WO2017188685A1 - 차량 내 음향 공간 보정 시스템 - Google Patents

차량 내 음향 공간 보정 시스템 Download PDF

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김양한
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주식회사 에스큐그리고
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Definitions

  • the present invention relates to an acoustic space correction system in a vehicle, and more particularly, to an acoustic space correction system capable of focusing a sound output from a speaker provided in a vehicle at a desired position.
  • Sound control is based on the sound field reproduction method, active noise control method that reduces the volume of sound in a space using multiple active sound sources, changing the distance between sound sources arranged in a specific shape, and changes the time delay and size between each sound source. There is a method for increasing the sound power radiated at a particular angle.
  • U. S. Patent No. 5,802, 190 (named Linear Speaker Array) discloses a technique for controlling indirect properties such as directionality using limited assumptions such as ignoring distance to the listener or reflection.
  • U.S. Patent 5,910,990 (named Apparatus and method for automatic equalization of personal multi-channel audio system) also discloses a method of reproducing a signal without distortion using a transfer function.
  • Korean Patent Application No. 10-2008-0125309 (name of the invention: a directional sound generating device and method) proposes a method of radiating sound to a specific area, but the sound in a specific area through the arrangement of a high-directional speaker, etc. Include content that focuses your attention.
  • the above-mentioned documents have a problem in that it is difficult to adjust an area to concentrate sound in an environment in which the location of the speaker is fixed, such as a vehicle. In other words, since it is not possible to concentrate the sound in a specific area by using the existing speaker, a hardware change is necessary.
  • the conventional sound control method using a plurality of sound sources merely changes the time delay between the sound sources and their input sizes, and changes only the direction of the sound sources by using a limited form of sound source arrangement. There was no consideration of my occupant location.
  • the music and the notification sound of the navigation may be simultaneously output from the same speaker. At this time, it is necessary to control the position where the output of the music is focused and the position where the notification sound of the navigation is focused.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an acoustic space correction system capable of focusing sound in a vehicle to a specific area.
  • an object of the present invention is to adjust the sound separately separated (audio, audio signals such as CD, DVD, etc., telephone voice signal connected by Bluetooth, etc.) to be heard only at a specific position (bright zone), and other positions (dark zone) Esso provides an acoustic spatial correction system that can be adjusted to be very weak or inaudible.
  • Another object of the present invention is to provide an acoustic space correction system that allows a user to select or adjust the focusing of sound in a vehicle.
  • a sound space correction system including: a wireless communication module configured to receive a voice signal from a mobile terminal connected through wireless communication; A correction controller for filtering the voice signal to generate a sound source signal for focusing an output of the voice signal transmitted from the wireless communication module on a bright zone BZ; An amplifier unit for separating and amplifying the sound source signal transmitted from the correction controller into multiple channels; And a plurality of speaker units configured to output the sound source signals transmitted from the amplifier unit.
  • the correction controller may filter the voice signal using a filtering coefficient such that a ratio of the spatial average acoustic energy of the bright zone BZ and the spatial average acoustic energy of a region outside the bright zone BZ is maximized. .
  • the wireless communication may be Bluetooth or NFC.
  • the voice signal may have a frequency range between 300 Hz and 4000 Hz.
  • the acoustic space correction system for achieving the above object, a media source supply unit for supplying an audio signal; A user input unit for receiving a user input for selecting a location of a bright zone (BZ) to focus the output of the audio signal supplied from the media source supply unit; A main control unit controlling an output of the audio signal based on at least one of the audio signal supplied from the media source supply unit and the user input transmitted from the user input unit; A correction controller for filtering the audio signal to generate a sound source signal for focusing the audio signal transmitted from the main controller to a bright zone (BZ) corresponding to the user input; An amplifier unit separating and amplifying the audio signal received from the audio signal or the correction control unit into multiple channels; And a plurality of speaker units configured to output the sound source signals transmitted from the amplifier unit.
  • the correction controller may filter the audio signal using a filtering coefficient such that a ratio of the spatial average acoustic energy of the bright zone BZ and the spatial average acoustic energy of a region other than the bright zone BZ is maximized. .
  • the apparatus may further include a storage unit configured to store filtering coefficients corresponding to a plurality of bright zones, and the correction controller may filter the audio signal by reading filtering coefficients corresponding to the bright zone selected by the user from the storage unit. can do.
  • the user input unit may include a touch screen, a jog shuttle, a switch, or a button.
  • the media source supply unit may include at least one of a wireless communication module, an AUX module, a USB module, a memory module, a DVD module, and a DMB module.
  • the acoustic space correction system it is possible to focus the sound in the vehicle to a specific area by using an existing in-vehicle speaker or by installing only an additional speaker for improving performance.
  • separate sounds audio signals such as audio, CD, DVD, etc., phone voice signals connected via Bluetooth, etc.
  • the user can select or adjust the acoustic focusing in the vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration for focusing area setting.
  • FIG. 2A to 2C show an example in which the configuration for setting the focusing area of FIG. 1 is embodied in a vehicle.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method for setting the bright zone BZ and the dark zone DZ in the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an acoustic space correction system according to the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an acoustic space correction system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration for focusing area setting.
  • FIG. 1 for the convenience of description and understanding, the acoustic space, the speaker 110, the microphone 210, and the like for measuring the transfer function are schematically illustrated. However, as illustrated in FIGS.
  • the transfer function can be measured using the number of microphones 210 and speakers 110.
  • a focusing area setting system may be formed by 30 channels of microphones formed in 6 ⁇ 5 arrays spaced at 4 cm apart and a plurality of speakers having independent channels. And, the measurement of the transfer function can be made in four seats (Front Left, Front Right, Rear Left, Rear Right) in the vehicle.
  • the setting system may be implemented in various ways according to the size, internal structure, configuration, etc. of the vehicle.
  • 'BZ' Bright Zone
  • 'DZ' Dark Zone
  • the bright zone BZ means an area where sound output from the first speaker and the second speaker is greater than or equal to a threshold, and the dark zone DZ is less than a threshold value that is output from the first speaker and the second speaker. It means audible area.
  • the bright zone (BZ) can be thought of as the area where sound is heard, and the dark zone (DZ) can be considered as the area where no sound is heard, but the distinction between the bright zone (BZ) and the dark zone (DZ) is a contrast of sound pressure level, more In detail, since the sound is due to the contrast of the spatial average sound energy, the sound may be detected even in the dark zone DZ.
  • the bright zone BZ and the dark zone DZ are diagrammatically distinguished by dotted circles.
  • Equation (1) Any point made by the first sound source and the second sound source Sound pressure at ( , A signal detected by the microphone) can be expressed as in Equation (1).
  • Equation 1 Is the jth point in space, Is the position of the i-th sound source. And Is and Transfer function that expresses the relationship between Here, the transfer function can be easily defined by mathematical model or through actual measurement. If Equation 1 is expressed in the form of a matrix for two cases, it can be expressed as Equation 2.
  • Equations 3 to 5 are the same.
  • Subscripts b, d, and t in Equations 3 to 5 denote bright zones BZ, dark zones DZ, and the entire acoustic region TZ, respectively.
  • variable representing a space is determined.
  • the variable is defined as a spatial average sound energy, and can be expressed as in Equation 6.
  • the spatial average acoustic energy is defined as a representative variable of the space is that it is difficult to express acoustic characteristics inside a certain area by the sound pressure levels of each point alone. That is, in the present invention, the spatial average acoustic potential energy of the bright zone BZ, the spatial average acoustic energy of the dark zone DZ, and the spatial average acoustic potential energy of the entire acoustic zone TZ are considered to be sound pressure levels of the respective zones. Do it.
  • Matrix in equation (6) Is defined as the correlation matrix representing the degree of interference generated by each sound source in the defined region.
  • the number 2 means the number of the microphone 210 in the equation (2) (see Fig. 1).
  • a simple case is expressed, but in reality, it means the number of microphones included in a defined area.
  • the total size of the input is defined as the sum of the absolute value of the complex magnitude of the first sound source signal and the absolute value of the complex magnitude of the second sound source signal, which may be referred to as the total magnitude of the control effort.
  • the total size of the input is represented by the following equation (10).
  • Equation 11 the contrast between the sound pressure level in the bright zone BZ and the total size of the input is as shown in Equation 11 using Equations 7 and 10, which is defined as “acoustic brightness”.
  • determining the sound source signal that maximizes the contrast between the sound pressure level in the bright zone BZ and the total size of the input becomes a problem of obtaining a sound source signal that maximizes the value of ⁇ in Equation (11).
