KR20150107699A - 잔향음을 이용하여 공간을 인지하고 고유의 엔빌로프를 비교하여 음향을 보정하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

기존의 다양한 음향 보정기기들은 단조롭거나 수동적인 방식으로 공간에 대한 정보를 얻어 주파수 그래프 형태로 특정 주파수를 조정하는 방식으로 보정한다. 본 발명은 복수의 마이크를 통해 복수의 지점의 음향을 집음하여 직접음, 간접음에 대한 정보를 얻어 공간의 규모와 건축재질, 잔향특성을 파악하여 공간의 특성을 정의하고 메모리에서 적절한 공간음향 프리셋을 선정하여 프로세서로 로드한다. 공간음향 프리셋을 로드한 프로세서는 음원을 출력하고 엔빌로프 형태로 프리셋과 비교하여 컴프레서를 제어하고 공간에 적절한 최상의 음향을 출력할 수 있도록 한다.
이로서 사용자는 전문지식과 기술이 없어도 간단하게 음감을 더하고 주파수 보정이 아닌 음색적 보정을 할 수 있는 이점이 있다.

Description

잔향음을 이용하여 공간을 인지하고 고유의 엔빌로프를 비교하여 음향을 보정하는 장치 및 방법 {Device and method for correcting a sound by comparing the specific envelope}

본 발명은 공간 음향 및 음질 보정 관한 것으로서, 더 자세하게는 집음된 음향을 분석하여 공간에 대한 특징을 파악하고 엔빌로프 특성을 비교해 저장된 프리셋을 적용하여 음향을 보정하는 장치에 관한 것이다.

소리를 청자에게 전달하고자 하는 공간은 회의실, 공연장, 녹음실 등 각기 다양한 크기와 구조를 가진 공간에서 이루어지고 용도에 따라 각기 적절한 음향적인 조정이 필요하다. 예를 들어 소규모 회의실의 경우 발언자의 소리가 명확하게 전달되기 위해 작은 공간 내에서 잔향음이 적고 음향의 명확도가 높아야 하고, 공연장의 경우에는 관객의 규모에 따라 적절한 잔향음과 음악의 풍부한 음량을 위해 중저음의 강조가 필요하며 녹음실의 경우에는 흡음을 통해 잔향음을 없애고 평탄한 주파수를 유지하며 녹음하고자 하는 대상 음향에 대해 원음에 가깝도록 유지해주어야 한다. 위와 같이 다양한 공간과 용도에 따라 다양한 방식으로 음향 보정이 필요하고 이를 적절하게 음향을 보정하여 튜닝을 하는 것이 음향 엔지니어의 역할이다.

그렇기 때문에 음향 엔지니어들은 사전에 건축음향에서 부족한 부분을 파악하고 EQ, 컴프레서, 리미터, 피드백 제거기 등 다양한 음향기기를 사용하여 스피커를 통해 완벽한 음향 전달이 이루어지도록 노력한다. 일반적으로 음향 엔지니어들은 음향 보정을 위한 공간 내에서 주파수의 특성이 평탄한 핑크노이즈를 스피커에 출력하고 청자의 위치에서 음향 측정기기를 통해 음향을 측정한다. 측정한 결과를 주파수 대역별 그래프로 변환하여 음향의 특성을 파악한 후 감쇄된 주파수 대역을 일정량 증폭시키고 과도한 주파수 대역을 일정량 감쇄시킴으로써 평탄한 주파수를 유지시키는 방법을 사용한다. 이와 같은 과정에서 고가의 음향장비나 음향엔지니어의 높은 기술과 지식을 요구하게 된다. 이러한 과정을 통해 높은 기술과 지식, 비용이 발생 되지 않도록 음향엔지니어 없이도 기기 스스로 음향을 보정하는 프로세서나 기술들을 사용하고자 하는 노력이 많다.

일례로, 대한민국 공개특허 제10-2013-0114477호에 개시된 "오디오 처리장치 및 그 동작방법", 등록특허 제10-0844595호에 개시된 "동시 설정 기능을 가지는 음향장치" 등은 모두 각종 공간에 대한 음장을 보정하고 설정하는 음향장치라는 점에서 서로 공통된다. 그러나, 공개특허 제10-2013-0114477호 "오디오 처리장치 및 그 동작방법"의 경우 카메라에 촬영된 영상에 기초하여 사용자와의 거리정보로서 마이크의 위치 정보를 파악한다. 그리고 음장 조정용 오디오 신호를 출력하고 사용자의 위치에 있는 마이크를 통해 오디오 신호를 수신 후 이퀄라이저를 통해 게인과 위상을 조정하게 됨으로써 음장을 보정 하게 된다. 위와 같은 방식은 공간에 대한 정보보다는 단순히 스피커와 사용자 간에 거리를 파악하는 것이고 결과에 따라 연산을 하는 음향 보정 시스템이다. 등록특허 제10-0844595호 "동시 설정 기능을 가지는 음향장치"의 경우에는 외부장치로부터 음색정보를 제공받아 통신과 제어부를 통해 복수의 디지털 포텐쇼미터를 제어하게 되고 이에 연결된 다양한 음향 처리부를 한꺼번에 처리하여 음향을 보정하는 방법이다. 위 방법도 제어에 의해 다양한 음향 처리부의 수치를 조정하는 부분에서 마찬가지로 연산을 통한 음향 보정 시스템이라 할 수 있다.

