 디지털 오디오 테이프에 기록되어 있는 음을 재생하는 소오스(10)와, 상기 소오스로부터 출력된 음의 주파수특성 등의 열화를 보상하기 위한 그래픽 이퀄라이저(20)와, 그래픽 이퀄라이저(29)로부터 출력된 음은 청취자가 청취하기에는 미약하기 때문에 청취자가 재생된 음을 청취할 수 있을 정도로 증폭하기 위한 파워 앰프(Power Amp)와 증폭된 음을 가청음으로 증폭하기 위한 스피커(30)로 구성된다.
이러한 장치에 청취공간 등의 특성에 따른 음의 왜곡을 보정하기 위하여 테스트신호를 생성하기 위한 테스트신호 생성부(35)와, 테스트 신호를 앰프로 출력하도록 하는 스위칭부(15)와, 기존의 스피커(30)를 통하여 출력된 음을 다시 받아들이기 위한 마이크로폰(55)과, 청취공간의 특성에 따라 왜곡되어 마이크로폰으로 입력된 음을 아날로그 신호에서 다지탈신호로 변화시키기 위한 아날로그/디지탈변환기(45)와, 디지탈변환된 신호를 원래의 테스트신호와 비교하여 청취공간의 주파수 특성을 추출하여 이에따른 주파수특성을 그래픽 이퀄라이저에 전송하는 제어부(40)로 구성된다.
제1도에 도시된 종래의 청취공간특성 보정장치의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 오디오기기가 동작하면 제어부(40)에서는 테스트신호생성부(35)에 테스트신호를 출력할 것을 지시한다. 이때 사용되는 테스트신호는 통상 화이트 노이즈(white noise)나 핑크노이즈(pink noise)를 사용하고 특별한 경우에는 임펄스신호(impulse signal)를 사용하는 경우도 있다.
테스트신호생성부(35)에서 출력된 신호는 스위칭부(15)를 경유하여 그래픽 이퀄라이저(20), 파워앰프(25) 및 스피커(30)를 통하여 출력된다. 출력된 테스트신호는 청취공간의 형태와 벽면의 음반사율 등에 따라 왜곡되고 이러한 왜곡한 테스트신호가 특정위치에 설치된 마이크로폰(55)를 통하여 입력된다. 이때, 그래픽 이퀄라이저(20)는 각 주파수에 대한 이득제어를 하지 않는 상태(FLAT 상태)를 유지하도록 하고, 왜곡된 테스트신호는 주파수특성 감지부(50)에서 청취공간의 주파수 특성을 추출한다.
테스트신호생성부(35)에서 출력된 신호가 화이트 노이즈나 핑크노이즈인 경우에는 감소되거나 증가된 주파수 부분을 체트하고 임펄스 신호를 사용하는 경우에는 입력된 신호를 고속 프리에 변환(Fast Fourier Transform;FFT) 분석 등을 통하여 청취공간의 주파수특성을 추출한다.
추출된 주파수특성신호는 아날로그신호이기 때문에 이를 아나로로그/디지탈변환기(45)를 통하여 디지탈신호로 변환시켜 제어부(40)로 출력한다. 제어부(40)에서는 변환된 디지탈신호와 테스트신호생성부(35)의 원래의 테스트신호를 비교하여 청취공간의 전달특성을 추출하고 이러한 전달특성을 기초로하여 보정특성을 계산한다. 계산된 보정특성은 그래픽 이퀄라이저(20)로 보내어 입력된 오디오음을 보정특성만큼 보정한 후에 이를 파워앰프를 통하여 증폭한 뒤에 스피커를 통하여 출력하여 청취공간의 특성을 보정함으로서 음의 왜곡을 보정하였다.
그러나, 제1도에 도시된 시스템을 실제로 구현하는 경우에 있어서 다음과 같은 문제점이 야기된다. 첫째로, 청취공간의 특성 및 벽면의 반사율에 따라 왜곡된 신호를 받아들이기 위하여 청취자가 위치하는 지점에 마이크로폰을 설치해야 하므로 특정취치에 마이크로폰을 설치해야 하는 번거로움이 있다.
둘째로, 오디오기기내에 주파수특성 감지부 및 아날로그/디지탈변환기 및 보정특성 계산을 위한 부분이 내장되어야 하기 때문에 기존의 장치내에 새로운 부품을 설치하여야 하기 때문에 가격이 상승하는 문제점이 생긴다.