  • Equation 11 may be mathematically formulated as a problem of maximizing Rayleigh quotient ⁇ , which is represented by Equation 12 below.
  • Equation 12 obtaining the sound source signal maximizing the value of ⁇ is the same as finding the maximum eigenvalue of the generalized eigenvalue problem.
  • An eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue becomes a first sound source signal and a second sound source signal.
  • Equation 13 the sound pressure level of the bright zone (BZ) with respect to the dark zone (DZ) can be expressed mathematically as shown in Equation 13, which is defined as "acoustic contrast 1".
  • Equation 13 can also be formulated as a problem that maximizes the Rayleigh quotient ⁇ , and is the same as the maximum eigenvalue and problem of the generalized eigenvalue problem as shown in Equation (14).
  • An eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue becomes a first sound source signal and a second sound source signal.
  • the present invention uses a method of obtaining an optimal sound source control signal by grasping all the transfer functions, while the conventional methods reflect the relationship between the listener and the sound source in a limited form.
  • the control may be performed to increase the acoustic contrast between two different spaces as well as the magnitude of the sound pressure level corresponding to the acoustic brightness.
  • the sound source input signal that maximizes the contrast between the sound zones of the bright zone BZ and the entire sound region TZ will be described.
  • the sound pressure level of the entire acoustic region TZ with respect to the dark zone DZ may be expressed as shown in Equation 15, which is defined as “acoustic contrast 2”.
  • Equation 15 is also the same as Rayleigh quotient It can be formulated as a problem that maximizes, and is equal to the maximum eigenvalue and problem of the generalized eigenvalue problem, as shown in (16).
  • An eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue becomes a first sound source signal and a second sound source signal.
  • the input signal is derived differently for each bright zone. If this is expressed as an equation, it is as follows.
  • Method 2 In the first bright zone BZ1, the ratio of the spatial average acoustic energy of the first sound source signal to the remaining region except for the first bright zone BZ1 is maximized. When the ratio of the spatial average sound energy in the remaining region except the second bright zone BZ2 is maximized in the 2 bright zones BZ2.
  • the input signal is derived differently for each bright zone BZ. If this is expressed as an equation, it is as follows.
  • Method 3 When there are a large number of bright zones BZ, the spatial average acoustic energy of the first bright zone BZ1 in the entire region including the first bright zone BZ1 and the spatial average acoustic energy of the first bright zone BZ1 are included. Maximal ratio, and at the same time, the second bright zone BZ2 maximizes the ratio of the spatial average acoustic energy due to the second sound source signal and the spatial average acoustic energy in the entire region including the second bright zone BZ2. If you
  • the input signal is derived differently for each bright zone BZ. If this is expressed as an equation, it is as follows.
  • a plurality of independent acoustic environments in which the reproduction sound by the first input signal is present in the first bright zone BZ1 and the reproduction sound by the second input signal in the second bright zone BZ2 can be created.
  • the present invention uses a method of obtaining an optimal sound source signal by grasping all the transfer functions, while the conventional methods reflect the relationship between the listener and the sound source in a limited form.
  • the present invention increases the relative difference of the sound pressure level for each region in the acoustic space, unlike active noise control that only reduces the sound pressure level. That is, the present invention performs control to increase the acoustic contrast between two different areas as well as the magnitude of the sound pressure level corresponding to the acoustic brightness.
  • the configuration for setting the focusing area by measuring the transfer function includes a sound source unit 100, a detection unit 200, a signal generator 300, and a signal analyzer 400.
  • the sound source unit 100 includes a plurality of speakers 110 corresponding to a plurality of sound sources and a multi-channel audio amplifier 120 capable of driving the plurality of speakers, and the detector 200 includes a bright zone BZ. And a plurality of microphones 210 installed in the dark zone DZ, and the signal generator 300 may give a multi-channel signal to each speaker through a multi-channel audio amplifier of a sound source unit.
  • Generator 310, the signal analyzer 400 measures the transfer function between the sound source signal (q) input to the sound source unit 100 and the acoustic signal (p) detected by the sensing unit 200, suitable
  • the multi-channel signal analyzer 410 determines the sound source signal and transmits the information to the multi-channel signal generator 310 of the signal generator 300.
  • a suitable sound source signal is the acoustic brightness of Equations 17 and 18 above. Is maximized (sound brightness control), or sound control 1 in equations 19 and 20 Is maximized (control of sound control 1), or sound control 2 of Equations 21 and 22 Sound source signal that maximizes (acoustic control 2 control).
  • the sound source signal thus determined is a control sound source signal in the terms used in the claims.
  • the signal analyzer 400 measures a transfer function between a sound source signal of the sound source unit 100 and an acoustic signal of the detector 200 (step S1).
  • the transfer function can be conveniently measured by the following simple method.
  • This simple method inputs unrelated white noise as a sound source signal input to a large number of speakers, and then separates the contribution of each sound source from the sound signal detected by each microphone, so as to measure the sound source of the sound source unit in one measurement. It measures the transfer function between the signal and the acoustic signal of the detector.
  • the signal analysis unit 400 determines a suitable sound source signal using the transfer function measured in step S1, and transfers this information to the signal generator 300 (step S2).
  • a suitable sound source signal is the acoustic brightness of Equations 17 and 18 above. Is maximized (sound brightness control), or sound control 1 in equations 19 and 20 Is maximized (control of sound control 1), or sound control 2 of Equations 21 and 22 Sound source signal that maximizes (acoustic control 2 control).
  • the sound source signal thus determined is a control sound source signal in the terms used in the claims.
  • the sound source signal for each frequency is determined in the case of a plurality of frequencies. Further, the sound source signal determined here functions as a filtering coefficient for filtering the original sound signal (any sound to be heard in the bright zone BZ) in step S3 described later.
  • the signal generator 300 filters the original sound signal to the sound source signal determined in step S2 based on the information received from the signal analyzer 400, and a sound source signal optimized for the bright zone BZ (filtered sound source).
  • Signal that is, a control sound source signal is generated, and the sound source signal optimized for the bright zone BZ is generated and transmitted to the sound source unit 100 (step S3).
  • the original sound signal is filtered by the determined sound source signal, and the sound source signal for the optimized, that is, the control sound source signal is generated. It is okay.
  • the sound source unit 100 outputs the optimized sound source signal from the signal generator 300 through the amplifier and the speaker (step S4), and thus the bright zone BZ and the dark zone BZ in the acoustic space. Can be generated (step S5).
  • Acoustic brightness control is to have a maximum sound pressure level in the bright zone (BZ) for the same input size, it is more useful when the size of the input is limited, if the size of the input can not be increased.
  • the sound brightness control has a disadvantage that the sound is relatively louder than the sound control 1 control and the sound control 2 control in the region other than the bright zone BZ. Therefore, it is more efficient and effective when the sound does not have to be very small in the region other than the bright zone BZ.
  • Acoustic 1 control and Acoustic 2 control show better brightness zone (BZ) generation results than acoustic brightness control, unless the size of the input is too limited.
  • the Acoustic Control 1 control and the Acoustic Control 2 control become very small in the region other than the bright zone (BZ), so that the size of the sound reproducing apparatus is superior to the acoustic brightness control in all cases of small, medium and large size. Do.
  • the acoustic space correction system 1000 shown in FIG. 4 has an advantageous configuration in focusing a call voice of the other party on an area where a driver is located in performing a call using wireless communication while driving.
  • the wireless communication may be Bluetooth or Near Field Communication (NFC).
  • the driver's seat (Front Left) may be set to the bright zone BZ, and other seats (Front Right, Rear Left and Rear Right) may be set to the dark zone DZ.
  • the bright zone BZ and the dark zone DZ may be set in the manner described above, and the filtering coefficients for changing the position setting of the bright zone BZ may be calculated and stored in the manner described above.
  • the acoustic space correction system 1000 includes a wireless communication module 1510, a correction controller 1200, an amplifier unit 1300, and a plurality of speakers 1600.
  • the wireless communication module 1510 is connected to an external mobile terminal MT by wireless communication to receive a voice signal (ie, a voice of a call counterpart) from the mobile terminal MT.
  • a voice signal ie, a voice of a call counterpart
  • the wireless communication module 1510 is paired with an external mobile terminal MT by Bluetooth to receive a voice signal.
  • various wireless communication methods such as Near Field Communication (NFC) may be used.
