KR20040031814A - 다중 채널을 위한 디지털 신호 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 채널을 위한 음향 신호를 재생 처리하는 디지털 신호 처리 장치 및 그의 방법에 관한 것이다. 디지털 신호 처리 장치는 신호 처리 프로세서로 구비되며, 다중 채널 스피커 장치들과 청취자 간에 발생되는 오디오 신호의 잔향 현상을 이용하여 입체 음향 효과를 발생하도록 신호 처리하는 잔향 처리부와, 각각의 스피커 장치들과 청취자와의 거리를 계산하고, 계산된 거리에 따라 서로 다른 딜레이 샘플링 수를 조절하여, 청취자의 위치에 따른 음의 지연 현상을 방지하도록 신호 처리하는 이차원 포지셔닝 처리부 및 디지털 오디오 신호들중 불필요한 성분은 제거하고, 제거된 필요한 성분을 보상 처리하는 보컬 캔슬러를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면, 다중 채널을 위한 음향 재생 처리시, 잔향 효과, 2 차원 포지셔닝 구현 및 보컬 캔슬링을 처리하여 출력함으로써, 현장감있는 음을 출력하도록 재생 처리한다.

Description

다중 채널을 위한 디지털 신호 처리 장치 및 그 방법{DIGITAL SIGNAL PROCESSING APPARATUS FOR MULTICHANNEL AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 음향 재생 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 다중 채널을 위한 디지털 음향 신호를 재생 처리하는 디지털 신호 처리 장치 및 그의 잔향 효과, 2 차원 포지셔닝 구현, 보컬 캔슬러 기능을 이용하여 입체 음향을 재생하기 위한 처리 방법에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 음원으로부터 발생된 소리가 청취자(또는 청중)의 귀까지 도달하는 경로는 여러 방향으로 이루어진다. 즉, 음원으로부터 청취자의 귀까지 직접 오는 경로(2)가 있는가 하면, 벽, 천장이나 사물 등에 의해 여러 가지 형태의 반사를 통하여 비로소 청취자의 귀까지 도달하는 경로들(4, 4')도 있다.

이러한 무수히 반사되어 청취자에게 들리는 소리는 직접 귀로 전달되는 경로의 소리보다 더 늦게 전달되며, 벽이나 천장 등의 반사되는 재질에 따라 소리가 변형되어 전달된다.

반사와 변형을 통해 우리의 귀에 도달한 이러한 소리를 잔향(reverb)이라고 하며, 많은 시간차와 변형을 걸쳐 전달됨으로서, 청취자의 귀엔 공간감을 더해 준다. 예를 들어, 큰 교회나 콘서트 홀 등에서 느낄 수 있는 공간감은 잔향에 의해서 이루어진다.

음원으로부터 음 발생이 중지된 후에도 소리가 실내에 남아 청취자에게 들리는 현상음을 잔향음(reverberation)이라고 한다. 일반적으로 음원으로부터 직접음을 가한 후, 약 100 ms 이후의 음을 의미하며, 이러한 잔향음은 일종의 공간 왜곡(spatial distortion)에 의해 이루어진다. 예를 들어, 음악(sound)을 위해서는 어느 정도의 잔향음이 반드시 필요하며, 음성(voice)을 위해서는 명료도가 좋아야 하므로 잔향음이 제거되거나 짧을수록 좋다.

또한, 직접음 이후에 반사음의 도달이 청취자의 귀에 들리지 않을 때까지의 시간을 잔향 시간이라 한다. 음원이 정지한 후, 정지 상태의 음 에너지가 약 1/100만 w(watt) 즉, 음압이 60 dB로 감소될 때까지의 걸리는 시간을 의미한다. 그러나 대개는 감쇄 곡선이 60 dB 까지 떨어지지 않으므로 -5 dB ~ - 20 dB 까지의 약 30 dB 감쇠한 시간을 2 배 이상 잔향하여 시간을 구한다.

