WO2018199347A1 - 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템 - Google Patents

초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템 Download PDF

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WO2018199347A1
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signal
directional
envelope
speaker system
omni
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PCT/KR2017/004375
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제영호
조문철
임용묵
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주식회사 제이디솔루션
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    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Definitions

  • the present invention proceeds as part of the following national research and development projects.
  • m is the modulation index and x (t) is the original audio signal.
  • the distortion compensation method for compensating for other distortions is a method of modulating the square root of the original signal as shown in FIG.
  • the original signal can be faithfully reproduced, but the nonlinear operation of the square root causes the spectrum of the bandwidth-limited original signal x (t) to appear on an almost infinite bandwidth. Therefore, without the ultrasonic transducer for reproducing infinite bandwidth, the ultrasonic speaker of the method shown in FIG. 1 has an absolute limitation in reducing distortion.
  • ATC of the United States has repeatedly registered a method for compensating for error without a bandwidth increase in the patent application name “Modulator Processing for a Parametric Speaker System (US 6,584,205)” as shown in FIG. 2.
  • the US patent of ATC calculates an ideal modulated signal waveform through an SSB (Single Side Band) channel model without a converter, compares it with the actual modulated signal, calculates the error and converts the error to It is a method of compensating for the distortion of sound quality by repeating the process of compensating the signal several times.
  • SSB Single Side Band
  • the invention patent of US ATC repeatedly compensates for the error, which requires a lot of computation to compensate for such error, and not only the hardware design becomes very complicated, but also the delay caused by signal processing increases. There are disadvantages.
  • the US ATC invention patent applies SSB modulation, in order to avoid the distortion caused by the imperfection of the SSB filter has a problem of designing a sharp SSB filter by raising the order of the SSB filter.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to allow both an omni-directional signal and an omni-directional signal to be generated at the same time as the omni-directional signal output for the input audio signal.
  • the present invention provides a multi-speaker system capable of simultaneously outputting both omni-directional and omni-directional signals.
  • Another object of the present invention is to minimize the distortion of the real-time reproduction signal by using a pre-distortion adaptive filter in the output of the super-directional signal and to remove the incompleteness of the single-side band filter by using the residual sideband modulation, It is to provide a compound speaker system that can be improved.
  • Another object of the present invention is to dynamically modulate the modulation index of the pre-distortion compensated compensation signal during VSB modulation, thereby compensating for distortion according to the level of the input signal, thereby minimizing distortion of the non-linear demodulated signal in air. It is to provide a compound speaker system that can improve speaker sound quality.
  • Another object of the present invention is to filter the ultrasonic transducer being applied to the current system with a specific filter, generate an inverse filter model of the ultrasonic transducer using the coefficient values, and apply it to the VSB modulated signal,
  • the present invention provides a multi-speaker system that can improve sound quality by minimizing distortion during ultrasonic conversion of a modulated signal.
  • a square root calculator configured to generate a square root signal of the first envelope signal by calculating a square root of the first envelope signal calculated by the first envelope calculator;
  • a pre-distortion adaptive filter unit generating a compensation signal by performing distortion compensation by applying an adaptive filter coefficient update term according to the adaptive filter coefficient determined in the previous stage with respect to the currently input audio input signal;
  • a dynamic VSB modulator for dynamically modulating the compensation signal into an ultrasonic band to generate a modulated signal
  • An ultrasonic amplifier for amplifying the filtering signal
  • an ultrasonic transducer for converting the amplified signal into an ultrasonic signal.
  • the signal delay unit has a super directional signal compared to the directional signal due to signal processing in the first envelope calculator, the second envelope calculator, the dynamic VSB modulator, and the ultrasonic transducer model h (t) constituting the superdirectional speaker system.
  • a multi-speaker system capable of simultaneously outputting both omni-directional and omni-directional signals, characterized in that the signal is delayed and output by the same amount of time as the partial delay.
  • m is a modulation index
  • ⁇ is an adaptive coefficient, the multi-speaker system capable of simultaneously outputting both omni-directional and omni-directional signal.
  • a multi-speaker system capable of simultaneously outputting both omni-directional and omni-directional signals, characterized in that the modulation index is dynamically changed according to the input signal level.
  • a multi-speaker system capable of simultaneously outputting both omni-directional and omni-directional signals, comprising at least one of an LMS scheme and an RLS scheme.
  • the multi-speaker system capable of simultaneously outputting both omni-directional and omni-directional signals according to an embodiment of the present invention enables the omni-directional signal output to occur at the same time as the super-directional signal output for the input audio signal. At the same time, it can output both superdirectional and omnidirectional signals.
  • the hybrid speaker system filters the ultrasonic transducer that is currently applied to the system with a specific filter, and generates the inverse filter model of the ultrasonic transducer using the coefficient values according to the VSB modulation.
  • the signal By applying to the signal, it is possible to minimize the distortion during the ultrasonic conversion of the modulated signal to improve the sound quality.
  • FIG. 2 is a view illustrating an audio input signal processing method according to SSB modulation and recursion in a conventional superdirectional speaker system.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a signal processing method of a superdirectional speaker system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the superdirectional speaker system compares an envelope of the current audio input signal and an envelope to which an adaptive filter coefficient obtained from the previous stage audio input signal is applied and calculates a current adaptive filter coefficient accordingly.
  • An adaptive filter calculator ; A VSB modulator for VSB modulating an audio input signal to which the adaptive filter coefficient value is applied; And an ultrasonic converter for converting the modulated signal into ultrasonic waves, wherein the adaptive filter calculator includes a first envelope calculator 10, a square root calculator 20, a second envelope calculator 40, an error operator 50, A pre-distortion adaptive filter unit 30 for applying the adaptive filter coefficients, a VSB modulating unit, a dynamic VSB modulating unit 70, an ultrasonic transducer unit, an ultrasonic transducer model 80, and an ultrasonic amplifier 90, the ultrasonic transducer 100 is configured.
  • the VSB modulation is filtered through the symmetrical removal of one sideband in the AM modulation, which is similar to the mathematical approach compared to the AM modulation, so that the superdirectional speaker system according to the embodiment of the present invention.
  • the signal conversion process of VSB modulation is replaced with the case of AM modulation, and will be described by applying a specific equation.
  • the square root calculator 20 calculates E (t) 0.5 , which is an ideal envelope signal of the envelope signal E (t) calculated by the first envelope calculator 10.
  • E (t) 0.5 is an ideal envelope signal of the envelope signal E (t) calculated by the first envelope calculator 10.