  • the voice signal may have a frequency range between 300 Hz and 4000 Hz, but is not limited thereto.
  • the wireless communication module 1510 transmits the received voice signal to the correction controller 1200, and the correction controller 1200 generates a sound source signal for focusing the output of the received voice signal on the bright zone BZ.
  • the sound source signal is a signal to be output from the speaker unit 1600 and is generated by filtering the voice signal using a predetermined filtering coefficient.
  • the filtering coefficients are the spatial average acoustic energy of the bright zone BZ (e.g., the driver's seat) and the spatial average acoustic sound of the dark zone DZ (e.g., the seats other than the driver's seat) which is outside the bright zone (BZ). It is a coefficient to maximize the ratio of energy.
  • the sound source signal generated by the correction controller 1200 is separated into multiple channels by the amplifier unit 1300, amplified, and output through the speaker unit 1600.
  • the sound output from the speaker unit 1600 by the sound source signal will be focused only on the set bright zone BZ.
  • the bright zone BZ is assumed to be an area in which the driver's seat is located, but the position of the bright zone BZ may be set differently by a user input.
  • the user may set or change the location of the bright zone BZ through a means such as a touch screen (not shown), a jog shuttle (not shown), a switch (not shown), a button (not shown), or the like.
  • the filtering coefficient corresponding to the position of the bright zone BZ may be stored in advance, and the correction controller 1200 may be referred to to generate the sound source signal.
  • the correction controller 1200 brightens the front left.
  • the audio signal is filtered by the filtering coefficient for setting the zone BZ to generate a sound source signal.
  • the correction controller 1200 may generate a voice signal using a filtering coefficient for setting the front right side to the bright zone BZ. Filter to generate a sound source signal. Filtering coefficients for setting the driver's seat to the bright zone (BZ) and filtering coefficients for setting the front seat (BZ) to the bright zone (BZ) may be calculated in advance by the configuration and method shown in FIGS. 1 and 3. Can be.
  • the respective filtering coefficients for setting the seats (Front Left, Front Right, Rear Left, Rear Right) in the vehicle to the bright zone BZ may be stored in the storage unit (not shown), and the correction controller 1200 ) Reads the filtering coefficients previously stored in the storage unit (not shown) based on the user input to filter the voice signal to generate and transmit the sound source signal, so that the sound source signal is generated by the amplifier unit 1300 and the speaker unit 1600. Is output. Of course, the sound output by the sound source signal will be focused on the bright zone BZ set by the user.
  • the acoustic space correction system 1000 may include a main controller 1100, a correction controller 1200, a storage unit 1210, an amplifier unit 1300, a user input unit 1400, a media source supply unit 1500, and a speaker unit 1600. It may include.
  • the media source supply unit 1500 is connected to internal and external devices through a wireless communication module 1510, an AUX module 1520, a USB module 1530, a memory 1540, a DVD module 1550, a DMB module 1560, and the like. Supply various audio signals. Wired and wireless connection between each module and the internal and external devices can use a variety of conventional methods. Detailed description thereof will be omitted.
  • the user input unit 1400 receives a user input for an audio signal supplied from the media source supply unit 1500.
  • the user input unit 1400 may be implemented as a device such as a touch screen (not shown), a jog shuttle (not shown), a switch (not shown), a button (not shown), or the like.
  • the user may select an audio signal to be listened to in the vehicle by using the user input unit 1400.
  • the user input unit 1400 also receives a user input for selecting a location of the bright zone BZ to focus the output of the audio signal.
  • the user may select a position to be set as the bright zone BZ while checking the image.
  • the user input related to the position setting of the bright zone BZ is used by the correction controller 1200 to generate a sound source signal, and specifically, determines a filtering coefficient to filter the audio signal.
  • the main controller 1100 may control to output the audio signal supplied from the media source supply unit 1500.
  • the main controller 1100 controls the amplifier unit 1300 and the speaker unit 1600 to amplify and output the audio signal supplied from the media source supply unit 1500.
  • the main controller 1100 transmits the user input to the correction controller 1200, and the correction controller 1200 supplies the media source supply unit 1500 based on the user input.
  • the audio signal supplied from the filter is filtered to generate a sound source signal.
  • the correction controller 1200 filters the audio signal using a filtering coefficient such that the ratio of the spatial average acoustic energy of the bright zone BZ and the spatial average acoustic energy of the region outside the bright zone BZ is maximized.
  • the bright zone BZ may be set in advance but may be set based on a user input received from the user input unit 1400. For example, the user may select an area to set as the bright zone BZ through the user input unit 1400 such as a jog shuttle (not shown) or a switch (not shown).
  • the bright zone BZ may be one or more seating areas.
  • an area to be set as a bright zone (BZ) is visually displayed on the in-vehicle display in response to a user input through a jog shuttle (not shown) or a switch (not shown). Can be.
  • the filtering coefficients for setting each seat (Front Left, Front Right, Rear Left, Rear Right) to the bright zone BZ may be calculated in advance in the manner described with reference to FIGS. 1 and 3, and stored in the storage unit 1210. It can be stored in various ways (eg, tables).
  • the correction controller 1200 reads the filtering coefficients stored in the storage unit (not shown) based on a user input for setting the bright zone (BZ), and filters the voice signal by the corresponding filtering coefficients, thereby outputting them from the speaker unit 1600.
  • the sound is controlled to be focused only on the bright zone BZ set by the user.
  • the amplifier unit 1300 separates and amplifies the sound source signal received from the correction controller 1200 into multiple channels, and the signal is transmitted to the speaker unit 1600 and output in a manner of focusing on the bright zone BZ.
  • the acoustic space correction system 1000 it is possible to focus the sound in the vehicle to a specific area by using an existing in-vehicle speaker or by installing only an additional speaker for improving performance.
  • separate sounds audio signals such as audio, CD, DVD, etc., phone voice signals connected via Bluetooth, etc.
  • the user can select or adjust the acoustic focusing in the vehicle.
  • the acoustic space correction system it is possible to focus the sound in the vehicle to a specific area by using an existing in-vehicle speaker or by installing only an additional speaker for improving performance.
  • separate sounds audio signals such as audio, CD, DVD, etc., phone voice signals connected via Bluetooth, etc.
  • the user can select or adjust the acoustic focusing in the vehicle.

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Abstract

본 발명에 따른 음향 공간 보정 시스템은 무선통신으로 연결된 모바일 단말로부터 음성 신호를 수신하는 무선통신 모듈, 무선통신 모듈로부터 전달된 상기 음성 신호의 출력을 브라이트존(BZ)에 포커싱하기 위한 음원 신호를 생성하기 위하여 상기 음성 신호를 필터링하는 보정 제어부, 보정 제어부로부터 전달된 상기 음원 신호를 다채널로 분리하여 증폭하는 앰프부 및 앰프부로부터 전달된 상기 음원 신호를 출력하는 복수의 스피커부를 포함한다. 이에 의하여, 기존에 장착된 차량 내 스피커를 이용하거나, 성능 향상을 위한 부가적 스피커만을 장착함으로써 차량 내 음향을 특정 영역에 포커싱할 수 있게 된다. 또한, 개별적으로 구분된 사운드(오디오, CD, DVD 등의 오디오 신호, 블루투스로 연결된 전화 음성 신호 등)를 특정 위치(브라이트존)에서만 들리게 조절하고, 그 외 위치(다크존)에서는 매우 약하게 들리거나 들리지 않게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 차량 내 음향 포커싱을 사용자가 선택하거나 조절할 수 있다.

Description

차량 내 음향 공간 보정 시스템
본 발명은 차량 내 음향 공간 보정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 내에 구비된 스피커에서 출력되는 음향을 원하는 위치에 포커싱할 수 있는 음향 공간 보정 시스템에 관한 것이다.
모바일 단말, PMP, MP3 플레이어 등의 휴대형 기기를 블루투스나 AUX와 같은 유무선 연결수단을 통해 스피커로 출력하는 등, 차량에 구비된 AV시스템의 발전과 더불어 차량 내 사운드에 대한 관심이 증대하고 있다. 특히, 차량 내 스피커를 통해 출력되는 음향을 차량 내 위치(탑승자의 탑승 위치)에 따라 조절하기 위한 연구가 활발하다.
음향 제어는 음장 재현 방식, 다수의 능동 음원을 사용하여 공간의 소리 크기를 감소시키는 능동 소음 제어 방식, 특정 형상으로 배열한 음원 사이의 간격을 변화시키는 방식, 각 음원 간의 시간 지연과 크기를 변화시켜 특정 각도로 방사되는 음향 파워를 증대시키는 방식 등이 있다.