하지만, 수학적인 계산과 수치 조정을 통해 이루어지는 음향 보정에는 직접적으로 사람이 듣는 음감과는 어느 정도의 차이가 있으며 공간에 대한 왜곡이나 사람이 듣는 음감이 반영되어 추가적인 보정이 필요하기도 하다. 또한, 공간에 대한 정보는 거리에 대한 단편적인 정보에 의해서 이루어지는 것만으로는 공간 내부의 구조와 재질 등이 반영되지는 못한다.

이러한 이유로, 다양하고 복잡한 공간 환경에 대한 정보가 반영되기 위해서는 공간을 인식하는 방식과, 사용자가 듣고 느끼는 음감이 반영되어 적용되는 음향 보정이 필요하다.

본 발명은 상술한 종래의 음향 보정 장치와 프로세스가 공간을 인식하는 과정에서 좀 더 정확하게 반영을 하고, 음향의 주파수 특성을 조절하는 것이 아닌 음색에 대한 조정을 목적으로 한다. 이때 공간 상황에 맞는 음향 조정 기준 데이터를 메모리에서 로드하여 적용시킨다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 스피커를 통해 소리가 출력되는 공간의 사용자 위치와 벽면에 설치된 두 개 이상의 마이크를 통해 집음을 하고 복수의 위치에서 직접음과 간접음 을 통하여 공간에 대하여 인식을 한다. 스피커에서 소리가 출력되고 사용자의 위치와 벽면의 위치 직접음이 집음되는 시간을 측정하여 스피커에서 사용자위치 까지의 거리 스피커에서 벽면까지의 거리를 계산함으로써 공간에 대한 1차 측정을 하고, 2차적으로 간접음을 측정하여 공간에 대한 정보를 얻는다. 여기서 내부 프로세서는 위와 같이 얻은 공간에 대한 정보를 기준으로 가장 적절한 공간을 예측한다. 그리고 나서 내부 프로세스는 메모리된 공간에 대한 음향 프리셋 중 측정된 공간의 정보와 가장 유사한 것을 선택하여 프로세서로 로드한다. 음향 프리셋이 로드된 프로세서는 실제 측정되는 음향과 로드된 음향 프리셋을 비교하여 스피커를 통해 출력되는 소리가 음향프리셋과 일치할 수 있도록 컴프레서를 제어하여 엔빌로프에 따라 Attack, Decay, Sustain, Release를 조정하여 보정된 음향이 출력될 수 있도록 한다. 이때 음원과 악기 들은 특유의 엔빌로프를 가지고 있고, 사람이 악기 종류를 구분해서 들을 수 있는 중요한 요소가 되기 때문에 음색적으로 보정할 수 있는 지표가 된다.

본 발명으로 인하여 출력된 소리를 통해 공간에 대한 정확한 인식을 할 수 있고 공간에 대한 정보를 구체화할 수 있는 이점이 있다. 메모리된 음향 프리셋을 통해 음향 보정의 기준을 잡을 수 있기 때문에 사용자는 설정이나 조정 없이도 적절한 환경에 맞춰 보정된 음향 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다. 음원에 대한 엔빌로프를 통해 음향 보정의 기준을 잡음으로써 기존의 주파수 특성을 보정하는 방법이 아닌 실제 음색을 보정 할 수 있기 때문에 사용자가 느낄 수 있는 음악적 감각에 부합할 수 있도록 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복수의 마이크를 위치시켜 공간을 인식하기 위한 예시도이다.
도 2는 직접음과 반사음을 구분하여 직접음이 집음된 시간과 잔향시간을 파악하기 위한 음향측심도와 그래프를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 음향 처리장치의 내부 블록도이다.
도 4는 엔벨로프 그래프를 설명하기 위해 예시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 복수의 마이크를 위치시켜 공간을 인식하기 위한 예시도이다.

도 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 음향보정장치(100)는, 공간을 파악하고 인식하기 위해 2개 이상의 마이크와 음성을 출력하기 위한 스피커(220)와 연결되어야 한다. 여기서, 마이크 한 개(211)는 가상의 사용자의 위치에서 공간의 음향을 집음 하게 된다. 이때 사용자는 공간의 중앙에서 직접적으로 청취를 하게 되는 상황이 대부분이며 이를 가정하여 공간의 중앙 쪽에 사용자가 청취하기 좋은 장소로 선택해야 한다. 그리고 두 번째(212) 마이크는 사용자 뒤쪽 공간의 벽면 가까이 설치되어 공간의 음향을 집음 한다.