  • the most ideal signal of the signal generated by the first envelope calculation unit 10 is the signal corresponding to the square root of the envelope signal E (t).
  • the second time partial derivative can be solved using a 12 dB / octave equalizer.
  • the second envelope calculator 40 calculates an envelope signal E (t) 'of the compensation signal x (t)' that is distortion-compensated by the pre-distortion adaptive filter unit 30.
  • the envelope signal E (t) 'calculated by the second envelope calculator 40 is obtained after AM modulation of x (t)', and this signal E (t) 'is as shown in equation (4).
  • the adaptive filter coefficient updater 60 calculates an adaptive filter coefficient update term ⁇ a m (t) by applying a Least Mean Square (LMS) scheme to the error signal e (t) calculated by the error calculator 50.
  • LMS Least Mean Square
  • the method of calculating the update term ⁇ a m (t) from the error signal e (t) of the present invention may also be applied to a recursive least square (RLS) method.
  • RLS recursive least square
  • the update term ⁇ a m (t) calculated by the adaptive filter coefficient updater 60 may be expressed by Equation (6).
  • a m (t + 1) a m (t) + ⁇ ⁇ a m (t)
  • the pre-distortion adaptive filter unit 30 uses the update term a m (t + 1) obtained by the adaptive filter coefficient update unit 60 in real time to the audio input signal x (t + 1) input to the next stage. Will apply.
  • the pre-distortion adaptive filter unit 30 may use a linear finite impulse response (FIR) filter to ensure accurate linear phase characteristics.
  • FIR linear finite impulse response
  • the dynamic VSB modulator 70 dynamically modulates the distortion compensated compensation signal x (t) 'generated by the pre-distortion adaptive filter unit 30 into an ultrasonic band, where the signal x (t)' is the upper side or Most of the lower sidebands are removed and VSB modulation is performed leaving the complete sidebands of the remaining and remaining portions.
  • the dynamic VSB modulator 70 dynamically changes the modulation index m according to the signal level of the audio input signal. Dynamic VSB modulation removes the signal symmetrically around the carrier frequency, so that all information is contained in the spectrum left behind, and SSB prevents sound degradation during demodulation due to missing or superimposed information due to incomplete filter characteristics. can do.
  • the ultrasonic transducer model 80 calculates the inverse filter h (t) according to the ultrasonic transducer 100, and converts the inverse filter h (t) into the modulated signal x (t) generated by the dynamic VSB modulator 70 ". To generate a signal x (t) '' '.
  • the inverse filter h (t) is derived from the frequency characteristics of the ultrasonic transducer 100 when the ultrasonic transducer 100 is modeled as a specific filter, for example a FIR filter. The coefficients of the filter may be obtained, and the inverse filter coefficient may be obtained in advance using the coefficients of the obtained filters.
  • the ultrasonic amplifier 90 generates ultrasonic waves generated by the ultrasonic vibration element to the signal x (t) '' 'filtered by the inverse filter h (t) of the signal x (t) "modulated by the dynamic VSB modulator 70.
  • the amplitude of the signal x (t) '' ' is enlarged to generate an amplitude expansion signal x (t) "".
  • the ultrasonic transducer 100 converts the amplitude expansion signal x (t) "" by the ultrasonic amplifier 90 into an ultrasonic signal.
  • the ultrasonic transducer 100 has a method using piezoelectricity, magnetic distortion and a method using a semiconductor.
  • Piezoelectric electroacoustic converters are converters that use ultrasonic wave generation from crystals, for example, when a high frequency voltage of a suitable frequency is applied to a plate or rod cut in a certain direction from a crystal such as a crystal.
  • This piezoelectric electro-acoustic converter uses an interference phenomenon that occurs when the frequency of the applied voltage becomes an odd multiple of the fundamental frequency of the crystal. That is, the piezoelectric electro-acoustic converter is called a piezoelectric element because an appropriate vibrator, for example, an appropriate vibration is applied to obtain a specific frequency, and vibration is generated by applying electricity.
  • the principle of generating the ultrasonic distortion type or the semiconductor type ultrasonic wave is the same as that of the piezoelectric type, and is divided by the difference in the characteristics of the material used.
  • the ultrasonic signal converted by the ultrasonic transducer 100 is radiated into the air so that it is nonlinearly demodulated and output as acoustic audio.
  • x (t) is an audio input signal currently input
  • h (t) is an inverse filter of coefficient values calculated by modeling various types of ultrasonic transducers 100 with specific filters.
  • an envelope of the currently input audio input signal x (t) is calculated (S1), and a square root operation of the calculated envelope signal E (t) is performed to perform the signal E ( t) 0.5 is generated (S2).
  • the current audio input signal x (t) is distortion-compensated signal x (t) 'by applying the adaptive filter coefficient calculated from the audio input signal x (t-1) of the previous stage.
  • the adaptive filter coefficient updater 60 calculates an update term according to the e (t) signal (S6).
  • the adaptive filter coefficient updater 30 uses at least one adaptive scheme of a Least Mean Square (LMS) and an RLS scheme.
  • LMS Least Mean Square
  • step S3 the signal x (t) " is generated by dynamically VSB-modulating the distortion compensation signal x (t) 'to which the adaptive filter coefficient calculated by the previous stage audio input signal x (t-1) is applied (S7). .
  • the ultrasonic amplifier 90 ultrasonically amplifies the signal x (t) '' 'filtered by the inverse filter h (t) (S9).
  • the super-directional speaker system according to the embodiment of the present invention can apply distortion compensation in real time by providing a distortion-compensated signal in advance to the modulator using an adaptive filter. Therefore, the super-directional speaker system of the present invention has a low delay due to distortion compensation and can simplify hardware design, making it easy to construct a system capable of efficient modulation.
  • the super-directional speaker system uses the pre-distortion adaptive filtering to compensate for the distortion of the audio input signal in real time, and through this, the audible signal radiated into the air from the ultrasonic transducer and reproduced secondarily is input to the original audio input. It is possible to predistort before modulation to get close to the signal, and the use of a linear FIR filter allows the predistorted signal to be deformed within its original bandwidth, resulting in less complexity in hardware design.
  • the non-directional signal output unit includes a signal input unit 200, an A / D converter 210, a signal delay unit 220, a pulse width modulator 230, and an omni-directional amplifier 240.
  • the A / D converter 210 converts the analog input signal x (t) into a digital signal.