그러나 스터디움과 같이 오픈된 환경에서는 흡음률의 분포가 일정하지 않고, 지점별 음압의 세기가 큰 차이를 보일 때에는 공식 등에 의해 잔향 시간을 산출하는 것이 바람직하지 않다. 예를 들어, 어링(Erying) 공식은 닫힌 공간 내에서 음파가 반사되어 나갈 때, 반사되는 지점에서 다음 반사 지점까지의 거리에 대한 평균값인 평균 자유 경로(mean free path)의 개념에서 이루어지므로, 스튜디움과 같이 오픈된 공간에서는 평균 개념이 상실될 수 밖에 없기 때문이다. 또한, 어링 공식은 확산 음장(diffuse field)일 경우에 높은 정밀도를 가지는 공식이므로, 스타디움과 같은 비 확산 음장에서는 어링 공식보다는 레이 트레이싱 기법(ray tracing method) 등에 의한 시뮬레이션으로 잔향을 예측하고, 그 시간을 산출해야 한다. 여기서 확산 음장은 잔향실 등과 같이 공간 내의 어떤 지점에서 음 에너지의 밀도가 일정하고, 모든 지점에서 분산된 방향성을 가져 음압의 세기가 일정한 음장을 의미한다.

상술한 바와 같이, 우리가 귀로 듣는 소리는 음원에서 직접 들려오는 음과 주변의 벽이나 사물에 반사되어 간접적으로 들려오는 음이 합성되어 들리게 된다. 이러한 반사음은 닫힌 공간의 여러 지점을 통하여 반사되어 귀에 전달되므로 음원의 음이 사라진 후에도 얼마동안은 남아있게 된다. 그러므로 적당한 잔향은 음원으로부터 발생되는 음에 연속성과 어울림 그리고 박력감을 더욱 제공하게 된다.

또한 잔향 효과는 음향 재생 처리 장치의 입력 신호가 큰 홀이나 방 같은 곳에서 발생되는 것처럼, 입력 신호에 공간성과 분위기를 느낄 수 있도록 입력 신호에 많은 반사음과 잔향을 더해주어 처리하는 것으로, 음향 재생 처리 장치에서 가장 많이 쓰이는 효과 중에 하나이다.

그리고 잔향은 시불변성 효과로, 이는 음원이 동일한 장소에서 어느 때이든지간에 음이 발생되면, 동일한 잔향 효과를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 또한 시불변성 시스템은 임펄스 응답으로 그 시스템의 특성을 나타낼 수 있다. 여기서임펄스는 아주 짧은 순간의 펄스로 큰 운동장이나 홀에서 '짝'하고 박수 한 번치는 것으로 연상하면 될 것이다.

그러나 스튜디움, 홀, 라이브 공연장, 교회 및 보컬 장소 등과 같은 서로 다른 음향 재생 환경에서 음을 청취하는 것은 기존의 다중 채널을 위한 음향 재생 처리 장치에서는 구현이 어렵다.

또한 다중 채널의 음향 재생 처리 장치는 스피커의 위치 또는 청취자의 위치에 따라 음의 전달이 달라진다. 이는 설치된 스피커들의 위치에 대응하여 가장 최적의 지점에서 청취하는 경우에는 다중 채널의 특성을 최대한 살릴 수 있으나, 대부분의 청취자는 위치가 이동되기 쉽고, 그 결과 음의 전달이 일정하지 않게 되는 문제점이 발생된다.

그리고 음원으로부터 발생되는 음은 다중 채널 스피커들로부터 출력되는 신호들에 의해서 서로 상쇄되거나 변형 또는 제거되어 청취자에게 원음과는 다르게 들리는 경우가 발생된다. 이는 다중 채널 예컨대, 5.1 채널 음향 재생 처리 장치에서 신호 처리시, 각 채널의 성분들 중 불필요한 성분만 제거되는게 아니라 필요한 성분들도 변경되거나, 제거됨으로서 일어나게 된다.

일반적인 다중 채널 음향 재생 처리 장치에서 뮤직 사운드의 보컬(예를 들어, 모노) 성분이 중앙 채널(center channel) 성분이라는 것을 기준으로 하였을 때, 하위 라인의 성분 즉, 왼쪽과 오른쪽의 채널 성분은 노 보컬 성분이지만, 보컬 성분 이외의 다른 성분도 감쇄되는 경우가 발생된다. 예를 들어, 드럼 비트와 같은 음은 모노 성분이기 때문에 신호 처리시, 이런 비트 음들이 사라지거나, 이를해결하기 위해 보컬 캔슬러 기능을 수행한 후에도 다시 비트 음들이 사라지게 되는 문제점이 발생된다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다중 채널을 위한 음향 신호를 재생, 처리하기 위한 디지털 신호 처리 장치를 제공하는데 있다.