따라서, 본 발명은 청취공간의 형태특성에 대한 데이타를 각각 그룹을 지어서 각 그룹에 대한 보정특성을 미리 측정한 후 이러한 측정데이타를 기억시켜 높은 메모리수단을 오디오기기 내에 설치해 놓고 사용자가 현재 기기가 설치된 공간의 형태 및 반사율 특성에 적합한 보정특성을 직접 선택하도록 하여 이에 의해서 재생음이 청취공간에 따른 왜곡을 보정할 수 있도록 하고자한 것이다.
상기에서 기술된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 각 형태에 따른 청취공간의 신호왜곡특성을 데이타베이스화하고 사용자가 각 공간에 대하여 왜곡을 보정할 수 있도록 하는 청취공간 특성 보정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 마이크로폰을 불필요한 장비를 제거하여 오디오기기 등이 설치 및 구성을 간략하게 한 경제적인 청취공간 특성 보정장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 컴팩트 디스크 또는 디지탈 오디오테이프 등 기록되어 있는 음을 재생하여 파워앰프 및 스피커를 통하여 출력하는 오디오기기가 위치하는 청취공간의 특성데이타를 입력하는 스위치부; 청취공간의 특성에 따른 주파수특성 데이타와 주파수특성을 보상하는 프로그램을 저장하는 데이타베이스; 스위치부의 입력에 따라 데이타베이스부의 해당 청취공간의 특성데이타 및 프로그램을 판독하여 출력하는 제어부; 제어부로부터 프로그램에 따라 오디오기기에서 출력된 신호를 제어부로부터의 특성데이타로 역보상하여 파워앰프로 출력하는 주파수특성 보정부를 포함하는 청취공간 특성 보정장치가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 기술하기로 한다.
제2도는 본 발명에 따른 청취공간특성 보정장치의 블록도로서 컴팩트 디스크 또는 오디오 디지탈 오디오 테이프에 기록되어 있는 음을 재생하는 소오스(10)와, 사용자가 청취공간의 형태에 대한 데이타를 입력하는 스위치부(14)와, 스위치부로부터 입력된 데이타에 따라 현재의 상태를 표시하는 표시부(130)와 스위치부(140)로부터의 청취공간 데이타에 따라 보정하고자 하는 데이타를 출력하는 제어부(1190)와, 제어부로부터의 제어출력을 받아서 청취공간에서 발생되는 주파수왜곡을 역으로 보상해주는 주파수특성보정부(100)와, 보정된 음을 청취할 수 있을 정도로 증폭하기 위한 파워앰프(25) 및 증폭된 음을 가청음으로 증폭하는 스피커로 구성된다.
제2도에 도시된 본 발명의 청취공간특성 보정장치의 동작에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다. 사용자는 스위치부(140)를 조작하여 청취공간의 형태에 관한 데이타를 입력한다. 제어부(110)는 입력된 데이타를 표시부(130)에 사용자가 사용하고자 하는 청취공간의 형태와 공간의 크기를 시각적으로 표시한다.
그리고 제어부(110)는 해당 입력데이타에 해당하는 공간 특성에 다른 주파수특성의 보정을 위한 필터의 계수데이타를 데이타베이스(120)로부터 받아서 출력한다. 주파수특성보정부(100)는 제어부(110)로부터의 계수데이타를 받아서 소오스(10)에서 출력되는 오디오음을 청취공간에서 발생될 주파수왜곡을 역으로 보상하여 청취자에게는 왜곡되지 않은 음을 공급해 주게 된다.
제3도는 제2도의 본 발명의 청취공간 특성 보정장치의 상세도이다.
제3도에서의 본 발명의 다른 실시예로서 제2도의 주파수특성보정부(100)을 소오스로부터의 오디오신호를 아날로그의 형태에서 디지털신호로 변화시키는 아날로그/디지탈변환기(103), 제어부로부터의 DSP프로그램과 데이타를 받아서 신호를 처리하는 디지탈 신호 처리기(Digital Signal Processor; DSP)(1050 및 처리된 디지탈신호를 다시 아날로그 신호로 변환시키기 위한 디지탈/아날로그변환기(107)로 구성하였고, 데이타 베이스(120)로는 상기 스위치부(140)에 의해 선택된 청취공간에 따른 주파수보정을 DSP프로그램과 DSP계수가 기록되어 있는 ROM(140)을 사용하였고, 제어부(110)로는 일반적인 마이콤(115)을 사용하였고 마이콤에서 수행되는 동작에 대하여는 이후에 상세히 설명할 것이다.