  • the signal converted into the digital signal is delayed in the output of the signal delay unit 220, and the time delayed output is the first envelope calculation unit 10 and the second envelope calculation in the super-directional signal processing system. Due to the signal processing in the unit 40, the dynamic VSB modulation 70, and the ultrasonic transducer model h (t) 80, the superdirectional signal is delayed by the same amount of time as the partial delay compared to the directional signal.
  • each block of the block diagram and each step of the flowchart attached to the present specification may be performed by program instructions. Since these program instructions may be mounted on a processor of a general-purpose digital terminal or other programmable data processing equipment, the instructions executed by these processors may provide a means for performing the functions described in each block of the block diagram or in each step of the flowchart. Will be created.

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Abstract

본 발명은 초지향성 스피커 시스템을 포함하는 복합스피커시스템에 있어서, 증폭시킬 오디오 입력신호를 입력하는 신호입력부; 아날로그 입력신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환기; 초지향성 스피커 시스템에서 출력되는 신호의 지연된 시간만큼 무지향성 신호를 지연시켜 출력하는 신호지연부; 신호 지연신호부에서 출력된 신호를 펄스폭변호하는 펄스폭변조기; 및 펄스폭변조된 신호를 무지향증폭하여 출력하는 무지향 증폭기를 포함하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템을 제공한다.

Description

초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템
본 발명은 하기 국가연구개발사업의 일환으로 진행된다.
과제고유번호 : R201601210
부처명 : 미래창조과학부, 산업통상자원부
연구관리 전문기관: (재)나노융합2020사업단
연구사업명: 나노융합2020사업
연구과제명: 포락선 방식의 신호처리 알고리즘과 나노 패턴 전사 기술을 이용한 PFC 초지향성 스피커 개발
기여율: 1/1
주관기관: (주)제이디솔루션
연구기간: 2016.06.01 ~ 2017.05.31
본 발명은 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템에 관한 것으로, 특히 입력된 오디오신호에 대하여 무지향 신호출력이 초지향성 신호출력과 동일한 시간에 발생할 수 있도록 하여 동시에 초지향성 신호 및 무지향성 신호를 모두 출력할 수 있도록 해주는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능하며, 나아가 초음파 스피커 시스템의 음질을 개선할 수 있는 새로운 신호처리 방식이 적용되는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 스피커는 전기신호를 진동으로 변환하여 공기 중에 전달함으로써 소리를 생성하게 된다. 이러한 스피커는 공기 중에 진동을 전달할 때 등방성을 가지며 전달하게 된다. 이에 따라, 청취자는 스피커를 기준으로 전 방향에서 스피커로부터 발생되는 소리를 들을 수 있게 된다. 이러한 스피커의 등방성은 때로는 불필요한 문제를 야기하곤 한다. 예를 들면, 미술관이나 박물관 같은 다양한 작품이나 전시물들이 설치되어 있고, 각 작품 및 전시물들에 대한 설명을 스피커를 통하여 설명하도록 설치물을 설계하는 경우, 미술관 및 박물관의 협소한 공간으로 인하여 스피커로부터 발생하는 소리들 간에 간섭현상이 발생하게 된다. 또한, 많은 인원이 동시에 각기 다른 작품 및 전시물들의 설명을 스피커로부터 듣게 된다면, 많은 양의 음성안내가 서로간에 간섭 및 왜곡되어 엄청난 노이즈로 변하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 특정 방향에서만 소리를 들을 수 있도록 재생할 수 있는 초지향성 스피커가 등장하게 되었다.
하지만, 초지향성 스피커만으로는 여러 방향에 산재된 청취자들에게 전달하여야 할 정보에 대하여는 이를 동시에 전달할 수 없는 문제가 지적된다. 예를 들어, 긴급한 상황을 알리거나 주변에 있는 모든 사람에게 동시에 특정한 정보를 전달하기 위해서는 무지향성으로 음성을 전달할 필요가 있다.
이를 위해 초지향성 스피커와 무지향성 스피커를 함께 혼합한 스피커 시스템이 요구되어지지만, 일반적으로 초지향성 스피커에서 출력되는 신호는 일반 스피커에서 출력되는 신호에 비하여 소정의 신호처리로 인해 지연출력되어 전달하고자 하는 정보가 제대로 청취자에게 전달될 수 없는 문제가 있다.
또한, 종래의 초지향성 스피커 방법 중 하나는 파라볼릭(Parabolic) 접시를 이용하는데, 이는 파라볼릭 접시의 초점에 일반 스피커를 설치하여 스피커의 음향 출력이 접시에 반사되어 직진하도록 설계되는 스피커이다. 이 파라볼릭 초지향성 스피커는 박물관 등에서 자주 사용되기 때문에 박물관 스피커로도 많이 알려져 있다. 그러나, 이러한 파라볼릭 접시를 이용한 종래의 초지향성 스피커 방식은 파라볼릭 접시의 직경이 상당히 크고 소리가 방향성을 가지고 전달되는 거리가 10m 이내로 짧을 뿐 아니라 음질도 상당히 떨어져 양호한 특성을 가지기가 매우 어렵다.
이에 따라, 최근에는 초음파가 공기 중에서 공기와 일으키는 비선형적인 간섭 현상을 이용한 초음파 스피커 기술이 초지향성 스피커의 구현에 많이 적용되고 있다. 초음파 스피커 기술은 1960년대부터 개발되어 왔으나, 여러가지 주변기기들의 발달 부진 및 산업상의 이득 문제 등으로 상용화가 지연되다가 최근에 본격적으로 개발되고 있다.
초지향성 스피커 시스템은 적절한 음질을 얻기 위한 신호처리부, 처리된 신호를 초음파 대역에 효율적으로 변조시키는 변조부, 초음파 변화기를 구동하기 위한 초음파 증폭부, 실제로 공기 중에 초음파를 발생시켜주는 초음파 변환기로 구성된다. 이론적으로 공기 중에서 복조되는 가청신호 p(t)는 수학식 1과 같이 진폭 변조된 신호의 포락선(envelope) E(t)의 제곱을 이차 시간 미분한 것에 비례한다. 수학식 1에서 이차 시간 미분은 12dB/octave의 이퀄라이저를 이용하여 해결할 수 있고, 그에 따른 포락선 E(t)는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
p(t) ∝ ð2/ðt2{E(t)2}
[수학식 2]
E(t) = 1 + mx(t)
단, m은 변조지수, x(t)는 원래의 가청 오디오 신호이다.