또한 현장감있는 생생한 음을 청취할 수 있도록 다중 채널을 위한 음향 신호를 재생 처리하는 디지털 신호 처리 장치의 신호 처리 방법을 구현하는데 있다.

이를 위해 디지털 신호 처리 장치는 잔향 효과, 2 차원 포지셔닝 및 보컬 캔슬러 기능을 구현하여 디지털 신호를 처리한다.

도 1은 일반적인 실내 공간에서의 반사음 도달 경로를 설명하기 위한 도면;

도 2는 본 발명의 다중 채널을 위한 음향 신호를 재생 처리하는 음향 재생 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도;

도 3은 도 2에 도시된 잔향 처리부의 구성를 나타내는 블럭도;

도 4a 내지 도 4b는 도 3에 도시된 콤 필터의 서로 다른 실시예에 따른 구성을 나타내는 블럭도들;

도 5는 도 3에 도시된 콤 필터의 임펄스 응답 특성을 나타내는 파형도;

도 6은 도 3에 도시된 올패스 필터의 구성을 나타내는 블럭도;

도 7은 도 6에 도시된 올패스 필터의 임펄스 응답 특성을 나타내는 파형도;

도 8은 도 2에 도시된 신호 처리 프로세서의 청취자 위치 변동에 따른 신호 처리를 위한 2 차원 포지셔닝을 설명하기 위한 도면;

도 9는 본 발명에 따른 2 차원 포지셔닝 처리를 위한 좌표 설정을 나타내는 도면;

도 10은 도 2에 도시된 보컬 캔슬러의 구성을 나타내는 블럭도; 그리고

도 11은 도 10에 도시된 출력 신호들의 전달 함수 특성을 나타내는 파형도들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100 : 음향 재생 처리 장치102 : 신호 처리 프로세서

104 : 잔향 처리부106 : 2 차원 포지셔닝 처리부

108 : 보컬 캔슬러120a, 120b : 콤 필터

130a, 130b : 로우패스 필터140a, 140b : 올패스 필터

180 : 다중 채널 출력부190 : 다중 채널 스피커 장치

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 있어서, 다중 채널을 위한 디지털 신호 처리 장치는 상기 다중 채널의 오디오 신호를 출력하는 다수의 스피커 장치들과, 상기 스피커 장치들로 오디오 신호를 출력하는 출력 회로 및 상기 스피커 장치들로 디지털 오디오 신호를 처리하여 출력하는 신호 처리 프로세서를 포함하되, 상기 신호 처리 프로세서는 상기 스피커 장치들과 청취자 간에 발생되는 오디오 신호의 잔향 현상을 이용하여 입체 음향 효과를 발생하도록 신호 처리하는 잔향 처리부와, 상기 각각의 출력 스피커들과 청취자와의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리에 따라 서로 다른 딜레이 샘플링 수를 조절하여, 상기 청취자의 위치에 따른 음의 지연 현상을 방지하도록 신호 처리하는 이차원 포지셔닝 처리부 및 상기 디지털 오디오 신호들중 불필요한 성분은 제거하고, 상기 제거시 필요한 성분을 보상 처리하는 보컬 캔슬러를 포함한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 잔향 처리부는 서로 다른 지연 시간을 갖는 적어도 하나 이상의 딜레이 회로를 구비하는 콤 필터와, 상기 콤필터에 대응하여 구비되며, 상기 콤 필터의 출력 신호를 피드백하는 로우패스 필터 및 상기 콤 필터의 출력 신호를 받아서 주파수에 의존적인 딜레이 특성과 하모닉 성분을 흐리게 하는 특성을 이용하여 입체 음향 처리하는 올패스 필터들을 포함한다. 상기 이차원 포지셔닝 처리부는 상기 딜레이 샘플수를 포함하는 룩-업 테이블을 형성하여 저장하고, 상기 청취자의 위치에 따른 인덱스에 의해서 상기 샘플수를 계산하여 처리한다. 여기서, 상기 룩-업 테이블은 상기 스피터 장치들과 청취자의 거리에 따른 인덱스 정보와, 상기 인덱스 정보에 대응하여 상기 딜레이 샘플수를 저장한다. 그리고 상기 보컬 캔슬러는 밴드 스톱 필터로 구비되는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 의하면, 다중 채널을 위한 음향 재생 처리시, 잔향 효과, 2 차원 포지셔닝 구현 및 보컬 캔슬링을 처리하여 출력함으로써, 현장감있는 음을 출력하도록 재생 처리한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 음향 재생 처리 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.

