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KR101439332B1 - 적응 최대 전력 제어 장치 및 이를 이용한 최대 전력 제어 방법 - Google Patents

적응 최대 전력 제어 장치 및 이를 이용한 최대 전력 제어 방법 Download PDF

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KR101439332B1
KR101439332B1 KR1020120142860A KR20120142860A KR101439332B1 KR 101439332 B1 KR101439332 B1 KR 101439332B1 KR 1020120142860 A KR1020120142860 A KR 1020120142860A KR 20120142860 A KR20120142860 A KR 20120142860A KR 101439332 B1 KR101439332 B1 KR 101439332B1
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acoustic signal
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voltage
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Abstract

본 발명은 적응 최대 전력 제어 장치에 관한 것으로서, 음향신호 재생장치에 전달되는 최대전력이 음향신호 재생장치 고유의 임피던스 값 변화에 영향을 받지 않고 동일하게 전달될 수 있는 발명에 관한 것이다. 이를 위해 외부기기의 접속을 감지하는 접속감지수단, 외부기기의 감지에 기초하여 외부기기의 임피던스 값을 기 결정된 계산식에 의해 계산하는 임피던스 계산수단, 그리고 외부기기로 전달되는 최대 전력 값이 기 결정된 값으로 추정되도록 게인을 조절하는 신호를 임피던스 값에 기초하여 생성하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 장치가 개시된다.