제3도에 도시된 실시예의 동작은 다음과 같다. 우선 각각 다른 청취공간의 형태와 크기에 따른 주파수특성을 사전에 측정하여 롬(120)에 기록시켜 놓는다. 예를 들어, 제4도에 도시된 여러형태의 청취공간중 어느하나를 설정하여 X와 Y가 각각 5m인 경우(예, 제40도)를 가정하여 청취공간의 중심위치에 마이크로폰을 설치하고 좌우 상당 양쪽에 설치된 스피커에서 신호를 재생하여 청취공간의 주파수특성을 체크한다.
제5a도가 상기의 방식으로 체크된 주파수특성의 일예이다. 상기와 같은 방법으로 청취공간을 다양하게 설정한 후 얻어진 주파수특성과 청취공간에 대한 자료를 데이타베이스에 기록하게 된다. 제5a도에서 도시된 주파수특성을 보상하기 위한 보정특성이 제5b도에 도시되었으며 이러한 주파수특성의 보정에 대하여는 후술한다.
상기의 과정에서 각각의 경우를 설정하여 얻어진 데이타로 구성된 베이타베이스를 근거로 하여 제어부(110)의 역할을 하는 마이콤(115)은 사용자가 스위치부(140)의 스위치(SW1,SW2,SW3)를 조작하면 해당 조작데이타에 따라 롬으로부터 DSP프로그램과 해다우파수특성을 보정하는 필터의 계수데이타를 주파수특성 보정부로 전송하고 청취공간의 형태를 표시하는 데이타를 표시부(130)로 출력한다. 이때 스위치부(140)의 각각의 스위치는 다음과 같이 구성된다.
제1스위치(SW1)(change switch)는 주파수 보정의 변경 및 선택모드시 사용되고 제2스위치(SW2)(type switch)는 제4도에서와 같은 청취공간의 형태를 선택하는 스위치이고 제3스위치는 청취공간의 크기를 설정하는 스위치이다. 즉 스위치부(140)의 조작은 제1스위치를 사용하여 주파수보정에 대한 모드를 선택하고 제2스위치를 사용하여 청취공간의 형태 즉 X와 Y에 대한 크기의 비율을 입력한다(예, 2가 입력되는 경우는 X에 대한 Y값의 비가 2임을 뜻함). 그리고 제3스위치는 X의 밧을 나타낸다. 따라서 제2스위치에 의하여 X값과 Y값에 대한 비가 입력되어 있으므로 제3스위치의 값에 따라 자동적으로 Y값이 설정된다.
표시부는 스위치부(140)에서 입력된 청취공간의 형태와 공간의 크기에 대한 데이타를 시각적으로 표시하기 위하여 액정표시가 구동장치와 액정표시로 구성된다.
디지탈신호처리기(105)는 마이콤으로부터 주파수특성을 보정하는 필터의 계수데이타를 받아서 청취공간에서 발생되는 주파수왜곡을 역으로 보상하여 주는 역할을 한다. 즉 소오스(10)로부터 전송되어온 신호는 아날로그신호이기 때문에 이를 아날로그/디지탈변환기(103)를 거쳐 디지탈신호처리기(105)에서는 제5b도에 도시된 바와 같이 주파수 보정특성을 이용하여 제5a도에 도시된 주파수왜곡을 보정한 후에 제5c도에 도시된 주파수특성을 가지는 신호를 디지탈/아날로그 변환기(107)를 거쳐 아날로그신호로 변화시킨 후에 파워앰프와 스피커를 출력시킨다.
본 발명에서는 주파수특성 보정을 위하여 디지탈 필터(IIR 필터, FIR필터)를 예를 들어 사용한다. 일반적으로 이산시스템은 재귀시스템(Recursive System)과 비재귀시스템(Nonrecursive system)으로 나눌 수 있다. 재귀시스템의 임펄스응답은 무한개의 출력신호로 되므로, 재귀시스템을 IIR시스템(Infinite Impulse Response System)이라고 하며, 비재귀 시스템의 임펄스응답은 유한개의 출력신호로 되므로, 비재귀시스템을 FIR시스템(Finite Impulse Response System)이라고 한다. 따라서, 디지탈필터에도 재귀형과 비재귀형의 2종류가 있으며, 전자를 IIR 필터라고 하고 후자를 FIR필터라고 한다. 제6a도의 IIR필터는 동일한 필터특성을 만족시키는데 필요로 하는 필터의 차수 N이 매우 적기 때문에, 메모리나 계수곱셈기 등 하드웨어의 부담이 적어지는 점에서 우수하며 신호의 주파수영역을 다수개의 밴드로 구분하여 각 밴드에서 생기는 신호의 증폭과 감소를 각각 조정하고 제6b도의 FIR필터는 피드백 루프를 필요로 하지 않기 때문에 파형전송 등의 응용에 널리 이용되며 전체적인 주파수영역을 동시에 조절할 수 있는 효과가 있다. 이때, 제6도에서 사용되는 200은 일반적인 자연소자, 210은 멀티플라이어, 그리고 229는 가산기이다.
