KR930004929B1 - 원음장(原音場)실현을 위한 방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원음장(原音場)실현을 위한 방법 및 그 시스템

제1a, b도는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 음의 진폭 진행 도표.

제2도는 본 발명의 시스템을 나타낸 구성도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예의 시스템 구성도.

제4도는 본 발명의 또 다른 실시예의 시스템 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 메인앰프 21,22 : 좌,우메인스피커

30 : 제1지연회로 31,32 : 좌,우지향성스피커

35 : 제1가변저항 40 : 제2지연회로

41,42 : 좌,우제1무지향스피커 45 : 제2가변저항

본 발명은 원음장실현을 위한 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

오디어 시스템을 통해서 음악을 듣는 음악애호가들은 오디오 시스템을 통해서 나오는 음이 실제 연주시와 같은 음이 발생하기를 원하고 있다. 그러나 오디오 시스템을 통해서 나오는 음은 오디어 시스템의 성능이 아무리 우수하다고 하더라도 원음장(原音場)과는 상당한 차이가 있는데, 이러한 차이는 음악의 실제 연주에서 발생하는 효과를 오디어 시스템이 충분히 재현하지 못하기 때문이다. 즉, 실제로 연주하는 곳에서 발생하는 음량감, 잔향감, 공간확산감등이 오디어 시스템을 통해서는 재현되기 어렵기 때문이다.

현재, 오디어 시스템중 하나인 서라운드 시스템은 이러한 차이를 공간적으로 분리된 다수개의 스피커를 사용하여 전면에 설치된 메인스피커는 주음향을 발생하고, 보통 뒷쪽에 설치된 부스피커는 주스피커보다 위상차를 주어 그 위상차 만큼 나중에 발생하도록 하여 실제 연주하는 것처럼 효과를 내려하고 있다.

그러나 이러한 시스템은 실제로 연주하는 장소에 따라 발생하는 음량감, 잔향감, 공간확산감등을 충분히 재현할 수 없기 때문에 원음장에 가까운 음을 발생시킨다는 것이 상당히 어렵다. 즉, 좋은 음을 듣기 위해서는 첫째, 음량감이 좋을 것, 둘째, 음향장애가 없을 것, 셋째 명료성이 있을 것, 넷째, 음이 공간확산감을 가질 것 등과 같은 조건이 충족되었을 때이나 오디어 시스템은 제한된 음량만을 발생할 수 있으며, 설치된 장소에 따라서 음향장애가 발생하며, 스피커의 허용주파수 범위에 따라 주파수 영역이 제한되기 때문에 실제 연주에서와 같은 현장감을 느낄 수 없는 것이다.

따라서 본 발명은 충분한 원음을 실현할 수 있는 방법과 이에 따른 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또 본 발명은 원음장과 유사한 음향을 발생하고 오디어 시스템의 설치장소에 따른 영향을 최소화한 방법과 그에 따른 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

이러한 목적은 먼저 직접음으로 발생시키고, 이 직접음 발생후 일정시간 지연되고 직접음보다 작은 크기의 지향성 초기 반사음을 발생시키고, 이 초기 반사음 발생후 일정시간 지연되고 초기 반사음보다 작은 무지향성 잔향음을 발생시키는 방법으로 달성되는데, 이러한 방법을 사용하는 본 발명에 따른 시스템은 메인 앰프를 중심으로 양쪽으로 배치된 제1그룹의 무지향성 스피커와 메인 앰프에 제1시간 지연회로를 통해서 연결되고 메인앰프를 중심으로 양쪽으로 배치된 제2그룹의 지향성 스피커와 메인앰프에 제2시간 지연회로를 통해서 연결되고 메인앰프를 중심으로 양쪽으로 배치된 제3그룹의 스피커등으로 구성된 시스템에 의해서 달성된다.

이러한 방법과 시스템의 작용과 효과에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저 원음장 실현방법에 대해서 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이 좋은 음을 듣기 위해서는

1) 음량감, 즉 소리가 풍부하게 들려야 할 것

2) 적절한 잔향감이 있을 것

3) 공간 확산감이 있을 것

4) 명료성이 있을 때이다.

그런데 음량감은 같은 음을 듣더라도 하나의 음을 들은 후 조금 지나서 또 다시 음을 들으면 음이 풍부하게 들리게 되는데, 즉 직접음을 들은 후 음압레벨과 보정효과를 얻을 수 있는데 이때 얻어지는 음압을 보정음압이라고 말할 수 있다.

전체음압을 ∫²(t)dt라고 하고 직접음이 94db이라면 이때 보정음압을 다음과 같이 얻을 수 있다. 10ms-80ms내의 음압이 90db라고 하면 음압차는 4db이므로 음압레벨은

90db+94db=10log(10^90/10+10^94/10)

=10log(10⁹+10^9.4)

=95.5db로 되어 보정음압은 1.5db로 된다.