도면을 참조하면, 상기 음향 재생 처리 장치(100)는 다중 채널 예컨대, 5.1 채널을 위한 신규한 신호 처리 프로세서(102)를 구비한다. 그리고 5.1 채널용 출력 장치 즉, 오른쪽, 왼쪽, 오른쪽 서라운드, 왼쪽 서라운드, 중앙 스피커 및 우퍼를 포함하는 다중 채널용 스피커 장치들(190)과, 상기 신호 처리 프로세서(102)의 출력 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 다중 채널용 스피커 장치들(190)로 각각 출력하는 출력 메트릭스를 포함하는 다중 채널 출력부(180)를 포함한다.

상기 신호 처리 프로세서(102)는 전형적인 디지털 신호 프로세서로 구비되며, 잔향 현상을 처리하여, 입체 음향 효과를 제공하는 잔향 처리부(104)와, 청취자의 위치에 따른 스피커들과의 거리에 의한 지연 현상이 발생되지 않도록 신호 처리하는 2 차원 포지셔닝 처리부(106) 및 불필요한 음의 성분만을 제거하도록 하고, 제거된 성분 중 필요한 음의 성분을 보상하는 보컬 캔슬러(108)를 포함한다.

따라서 상기 신호 처리 프로세서(102)는 다중 채널을 위한 음향 재생 처리시, 잔향 효과, 2 차원 포지셔닝 구현 및 보컬 캔슬링을 처리하여 출력함으로써, 현장감있는 음을 출력하도록 재생 처리한다.

구체적으로 도 3 내지 도 11을 참조하여 상기 신호 처리 프로세서(102)의 동작을 상세한 설명한다.

도 3을 참조하면, 상기 잔향 처리부(reverberator)(104)는 잔향 효과 구현을 위하여 IIR(Infinite Impulse Response) 필터를 이용한다. 즉, 상기 잔향 처리부(104)는 2 개의 콤 필터(120a, 120b)와, 2 개의 로우패스 필터(130a, 130b) 및 2 개의 올패스 필터(140a, 140b)들을 포함한다. 그리고 입력단에 구비되어 서로 다른 지연 시간을 갖는 입력 신호들을 상기 콤 필터(120a, 120b)들로 출력하는 다수의 딜레이 회로(112a ~ 112e)와, 다수의 가산기(114, 132, 152)들을 포함한다.

상기 콤 필터(120a, 120b)는 도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 적어도하나의 딜레이 회로(124 또는 124a, 124b)와 적어도 하나의 피드백 회로(126 또는 126a, 126b)로 구비된다. 이 때, 도 4b에 도시된 콤 필터는 2 개의 딜레이 회로(124a, 124b)와 2 개의 피드백 회로(126a, 126b)를 구비하고, 이들로부터 각각 다른 지연 시간을 갖는 딜레이 성분을 이용하여, 획득된 출력 신호를 각각의 피드백 회로로 출력한다. 그 결과, 다른 특성의 딜레이 성분들에 의해 에코우의 밀도가 높아지게 되고, 잔향음과 유사한 효과를 낼 수 있다.

그러나 상기 콤 필터(120a, 120b)만으로 잔향 처리부(104)를 구성하면, 많은 수의 딜레이 소자가 필요하게 되고, 이로 인한 딜레이 성분의 라이징(rising)이나 불안정을 가져오게 되며, 또한 콤 필터(120a, 120b)는 주파수 소거의 특징을 가지고 있기 때문에 이를 해결하기 위하여 콤 필터(120a, 120b)의 출력 신호를 피드백하여 로우패스 필터(130a, 130b)를 이용하여 처리한다..