하지만, 특정 음원 어레이에 대한 수식해는 임의의 음원에 대해서는 적용하기 어려웠다. 이에, 임의의 음원 배열을 가정하여 특정 방향으로의 최대 방향성을 갖도록 하는 최적화 연구가 수행되었으나 이러한 연구도 음원 배열만을 임의로 가정했을 뿐, 다양한 음원의 방사 형태나 반사와 흡음을 갖는 일반적인 청취 공간에 적용하기에 적합하지 않았다.
미국특허 제5,802,190호(발명의 명칭: Linear speaker array)에는 청취자까지의 거리 혹은 반사를 무시하는 등의 제한된 가정을 사용하여 방향성과 같은 간접적인 특성을 제어하는 기술에 대해 공지되어 있다. 또한, 미국특허 제5,910,990호(발명의 명칭: Apparatus and method for automatic equalization of personal multi-channel audio system)는 전달 함수를 사용하여 왜곡 없이 신호를 재생하는 방법을 개시한다.
또, 한국특허출원 제10-2008-0125309호(발명의 명칭: 지향성 음향 발생장치 및 방법)는 음향을 특정 영역으로 방사시키는 방법을 제안하고 있지만, 고지향성 스피커의 배치 등을 통해 특정 영역에 음향을 집중시키는 내용을 포함한다.
상기 언급한 문헌들은 차량과 같이 스피커의 위치가 고정된 환경에서는 음향을 집중시키고자 하는 영역의 조절이 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 기존 장착 스피커를 이용해서 특정 영역에 음향을 집중시킬 수 없기 때문에, 하드웨어적 변경이 필수적이다.
이와 같이, 종래의 다수의 음원을 이용한 공간의 소리 제어 방법은 단순히 음원 사이의 시간 지연과 그 입력크기를 변화시키는 것에 그쳤으며, 제한된 형태의 음원 배열을 사용하여 음원의 방향성만을 변화시켰을 뿐, 차량 내 탑승자 위치에 대한 고려가 전무했다.
특히, 운전자가 운전 중 블루투스를 이용해 통화하는 경우가 많은 상황에서 차량 내 다른 탑승자까지 통화 내용이 들릴 필요가 없기 때문에, 스피커를 통해 출력되는 상대방 음성을 운전자에게 집중시킬 필요가 있다. 다만, 위에 언급한 방식에서는 차량 내 스피커 위치의 변화가 불가능하기 때문에 기존 차량에 적용할 여지가 없게 된다.
나아가, 차량 내 AV시스템을 통해 음악이 재생되는 도중 내비게이션에서 알림 사운드가 출력되는 경우 음악과 내비게이션의 알림 사운드가 동일 스피커에서 동시에 출력되는 경우가 있다. 이때, 음악의 출력이 포커싱되는 위치와 내비게이션의 알림 사운드가 포커싱되는 위치를 제어할 필요가 있다.
이와 같이, 차량 내에서 출력되는 다양한 음향의 위치를 제어할 수 있는 기술적 요구가 매우 높다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량 내 음향을 특정 영역에 포커싱할 수 있는 음향 공간 보정 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 차량 내 스피커의 위치를 변화시키지 않고, 기존에 장착된 스피커를 이용하여 차량 내 음향을 특정 영역에 포커싱할 수 있는 음향 공간 보정 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 성능 향상을 위한 부가적 스피커만을 장착함으로써 차량 내 음향을 특정 영역에 포커싱할 수 있는 음향 공간 보정 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 개별적으로 구분된 사운드(오디오, CD, DVD 등의 오디오 신호, 블루투스로 연결된 전화 음성 신호 등)를 특정 위치(브라이트존)에서만 들리게 조절하고, 그 외 위치(다크존)에서는 매우 약하게 들리거나 들리지 않게 조절할 수 있는 음향 공간 보정 시스템을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 목적은 차량 내 음향의 포커싱을 사용자가 선택하거나 조절할 수 있는 음향 공간 보정 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음향 공간 보정 시스템은, 무선통신으로 연결된 모바일 단말로부터 음성 신호를 수신하는 무선통신 모듈; 상기 무선통신 모듈로부터 전달된 상기 음성 신호의 출력을 브라이트존(BZ)에 포커싱하기 위한 음원 신호를 생성하기 위하여 상기 음성 신호를 필터링하는 보정 제어부; 상기 보정 제어부로부터 전달된 상기 음원 신호를 다채널로 분리하여 증폭하는 앰프부; 및 상기 앰프부로부터 전달된 상기 음원 신호를 출력하는 복수의 스피커부;를 포함한다.
그리고, 상기 보정 제어부는, 상기 브라이트존(BZ)의 공간평균음향에너지와 상기 브라이트존(BZ) 외의 영역의 공간평균음향에너지의 비가 최대가 되도록 하는 필터링 계수를 이용해 상기 음성 신호를 필터링할 수 있다.
또한, 상기 무선통신은 블루투스 또는 NFC일 수 있다.
또한, 상기 음성 신호는 300Hz∼4000Hz 사이의 주파수 영역을 가질 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음향 공간 보정 시스템은, 오디오 신호를 공급하는 미디어소스 공급부; 상기 미디어소스 공급부로부터 공급된 상기 오디오 신호의 출력을 포커싱할 브라이트존(BZ)의 위치 선택에 대한 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부; 상기 미디어소스 공급부로부터 공급된 상기 오디오 신호 및 상기 사용자 입력부로부터 전달된 상기 사용자 입력 중 적어도 하나에 기초하여 상기 오디오 신호의 출력을 제어하는 메인 제어부; 상기 메인 제어부로부터 전달된 상기 오디오 신호를 상기 사용자 입력에 대응하는 브라이트존(BZ)에 포커싱하기 위한 음원 신호를 생성하기 위하여 상기 오디오 신호를 필터링하는 보정 제어부; 상기 오디오 신호 또는 상기 보정 제어부로부터 수신된 상기 음원 신호를 다채널로 분리하여 증폭하는 앰프부; 및 상기 앰프부로부터 전달된 상기 음원 신호를 출력하는 복수의 스피커부;를 포함한다.
그리고, 상기 보정 제어부는, 상기 브라이트존(BZ)의 공간평균음향에너지와 상기 브라이트존(BZ) 외의 영역의 공간평균음향에너지의 비가 최대가 되도록 하는 필터링 계수를 이용해 상기 오디오 신호를 필터링할 수 있다.
또한, 복수의 브라이트존에 대응하는 필터링 계수를 저장하는 저장부;를 더 포함하고, 상기 보정 제어부는, 상기 사용자가 선택한 브라이트존에 대응하는 필터링 계수를 상기 저장부로부터 독출하여 상기 오디오 신호를 필터링할 수 있다.
그리고, 상기 사용자 입력부는, 터치 스크린, 조그 셔틀, 스위치 또는 버튼을 포함할 수 있다.
또한, 상기 미디어소스 공급부는, 무선통신 모듈, AUX 모듈, USB 모듈, 메모리 모듈, DVD 모듈 및 DMB 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 구성에 따른 음향 공간 보정 시스템에 의하면, 기존에 장착된 차량 내 스피커를 이용하거나, 성능 향상을 위한 부가적 스피커만을 장착함으로써 차량 내 음향을 특정 영역에 포커싱할 수 있게 된다. 또한, 개별적으로 구분된 사운드(오디오, CD, DVD 등의 오디오 신호, 블루투스로 연결된 전화 음성 신호 등)를 특정 위치(브라이트존)에서만 들리게 조절하고, 그 외 위치(다크존)에서는 매우 약하게 들리거나 들리지 않게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 차량 내 음향 포커싱을 사용자가 선택하거나 조절할 수 있다.
도 1은 포커싱 영역 설정을 위한 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2c는 도 1의 포커싱 영역 설정을 위한 구성이 차량 내에서 구체화된 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 있어서 브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)의 설정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 음향 공간 보정 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공간 보정 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주한다. 방향이나 지향성의 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
도 1은 포커싱 영역 설정을 위한 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에서는 설명과 이해의 편의를 위하여 전달 함수 측정을 위한 음향 공간, 스피커(110), 마이크로폰(210) 등의 수단을 개략적으로 도시하였으나, 실제로는 도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, 더 많은 수의 마이크로폰(210)과 스피커(110)를 이용하여 전달 함수를 측정할 수 있다.