즉, 이것은 직접음 다음에 지연되어 발생한 음은 직접음을 보강하여 음량감을 풍부하게 해줄 수 있다는 것을 보여주고 있다.

잔향에너지는 전체에너지중 직접음에 의한 에너지를 제외한 나머지의 에너지를 말하는데 직접음이 도달하는 시간을 0-50ms까지라고 가정하면 잔향에너지는 50ms-∞ms까지의 에너지이다.(통상 50ms까지의 음을 직접음으로 취급)

따라서 잔향에너지는 P(t)dt로 표시되므로, 잔향에너지

로 되어 서로 다른 지연시간과 진폭을 가지고 있는 스피커를 사용함으로서 유사효과를 낼 수 있음을 보여준다. 음의 공간 확산감은 초기 반사음과 공간적 파라메타인 L.E(lateral efficiency)와 R.P(room response) 그리고 IACC(interaural cross correlation)으로 요약될 수 있다. 여기서 초기 반사음에 대해서 살펴보면,

△t₁: initial delay time

d₁: 1차 반사음의 경로

d₀: 음원과 청취자와의 거리

c : 음속

이 되므로 적절한 지연시간의 선택으로 공간확산감을 줄 수 있음을 보여준다.

다음으로 음의 공간적 확산감은 초기 반사음 가운데 10ms-80ms의 반사음의 직접음은 보정하고 음의 주관적 확산감에 기여한다.(Barron이론) 따라서 반사음의 최적 지연시간을 음원에 따라 다르고 음원의 자기상관 함수로 구할 수 있다. 즉, 최적 초기반사음의 지연시간은 음원의 자기 상관함수의 범위가 반사음레벨(A1)의 0.1배 되는 지연시간과 일치한다.

즉, [△t₁]P=τd

│P_p(τ)│=0.1al

이 된다.

다음으로 음량감을 풍부하게 하기 위해서는 직접음과 반사 또는 회절되어 오는 음과의 위상관계를 파악함으로서 전체적인 음향감을 고려해야 한다. 본 발명에 따른 시스템에서는 이러한 음향감은 위상관계를 고려하여 직접음을 담당하는 데 제1그룹의 무지향성 스피커 음보다 시간지연을 시켜서 제2그룹의 지향성 스피커에서 음이 발생하도록 하였다. 따라서 직접음을 내는 제1그룹의 스피커보다 약간 뒤에 제2그룹의 스피커에서 음이 발생하므로 심리적으로 보강된 음량감을 느낄 수 있다.

그러나 지연시간을 너무 길게 설정하면 에코음이 발생하여 명료도를 떨어뜨리므로 30ms-60ms 정도로 지연시간을 설정하는 것이 좋으나 제2그룹 앰프설계는 10ms-100ms로도 설정해도 좋고, 제3그룹 앰프 지연시간은 80ms-160ms, 제4그룹 앰프 지연시간은 150ms-300ms로 중복 구분하여 설정하는 것도 좋은 설계방법중의 한 방법이다.

공간 확산감은 초기 반사음 가운데 10ms-80ms 정도의 지연된 반사음이 달성하는데 이 지연반사음은 직접음을 보강하고 음의 주관적인 확산감을 느끼게 해준다. 이때 음의 확산감은 청취자의 양 귀에 약 30°부터 약 70°의 각도로 들릴 때에 느끼게 된다.

특히 이 확산감은 약 55° 근방에서 최적의 값을 나타내므로 본 발명에서는 명료도에 지장이 없는 약 10ms-80ms 사이에서 지연음을 발생시켜서 청취자의 귀에 약 55°의 방향에서 음이 들리도록 지향성 스피커를 설치하였다.

따라서 지연시간의 조정과 진폭의 조정으로 초기 반사음을 인위적으로 조정하여 공간 확산감을 주게한다.