상기 수학식에서, 초음파 스피커를 통해서 듣게되는 가청신호 p(t)는 원래의 가청 오디오 신호 x(t)에 비례할 경우 왜곡이 발생하지 않는 가청음 재생이 가능하게 된다. 그러나 실제로는 수학식 1에서와 같이 본래 신호 x(t)의 제곱에 해당하는 왜곡이 심각하게 발생하게 된다. 이 왜곡을 줄이는 방법으로 종래의 초음파 스피커는 변조지수 m을 줄이면 왜곡을 줄일 수 있으나, 재생효율이 떨어져서 높은 음향 출력을 얻기가 어렵다.
다른 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 원래 신호의 제곱근을 변조하는 방법이다. 이론적으로 이 방법에 따르면 원래의 신호가 충실하게 재생될 수 있으나, 제곱근이라는 비선형적인 연산에 의해서 대역폭이 제한된 원래 신호 x(t)의 스펙트럼이 거의 무한대의 대역폭 상에 나타나게 된다. 따라서, 무한대의 대역폭을 재생해주는 초음파 변환기가 없으면 도 1에 도시된 방식의 초음파 스피커는 왜곡을 줄이는데 절대적인 한계점을 가질 수 밖에 없다.
도 1에 도시된 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 미국의 ATC사는 도 2에 도시된 바와 같은 특허 출원명 "Modulator Processing for a Parametric Speaker System(US 6,584,205)"에서 대역폭의 증가가 없는 반복적인 오차 보상방법을 제시하였다. 이를 간략히 하면, 미국의 ATC사가 발명한 특허는 변환기 없는 SSB(Single Side Band) 채널 모델을 통해서 이상적인 변조신호 파형을 계산한 후, 이를 실제 변조된 신호와 비교해서 오차를 계산하고 이 오차를 변조전의 신호에 보상하는 과정을 몇 차례 반복하여 음질의 왜곡을 보상하는 방식이다. 그러나 미국 ATC사의 발명 특허는 반복적으로 오차를 보상하고 있는데, 이러한 반복적 오차 보상을 위해서는 많은 계산량이 필수적으로 발생하게 되고, 그에 따른 하드웨어 설계가 매우 복잡해질 뿐만 아니라, 신호처리에 따른 지연이 증가되는 심각한 단점이 있다. 또한, 미국 ATC사의 발명 특허는 SSB 변조를 적용하는데, SSB 필터의 불완전성에 따른 왜곡을 피하기 위해서는 SSB 필터의 차수를 높여서 상당히 날카로운 SSB 필터를 설계해야 하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 입력된 오디오신호에 대하여 무지향 신호출력이 초지향성 신호출력과 동일한 시간에 발생할 수 있도록 하여 동시에 초지향성 신호 및 무지향성 신호를 모두 출력할 수 있도록 해주는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 초지향성 신호의 출력시 사전 왜곡 적응필터를 이용하여 실시간 재생신호의 왜곡을 최소화하고 잔류측파대 변조를 사용하여 단일측파대 필터의 불완전성을 제거함으로써, 음질을 개선할 수 있는 복합스피커시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 오디오 입력신호의 포락선 신호 및 이전 입력신호의 적응 필터 계수가 적용되는 왜곡 보상된 신호의 포락선 신호를 상호 비교하고 그에 따른 현재 입력신호의 적응필터 계수값을 계산하여 적용함으로써, 사전 왜곡 보상을 실시간으로 적용하여 설계 하드웨어를 간소화하고, 초음파 스피커 음질을 개선할 수 있는 복합스피커시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 사전 왜곡 보상된 보상신호의 변조지수를 VSB 변조시 동적으로 변조함으로써, 입력되는 신호의 레벨에 따라, 왜곡을 보상함으로써, 공기 중에서 비선형 복조되는 신호의 왜곡을 최소화함으로써 스피커 음질을 개선할 수 있는 복합스피커시스템을 제공하는데 있다.
마지막으로, 본 발명의 또 다른 목적은, 현재 시스템에 적용되고 있는 초음파 변화기를 특정 필터로 필터링하고, 그에 따른 계수값들을 사용하여 초음파 변환기의 역필터 모델을 생성하여 VSB 변조된 신호에 적용함으로써, 변조된 신호의 초음파 변환시 왜곡을 최소화하여 음질을 개선할 수 있는 복합스피커시스템을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.
(1) 초지향성 스피커 시스템을 포함하는 복합스피커시스템에 있어서,
증폭시킬 오디오 입력신호를 입력하는 신호입력부; 아날로그 입력신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환기; 초지향성 스피커 시스템에서 출력되는 신호의 지연된 시간만큼 무지향성 신호를 지연시켜 출력하는 신호지연부; 신호 지연신호부에서 출력된 신호를 펄스폭변호하는 펄스폭변조기; 및 펄스폭변조된 신호를 무지향증폭하여 출력하는 무지향 증폭기를 포함하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 초지향성 스피커 시스템은,
현재 입력되는 오디오 입력 신호의 포락선을 계산하는 제 1 포락선 계산부;
상기 제 1 포락선 계산부에 계산된 제 1 포락선 신호의 제곱근을 연산하여 제 1 포락선 신호의 제곱근 신호를 생성하는 제곱근 연산부;
상기 현재 입력되는 오디오 입력 신호에 대해서 이전 단에 결정된 적응 필터 계수에 따른 적응 필터 계수 갱신항을 적용하여 왜곡보상을 수행하여 보상신호를 생성하는 사전 왜곡 적응 필터부;
상기 보상신호의 포락선을 계산하여 제 2 포락선 신호를 생성하는 제 2 포락선 계산부;
상기 제 2 포락선 신호와 상기 제 1 포락선 신호의 제곱근 신호를 비교연산하여 오차 신호를 생성하는 오차연산부;
상기 오차 신호로부터 적응 필터 계수 갱신항 및 적응 필터 계수를 계산하는 적응 필터 계수 갱신부;
상기 보상신호를 동적으로 초음파 대역으로 변조시켜 변조신호를 생성하는 동적 VSB 변조부;
초음파 변환기가 가지는 주파수 특성에 대응되는 역필터를 모델링하고, 상기 변조신호에 적용시켜 필터링 신호를 생성하는 초음파 변환기 모델;
상기 필터링 신호를 증폭하는 초음파 증폭기; 및
상기 증폭된 신호를 초음파 신호로 변환하는 상기 초음파 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(3) 상기 (2)에 있어서,
상기 신호지연부는 초지향성 스피커 시스템을 구성하는 제1포락선계산부, 제2포락선계산부, 동적 VSB변조부, 및 초음파변환기모델h(t)에서의 신호처리로 인해 지향성신호에 비해 초지향성 신호가 일부 지연되는 것과 동일한 시간만큼 신호를 지연시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(4) 상기 (2)에 있어서,
상기 오디오 입력 신호를 x(t), 상기 제 1 포락선 신호는 E(t), 상기 이전단 적응 필터 계수 갱신항을 am(t)라고 할 경우,
상기 보상신호 x(t)'는,
Figure PCTKR2017004375-appb-I000001
;
상기 보상신호 x(t)'를 AM 변조하여 얻어지는 제 2 포락선 신호 E(t)'는, E(t)' = 1 + mx(t)';