더욱 상세하게, 도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, 4㎝ 간격으로 이격된 6×5 어레이로 형성된 30개 채널의 마이크로폰과 독립 채널을 갖는 복수의 스피커에 의하여 포커싱 영역 설정 시스템이 이루어질 수 있다. 그리고, 전달 함수의 측정은 차량 내 4개의 좌석(Front Left, Front Right, Rear Left, Rear Right)에서 이루어질 수 있다. 다만, 이는 실시예일 뿐이고 차량의 크기, 내부 구조, 구성 등에 따라 다양한 방식으로 설정 시스템을 구현할 수 있을 것이다.
도 1을 다시 참조하면, 음향 공간(여기서는 차량 내부 공간에 해당)에는 브라이트존(Bright Zone, 이하, 'BZ')과 다크존(Dark Zone, 이하, 'DZ')을 포함하지 않는 임의의 위치에 음원으로 기능하는 제1 스피커 및 제2 스피커가 설치된다.
여기서, 브라이트존(BZ)이란 제1 스피커 및 제2 스피커로부터 출력되는 소리가 임계치 이상으로 들리는 영역을 의미하고, 다크존(DZ)이란 제1 스피커 및 제2 스피커로부터 출력되는 소리가 임계치 미만으로 들리는 영역을 의미한다. 단순하게는 브라이트존(BZ)은 소리가 들리는 영역, 다크존(DZ)은 소리가 안들리는 영역으로 생각할 수 있지만, 브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)의 구분은 음압 레벨의 대조, 더욱 상세하게는, 공간평균음향에너지의 대조에 따른 것이므로, 다크존(DZ) 영역에서도 작게나마 소리가 감지될 수 있다.
도 1에서는 브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)을 도식화하여 점선의 원으로 구별하고 있다.
제1 음원과 제2 음원에 의해 만들어지는 임의의 지점
Figure PCTKR2017004342-appb-I000001
에서의 음압 (
Figure PCTKR2017004342-appb-I000002
, 마이크로폰에 의하여 검지되는 신호)은 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000001
여기서
Figure PCTKR2017004342-appb-I000003
은 공간상의 j번째 지점이고,
Figure PCTKR2017004342-appb-I000004
은 i번째 음원의 위치를 의미한다. 그리고
Figure PCTKR2017004342-appb-I000005
는
Figure PCTKR2017004342-appb-I000006
과
Figure PCTKR2017004342-appb-I000007
사이의 관계를 표현해주는 전달 함수이다. 여기서 전달 함수는 수학적인 모델로 정의하거나 실제 측정을 통해서 쉽게 얻을 수 있다. 수학식 1을 두 개의 지점의 경우에 대해 행렬의 형태로 표현하면 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000002
이와 마찬가지로, 도 1에 나타나 있는 제1 브라이트존(BZ1), 제2 브라이트존(BZ2), 다크존(DZ), 그리고 전술된 두 영역을 포함하는 전체 음향 영역(TZ)에 대한 행렬식 표현은 수학식 3 내지 수학식 5과 같다. 수학식 3 내지 수학식 5에서의 하첨자 b, d, t는 각각 브라이트존(BZ), 다크존(DZ), 전체 음향 영역(TZ)을 의미한다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000003
Figure PCTKR2017004342-appb-M000004
Figure PCTKR2017004342-appb-M000005
다음으로는, 공간을 대표하는 변수를 정하게 되는데, 본 발명에서는 그 변수로 공간평균음향에너지로 정의하였으며, 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000006
공간평균음향에너지를 공간을 대표하는 변수로 정한 이유는 각 지점들의 음압 레벨들 자체만으로는 어떤 영역 내부의 음향 특성을 표현하기가 어렵기 때문이다. 즉, 본 발명에서는 브라이트존(BZ)의 공간평균음향위치에너지와 다크존(DZ)의 공간평균음향에너지, 그리고 전체 음향 영역(TZ)의 공간평균음향위치에너지를 상기 각 영역의 음압 레벨이라고 생각하도록 한다.
수학식 6에서 행렬
Figure PCTKR2017004342-appb-I000008
은 정의된 영역에서의 각 음원이 만들어내는 간섭정도를 나타내는 상관행렬로 정의된다. 그리고 2라는 숫자는 수학식 2에서의 마이크로폰(210)의 개수를 의미한다(도 1 참조). 이해의 편의를 위해서 본 발명에서는 간단한 경우에 대하여 표현한 것이지만, 실제로는 어떤 정의된 영역 내부에 포함되어있는 마이크로폰의 개수를 의미한다.
즉, 도 2c에 도시된 바와 같이 30개의 마이크로폰이 이용되는 경우라면, 2라는 숫자가 30으로 바뀔 것이다. 이러한 논리로 정의된 브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)에 대한 공간평균음향에너지를 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000007
Figure PCTKR2017004342-appb-M000008
Figure PCTKR2017004342-appb-M000009
다음으로 수학식 7 내지 9에서 정의된 각 영역에서의 음압 레벨을 이용하여 필요로 하는 제어효과를 얻기 위해 필요한 제1 음원신호 및 제2 음원신호를 도출하는 과정을 각각의 경우에 대해 설명하도록 한다.
1. 브라이트존(BZ)에서의 음압 레벨과 입력의 총 크기의 대비를 최대로 하는 음원 신호의 결정
입력의 총 크기는 제1 음원 신호의 복소 크기의 절대치와 제2 음원 신호의 복소 크기의 절대치의 합으로 정의되고, 이를 제어 노력(control effort)의 총 크기라고 부를 수 있다. 입력의 총 크기는 다음의 수학식 10으로 표현된다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000010
여기서,
Figure PCTKR2017004342-appb-I000009
은 입력의 총 크기, 즉 제어 노력을 공간평균음향에너지의 차원(dimension)으로 변화시키는 정규화 상수이다.
이제, 브라이트존(BZ)에서의 음압 레벨과 입력의 총 크기와의 대비는 수학식 7 및 10을 이용하여 다음의 수학식 11과 같이 되며, 이를 “음향 밝기(acoustic brightness)”로 정의한다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000011
따라서, 브라이트존(BZ)에서의 음압 레벨과 입력의 총 크기의 대비를 최대로 하는 음원 신호를 결정하는 것은 상기 수학식 11에서 α의 값을 최대로 하는 음원 신호를 구하는 문제로 된다.
상기 수학식 11은 수학적으로 레일리 몫(Reyleigh quotient) α를 최대로 하는 문제로 정식화할 수 있으며, 이는 다음의 수학식 12와 같이 표현된다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000012
상기 수학식 12에서 보는 바와 같이 α의 값을 최대로 하는 음원 신호를 구하는 것은 일반화된 고유치 문제의 최대 고유치를 구하는 것과 동일하게 된다. 그리고 최대 고유치에 해당하는 고유 벡터가 제1 음원 신호와 제2 음원 신호가 된다.
2. 브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)의 대비를 최대로 하는 입력 신호 결정
브라이트존(BZ)의 음압 레벨과 다크존(DZ)의 음압 레벨의 대비를 가장 크게 하는 음원의 입력 신호에 대해 생각해본다. 1번의 경우와 마찬가지로 다크존(DZ)에 대한 브라이트존(BZ)의 음압 레벨을 수학적으로 표현하면 수학식 13과 같이 표현할 수 있으며, 이를 “음향대조 1(acoustic contrast 1)”이라 정의한다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000013
Figure PCTKR2017004342-appb-M000014
수학식 13 역시 동일하게 레일리 몫(Reyleigh quotient) β를 최대로 하는 문제로 정식화할 수 있으며, 수학식 14에서 보는 바와 같이 일반화된 고유치 문제의 최대 고유치와 문제와 동일하다. 그리고 최대 고유치에 해당하는 고유벡터가 제1 음원신호와 제2 음원신호가 된다.
따라서, 본 발명은 종래의 방법들이 청취자와 음원 사이의 관계를 제한적인 형태로 반영하였던 것에 비해, 전달 함수를 모두 파악함으로써 최적의 음원 제어 신호를 얻어내는 방법을 사용한 것이다.
그로 인해, 본 발명은 음압 레벨을 줄이기만 하는 능동 소음 제어와 달리, 공간별로 음압 레벨의 상대적인 차이를 증대시키는 것이 가능해진다. 즉, 음향학적인 밝기(brightness)에 해당하는 음압 레벨의 크기뿐만 아니라 서로 다른 두 공간 사이의 음향학적 대비(contrast)를 증대시키는 제어를 수행할 수 있다.