이러한 것을 도면으로 표현하면 다음과 같다. 실제적인 음은 제1a도와 같이 t=0인 시간에 음이 발생하였다고 하면, 이러한 음은 시간이 지남에 따라 소멸되어 간다. 그러나 이러한 음 모두를 오디오시스템으로 재현하기에는 스피커의 성능에 의한 제한과 수 많은 스피커가 필요하게 되므로 실질적으로는 불가능하다. 따라서 제1b도와 같이 시간이 지남에 따라 소멸되어 가는 음 중 청각상 중요한 영향을 미치는 음을 직접음, 초기 반향음, 제1잔향음 등으로 구별하여 시간을 지연시키고 음의 진폭을 조절하여 스피커에서 발생하도록 하면, 스피커들에 의해서 재현되는 음의 포락선은 실제로 소멸되어 가는 음의 포락선과 같게 되어 원음을 재현할 수 있는 것이다. 즉, 시간 t=0에서 발생한 음을 직접음으론 하고 시간 t=30ms-70ms 정도에서 발생한 음을 초기반향음으로 하고 시간 t=100ms 정도에서 발생한 음을 제1잔향음, 시간 t=150ms 정도에서 발생한 음을 제2방향음으로 구분하여 설치대수에 따라 더 세분화할 수 있음은 당연한 것이다.(지연시간을 구분하는 기준은 상기에 표시된 수치가 최적치이므로 실제 편의에 따라 다소 변경 조정될 수 있다.)

이러한 본 발명을 시스템하여 하나의 실시예인 제2도에 따라 더욱 상세히 설명한다.

메인앰프(10)와 메인앰프(10)을 중심으로 우측에는 우 메인스피커(21)가 좌측에는 좌메인스피커(22)가 메인앰프(10)에 각각 연결되어 있다. 그런데 상기 좌우 메인스피커(21, 22)는 동일한 특성을 가지고 있으며 전체에너지의 약 50-70%에 해당하는 직접음을 발생한다.

단 50%-70% 에너지비는 명료도를 높이기 위한 방법중의 하나로 최적에너지비를 표시한 것이다.

다음으로 메인앰프(10)을 중심으로 우측에는 우지향성 스피커(31)가, 좌측에는 좌지향스피커(32)가 제1지연회로(30)에 연결되고, 상기 제1지연회로(30)는 제1가변저항(35)를 통해 상기 메인앰프(10)에 연결되어 있다. 그런데 상기 좌, 우지향성 스피커(32, 31)는 동일한 특성을 가지고 있으며, 제1지연회로(30)의 지연시간 만큼 뒤에 지향성음을 발생하는데 제1가변저항(35)의 조정으로 전체에너지의 10-30%에 해당하는 초기 반향음을 발생한다.

그 다음으로 메인앰프(10)을 중심으로 우측에는 우제1무지향스피커(41)가, 좌측에는 좌제1무지향스피커(42)가 제2지연회로(40)에 연결되고, 상기 제2지연회로(40)는 제2가변저항(45)를 통해서 메인앰프(10)에 연결되어 있다.

그런데 상기 좌, 우제1무지향스피커(42, 41)는 동일한 특성을 가지고 있으며, 제2지연회로(40)의 지연시간만큼 뒤에 무지향성을 발생하는데 제2가변저항(45)의 조정으로 전체에너지의 약 10-20%의 잔향음을 발생한다.

여기서 제1지연회로(30)의 지연시간은 메코음이 발생하지 않는 정도의 시간인 약 10ms-70ms 정도로 설정되고 제2지연회로(40)의 지연시간 역시 70ms-100ms 정도로 설정된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 시스템의 동작을 설명하면, 좌, 우메인스피커(22, 21)에서 음이 발생한 후 제1지연회로(30)에 의해서 설정된 지연시간만큼 즉 에코음이 발생하지 않을 정도인 10ms-80ms 지연된 음이 좌, 우메인스피커(22, 21)에서 발생한 음보다 작게 좌, 우지향성스피커(32, 31)에서 발생한다. 그리고 조금 지나서 즉 제2지연회로(40)의 지연회로에 의해서 설정된 지연시간인 70ms-100ms 지연된 음이 좌우지향성스피커(32, 31)에서 발생한 음보다 작은 음이 좌,우제1무지향스피커(42, 41)에서 발생한다.

그런데 이렇게 시차를 두고 발생한 음은 서로 진폭만 다를 뿐 같은 주파수의 음이므로 보정음으로 되어 이러한 음을 듣는 청취자에게 심리적으로 음량이 풍부해지는 느낌을 주게 된다. 그리고 좌, 우지향성스피커(32, 31)에서 발생한 음은 스피커의 지향성으로 인하여 청취자에게 측면 반사음되어 음이 확산되는 것과 같은 느낌을 주게 된다.

좌,우제1무지향스피커(42, 41)에서 발생한 음은 메인스피커(21, 22)나 지향성스피커(31, 32)에서 발생한 음보다 가장 작고 맨 나중에 발생하므로 메인스피커(21, 22)에서 다른 음이 발생할 때에도 배경음으로 깔리게 되어 청취자에게 잔향감을 느끼게 한다. 따라서 음이 계속되어 메인스피커(21, 22)가 계속 음을 발생하면 차례로 다른 스피커로 이어지므로 전체적으로 하모니를 이루게 된다. 그럼에도 불구하고 직접음을 담당하는 메인스피커(21, 22)의 출력이 전체에너지중 50-70%를 차지하므로 명료도 역시 떨어지지 않는 현장감을 느낄 수 있게 된다.