즉, 콤 필터(120a, 120b)는 아래 수학식 1과 같은 임피던스 응답 특성을 갖는다.

그리고 a = 0.8 for R=4 일 때, 콤 필터(120a, 120b)의 임펄스 응답 특성이 도 5에 도시되어 있다.

상기 로우패스 필터(130a, 130b)는 주파수별로 잔향 시간이 다르게 되는데,주파수가 높아짐에 따라 잔향 시간이 짧아진다. 또한 콤 필터(120a, 120b)는 주파수 소거의 특성을 가지므로 음을 청취하다 보면, 쇠소리와 같은 음이 들리는 경우가 발생된다. 이러한 콤 필터의 문제점을 해결하고자 콤 필터를 통과한 음을 다시 피드백시켜 상기 로우패스 필터(130a, 130b)를 통과시킨다.

그리고 상기 올패스 필터(140a, 140b)들은 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 딜레이 회로(146)와, 2 개의 가산기(142, 150) 및 2 개의 곱셈기(148, 144)들을 포함한다. 상기 올패스 필터(140a, 140b)는 2 개가 상기 콤 필터(120a, 120b)의 다음 단에 직렬로 구비되며, 상기 콤 필터(120a, 120b)의 출력 신호를 딜레이시켜 피드백하고 다시 추가적인 신호를 곱셈기(148)에 의해서 이득을 증폭한 후, 딜레이 앞단으로 출력한다. 그러므로 상기 올패스 필터(140a, 140b)는 부드러운 주파수 특성을 가지고 있으며, 주파수 의존적인 딜레이 특성과 입력 신호의 하모닉 성분을 흐리게 하는 특성을 가진다.

도 7은 상기 올패스 필터(140a, 140b)의 임피던스 응답 특성을 나타내고 있으며, 상기 올패스 필터(140a, 140b)의 임펄스 응답 특성은 아래의 수학식 2로 나타낸다.

따라서 본 발명에 따른 신호 처리 프로세서(102)의 음향 재생 기술의 구현은도 2에 도시된 바와 같이, 각각 다른 성분의 딜레이된 음의 합을 입력하여 콤 필터 2 개와 올패스 필터 2 개를 통과시킨다. 그리고 콤 필터에 의해 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 로우패스 필터를 추가하여 피드백 처리되며, 올패스 필터는 부드러운 주파수 특성을 이용한 주파수에 의존적인 딜레이 특성과 입력 신호의 하모닉 성분을 흐리게 하는 특성을 이용하여 입체 음향 재생 기술을 구현한다.

그리고 상기 2 차원 포지셔닝 처리부(106)는 본 발명에 따른 스피커 장치들(190)과 청취자와의 거리, 그에 의해 발생되는 지연 시간 및 딜레이 샘플링수에 대한 청취자의 위치 정보를 할당하여 형성된 인덱스 정보를 갖는 룩-업 테이블(look-up table)을 구비한다. 또한 본 발명에 의한 2차원 포지셔닝 구현을 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 다중 채널의 왼쪽, 오른쪽, 왼쪽 서라운드 그리고 오른쪽 서라운드 스피커들 간의 정 중앙 위치에 사용자가 위치하였을 경우, 청취자는 음의 지연 현상 없이 청취를 할 수 있다. 그러나 각각의 스피커의 위치나 또는 청취자의 위치가 이동하였다면 각각의 스피커의 위치로부터 청취자의 위치까지 음의 도달 거리의 차이로 인하여 음의 지연 현상이 발생하게 된다.

도 8을 참조하면, 상기 2 차원 포지셔닝 처리부(106)는 만약 청취자가 특정 위치 A에서 위치 B로 이동하는 경우, 청취자는 다른 스피커 장치의 음에 비해 왼쪽 스피커 장치(L)의 음에 치중되는 소리를 듣게 될 것이다. 즉, 중앙(C)의 위치가 아닌 청취자의 위치 또는 설치된 스피커의 위치에 따라 음의 도달 거리가 다르게 발생되어 특정 음에 치중되는 현상을 방지함으로써 정확한 음을 청취자에게 전달하도록 한다.