상기 오차 신호 e(t)는, e(t) = E(t)' - E(t)0.52;
상기 적응 필터 계수 갱신항은 △am(t) = - e(t)/ am(t) = -2E(t)' - E(t)0.5x(t-m);
상기 적응 필터 계수는 am(t+1) =am(t) + β△am(t)이고,
단, m은 변조지수, β는 적응계수인 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(5) 상기 (2)에 있어서, 상기 동적 VSB 변조부는,
입력되는 신호레벨에 따라 상기 변조지수를 동적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(6) 상기 (2)에 있어서, 상기 적응 필터 계수 갱신부는,
LMS 방식 및 RLS 방식 중 적어도 하나의 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(7) 상기 (2)에 있어서, 상기 사전 왜곡 적응 필터부는,
선형 FIR 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(8) 상기 (2)에 있어서, 상기 역필터는,
상기 초음파 변환기를 특정 필터로 모델링하여 얻어지는 상기 초음파 변환기의 주파수 특성을 이용하여 미리 계산되는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
(9) 상기 (8)에 있어서, 상기 특정 필터는,
FIR 필터인 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템은, 입력된 오디오신호에 대하여 무지향 신호출력이 초지향성 신호출력과 동일한 시간에 발생할 수 있도록 하여 동시에 초지향성 신호 및 무지향성 신호를 모두 출력할 수 있도록 한다.
나아가 본 발명에 따른 복합스피커시스템은 초지향성 신호의 처리과정에서 사전 왜곡 적응필터를 이용하여 실시간 재생신호의 왜곡을 최소화하고 잔류측파대 변조를 사용하여 단일측파대 필터의 불완전성을 제거함으로써, 음질을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복합스피커시스템은, 오디오 입력신호의 포락선 신호 및 이전 입력신호의 적응 필터 계수가 적용되는 왜곡 보상된 신호의 포락선 신호를 상호 비교하고 그에 따른 현재 입력신호의 적응필터 계수값을 계산하여 적용함으로써, 사전 왜곡 보상을 실시간으로 적용하여 설계 하드웨어를 간소화하고, 초음파 스피커 음질을 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복합스피커시스템은, 사전 왜곡 보상된 보상신호의 변조지수를 VSB 변조시 동적으로 변조함으로써, 입력되는 신호의 레벨에 따라, 왜곡을 보상함으로써, 공기중에서 비선형 복조되는 신호의 왜곡을 최소화함으로써 스피커 음질을 개선할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합스피커시스템은, 현재 시스템에 적용되고 있는 초음파 변화기를 특정 필터로 필터링하고, 그에 따른 계수값들을 사용하여 초음파 변환기의 역필터 모델을 생성하여 VSB 변조된 신호에 적용함으로써, 변조된 신호의 초음파 변환시 왜곡을 최소화하여 음질을 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 초지향성 스피커 시스템에서 제곱근 변조 방식을 이용한 오디오 입력 신호처리 방법을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 초지향성 스피커 시스템에서 SSB 변조 및 재귀에 따른 오디오 입력 신호처리 방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 신호처리시스템을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 스피커 시스템의 신호처리 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무지향성 신호출력부를 나타낸 도면.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 신호처리시스템을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 스피커 시스템은 현재 오디오 입력 신호의 포락선과 이전 단 오디오 입력신호로부터 얻어진 적응 필터 계수를 적용한 포락선을 비교하여 그에 따른 현재 적응 필터 계수를 계산하는 적응 필터 계산부; 상기 적응 필터 계수 값이 적용된 오디오 입력신호를 VSB 변조시키는 VSB 변조부; 변조된 신호를 초음파로 변환하는 초음파 변환부를 포함하여 구성되며, 적응 필터 계산부는 제 1 포락선 계산부(10), 제곱근 연산부(20), 제 2 포락선 계산부(40), 오차연산부(50), 적응 필터 계수 갱신부(60)를 포함하고 적응 필터 계수를 적용하기 위한 사전 왜곡 적응 필터부(30), VSB 변조부는 동적 VSB 변조부(70), 초음파 변환부는 초음파 변환기 모델(80), 초음파 증폭기(90), 초음파 변환기(100)를 포함하여 구성된다.
다시 말하여, 본 발명의 초지향성 스피커 시스템은 현재 입력되는 오디오 입력 신호 x(t)의 포락선을 계산하여 포락선에 대한 제 1 포락선 신호 E(t)를 생성하는 제 1 포락선 계산부(10), 제 1 포락선 계산부(10)에 의해 생성된 제 1 포락선 신호 E(t)를 이용해서 이상적인 포락선 신호인 E(t)0.5를 계산하는 제곱근 연산부(20), 이전 단 오디오 입력신호 x(t-1)의 포락선으로부터 계산된 적응 필터 계수 갱신항을 적용하여 현재 오디오 입력신호 x(t)의 사전 왜곡 보상을 수행하여 왜곡 보상 신호 x(t)'를 생성하는 사전 왜곡 적응 필터부(30), 사전 왜곡 적응 필터부(30)에서 출력되는 왜곡 보상된 보상신호 x(t)'의 포락선을 계산하여 제 2 포락선 신호 E(t)'을 생성하는 제 2 포락선 계산부(40), 제곱근 연산부(20)의 출력신호인 E(t)0.5와 제 2 포락선 신호 E(t)'를 비교 연산하여 그 오차 신호 e(t)를 출력하는 오차연산부(50), 오차 신호 e(t)에 대응하는 사전 왜곡 적응 필터의 계수 갱신항을 계산하여 사전 왜곡 적응 필터부(30)에 공급하는 적응 필터 계수 갱신부(60), 사전 왜곡 적응 필터부(30)에서 출력되는 왜곡 보상된 보상신호 x(t)'를 동적으로 초음파 대역으로 변조시켜 변조 신호 x(t)"를 생성하는 동적 VSB 변조부(70), 초음파 변환기(100)가 가지는 주파수 고유의 특성에 대응하는 역필터 h(t)를 모델링하여 변조된 신호 x(t)"에 적용함으로써 변환 신호 x(t)'''를 생성하는 초음파 변환기 모델(80), 초음파 변환기 모델(80)로부터 출력되는 변환 신호 x(t)'''를 증폭하여 증폭 신호 x(t)""를 생성하는 초음파 증폭기(90), 초음파 증폭된 증폭 신호 x(t)""의 출력을 초음파 신호로 변환하는 초음파 변환기(100)를 구비한다.