제3도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로 각각의 스피커들이 각각의 지연회로와 가변저항을 걸쳐 메인 앰프에 연결된 것을 제외하고는 제2도와 동일하다.

제3도는 스테레오로 된 음향시스템을 나타내고 있는데, 이것은 좌측스피커에 대한 음과 우측스피커에 대한 음이 다르게 되므로 하나의 공통된 신호선과 지연회로 가변저항을 사용하여 좌, 우스피커를 연결할 수 없기 때문이다. 즉, 제3도에서는 우측의 지향성 스피커(31)는 제1지연회로(301)와 제1가변저항(351)을 통해서 메인앰프(10)에 연결되고, 좌측의 지향성스피커(32)는 제1지연회로(302)와 제1가변저항(352)를 통해서 메인앰프(10)에 연결되어 있다. 또 우측의 제1무지향성스피커(41)는 제2지연회로(401)와 제2가변저항(451)을 통해서 메인앰프(10)에 연결되고, 좌측의 제1무지향성스피커(42)는 제2지연회로(402)와 제2가변저항(452)를 통해서 메인앰프(10)에 연결되어 있다.

따라서 각각 대응하는 좌우측 스피커에 대한 지연회로와 가변저항을 조절한다면 제2도와 같은 원리로서 스테레오 음악을 즐길 수 있게 된다. 더욱 제3도에서는 스테레오가 아닌 음악을 듣더라도 대응되는 스피커에 대한 지연회로와 지연시간을 약간 다르게 함으로서 스테레오와 같은 효과도 즐길 수 있다.

제4도는 제2도와 같은 구성에 좌, 우제2무지향성스피커를 설치한 구성이다.

제4도를 보면, 좌, 우제2무지향성스피커(52, 51), 제3지연회로(50) 그리고 제3가변저항(55)를 제외하고는 제2도와 동일하다는 것을 알 수 있다. 즉 메인앰프(10)을 중심으로 우측에는 우제2무지향스피커(51)가 좌측에는 좌제2무지향성스피커(52)가 제3지연회로(50)에 연결되고, 상기 제3지연회로(50)는 제3가변저항(55)를 통해서 메인앰프(10)에 연결되고 있다. 여기서도 마찬가지로 상기 좌,우제2무지향스피(52, 51)는 동일한 특성을 가지고 있으며, 제3지연회로(50)의 지연시간만큼 뒤에 무지향성을 발생하는데 출력은 다른 스피커의 출력에 따라 조정된다. 여기서 좌, 우제2무지향성스피커(52, 51)의 지연시간은 제1무지향성스피커(42, 41)보다 지연된 음을 발생하도록 조절되는 것이며, 또 좌, 우제2무지향성스피커는 제1무지향성스피커보다 작은 음을 발생하는 것으로서, 메인스피커(22, 21)가 음을 발생시킨 다음, 지향성스피커→좌, 우제1무지향성스피커→좌, 우제2무지향성스피커 순서로 음을 발생하게 되므로써 음의 잔향감을 더욱 느낄 수 있게 하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 메인스피커와 부스피커의 발생음에 위상차를 두어 음을 직접 발생시키는 방법에 있어서 상기 직접음 발생후 일정시간 지연되고 직접음보다 작은 크기의 지향성 초기 반사음을 발생시키는 단계와, 상기 반사음 발생후 일정시간 지연되고 초기 반사음보다 작은 무지향성 잔향음을 발생시키는 단계로 된 원음장 실현방법.
2. 제1항의 방법에 있어서, 상기 직접음 발생후 지향성 초기반사음이 발생되기 까지의 지연시간은 10ms-70ms인 원음장 실현방법.
3. 메인앰프와 상기 메인앰프를 중심으로 양쪽으로 배치된 제1그룹의 무지향성 메인스피커와 상기 메인앰프에 제1시간 지연회로를 통해서 연결되고 메인앰프를 중심으로 제2그룹의 지향성스피커와 상기 메인앰프에 제2시간 지연회로를 통해서 메인앰프를 중심으로 양쪽으로 배치된 제3그룹의 무지향성스피커로 구성된 원음장 실현시스템.
4. 제3항의 시스템에 있어서 상기 제1시간 지연회로의 지연시간은 상기 제2시간 지연회로의 지연시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 원음장 실현시스템.
5. 제3항 또는 제4항의 시스템에 있어서, 상기 제1그룹의 무지향성 메인스피커의 출력이 전체에너지(제1-제3그룹의 스피커 전체음출력)중 50-70%의 원음장 실현시스템.

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