Description

적응 최대 전력 제어 장치 및 이를 이용한 최대 전력 제어 방법{Adaptive power control apparatus and power control method using the same}
본 발명은 적응 최대 전력 제어 장치 및 이를 이용한 최대 전력 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음향신호 재생장치에 전달되는 최대전력이 음향신호 재생장치 고유의 임피던스 값 변화에 영향을 받지 않고 동일하게 전달될 수 있는 발명에 관한 것이다.
종래에는 MP3 또는 이북리더 등의 기기에 접속되는 이어폰 또는 헤드폰의 고유 임피던스 값이 차이가 있음에 따라 어느 하나의 이어폰에 최대전력이 맞추어져 있는 경우 이보다 높은 고유 임피던스를 가지는 헤드폰은 음압이 낮은 문제점이 있었고, 이보다 낮은 고유 임피던스를 가지는 이어폰은 음압이 높아 난청을 유발하는 문제가 있었다.
선행기술문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0048632(발명의 명칭 : 오디오 재생장치 및 방법)에 따르면 이어폰을 통해 입력되는 임피던스 값에 상관없이 오디오 재생장치의 오디오 표준 출력 레벨을 자동으로 맞추는 오디오 재생장치 및 방법에 관한 발명이다. 다만, 선행기술문헌에서는 접속되는 이어폰의 고유 임피던스 값을 계산하기 위해 고유 임피던스 값에 따른 특정 전압값을 미리 매핑해 놓음으로써 다양한 종류의 이이폰의 고유임피던스 값을 감지하게 된다. 이러한 감지방법은 본원발명과 차이가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 서로 다른 고유 임피던스 값에 의해서도 동일한 최대전력을 전달함으로써 난청을 방지하고 최적의 음압을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 외부의 음향 신호 재생기의 접속을 감지하는 접속감지수단, 상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 기 결정된 계산식에 의해 계산하는 임피던스 계산수단; 그리고 상기 음향 신호 재생기로 전달되는 최대 전력 값이 기 결정된 값으로 추정되도록 게인을 조절하는 신호를 상기 임피던스 값에 기초하여 생성하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
그리고 상기 임피던스 계산수단은, 상기 음향 신호 재생기로 출력되는 전압을 감지하여, 다음의 수학식에 의해 상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 계산하는 것이 바람직하다.
[수학식]
Figure 112012102443720-pat00001
여기서,
Figure 112012102443720-pat00002
은 음향 신호 재생기의 임피던스, R은
Figure 112012102443720-pat00003
과 직렬접속된 임피던스
Figure 112012102443720-pat00004
은
Figure 112012102443720-pat00005
양단에 걸리는 전압,
Figure 112012102443720-pat00006
는 회로망에 공급되는 전압
그리고 상기 음향 신호 재생기는, 상기 제어수단의 제어신호에 의해 출력되는 전기신호를 입력받아 음향신호로 변환하는 이어폰 또는 헤드폰을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 계산된 임피던스 값이 상기 음향 신호 재생기의 종류에 따라 서로 다른 값을 가지는 경우에도, 상기 최대 전력 값은, 상기 음향 신호 재생기의 종류와 상관없이 동일한 값인 것이 바람직하다.
그리고 상기 제어수단은, 상기 최대 전력 값이 동일하게 출력됨에 따라 각 음향 신호 재생기의 임피던스 값에 맞는 볼륨 테이블을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 외부의 음향 신호 재생기의 접속여부를 감지하는 감지단계와, 상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 기 결정된 계산식에 의해 계산하는 계산단계, 그리고 상기 음향 신호 재생기로 전달되는 최대 전력 값이 기 결정된 값으로 추정되도록 게인을 조절하는 신호를 상기 임피던스 값에 기초하여 생성하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 방법을 통해 달성할 수 있다.
이때, 상기 계산단계에서는, 상기 음향 신호 재생기로 출력되는 전압을 감지하여, 다음의 수학식에 의해 상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 계산하는 것이 바람직하다.
[수학식]
Figure 112012102443720-pat00007
여기서,
Figure 112012102443720-pat00008
은 음향 신호 재생기의 임피던스, R은
Figure 112012102443720-pat00009
과 직렬접속된 임피던스
Figure 112012102443720-pat00010
은
Figure 112012102443720-pat00011
양단에 걸리는 전압,