구체적인 설명에 앞서, VSB 변조는 AM 변조에서 한쪽 측파대를 대칭적으로 제거하는 필터링을 거치는 것으로 AM 변조와 비교하여 수학식으로 접근하는 방식이 유사하기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 스피커 시스템의 신호 변환 과정에 대한 효과적인 설명을 위하여 VSB 변조를 AM 변조의 경우로 대체하고, 구체적인 수학식을 적용하여 설명하기로 한다.
제 1 포락선 계산부(10)는 현재 오디오 입력 신호 x(t)에 대한 포락선을 계산한다. 제 1 포락선 계산부(10)에 의하여 계산되는 포락선 신호 E(t)는 앞서 기술한 수학식 1 및 2에서와 동일한 E(t)로 정의될 수 있으므로 자세한 설명은 생략 한다.
제곱근 연산부(20)는 제 1 포락선 계산부(10)에 의해 계산된 포락선 신호 E(t)의 이상적인 포락선 신호인 E(t)0.5를 계산한다. 수학식 1을 참조하면, 제 1 포락선 계산부(10)에서 생성된 신호의 수식적으로 가장 이상적인 신호는 포락선 신호 E(t)의 제곱근에 해당하는 신호이다. 수학식 1에서 이차 시간 편미분은 12 dB/octave 이퀄라이저를 이용하여 해결할 수 있다.
사전 왜곡 적응 필터부(30)는 현재 입력되는 오디오 입력신호 x(t)에 이전 단 오디오 입력 신호 x(t-1)에 의해 계산된 적응 필터 계수 am(t)를 적용하여 수학식 3과 같은 방식으로 왜곡 보상된 보상신호 x(t)'를 출력하게 된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2017004375-appb-I000002
제 2 포락선 계산부(40)는 사전 왜곡 적응 필터부(30)에 의해 왜곡 보상된 보상신호 x(t)'의 포락선 신호 E(t)'를 계산한다. 제 2 포락선 계산부(40)에 의하여 계산되는 포락선 신호 E(t)'는 x(t)'의 AM 변조 후 얻어지게 되고 이 신호 E(t)'는 수학식 4에 나타낸 바와 같다.
[수학식 4]
E(t)' = 1 + mx(t)'
오차연산부(50)는 제 2 포락선 계산부(40)로부터 계산된 포락선 신호 E(t)'로부터 제곱근 연산부(20)에 의해 계산된 신호 E(t)0.5를 감산하여 그 오차 신호인 e(t)를 생성한다. 오차연산부(50)에 의해 계산되는 e(t)는 수학식 5와 같다.
[수학식 5]
e(t) = E(t)' - E(t)0.52
적응 필터 계수 갱신부(60)는 오차연산부(50)에 의해 계산된 오차 신호 e(t)에 LMS(Least Mean Square) 방식을 적용하여 적응 필터 계수 갱신항 △am(t)을 계산한다. 본 발명의 오차 신호 e(t)로부터 갱신항 △am(t)를 계산하는 방식은 RLS(Recursive Least Square) 방식 적용도 가능하다. 이하, LMS 방식을 중심으로 설명하기로 한다. 적응 필터 계수 갱신부(60)에 의해 계산되는 갱신항 △am(t)은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
△am(t) = -ðe(t)/ðam(t) = -2E(t)' - E(t)0.5x(t-m)
따라서, 적응 필터 계수 갱신부(60)에 의해 계산되어 사전 왜곡 적응 필터부(30)에 공급되는 적응 필터 계수는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
am(t+1) =am(t) + β△am(t)
단, β는 적응계수이다. 정규화된 LMS 방식에서 β는 시간에 따라 변하면서 안정적으로 빠른 수렴할 수 있고, β를 이용하여 안정적인 시스템 설계가 가능하다.
사전 왜곡 적응 필터부(30)는 적응 필터 계수 갱신부(60)에 의해 구해진 갱신항 am(t+1)을 이용하여 다음단에 입력되는 오디오 입력신호 x(t+1)에 실시간적으로 적용하게 된다. 사전 왜곡 적응 필터부(30)는 정확한 선형 위상 특성을 확보하기 위하여 선형 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 사용할 수 있다.
동적 VSB 변조부(70)는 사전 왜곡 적응 필터부(30)에 의해 생성된 왜곡 보상된 보상신호 x(t)'를 동적으로 초음파 대역으로 변조하게 되는데, 이때 신호 x(t)'는 상측 또는 하측파대 일부를 대부분 제거하고 잔류하는 부분과 나머지 부분의 완전한 측파대를 남기는 VSB 변조를 실시하게 된다. 다시 말하여, 동적 VSB 변조부(70)는 오디오 입력 신호의 신호 레벨에 따라 변조지수 m을 동적으로 변화시키게 된다. 동적 VSB 변조는 캐리어 주파수를 중심으로 대칭적으로 신호를 제거하므로 남겨진 스펙트럼에 모든 정보가 담겨 있기 때문에, SSB의 경우 불완전한 필터 특성 때문에 일부 정보가 사라지거나 중첩되어 복조시에 발생하는 음질저하 현상을 방지할 수 있다.
초음파 변환기 모델(80)은 초음파변환기(100)에 따른 역필터 h(t)를 계산하고, 이 역필터 h(t)를 동적 VSB 변조부(70)에 의해 생성된 변조 신호 x(t)"에 적용하여 신호 x(t)'''를 생성한다. 역필터 h(t)는 초음파 변화기(100)를 특정 필터 예를 들면 FIR 필터로 모델링 할 경우, 초음파 변환기(100)의 주파수 특성으로 부터 필터의 계수들을 획득할 수 있으며, 획득된 필터 들의 계수들을 이용하여 역필터 계수를 미리 획득할 수 있다.