3. 브라이트존(BZ)과 전체 음향 영역( TZ )의 음압 레벨의 대비를 최대로 하는 입력 신호 결정
브라이트존(BZ)과 전체 음향 영역(TZ)의 음압 레벨의 대비를 최대로 하는 음원입력신호에 대해서 다루도록 한다. 2번의 경우와 마찬가지로 다크존(DZ)에 대한 전체 음향 영역(TZ)의 음압 레벨을 수학식 15과 같이 표현할 수 있으며, 이를 “음향대조 2(acoustic contrast 2)”라 정의한다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000015
Figure PCTKR2017004342-appb-M000016
수학식 15도 역시 동일하게 레일리 몫(Reyleigh quotient)
Figure PCTKR2017004342-appb-I000010
를 최대로 하는 문제로 정식화할 수 있으며, 수학식 16에서 보는 바와 같이 일반화된 고유치문제의 최대 고유치와 문제와 동일하다. 그리고 최대 고유치에 해당하는 고유벡터가 제1 음원신호와 제2 음원신호가 된다.
4. 다수의 브라이트존(BZ)에 독립적인 음향 환경을 제공하기 위한 방법
다수의 브라이트존(BZ)에 독립적인 음향 환경을 제공하기 위한 방법은 세 가지로 설명할 수 있다.
[방법1] 제1 브라이트존(BZ1)에는 제1 음원신호에 의한 공간평균음향에너지와 제1 음원신호의 에너지의 합과의 비가 최대가 되도록 하고, 또한 제2 브라이트존(BZ2)에는 제2 음원신호에 의한 공간평균음향에너지와 제2 음원신호의 에너지의 합과의 비가 최대가 되도록 하는 경우
이 경우, 각 브라이트존 별로 입력 신호는 다르게 도출된다. 이것을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000017
Figure PCTKR2017004342-appb-M000018
[방법2] 제1 브라이트존(BZ1)에는 제1 음원신호에 의한 공간평균음향에너지와 제1 브라이트존(BZ1)을 제외한 나머지 영역에서의 공간평균음향에너지의 비를 최대로 하고, 이와 동시에 제2 브라이트존(BZ2)에는 제2 음원신호에 의한 공간평균음향에너지과 제2 브라이트존(BZ2)을 제외한 나머지 영역에서의 공간평균음향에너지의 비를 최대로 하는 경우
이 경우, 각 브라이트존(BZ) 별로 입력 신호는 다르게 도출된다. 이것을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000019
Figure PCTKR2017004342-appb-M000020
[방법3] 브라이트존(BZ)이 다수인 경우, 제1 브라이트존(BZ1)에는 제1 음원신호에 의한 공간평균음향에너지와 제1 브라이트존(BZ1)을 포함한 전체 영역에서의 공간평균음향에너지의 비를 최대로 하고, 이와 동시에 제2 브라이트존(BZ2)에는 제2 음원신호에 의한 공간평균음향에너지와 제2 브라이트존(BZ2)을 포함한 전체영역에서의 공간평균음향에너지의 비를 최대로 하는 경우
이 경우, 각 브라이트존(BZ) 별로 입력신호는 다르게 도출된다. 이것을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000021
Figure PCTKR2017004342-appb-M000022
상기 세 가지 방법의 경우, 각각 브라이트존(BZ) 별로 입력신호가 다르게 도출되며, 제1 음원과 제2 음원으로 들어가는 입력신호는 공통적으로 수학식 23과 같다.
Figure PCTKR2017004342-appb-M000023
이렇게 될 경우 제1 브라이트존(BZ1)에는 제1 입력신호에 의한 재생 음향이, 제2 브라이트존(BZ2)에는 제2 입력신호에 의한 재생음향이 존재하는 독립적인 다수의 음향환경을 만들 수 있다.
이상의 이론적인 내용을 정리하면, 본 발명은 종래의 방법들이 청취자와 음원 사이의 관계를 제한적인 형태로 반영하였던 것에 비해, 전달 함수를 모두 파악하여 최적의 음원 신호를 얻어내는 방법을 사용한다.
그로 인해, 본 발명은 음압 레벨을 줄이기만 하는 능동 소음 제어 등과 달리, 음향 공간 내의 영역별로 음압 레벨의 상대적인 차이를 증대시킨다. 즉, 본 발명은 음향학적 밝기(brightness)에 해당하는 음압 레벨의 크기뿐만 아니라 서로 다른 두 영역 사이의 음향학적 대비(contrast)를 증대시키는 제어를 수행하는 것이다.
도 3을 더 참조하면서 브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)을 형성하는 방법에 대해 더욱 상세히 설명한다.
전달 함수를 계측하여 포커싱 영역을 설정하기 위한 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 음원부(100), 감지부(200), 신호발생부(300), 신호분석부(400)로 이루어진다.
음원부(100)는 다수의 음원에 해당하는 복수의 스피커(110)와 이 복수의 스피커를 구동할 수 있는 다채널 오디오 앰프(120)로 이루어지며, 감지부(200)는 브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)에 설치된 복수의 마이크로폰(210)으로 이루어지고, 신호 발생부(300)는 음원부의 다채널 오디오 앰프를 통해 각각의 스피커에 동기화된 개별 음원 신호를 부여할 수 있는 다채널 신호 발생기(310)로 이루어지며, 신호분석부(400)는 음원부(100)에 입력되는 음원 신호(q)와 감지부(200)에서 감지되는 음향 신호(p)와의 전달 함수를 계측하여, 적합한 음원 신호를 결정하여 그 정보를 신호 발생부(300)의 다채널 신호 발생기(310)에 전달하는 다채널 신호 분석기(410)로 이루어진다.
여기서, 적합한 음원 신호라는 것은, 상기 수학식 17, 18의 음향 밝기
Figure PCTKR2017004342-appb-I000011
를 최대로 하거나(음향밝기 제어), 수학식 19, 20의 음향대조 1
Figure PCTKR2017004342-appb-I000012
을 최대로 하거나(음향대조 1 제어), 수학식 21, 22의 음향대조 2
Figure PCTKR2017004342-appb-I000013
를 최대로 하는(음향대조 2 제어) 음원 신호를 말한다. 그리고 이렇게 결정된 음원 신호가 청구항에서 사용되는 용어로 말하자면 제어 음원 신호이다.
도 3을 참조하면, 신호 분석부(400)에서 음원부(100)의 음원 신호와 감지부(200)의 음향 신호와의 사이의 전달 함수를 계측한다(단계 S1). 전달 함수를 계측함에 있어서, 스피커의 수와 마이크로폰의 수에 따라 많은 양의 측정을 필요로 하므로, 통상적으로 사용되는 다음과 같은 간단한 방법으로 전달 함수 계측에 편의성을 도모할 수 있다.
이 간단한 방법은, 다수의 스피커에 입력되는 음원 신호로서 각각 상관성이 없는 백색 잡음을 입력시킨 후, 각각의 마이크로폰에서 감지된 음향 신호에서 각각의 음원의 기여도를 분리해냄으로써 한 번의 측정으로 음원부의 음원 신호와 감지부의 음향 신호와의 사이의 전달 함수를 계측하는 것이다.
다음으로, 신호 분석부(400)에서 단계 S1에서 측정된 전달 함수를 이용하여, 적합한 음원 신호를 결정하고, 이 정보를 신호 발생부(300)에 전달한다(단계 S2).
여기서, 적합한 음원 신호라는 것은, 상기 수학식 17, 18의 음향 밝기
Figure PCTKR2017004342-appb-I000014
를 최대로 하거나(음향밝기 제어), 수학식 19, 20의 음향대조 1
Figure PCTKR2017004342-appb-I000015
을 최대로 하거나(음향대조 1 제어), 수학식 21, 22의 음향대조 2
Figure PCTKR2017004342-appb-I000016
를 최대로 하는(음향대조 2 제어) 음원 신호를 말한다. 그리고 이렇게 결정된 음원 신호가 청구항에서 사용되는 용어로 말하자면 제어 음원 신호이다.
여기서, 단일의 주파수에 대하여 기술하고 있으나, 복수의 주파수로 이루어진 경우에는 각각의 주파수에 대한 음원 신호를 결정하는 것으로 이해하면 무방하다. 또한, 여기서 결정된 음원 신호는, 후술하는 단계 S3에서, 원음 신호(브라이트존(BZ)에 들리게 하고자 하는 임의의 소리)를 필터링하는 필터링 계수로 기능한다.