이를 위해 본 발명에 의하면, 왼쪽 스피커 장치(L)와 오른쪽 스피커 장치(R)의 최대 거리를 10 m, 왼쪽 스피커 장치(L)와 왼쪽 서라운드 스피커 장치(Ls)와의 거리를 10 m라 가정하고 이를 다시 10 등분하여, 도 9와 같은 좌표계를 형성한다. 이 때 청취자는 미리 정의된 좌표 내에서만 움직인다고 가정하고, 10 등분된 각 스텝(step)은 1 m의 길이로 설정된다. 여기서는 가로, 세로를 10 등분하여 설명하였지만, 스텝의 길이를 낮춤으로서 보다 세밀한 위치 조정이 가능하다.

그리고 1 스텝의 딜레이 샘플수(delay samples)를 계산해보면, 샘플링 레이트(sampling rate)를 48 KHz로 실온에서의 음의 속도를 340 msec, 1 스텝을 1 m로 가정하면, 딜레이 시간은 아래 수학식 3과 같다.

따라서, 1 스텝마다 약 141 sample/m의 딜레이가 필요하게 된다.

도 9를 참조하면, 청취자가 C(c1, c2)의 위치에 있다고 가정하였을 때, 왼쪽 스피커(L), 오른쪽 스피커(R), 왼쪽 서라운드(Ls) 그리고 오른쪽 서라운드 스피커(Rs)로부터 청취자의 위치 C(c1, c2) 까지의 거리는 아래의 수학식 4에 의해서 얻을 수 있다.

따라서 청취자가 C(3, 3)의 위치로 이동하였을 경우, 각 스피커와의 거리는 각각 약 4.24 m, 7.62 m, 7.62 m 및 9.9 m가 된다. 만약 1 스텝의 거리가 0.5 m라 가정하면, 위의 각 스피커들과의 거리에 각각 0.5 배하면 된다.

따라서 1 스템의 거리를 1 m 로 설정하였을 경우, 청취자와 각각의 스피커와의 거리에 샘플링 레이트를 곱하면, 딜레이 샘플수를 계산할 수 있다. 즉, 각 스피커와의 거리 LC, RC, LsC 그리고 RsC에 따른 딜레이 샘플수는 각각 598, 1074, 1074 및 1396 샘플수(smples)가 된다.

이들 계산을 통하여 거리 계산 테이블을 구성하면, 왼쪽(L), 오른쪽(R), 왼쪽 서라운드(Ls) 그리고 오른쪽 서라운드 스피커(Rs)에서 청취자의 위치까지의 거리를 계산하는 과정에서 스퀘어 계산에 많은 밉스(MIPS : Million Instructuin Per Second)가 소용되므로, 룩-업 테이블(look-up table) 방식을 이용하는 것이 연산량을 줄이고 실시간으로 이용하기에 적합하다. 룩-업 테이블은 각각의 거리를 계산하여 테이블화하였으며, 청취자의 위치에 의한 인덱스(index)만을 가지고 거리를 찾도록 구성한다.

즉, 가로 세로를 10 그리드(grid)로 하여 아래의 표 1에 나타낸 것과 같이, 로우(low), 컬럼(column) 11 * 11 메트릭스(metrix)를 구성한다. 이는 왼쪽 스피커(L)와의 거리만을 기준으로 나타낸 것이다.

상기 표 1을 참조하면, 각 위치에 따른 거리에 1 스텝의 딜레이 샘플수인 141 sample/m를 곱하여 얻은 테이블이다. 여기서 테이블의 특징을 살펴보면, 표시된 대각선을 기준으로 상하 대칭성을 가지고 있음을 알 수 있으며, 실시예에서는 상위 데이터 만을 이용하여 테이블화하는 것이 바람직하나, 왼쪽 스피커(L)를 기준으로 테이블화하고 왼쪽 스피커(L)를 제외한 나머지 스피커들(Ls, R, Rs)에 대한 거리 계산은 테이블의 대칭성을 이용하여 계산한다.

또한 딜레이 샘플의 구성은 실제적인 딜레이 샘플 테이블을 구성할 때, 각 거리에 1 스텝의 딜레이 샘플수를 곱하여 얻을 수 있다.