Figure 112012102443720-pat00012
는 회로망에 공급되는 전압
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 동일한 최대전력을 부하로 전달함으로써 난청을 방지하고 최적의 음압을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MP3 플레이어(100)의 내부 구성과 이어폰(200)의 등가 회로도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 pull-up 또는 pull-down 회로도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<적응 최대전력 제어장치의 기능 및 구성>
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 적응 최대전력 제어장치는 전기신호를 음향신호로 변환하는 휴대용 이어폰 또는 헤드폰에 전달되는 최대 전력을 제어함으로써 임피던스 값이 보다 적은 이어폰이나 보다 큰 헤드폰 어느쪽에도 동일한 전력을 전달하여 난청을 방지하거나 음압을 동일하게 생성할 수 있는 발명에 관한 것이다. 이하 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 적응 최대전력 제어장치의 기능 및 구성을 자세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예는 MP3플레이어, 이북리더, 또는 노트북 등 음향신호를 재생할 수 있는 휴대용 기기(100)와 휴대용 기기(100)에 접속되는 이어폰 또는 헤드폰 등의 음향신호 재생기(200)로 구성된다. 음향신호 재생기(200)는 도면에는 도시되어 있지 않으나 일반적으로 3.5Φ 접속단자에 의해 휴대용 기기(100)와 서로 접속될 수 있다.
이때 접속되는 이어폰은 대략 16Ω ~ 32Ω의 임피던스를 가지고 있으며, 헤드폰은 32Ω ~ 600Ω 정도의 고유 임피던스를 가지고 있다. 여기서, 종래와 같이 만약 음향신호 재생기로 전달되는 최대전력이 휴대용 기기로부터 15mW(이때, 15mW는 이어폰에 최적화된 최대전력임) 전달되는 경우 이어폰 이외의 헤드폰이 접속되는 경우에는 음압이 훨씬 낮을 수 있다. 즉, 다음의 수학식 1에 의해 이어폰보다 높은 임피던스 값을 가지는 헤드폰은 이어폰에서 설정된 동일한 전압값에 의해서는 최대전력이 낮을 수밖에 없고 이에 상응하여 음압이 낮게 된다.
Figure 112012102443720-pat00013
여기서,
Figure 112014037788978-pat00014
는 음향신호 재생기에 전달되는 최대전력이고,
Figure 112014037788978-pat00015
는 음향신호 재생기에 전달되는 최대전압이고, R은 각 헤드폰 또는 이어폰의 고유 임피던스 값이다.
이때, 음향신호 재생기로 전달되는 전압은 도 1에 도시된 바와 같이 휴대용 기기의 마이크로 프로세서 또는 마이컴의 연산에 의해 출력되며, RL 양단(음향신호 재생기의 등가 임피던스)에 걸리는 전압이 된다. 따라서 본 발명에서는 RL 양단에 걸리는 전압을 음향신호 재생기의 임피던스 값에 따라 달리함으로써 휴대용 기기에 접속되는 음향신호 재생기의 각 고유의 임피던스 값 변화에 적응적으로 전압을 제어하여 최대전력을 제어하기 위한 발명이다.
먼저, 휴대용 기기는 접속감지수단을 통해 도 2에 도시된 바와 같이 3.5Φ 접속단자에 pull-up 또는 pull-down 기능을 통해 이어폰 또는 헤드폰이 접속되는 것을 인식한다.
본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 프로세서 또는 마이컴은 연결된 헤드폰 또는 이어폰의 고유 임피던스 값을 계산하는 임피던스 계산수단과, 헤드폰 또는 이어폰으로 전달되는 최대 전력값을 조절하는 제어수단을 포함할 수 있다.
상기 접속감지수단을 통해 헤드폰 또는 이어폰의 접속이 인식되면, 임피던스 계산수단은 접속된 헤드폰 또는 이어폰의 고유 임피던스를 계산한다. 이때 고유 임피던스의 계산은 도 1에 도시된 도면과 다음의 수학식 2에 의해 설명될 수 있다.
Figure 112012102443720-pat00016
여기서,
Figure 112014037788978-pat00017
은 휴대폰 또는 헤드폰의 임피던스, R은
Figure 112014037788978-pat00018
과 직렬접속된 임피던스
Figure 112014037788978-pat00019
은
Figure 112014037788978-pat00020
양단에 걸리는 전압,
Figure 112014037788978-pat00021
는 회로망에 공급되는 전압이다.
마이크로 프로세서(110)는 아날로그-디지털 컨버터(120)에서 입력되는 TP1 및 TP2 지점의 전압값을 알 수 있고, 따라서 헤드폰 또는 이어폰의 고유 임피던스 값(RL)을 계산할 수 있다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이 증폭기(140)를 통해 출력되는 전압은 AC(교류) 전압으로서 대략 20 ~ 22kHz의 범위를 벗어나는 주파수를 갖는다. 이러한 주파수를 사용하는 이유는 인간이 들을 수 없는 주파수이기 때문이다. 즉 이어폰 또는 헤드폰의 고유 임피던스를 측정하기 위해 가청주파수 대역을 사용하면 사용자에게 불필요한 잡음을 유발할 수 있기 때문이다.