다음으로, 신호 발생부(300)에서 신호 분석부(400)로부터 전달받은 정보에 기초하여 원음 신호를 단계 S2에서 결정된 음원 신호로 필터링하여, 브라이트존(BZ)에 최적화된 음원 신호(필터링된 음원 신호), 즉 제어 음원 신호를 발생시키고, 이를 브라이트존(BZ)에 최적화된 음원 신호를 발생시켜 음원부(100)에 전달한다(단계 S3).
여기서, 단일의 주파수에 대하여 기술하고 있으나, 복수의 주파수로 이루어진 경우에는 각각의 주파수에 있어서, 원음 신호를 결정된 음원 신호로 필터링하고, 최적화된에 대한 음원 신호, 즉 제어 음원 신호를 발생시키는 것으로 이해해도 무방하다.
다음으로, 음원부(100)는 신호 발생부(300)로부터의 최적화된 음원 신호를 앰프 및 스피커를 통하여 출력하고(단계 S4), 이에 따라 음향 공간에는 브라이트존(BZ)과 다크존(BZ)이 생성될 수 있다(단계 S5).
음향 밝기 제어는 동일한 입력 크기에 대해 브라이트존(BZ)에서 최대 음압 레벨을 갖도록 하는 것이므로, 입력의 크기를 크게 해줄 수 없는 경우, 입력의 크기가 제한되어 있는 경우에 더욱 유용하다.
그러나, 음향 밝기 제어는 브라이트존(BZ) 이외의 영역에서 음향대조 1 제어 및 음향대조 2 제어보다 상대적으로 소리가 크다는 단점이 있다. 따라서, 브라이트존(BZ) 이외의 영역에서 소리가 매우 작지 않아도 무방한 경우에 더욱 효율적이고 효과적이다.
음향대조 1 제어 및 음향대조 2 제어는 입력의 크기가 지나치게 제한되어 있지 않는 한 음향 밝기 제어보다 더 우수한 브라이트존(BZ) 생성 결과를 보여준다. 또한, 음향대조 1 제어 및 음향대조 2 제어는 브라이트존(BZ) 이외의 영역에서 소리가 매우 작아지게 되므로, 음향 재생 장치의 크기가 소형, 중형, 대형의 모든 경우에 대해서 음향 밝기 제어보다 더 우수하다.
이하에서는 위에서 설명한 브라이트존(BZ) 생성 원리에 기초하여, 음향의 포커싱을 제어할 수 있는 음향 공간 보정 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 4의 블록도는 본 발명에 따른 음향 공간 보정 시스템(1000)의 구성을 나타낸다. 도 4에 도시된 음향 공간 보정 시스템(1000)은 운전 중 무선통신을 이용한 통화를 수행함에 있어, 상대방의 통화 음성을 운전자가 위치한 영역에 포커싱함에 유리한 구성을 가진다. 이때, 무선통신은 블루투스나 NFC(Near Field Communication)일 수 있다. 도 2a를 참조하면, 운전자석(Front Left)이 브라이트존(BZ)으로 설정되고, 그 외의 좌석(Front Right, Rear Left, Rear Right)은 다크존(DZ)으로 설정될 수 있다.
브라이트존(BZ)과 다크존(DZ)은 위에서 설명한 방식으로 설정될 수 있고, 브라이트존(BZ)의 위치 설정을 변경시키기 위한 필터링 계수는 위에서 설명한 방식으로 산출되어 저장될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 음향 공간 보정 시스템(1000)은 무선통신 모듈(1510), 보정 제어부(1200), 앰프부(1300) 및 다수의 스피커(1600)를 포함한다.
무선통신 모듈(1510)은 외부 모바일 단말(Mobile Terminal)(MT)과 무선통신으로 연결되어 모바일 단말(MT)로부터 음성 신호(즉, 통화 상대방의 음성)를 수신한다. 이때, 블루투스를 이용하는 경우, 무선통신 모듈(1510)은 블루투스에 의해 외부 모바일 단말(MT)과 페어링되어 음성 신호를 수신한다. 블루투스 이외에 NFC(Near Field Communication)과 같은 다양한 무선통신 방식을 이용할 수 있다. 음성 신호는 300Hz에서 4000Hz 사이의 주파수 영역을 가질 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
무선통신 모듈(1510)은 수신한 음성 신호를 보정 제어부(1200)에 전달하고, 보정 제어부(1200)는 전달받은 음성 신호의 출력을 브라이트존(BZ)에 포커싱하기 위한 음원 신호를 생성한다. 음원 신호는 스피커부(1600)에서 출력될 신호로서 음성 신호를 소정의 필터링 계수를 이용해 필터링함으로써 생성된다.
필터링 계수는 브라이트존(BZ)(예를 들어, 운전자석)의 공간평균음향에너지와 브라이트존(BZ) 외의 영역인 다크존(DZ)(예를 들어, 운전자석 외의 좌석들)의 공간평균음향에너지의 비가 최대가 되도록 하는 계수이다.
보정 제어부(1200)에 의해 생성된 음원 신호는 앰프부(1300)에 의해 다채널로 분리되어 증폭되고, 스피커부(1600)를 통해 출력된다. 음원 신호에 의해 스피커부(1600)에서 출력되는 음향은 설정된 브라이트존(BZ)에만 포커싱될 것이다.
상기 설명에서는 브라이트존(BZ)을 운전자석이 위치한 영역으로 상정하였지만, 브라이트존(BZ)의 위치는 사용자 입력 등에 의해 달리 설정될 수 있다. 구체적으로, 사용자는 터치 스크린(미도시), 조그 셔틀(미도시), 스위치(미도시), 버튼(미도시) 등의 수단을 통해 브라이트존(BZ)의 위치를 설정하거나 그 설정을 변경할 수 있고, 이때, 브라이트존(BZ)의 위치에 대응하는 필터링 계수가 기저장되어, 보정 제어부(1200)가 음원 신호를 생성하는 데 참조될 수 있다.
예를 들면, 도 2b와 같은 이미지가 터치 스크린에 표시되고, 사용자가 운전석(Front Left)의 위치를 터치하여 브라이트존(BZ)으로 설정하면, 보정 제어부(1200)는 운전석(Front Left)을 브라이트존(BZ)으로 설정하기 위한 필터링 계수로 음성 신호를 필터링하여 음원 신호를 생성한다. 또, 사용자가 조수석(Front Right)의 위치를 터치하여 브라이트존(BZ)으로 설정하면, 보정 제어부(1200)는 조수석(Front Right)을 브라이트존(BZ)으로 설정하기 위한 필터링 계수로 음성 신호를 필터링하여 음원 신호를 생성한다. 운전석(Front Left)을 브라이트존(BZ)으로 설정하기 위한 필터링 계수 및 조수석(Front Right)을 브라이트존(BZ)으로 설정하기 위한 필터링 계수는 도 1 및 3에 도시된 구성과 방법으로 미리 산출될 수 있다.
즉, 차량 내 좌석(Front Left, Front Right, Rear Left, Rear Right)을 브라이트존(BZ)으로 설정하기 위한 각각의 필터링 계수가 저장부(미도시)에 기저장될 수 있고, 보정 제어부(1200)는 사용자 입력에 기초해 저장부(미도시)에 기저장된 필터링 계수를 독출하여 음성 신호를 필터링하여 음원 신호를 생성하여 전달함으로써, 앰프부(1300)와 스피커부(1600)에 의해 음원 신호가 출력된다. 물론, 음원 신호에 의해 출력되는 음향은 사용자가 설정한 브라이트존(BZ)에 포커싱될 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공간 보정 시스템(1000)의 구성을 나타내는 블록도이다. 음향 공간 보정 시스템(1000)은 메인 제어부(1100), 보정 제어부(1200), 저장부(1210), 앰프부(1300), 사용자 입력부(1400), 미디어소스 공급부(1500) 및 스피커부(1600)를 포함할 수 있다.