그 결과, 아래의 표 2에 딜레이 샘플 테이블을 나타내고 있다. 이는 로우, 컬럼에 의한 인덱스에 따른 거리에 1 스텝의 샘플수를 곱하여 얻은 것이다.

상기 표 2에 도시된 딜레이 샘플 테이블은 11 * 11 메트릭스를 기준으로 대칭성을 이용하여 로우 인덱스가 컬럼 인덱스보다 작은 경우만 구성한다.

따라서 다중 채널의 음향 재생 장치의 왼쪽, 오른쪽, 왼쪽 서라운드 및 오른쪽 서라운드 스피커의 위치에 대응해서 정 중앙의 위치에 청취자가 이동해 있다면, 음의 지연 현상없이 정확한 음을 청취할 수 있다. 그리고 스피커의 위치 변화 또는 청취자의 위치 변동에 따른 특정 음에 치중된 음을 청취하게 되는 것을 방지하기 위하여 청취자의 위치 변동이 발생되면, 인덱스 값을 통하여 룩-업 테이블을 구성하고 이를 이용하여 지연 거리 및 딜레이 샘플수를 검출하여 음의 지연 현상을 해결할 수 있다.

계속해서, 도 10은 본 발명에 따른 보컬 상쇄 간섭(vacal cancellation)을 처리하기 위한 보컬 캔슬러(108)의 구성이 도시되어 있다. 여기서 상기 보컬 캔슬러(108)는 뮤직 사운드의 보컬(예를 들어, 모노 : mono) 성분을 중앙 채널(center channel) 성분으로 기준하여 설명한다.

도면을 참조하면, 상기 보컬 캔슬러(108)는 전달 함수 H 블럭(164)과, 다수의 제산기와, 가산기(160, 166, 168) 및 감산기(162, 170)를 포함한다. 상기 보컬 캔슬러(108)는 하위 라인의 성분 즉, L-R 성분이 노 보컬 성분이지만 보컬 성분 감쇄시 이외의 다른 성분도 감쇄되므로, 하위 라인에서 잃어버린 음들을 상위 라인에서 보상해 주는 방식으로 처리한다.

상기 전달 함수 H 블럭(164)은 보컬 성분을 억제하는 보컬 콤포넌트 서프레서(vocal component suppressor)로서, 패치 검출이나 필터 등 다양한 방법으로 구현 가능하다. 이 실시예에서는 필터(예컨대, 밴드 스톱 필터)에 의한 방법으로 구현된다. 즉, 하위 라인의 성분에 전달 함수 H 블럭을 통과한 신호를 감산함으로서중앙(C : Center) 음을 출력하고 있다.

구체적으로 연산 처리된 각 노드에 따른 출력 신호를 살펴보면, 노드 1(N1)의 제 1 출력 신호(L+R)는 모노(보컬) 또는 모노 확장 신호 성분이다.

그리고 노드 2(N2)의 제 2 출력 신호(L-R)는 스테레오 이미지 확장 신호로, 노 보컬 성분이다. 이 연산에 의한 전달 함수 H 블럭에서는 보컬 성분 이외에 다른 성분들도 사라질 수 있다. 예를 들어, 드럼 비트와 같은 음은 모노 성분이기 때문에 L-R 연산시 이와 같은 음은 사라질 수 있다. 그러나 후에 L+R 성분의 음과의 연산을 통하여 사라진 음을 보상한다. 또한 보컬 캔슬레이션 처리 후에도 이러한 음들은 사라질 수 있다.

상기 전달 함수 H 블럭(164)은 하위 및 상위 차단 주파수를 200 Hz와 4 KHz로 구현하면 하위 및 상위 주파수 범위 밖의 스테레오 성분들을 강조시킨다. 이 때, 차단 주파수에 의하여 보컬 성분은 제거된다. 상기 전달 함수 H의 특성이 도 11에 도시되어 있다.

그리고 노드 4(N4)의 제 4 출력 신호는 상위 라인의 L+R 성분을 전달 함수 H에 통과시킨 신호이다. L+R 성분은 모노 확장 성분의 신호이며, 이 성분을 전달 함수 H에 통과시키면, 하위 및 상위 주파수 범위 밖에 있는 스테레오 성분은 강조되고, 차단 주파수에 의해 보컬 성분은 제거된다.