초음파 증폭기(90)는 동적 VSB 변조부(70)에 의하여 변조된 신호 x(t)"를 역필터 h(t)로 필터링한 신호 x(t)'''에 초음파 진동소자에 의해 발생된 초음파를 방사함으로서 신호를 물리적인 힘으로 진동 시키는 것으로서 신호 x(t)'''의 진폭을 확대시켜 진폭 확대 신호 x(t)""를 생성하게 된다.
초음파 변환기(100)는 초음파 증폭기(90)에 의한 진폭 확대 신호 x(t)""를 초음파 신호로 변환시킨다. 이러한 초음파 변환기(100)는 압전성, 자기 일그러짐성을 이용한 방식 및 반도체를 이용하는 방식이 있다.
압전성 전기 음향 변환소자는 예를 들면 수정과 같은 결정에서 일정한 방향으로 잘라낸 판 또는 봉에 적당한 주파수의 고주파 전압을 가하면 결정으로부터 초음파가 발생하는 방식을 이용하는 변환소자이다. 이 압전성 전기 음향 변환소자는 가해지는 전압의 주파수가 수정의 결정이 지닌 기본 진동수의 홀수배가 될 때 발생하는 간섭현상을 이용하는 방식이다. 즉, 압전성 전기 음향 변환소자는 특정 주파수를 얻어내기 위해서는 적절한 진동자 예를 들면, 수정에 적절한 진동을 가하는 것으로, 전기를 가해서 진동을 일으키기 때문에 압전형소자라고 한다.
자기일그러짐형이나 반도체형도 초음파를 발생시키는 원리는 압전형과 동일하며 사용하는 재료의 특성상의 차이로 구분된다.
초음파 변환기(100)에 의해 변환된 초음파 신호는 공기 중으로 방사됨으로써 비선형 복조되어 음향 오디오로 출력되게 된다.
이와 같은 구조를 가지는 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 스피커 시스템의 왜곡보상 방법에 따른 신호처리 방법에 대하여 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
설명에 앞서, x(t)는 현재 입력되는 오디오 입력 신호이며, h(t)는 다종 다양한 초음파 변환기(100)를 특정 필터로 모델링 하여 계산된 계수값들의 역필터이다.
본 발명의 초지향성 스피커 시스템의 신호처리 방법은 먼저, 현재 입력되는 오디오 입력 신호 x(t)의 포락선을 계산하고(S1), 계산된 포락선 신호 E(t)의 제곱근 연산을 수행하여 신호 E(t)0.5를 생성한다(S2).
한편, S1 및 S2 단계가 진행되는 동안, 현재 오디오 입력 신호 x(t)는 이전 단의 오디오 입력 신호 x(t-1)에서 계산된 적응 필터 계수를 적용하여 왜곡 보상된 신호 x(t)'를 생성하고(S3), 생성된 x(t)'신호의 포락선 신호인 E(t)'를 계산한다(S4).
다음으로, S2 단계 및 S4 단계에서 각각 계산된 신호 E(t)0.5, E(t)'를 연산한다(S5).
포락선 신호 E(t)'에서 이상적인 포락선 신호인 E(t)0.5를 감산하여, 그 오차 신호인 e(t)를 생성한다.
다음으로, 적응 필터 계수 갱신부(60)는 e(t) 신호에 따른 갱신항을 계산한다(S6).
갱신항을 계산하기 위하여, 적응 필터 계수 갱신부(30)는 LMS(Least Mean Square) 및 RLS 방식 중 적어도 하나의 적응 방식을 이용한다.
다음으로, e(t) 신호의 갱신항을 이용하여 다음 단에 입력되는 오디오 입력 신호 x(t+1)를 사전 왜곡 보상한다(S3).
S3 단계에서, 이전 단 오디오 입력 신호 x(t-1)에 의해 계산된 적응 필터 계수가 적용된 왜곡 보상 신호 x(t)'를 동적으로 VSB 변조하여 신호 x(t)"를 생성한다(S7).
다음으로, VSB 변조된 신호 x(t)"에 초음파 변환기 모델의 역필터 h(t)를 적용한다(S8).
이때, 적용되는 역필터 h(t)는 시스템에서 사용되는 초음파 변환기(100)를 특정 필터로 모델링 함으로써 계산될 수 있다.
다음으로, 초음파 증폭기(90)는 역필터 h(t)에 의해 필터링 된 신호 x(t)'''를 초음파 증폭한다(S9).
다음으로, 초음판 변환기(100)는 증폭된 신호를 초음파 변환한다(S10).
마지막으로, 초음파 신호는 공기 중에서 비선형 복조되어 음향 오디오 신호인 out(t)로 출력된다(S11).
이러한 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 스피커 시스템은 적응필터를 사용해서 사전에 왜곡 보상된 신호를 변조부에 제공함으로써, 반복적이지 않고, 왜곡 보상을 실시간으로 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 초지향성 스피커 시스템은 왜곡 보상에 따른 지연이 적고, 하드웨어 설계를 간소화할 수 있어서 효율 높은 변조가 가능한 시스템 구축이 용이하다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 초지향성 스피커 시스템은 사전 왜곡 적응 필터링을 사용함으로써 실시간으로 오디오 입력 신호를 왜곡 보상하고 이를 통해서 초음파 변환기로부터 공기 중에 방사되어 이차적으로 재생되는 가청신호가 원래의 오디오 입력 신호에 가까워지도록 변조 전에 사전 왜곡을 시키는 것이 가능하고, 선형 FIR 필터를 사용함으로써 사전 왜곡된 신호가 본래의 대역폭 내에서 변형이 되도록 하며, 하드웨어 설계 시에도 복잡도가 낮아지게 된다. 또한, 본 발명의 초지향성 스피커 시스템은 VSB 변조 방식을 사용하게 됨으로, 대칭적인 필터에 의하여 원래 신호의 낮은 주파수 대역에 대한 정보가 겹침 없이 보전되면서 필터링 되기 때문에 이상적이지 못한 비대칭 필터가 사용되는 SSB 변조에 비해서 음질이 개선되게 되며, 입력신호의 레벨에 따라 동적으로 변조지수를 바꿔줌으로써 효율 높은 변조가 가능하다.
본 발명에 따른 스피커 시스템은 무지향성 신호를 출력하기 위해 도 5에 나타낸 바와 같은 무지향성 신호출력부를 포함한다. 상기 본 발명에 따른 무지향성 신호출력부는 도 3에 도시한 초지향성 신호처리시스템과 통합하여 물리적으로 분리되거나 혹은 일체가 되도록 구현되어질 수 있음은 물론이다.