스피커(220)에서 출력된 소리를 사용자의 위치와 벽면에서 집음을 함으로써 도 2에서 보는 것처럼 도 3의 인터페이스(110)를 통해 Data화 하고 프로세서(120)로 전달이 되어 음향측심도를 통해 직접음과 초기 반사음, 잔향시간을 알 수 있다. 소리의 속력은 360m/s로서 최초 스피커(220)에서 소리가 출력되는 시점에서 직접음이 집음되는 순간까지의 시간을 통해 스피커(220)에서 사용자 위치(211)까지의 거리와 공간의 벽면(212)까지의 거리를 구할 수 있다. 이렇게 거리에 의한 1차적인 정보로서 공간의 크기를 가늠할 수 있으며 이로 인해 대략적인 공간의 규모를 파악할 수 있다. 그리고 초기 반사음을 통해 공간의 전반적인 건축 재질을 파악하고 잔향 시간을 통해 공간의 범위와 잔향 특성을 파악할 수 있다.

위와 같이 두 지점에서의 집음된 음향의 데이터를 통해 프로세서(120)는 공간의 규모와 건축 재질, 공간의 범위와 잔향 특성을 기초로 공간의 특성 정보를 종합한다. 공간의 특성 정보를 종합한 프로세서(120)는 최종적으로 공간의 특성을 정의하고 내부의 메모리(130)를 검색하여 측정된 공간의 특성과 가장 부합하는 공간의 음향 프리셋을 선정하고 메모리(130)에서 프로세서(120)로 로드한다. 여기서 공간의 음향 프리셋은 특정 음원이 임의의 특성을 가진 공간에서 출력되었을 때 가장 적합한 형태의 엔빌로프 데이터로 음원의 특성을 살리며 공간의 음향이 적용되는 최적 형태의 프리셋 데이터를 말한다.

한편, 공간의 특성이 적용되어 프로세서(120)에 로드된 공간음향 프리셋은 프로세서(120)가 음향을 보정하도록 판단을 하고 스피커(220)를 통해 출력되는 소리를 보정하는 기준점이 된다. 음향보정장치(100)는 특정 음원을 음향증폭기(230)을 통해 증폭시키고 스피커(220)를 통해 출력하여 사용자 위치의 마이크(211)를 통해 집음하고 집음된 음향을 프로세서(120)에서 엔빌로프 형태의 데이터로 변환하여 로드된 공간음향 프리셋과 비교한다.

도 4에서 보는 것처럼 모든 음원 및 악기의 소리는 각기 다른 특유의 엔빌로프를 가지고 있다. 엔빌로프는 보편적으로 표현되는 방식은 ADSR인데, 이것은 엔빌로프의 요소를 A=어택 타임(음이 나오기 시작하여 최대 음량에 달하기까지의 시간), D=디케이 타임(최대 음량에서 지속 음량까지 계속 감소하여 도달하는 시간), S=서스테인 레벨(지속음 레벨. 이 음량이 지속 되는 시간), R=릴리즈 타임(음이 계속 줄어 없어질 때까지의 시간)의 네 가지로 구분하여 표현되는데 각각 독립적으로 설정하는 방법이 있다. 특히 이 네 가지의 요소들 중 한 가지만 달라져도 전혀 다른 음색이 되므로 음원의 음색을 파악하는 중요한 요소가 된다.

프로세서(120)는 엔빌로프 형태로 집음된 음향이 로드된 공간음향 프리셋과 일치할 수 있도록 연산을 하여 컴프레서(140)를 제어하여 Threshold, Ratio, Attack time, Release time, Output gain 등을 조정한다. 프로세서(120)는 스피커(220)를 통해 출력되는 음원이 공간음향 프리셋과 일치하게 되었다 판단되는 경우에 음향보정을 종료하고 실제 사용 음향을 출력하도록 한다.

본 발명에 의해 사용자는 전문 지식이나 음향 보정기술 없이도 스스로 공간을 파악하고 음원을 엔빌로프 형태로 인식하여 컴프레서를 통해 음색적인 부분에서 정확한 프리셋 기준을 통해 자동 조정을 함으로써 높은 음감 상승 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 복수의 마이크를 통해 음향이 출력되는 사용자의 위치와 벽면 위치의 음향을 집음하여 스피커에서 출력되는 음원의 직접음과 간접음의 정보를 얻어 공간의 규모와 건축재질, 잔향특성에 대한 정보를 종합하고 인식하여 공간의 특성을 정의하는 음향보정장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   정의된 공간의 특성을 바탕으로 메모리 된 공간음향프리셋을 검색하여 가장 적절한 프리셋을 선정하여 로드하는 음향보정장치의 프로세서.
3. 집음된 특정 음원을 엔빌로프 형태의 특징으로 데이터화하여 프리셋 데이터에 비교하여 일치하도록 컴프레서를 조절하는 음향보정장치의 프로세서

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