노드 5(N5)의 제 5 출력 신호는 필터의 출력 신호에 상위 라인(L+R)을 감산함으로서 중앙 음을 출력하며, 제 5 출력 신호를 식으로 표현하면 H(L+R)-(L+R)로 나타난다.

노드 6(N6)의 제 6 출력 신호는 하위 라인(L-R)의 신호에 전달 함수 H를 통과한 신호를 가산함으로서 음을 출력한다. 이 때 제 6 출력 신호를 식으로 표현하면 Ls - H(L+R)+(L+R) - L(H+1)+R(H-1)로 나타낸다. 이들 제 5 및 제 6 출력 신호는 도 11에 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 각각 그 특성을 보여준다. 이는 H+1의 하위 및 상위 주파수에 의해 제거된 L의 모노 음을 H-1에서 보상된 R 신호와 합하여 줌으로서 제거된 모노 성분을 보상해준다.

그리고 노드 7(N7)의 제 7 출력 신호는 하위 라인의 신호에 전달 함수 H를 통과한 신호를 감산하여 출력된다. 즉, Rs - H(L+R)+(L+R) - L(H+1)+R(H-1)으로 나타나며, Ls와는 반대로 R에서 제거된 모노 음을 L 음을 통해 보상해준다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다중 채널을 위한 음향 신호를 재생 처리하는 디지털 신호 처리 장치는 잔향 현상을 이용하여 입체 음향 효과를 증대시키며, 스피커들과 청취자의 위치에 따른 딜레이 샘플링을 조절하여 출력함으로써, 정확한 음의 전달 및 보컬 캔슬러에 의해 손상된 음을 보상 처리하여 준다.

그러므로 본 발명의 디지털 신호 처리 장치는 다중 채널을 위한 음향 재생 처리시, 잔향 효과, 2 차원 포지셔닝 구현 및 보컬 캔슬링 처리에 의한 입체 음향을 구현함으로써, 현장감있는 음을 출력한다.

Claims (5)

1. 다중 채널을 위한 디지털 신호 처리 장치에 있어서:

   상기 다중 채널의 오디오 신호를 출력하는 다수의 스피커 장치들과;

   상기 스피커 장치들로 오디오 신호를 출력하는 출력 회로 및;

   상기 스피커 장치들로 디지털 오디오 신호를 처리하여 출력하는 신호 처리 프로세서를 포함하되;

   상기 신호 처리 프로세서는;

   상기 스피커 장치들과 청취자 간에 발생되는 오디오 신호의 잔향 현상을 이용하여 입체 음향 효과를 발생하도록 신호 처리하는 잔향 처리부와,

   상기 각각의 스피커 장치들과 청취자와의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리에 따라 서로 다른 딜레이 샘플링 수를 조절하여, 상기 청취자의 위치에 따른 음의 지연 현상을 방지하도록 신호 처리하는 이차원 포지셔닝 처리부 및,

   상기 오디오 신호들 중 불필요한 성분은 제거하고, 상기 제거시, 제거된 필요한 성분을 보상 처리하는 보컬 캔슬러를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 잔향 처리부는;

   서로 다른 지연 시간을 갖는 적어도 하나 이상의 딜레이 회로를 구비하는 콤필터와,

   상기 콤필터에 대응하여 구비되며, 상기 콤 필터의 출력 신호를 피드백하는 로우패스 필터 및,

   상기 콤 필터의 출력 신호를 받아서 주파수에 의존적인 딜레이 특성과 하모닉 성분을 흐리게 하는 특성을 이용하여 입체 음향 처리하는 올패스 필터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 이차원 포지셔닝 처리부는 상기 딜레이 샘플수를 포함하는 룩-업 테이블을 형성하여 저장하고, 상기 청취자의 위치에 따른 인덱스에 의해서 상기 샘플수를 계산하여 처리하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 룩-업 테이블은 상기 스피터 장치들과 청취자의 거리에 따른 인덱스 정보와, 상기 인덱스 정보에 대응하여 상기 딜레이 샘플수를 저장하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 보컬 캔슬러는 밴드 스톱 필터로 구비되는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리 장치.