미디어소스 공급부(1500)는 무선통신 모듈(1510), AUX 모듈(1520), USB 모듈(1530), 메모리(1540), DVD 모듈(1550), DMB 모듈(1560) 등을 통해 내외부 장치와 연결되어 다양한 오디오 신호를 공급한다. 각 모듈과 내외부 장치와의 유무선 연결방식은 종래의 다양한 방식을 이용할 수 있다. 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
사용자 입력부(1400)는 미디어소스 공급부(1500)로부터 공급되는 오디오 신호에 대한 사용자 입력을 수신한다. 사용자 입력부(1400)는 터치 스크린(미도시), 조그 셔틀(미도시), 스위치(미도시), 버튼(미도시) 등의 장치로 구현될 수 있다. 사용자는 사용자 입력부(1400)를 이용하여 차량 내에서 듣고자 하는 오디오 신호를 선택할 수 있다. 또한, 사용자 입력부(1400)는 오디오 신호의 출력을 포커싱할 브라이트존(BZ)의 위치 선택에 대한 사용자 입력도 수신한다.
예를 들어, 도 2b와 같은 이미지가 터치 스크린상에 표시되면 사용자는 해당 이미지를 확인하면서 브라이트존(BZ)으로 설정할 위치를 선택할 수 있다. 브라이트존(BZ)의 위치 설정과 관련한 사용자 입력은 보정 제어부(1200)가 음원 신호를 생성하는 데 이용되며, 구체적으로, 오디오 신호를 필터링할 필터링 계수를 결정한다.
메인 제어부(1100)는 미디어소스 공급부(1500)로부터 공급된 오디오 신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 메인 제어부(1100)는 앰프부(1300) 및 스피커부(1600)를 제어하여, 미디어소스 공급부(1500)로부터 공급된 오디오 신호를 증폭 및 출력시킨다.
브라이트존(BZ)의 영역 설정과 관련한 사용자 입력이 있다면, 메인 제어부(1100)는 사용자 입력을 보정 제어부(1200)에 전달하고, 보정 제어부(1200)는 사용자 입력에 기초하여 미디어소스 공급부(1500)로부터 공급된 오디오 신호를 필터링하여 음원 신호를 생성한다. 이때, 보정 제어부(1200)는 브라이트존(BZ)의 공간평균음향에너지와 브라이트존(BZ) 외 영역의 공간평균음향에너지의 비가 최대가 되도록 하는 필터링 계수를 이용해 오디오 신호를 필터링하게 된다.
브라이트존(BZ)의 설정은 미리 이루어질 수도 있지만 사용자 입력부(1400)에서 수신된 사용자 입력에 기초하여 설정될 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 조그 셔틀(미도시)이나 스위치(미도시) 등과 같은 사용자 입력부(1400)를 통해 브라이트존(BZ)으로 설정할 영역을 선택할 수 있다. 브라이트존(BZ)은 하나 이상의 좌석 영역일 수 있다. 또한, 조작의 편의를 위한 인터페이스를 제공하기 위해, 조그 셔틀(미도시)이나 스위치(미도시)를 통한 사용자 입력에 대응해 브라이트존(BZ)으로 설정될 영역이 차량 내 디스플레이를 통해 시각적으로 표시될 수 있다.
각 좌석(Front Left, Front Right, Rear Left, Rear Right)을 브라이트존(BZ)으로 설정하기 위한 필터링 계수는 도 1 및 3을 참조하면서 설명한 방식으로 미리 산출될 수 있고, 저장부(1210)에 다양한 방식(예를 들어, 테이블)으로 저장될 수 있다.
보정 제어부(1200)는 브라이트존(BZ) 설정을 위한 사용자 입력에 기초해 저장부(미도시)에 저장된 필터링 계수를 독출하여, 해당 필터링 계수로 음성 신호를 필터링함으로써, 스피커부(1600)에서 출력되는 음향이 사용자가 설정한 브라이트존(BZ)에만 포커싱되도록 제어한다.
앰프부(1300)는 보정 제어부(1200)로부터 수신된 음원 신호를 다채널로 분리하여 증폭하고, 그 신호는 스피커부(1600)로 전달되어 브라이트존(BZ)에 포커싱되는 방식으로 출력된다.
상기 구성에 따른 음향 공간 보정 시스템(1000)에 의하면, 기존에 장착된 차량 내 스피커를 이용하거나, 성능 향상을 위한 부가적 스피커만을 장착함으로써 차량 내 음향을 특정 영역에 포커싱할 수 있게 된다. 또한, 개별적으로 구분된 사운드(오디오, CD, DVD 등의 오디오 신호, 블루투스로 연결된 전화 음성 신호 등)를 특정 위치(브라이트존)에서만 들리게 조절하고, 그 외 위치(다크존)에서는 매우 약하게 들리거나 들리지 않게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 차량 내 음향 포커싱을 사용자가 선택하거나 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 포함하는 특정 실시예의 관점에서 본 발명을 설명했지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위에서 설명된 발명의 구성에 있어, 다양한 치환이나 변형을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 권리범위와 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 구조적이고 기능적인 변조가 다양하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상이나 권리범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같이 광범위하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 구성에 따른 음향 공간 보정 시스템에 의하면, 기존에 장착된 차량 내 스피커를 이용하거나, 성능 향상을 위한 부가적 스피커만을 장착함으로써 차량 내 음향을 특정 영역에 포커싱할 수 있게 된다. 또한, 개별적으로 구분된 사운드(오디오, CD, DVD 등의 오디오 신호, 블루투스로 연결된 전화 음성 신호 등)를 특정 위치(브라이트존)에서만 들리게 조절하고, 그 외 위치(다크존)에서는 매우 약하게 들리거나 들리지 않게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 차량 내 음향 포커싱을 사용자가 선택하거나 조절할 수 있다.

Claims (9)

  1. 무선통신으로 연결된 모바일 단말로부터 음성 신호를 수신하는 무선통신 모듈;
    상기 무선통신 모듈로부터 전달된 상기 음성 신호의 출력을 브라이트존(BZ)에 포커싱하기 위한 음원 신호를 생성하기 위하여 상기 음성 신호를 필터링하는 보정 제어부;
    상기 보정 제어부로부터 전달된 상기 음원 신호를 다채널로 분리하여 증폭하는 앰프부; 및
    상기 앰프부로부터 전달된 상기 음원 신호를 출력하는 복수의 스피커부;를 포함하는 음향 공간 보정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정 제어부는,
    상기 브라이트존(BZ)의 공간평균음향에너지와 상기 브라이트존(BZ) 외의 영역의 공간평균음향에너지의 비가 최대가 되도록 하는 필터링 계수를 이용해 상기 음성 신호를 필터링하는 음향 공간 보정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신은 블루투스 또는 NFC(Near Field Communication)인 음향 공간 보정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음성 신호는 300Hz∼4000Hz 사이의 주파수 영역을 갖는 음향 공간 보정 시스템.
  5. 오디오 신호를 공급하는 미디어소스 공급부;
    상기 미디어소스 공급부로부터 공급된 상기 오디오 신호의 출력을 포커싱할 브라이트존(BZ)의 위치 선택에 대한 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부;
    상기 미디어소스 공급부로부터 공급된 상기 오디오 신호 및 상기 사용자 입력부로부터 전달된 상기 사용자 입력 중 적어도 하나에 기초하여 상기 오디오 신호의 출력을 제어하는 메인 제어부;
    상기 오디오 신호를 상기 사용자 입력에 대응하는 브라이트존(BZ)에 포커싱하기 위한 음원 신호를 생성하기 위하여 상기 오디오 신호를 필터링하는 보정 제어부;
    상기 메인 제어부로부터 수신된 상기 오디오 신호 또는 상기 보정 제어부로부터 수신된 상기 음원 신호를 다채널로 분리하여 증폭하는 앰프부; 및
    상기 앰프부로부터 전달된 상기 음원 신호를 출력하는 복수의 스피커부;를 포함하는 음향 공간 보정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보정 제어부는,
    상기 브라이트존(BZ)의 공간평균음향에너지와 상기 브라이트존(BZ) 외의 영역의 공간평균음향에너지의 비가 최대가 되도록 하는 필터링 계수를 이용해 상기 오디오 신호를 필터링하는 음향 공간 보정 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    복수의 브라이트존에 대응하는 필터링 계수를 저장하는 저장부;를 더 포함하고,
    상기 보정 제어부는, 상기 사용자가 선택한 브라이트존에 대응하는 필터링 계수를 상기 저장부로부터 독출하여 상기 오디오 신호를 필터링하는 음향 공간 보정 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 사용자 입력부는, 터치 스크린, 조그 셔틀, 스위치 또는 버튼을 포함하는 음향 공간 보정 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 미디어소스 공급부는, 무선통신 모듈, AUX 모듈, USB 모듈, 메모리 모듈, DVD 모듈 및 DMB 모듈 중 적어도 하나를 포함하는 음향 공간 보정 시스템.
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