따라서 증폭기(140)를 통해 출력되는 20 ~ 22kHz를 벗어나는 AC 전압은, 외부의 음향 신호 재생기(200)가 접속되는 경우, 상술한 수학식 2에 의해 계산될 수 있으며, 수학식 2에 의해 계산되는 전압은 rms 값을 가진다. 여기서, rms(root mean square) 값은 AC 전압을 샘플링 주기 간격으로 측정한 값을 제곱하여 평균한 값으로 실효값을 의미한다.
이어폰 또는 헤드폰 등 음향 신호 재생기(200)의 고유 임피던스 값이 계산된 경우 마이크로 프로세서는 각각의 고유 임피던스 값에 맞는 최적의 전압을 선택할 수 있다. 즉, 난청으로부터 보호하기 위해 음향신호 재생기가 100dB에 상응하는 전력을(이때, 최대전력전달이 15mW라고 가정) 초과하지 않아야 한다고 하면, 16Ω의 고유 임피던스를 가지고 있는 이어폰에 전달되는 최대전압은 다음의 수학식 3에 의해 489.89mV이다.
Figure 112012102443720-pat00022
이때,
Figure 112012102443720-pat00023
은 이어폰 또는 헤드폰 등 음향 신호 재생기(200)에 전달되는 전력,
Figure 112012102443720-pat00024
은
Figure 112012102443720-pat00025
양단에 걸리는 전압, RL은 이어폰 또는 헤드폰 등 음향 신호 재생기(200)의 고유 임피던스
종래에는 수학식 3에 의해, 이보다 높은 32Ω의 고유 임피던스를 가지고 있는 헤드폰의 경우에는 전달되는 최대 전력이 낮아질 수 밖에 없고, 16Ω의 이어폰에 비해 상대적으로 훨씬 낮은 음압을 가지는 문제가 발생된다.
본 발명에서는 수학식 3에 의해 100dB에 상응하는 전력을 유지하기 위해 전달되는 최대 전압을 692.82mV로 마이크로 프로세서가 계산할 수 있다. 고유 임피던스가 높은 헤드폰은 동일한 최대전력을 전달하기 위해(이때 전달되는 최대전력은 100dB에 상응하는 전력으로 가정) 더 높은 값의 전압을 부하(이어폰 또는 헤드폰)에 전달할 필요가 있다.
마이크로 프로세서의 제어수단은 계산된 최대 전압값에 기초하여 디지털-아날로그 변환기(130)에 제어신호를 전송하고 디지털-아날로그 변화기는 이에 기초하여 증폭기(140)에 전압값을 출력함으로써 최적의 음압을 부하에 전달할 수 있다.
본 발명에서는 전압값의 제어에 의해 부하에 전달되는 최대전력을 각각의 고유 임피던스 값에 상관없이 동일하게 유지하도록 할 수 있음을 설명하였으나 전류값의 제어에 의해서도 동일하게 구현될 수 있다. 이와 같이, 마이크로프로세서에서 전압값 또는 전류값의 제어와 같은 게인을 조절함으로써 부하에 전달되는 최대전력을 제어할 수 있게 된다.
이때, 앞서 살펴본 바와 같이 각 이어폰 또는 헤드폰의 다양한 임피던스 값에 의해 설정되는 최대전압이 차이가 난다. 따라서, 마이크로 프로세서는 각 전압값 또는 부하의 고유 임피던스 값에 기초하여 볼륨 테이블을 설정할 수 있다.
예를 들어, 이어폰과 헤드폰의 최대전압 값의 차이가 2배가 나는 경우에는 MP3 플레이어 등의 볼륨조정 간격을 이어폰이 3단계로 구분되는 경우 헤드폰은 6단계로 구분 조정할 수 있다. 이어폰은 고유 임피던스가 헤드폰에 비해 작기 때문에, 상대적으로 작은 최대 전력이 출력되므로, 단계를 적게 구분하여 전압 또는 전류값을 조절할 수 있다. 이에 비해, 헤드폰은 이어폰에 비해 고유 임피던스가 크기 때문에, 이어폰에 비해 큰 최대 전력이 출력되므로, 이어폰에 비해 단계를 더 세분화하여 전압 또는 전류값을 조절할 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 외부 신호 재생기의 임피던스를 계산하여 최대 전력을 제어하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 휴대용 기기의 마이크로프로세서는 3.5Φ 접속단자에 pull-up 또는 pull-down 기능을 통해 이어폰 또는 헤드폰과 같은 외부 신호 재생기의 접속여부를 감지한다(S10).
그리고 외부 신호 재생기가 감지된 경우에는, 마이크로프로세서 또는 마이컴은 상술한 수학식 2를 이용하여 이어폰 또는 헤드폰의 고유 임피던스를 계산한다(S20).
다음으로, 이어폰 또는 헤드폰 등의 외부 신호 재생기의 고유 임피던스가 계산되면, 마이크로프로세서 또는 마이컴은 각각의 고유 임피던스 값에 맞는 최적의 전압을 선택하여 외부 신호 재생기에 전달되는 최대 전압을 출력한다(S30).
상술한 증폭기(140)은 본 발명에서는 OP-AMP 소자를 이용하여 구현할 수 있으며, 다양한 실시예는 당업자에게 자명함으로 설명을 생략하기로 한다. 또한 마이크고 프로세서 또는 마이컴은 아날로그 주변소자 및 디지털 논리 소자에 의해 다양하게 구현될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
100 : 휴대용 기기
110 : 마이크로 프로세서, 마이컴
120 : 아날로그-디지털 컨버터
130 : 디지털-아날로그 컨버터
140 : 증폭기
200 : 음향신호 재생기