본 발명에서는 디지탈 처리회로에서의 신호처리를 위하여 일 예로서 IIR 필터와 FIR 필터를 예로 들어 설명하였으나 다른 어떠한 필터처리도 가능하다.
이하, 마이콤(115)에서 이루어지는 동작은 다음과 같다. 마이콤(115)은 스위치부(140)의 제1스위치가 온되어 있는가의 여부를 판단하다. 제1스위치가 온되면 제2스위치로부터 청취공간의 형태를 입력받고 제3스위치로부터 청취공간의 크기를 받는다. 이와같이 청취공간에 대한 자료가 입력되면 마이콤은 데이타를 표시부에 표시하고 롬(120)으로부터 입력데이타에 따른 X와 Y값을 기준으로 DSP 프로그램과 계수데이타를 읽어본다. 마이콤(115)은 제어데이타를 C단자를 통하여 전송하고 DSP 프로그램은 P단자를 통하여 전송한다. 마이콤으로부터 데이타를 받은 DSP(105)는 A/D변환기(103)에서 디지탈신호로 변환된 오디오음에 대한 신호처리를 DSP프로그램에 따라 DSP계수를 재생된 음에 처리하여 청취공간의 특성에 따른 음의 왜곡을 보정하고 신호를 D/A변환기(107), 파워앰프(25) 및 스피커(30)를 통하여 출력시킨다. 이와같은 처리에 의하여 음을 재생하므로서 청취자에게 원음에 가까운 음을 재생시킬 수가 있다.
상기에서는 청취공간의 형태에 대한 데이타베이스를 구성하여 이러한 특성에 대한 보정을 기술하였으나 청취공간을 이루고 있는 물질의 형태에 따라 반사의 정도가 다르므로 반사율을 다른 요인으로서 고려하여 이를 데이타베이스화하는 것도 가능하다. 이러한 경우에 청취공간의 크기를 입력한 뿐만 아니라 청취공간의 형태를 이루는 벽면들의 구성물질에 대한 기호 등을 입력하여 크기와 함께 고려함으로써 보다 탁월한 보정효과를 얻을 수 있다.
Claims (7)
- 컴팩트 디스크 또는 디지탈 오디오테이프 등 기록되어 있는 음을 재생하여 파워앰프 및 스피커를 통하여 출력하는 오디오기기가 위치하는 청취공간의 특성에 따라 음의 왜곡을 보정하는 장치에 있어서, 청취공간의 특성데이타를 입력하는 스위치부; 청취공간의 특성에 따른 주파수특성 데이타와 주파수특성을 보상하는 프로그램을 저장하는 데이타베이스; 상기 스위치부의 입력에 따라 상기 데이타베이스의 해당청취공간의 특성데이타 및 프로그램을 판독하여 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터의 프로그램에 따라 상기 오디오기기에서 출력된 신호를 상기 제어부로부터의 특성데이타로 역보상하여 상기 파워 앰프로 출력하는 주파수특성정보부를 포함하는 것을 특징으로 하는 청취공간 특성 보정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 스위치부로부터 입력되는 청취공간의 특성데이타를 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청취공간 특성 보정장치.
- 제2항에 있어서, 상기 표시부는 현재의 상태와 선택상태를 표시하기 위한 액정표시기와 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 상기 액정표시기를 구동하기 위한 액정표시기 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 청취공간 특성 보정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 주파수특성정보부는 상기 오디오기기로부터 재생된 아날로그신호를 다지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지탈 변화기; 상기 변환된 디지탈신호를 청취공간의 특성에 따른 왜곡을 역으로 보상하는 디지털 처리회로; 및 보정된 신호를 아날로그신호로 변환시키기 위한 디지탈/아날로그 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 청취공간 특성 보정장치.
- 제4항에 있어서, 상기 디지탈 처리회로는 무한 임펄스 응답(Infinite Impulse Response;IIR)필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 청취공간 특성 보정장치.
- 제4항에 있어서, 상기 디지탈 처리회로는 유한 임펄스 응답(Finite Impulse Response;FIR)필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 청취공간 특성 보정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 스위치부는 주파수특성보정을 위한 모드변경시 또는 주파수특성 보정을 위한 사용자의 선택완료시 사용되는 제1스위치; 청취공간의 형태를 선택하는 제2스위치; 및 청취공간의 크기를 설정하는 제3스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 청취공간특성 보정장치.
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| CN1031444C (zh) | 1996-03-27 |
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