상기 무지향성 신호출력부는 신호입력부(200), A/D 변환기(210), 신호지연부(220), 펄스폭변조기(230), 및 무지향 증폭기(240)를 포함한다.
신호입력부(200)에 오디오 입력신호 x(t)가 입력되면, A/D 변환기(210)에서 아날로그 입력신호 x(t)를 디지털신호로 변환한다. 디지털신호로 변환된 신호는 신호지연부(220)에서 출력이 지연처리되어지며, 이때 출력이 지연되어지는 시간은 초지향성 신호처리시스템에서의 제1포락선계산부(10)과, 제2포락선계산부(40), 동적 VSB변조(70), 초음파변환기모델h(t)(80)에서의 신호처리로 인해 지향성신호에 비해 초지향성 신호가 일부 지연되는 것과 동일한 시간만큼 지연시킨다.
따라서, 신호지연부(220)는 제1포락선계산부(10)과, 제2포락선계산부(40), 동적 VSB변조(70), 초음파변환기모델h(t)(80)에서의 신호처리로 인해 야기된 지연시간을 참조하여, 이와 동일한 시간만큼 지연하여 출력하도록 적응적으로 신호처리를 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 도 5에 나타낸 바와 같은 무지향성 신호출력부의 구성에 의해, 시간지연 출력된 신호는 펄스폭변조기(230) 및 무지향 증폭기(240)를 거쳐 입력된 오디오신호에 대하여 무지향 신호출력이 초지향성 신호출력과 동일한 시간에 발생할 수 있도록 하여 동시에 초지향성 신호 및 무지향성 신호를 모두 출력할 수 있도록 한다.
이상과 같이, 본 명세서에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 프로그램 인스트럭션들은 범용 디지털 단말기, 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 이들 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 디지털 단말기 이용 가능 또는 디지털 단말기 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 디지털 단말기 이용가능 또는 디지털 단말기 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 프로그램 인스트럭션들은 디지털 단말기 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 디지털 단말기 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 디지털 단말기로 실행되는 프로세스를 생성해서 디지털 단말기 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
10, 40 : 포락선 계산부
20 : 제곱근 연산부
30 : 사전 왜곡 적응 필터부
50 : 오차연산부
60 : 적응 필터 계수 갱신부
70 : 동적 VSB 변조부
80 : 초음파 변환기 모델
90 : 초음파 증폭기
100 : 초음파 변환기
200 : 신호입력부
210: A/D 변환기
220: 신호지연부
230: 펄스폭변조기
240: 무지향 증폭기

Claims (9)

  1. 초지향성 스피커 시스템을 포함하는 복합스피커시스템에 있어서,
    증폭시킬 오디오 입력신호를 입력하는 신호입력부; 아날로그 입력신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환기; 초지향성 스피커 시스템에서 출력되는 신호의 지연된 시간만큼 무지향성 신호를 지연시켜 출력하는 신호지연부; 신호 지연신호부에서 출력된 신호를 펄스폭변호하는 펄스폭변조기; 및 펄스폭변조된 신호를 무지향증폭하여 출력하는 무지향 증폭기를 포함하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초지향성 스피커 시스템은,
    현재 입력되는 오디오 입력 신호의 포락선을 계산하는 제 1 포락선 계산부;
    상기 제 1 포락선 계산부에 계산된 제 1 포락선 신호의 제곱근을 연산하여 제 1 포락선 신호의 제곱근 신호를 생성하는 제곱근 연산부;
    상기 현재 입력되는 오디오 입력 신호에 대해서 이전 단에 결정된 적응 필터 계수에 따른 적응 필터 계수 갱신항을 적용하여 왜곡보상을 수행하여 보상신호를 생성하는 사전 왜곡 적응 필터부;
    상기 보상신호의 포락선을 계산하여 제 2 포락선 신호를 생성하는 제 2 포락선 계산부;
    상기 제 2 포락선 신호와 상기 제 1 포락선 신호의 제곱근 신호를 비교연산하여 오차 신호를 생성하는 오차연산부;
    상기 오차 신호로부터 적응 필터 계수 갱신항 및 적응 필터 계수를 계산하는 적응 필터 계수 갱신부;
    상기 보상신호를 동적으로 초음파 대역으로 변조시켜 변조신호를 생성하는 동적 VSB 변조부;
    초음파 변환기가 가지는 주파수 특성에 대응되는 역필터를 모델링하고, 상기 변조신호에 적용시켜 필터링 신호를 생성하는 초음파 변환기 모델;
    상기 필터링 신호를 증폭하는 초음파 증폭기; 및
    상기 증폭된 신호를 초음파 신호로 변환하는 상기 초음파 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 신호지연부는 초지향성 스피커 시스템을 구성하는 제1포락선계산부, 제2포락선계산부, 동적 VSB변조부, 및 초음파변환기모델h(t)에서의 신호처리로 인해 지향성신호에 비해 초지향성 신호가 일부 지연되는 것과 동일한 시간만큼 신호를 지연시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 오디오 입력 신호를 x(t), 상기 제 1 포락선 신호는 E(t), 상기 이전단 적응 필터 계수 갱신항을 am(t)라고 할 경우,
    상기 보상신호 x(t)'는,
    Figure PCTKR2017004375-appb-I000003
    ;
    상기 보상신호 x(t)'를 AM 변조하여 얻어지는 제 2 포락선 신호 E(t)'는, E(t)' = 1 + mx(t)';
    상기 오차 신호 e(t)는, e(t) = E(t)' - E(t)0.52;
    상기 적응 필터 계수 갱신항은 △am(t) = - e(t)/ am(t) = -2E(t)' - E(t)0.5x(t-m);
    상기 적응 필터 계수는 am(t+1) =am(t) + β△am(t)이고,
    단, m은 변조지수, β는 적응계수인 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 동적 VSB 변조부는,
    입력되는 신호레벨에 따라 상기 변조지수를 동적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 적응 필터 계수 갱신부는,
    LMS 방식 및 RLS 방식 중 적어도 하나의 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 사전 왜곡 적응 필터부는,
    선형 FIR 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 역필터는,
    상기 초음파 변환기를 특정 필터로 모델링하여 얻어지는 상기 초음파 변환기의 주파수 특성을 이용하여 미리 계산되는 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 특정 필터는,
    FIR 필터인 것을 특징으로 하는 초지향성 및 무지향성 동시 신호출력이 가능한 복합스피커시스템.
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