Claims (7)

  1. 외부의 음향 신호 재생기의 접속을 감지하는 접속감지수단,
    상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 기 결정된 계산식에 의해 계산하는 임피던스 계산수단; 그리고
    상기 음향 신호 재생기로 전달되는 최대 전력 값이 기 결정된 값이 되도록 게인을 조절하는 신호를 상기 임피던스 값에 기초하여 생성하는 제어수단을 포함하여 구성되고;
    상기 임피던스 계산수단은, 20 ~ 22 kHz 이외의 주파수를 가지는 교류전압을 이용하여 임피던스를 계산하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 계산수단은, 상기 음향 신호 재생기로 출력되는 전압을 감지하여, 다음의 수학식에 의해 상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 장치.
    [수학식]
    Figure 112012102443720-pat00026

    여기서,
    Figure 112012102443720-pat00027
    은 음향 신호 재생기의 임피던스, R은
    Figure 112012102443720-pat00028
    과 직렬접속된 임피던스
    Figure 112012102443720-pat00029
    은
    Figure 112012102443720-pat00030
    양단에 걸리는 전압,
    Figure 112012102443720-pat00031
    는 회로망에 공급되는 전압
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 신호 재생기는,
    상기 제어수단의 제어신호에 의해 출력되는 전기신호를 입력받아 음향신호로 변환하는 이어폰 또는 헤드폰을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    계산된 임피던스 값이 상기 음향 신호 재생기의 종류에 따라 서로 다른 값을 가지는 경우에도,
    상기 최대 전력 값은, 상기 음향 신호 재생기의 종류와 상관없이 동일한 값인 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어수단은,
    상기 최대 전력 값이 동일하게 출력됨에 따라 각 음향 신호 재생기의 임피던스 값에 맞는 볼륨 테이블을 설정하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 장치.
  6. 외부의 음향 신호 재생기의 접속여부를 감지하는 감지단계와;
    상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 기 결정된 계산식에 의해 계산하는 계산단계; 그리고
    상기 음향 신호 재생기로 전달되는 최대 전력 값이 기 결정된 값이 되도록 게인을 조절하는 신호를 상기 임피던스 값에 기초하여 생성하는 제어단계를 포함하고;
    상기 계산단계는, 20 ~ 22 kHz 이외의 주파수를 가지는 교류전압을 이용하여 임피던스를 계산하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 계산단계에서는, 상기 음향 신호 재생기로 출력되는 전압을 감지하여, 다음의 수학식에 의해 상기 음향 신호 재생기의 임피던스 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응 최대 전력 제어 방법
    [수학식]
    Figure 112014037788978-pat00032

    여기서,
    Figure 112014037788978-pat00033
    은 음향 신호 재생기의 임피던스, R은
    Figure 112014037788978-pat00034
    과 직렬접속된 임피던스
    Figure 112014037788978-pat00035
    은
    Figure 112014037788978-pat00036
    양단에 걸리는 전압,
    Figure 112014037788978-pat00037
    는 회로망에 공급되는 전압.
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