KR100955328B1 - Apparatus and method for surround soundfield reproductioin for reproducing reflection - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 직접음뿐만 아니라 반사음을 다채널 라우드스피커 어레이를 통하여 입체 음장 재생하되, 패닝 방식을 이용하여 반사음을 재생하거나 각각의 라우드스피커를 이용하여 해당 반사음을 재생함으로써, 청취자에게 보다 큰 현장감과 공간감을 제공해줄 수 있는, 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a stereoscopic sound field reproducing apparatus and method for reproducing reflected sound, and reproduces the stereoscopic sound field through the multichannel loudspeaker array as well as the direct sound, and reproduces the reflected sound by using a panning method or uses the respective loudspeakers. The present invention provides a stereoscopic sound field reproducing apparatus and method for reproducing reflection sound, which can provide a listener with a greater sense of presence and space by reproducing the reflection sound.
이를 위하여, 본 발명은, 입체 음장 재생 장치에 있어서, 반사음 재생을 위한 정보를 입력받기 위한 입력 수단; 상기 입력받은 반사음 재생을 위한 정보를 기초로 하여 패닝(Panning) 방식을 적용하기 위한 라우드스피커를 선정하고 반사음 신호를 산출하기 위한 신호 처리 수단; 상기 산출된 반사음 신호를 상기 패닝 방식에 따라 가상의 음상에 정위시키기 위한 신호 가공 수단; 및 상기 정위시킨 반사음 신호를 상기 선정된 라우드스피커를 통해 재생하기 위한 재생 수단을 포함한다.To this end, the present invention provides a stereoscopic sound field reproduction apparatus comprising: input means for receiving information for reproducing reflected sound; Signal processing means for selecting a loudspeaker for applying a panning method and calculating a reflected sound signal based on the received information for reproducing reflected sound; Signal processing means for positioning the calculated reflected sound signal on a virtual sound image according to the panning method; And reproducing means for reproducing the positioned reflected sound signal through the selected loudspeaker.
반사음 재생, 입체 음장 재생, 음장 합성, 반사음, 패닝 방식, GRA, 역제곱 법칙, 일정파워패닝, 직접음 Reflected sound playback, stereoscopic sound field playback, sound field synthesis, reflected sound, panning method, GRA, inverse square law, constant power panning, direct sound
Description
본 발명은 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접음뿐만 아니라 반사음을 다채널 라우드스피커 어레이(Loudspeaker Array)를 통하여 입체 음장 재생하되, 패닝 방식을 이용하여 반사음을 재생하거나 각각의 라우드스피커를 이용하여 해당 반사음을 재생함으로써, 청취자에게 보다 큰 현장감과 공간감을 제공해줄 수 있는, 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stereoscopic sound field reproducing apparatus and method for reproducing a reflected sound, and more particularly, to reproduce a stereoscopic sound field through a multi-channel loudspeaker array as well as a direct sound, but using a panning method. The present invention relates to a stereoscopic sound field reproducing apparatus and method for reproducing a reflected sound, which can provide a listener with a greater sense of realism and a sense of space by reproducing a corresponding sound by using each loudspeaker.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-004-01, 과제명: 무안경 개인형 3D 방송기술개발].The present invention is derived from a study conducted as part of the IT growth engine core technology development project of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task Management Number: 2007-S-004-01, Title: Auto glasses-free 3D broadcasting Technology development].
3 차원 음원 재생 방법은 전통적인 입체음향(Stereophony) 방식부터 현재 디스크리트 서라운드(Discrete Surround)나 바이노럴 재생(Binaural Reproduction), 트랜스오럴 재생(Transaural Reproduction) 등에 이르기까지 계속 발전해 오고 있다. 2 채널 스테레오에서 5.1 채널 서라운드나 7.1 채널 서라운드 등 현재까지 발표된 음원 재생 기법은 청취자가 입체감을 가질 수 있는 음상을 제공하기는 하지만, 감상 가능한 위치가 한정되어 있다는 단점이 있다.Three-dimensional sound reproduction methods continue to evolve from traditional stereophony methods to discrete surround, binaural reproduction, and transaural reproduction. Source reproduction techniques such as 5.1-channel surround or 7.1-channel surround in two-channel stereo provide sound images that allow listeners to have a three-dimensional effect, but have a disadvantage in that they can be viewed.
이러한 단점을 해소하기 위한 라우드스피커 어레이를 이용하여 오디오를 재생하는 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis) 재생 방식은 구면파뿐만 아니라 평면파 음장을 재현해낼 수 있어 청취자의 위치와 관계없이 일정한 3 차원 음상을 제공할 수 있다. 또한, 음장 합성 재생 방식은 이동하는 음원을 재생할 수 있으며 청취공간 내 어느 위치에도 가상음원을 위치시킬 수 있는 등 많은 장점이 있어서 차세대 오디오 재생 방식으로 주목받고 있다.Wave Field Synthesis (WFS) playback, which uses a loudspeaker array to solve this problem, can reproduce not only spherical waves but also planar wave sound fields, providing a constant three-dimensional image regardless of the listener's position. can do. In addition, the sound field synthesis reproduction method has attracted attention as a next generation audio reproduction method because there are many advantages such as being able to reproduce a moving sound source and locating a virtual sound source at any position in the listening space.
한편, 3 차원 음원 재생 방법에서는 임의의 음원을 공간상에 배치하는 것뿐만 아니라 청취자에게 특정 공간에 있는 것과 같은 공간감, 현장감을 제공하기 위한 음장 처리 역시 중요한 부분이다. 이러한 신호처리를 수행할 수 있는 장치는 인공 잔향기와 같은 음장 재생기이다. 음장 재생기는 청취실 음향 환경을 청취자가 원하는 음향 환경으로 교체하는 데에 그 목적이 있다. 단, 일반 가정에서의 청취 환경은 음장 튜닝 시스템을 통해 보상이 어느 정도 가능하다.On the other hand, in the three-dimensional sound source reproduction method, not only arranging arbitrary sound sources in the space, but also sound field processing for providing listeners with a sense of space and a sense of presence as if they are in a specific space is also an important part. An apparatus capable of performing such signal processing is a sound field regenerator such as an artificial reverberator. The sound field player aims to replace the listening room acoustic environment with the acoustic environment desired by the listener. However, the listening environment in a general home can be compensated to some extent through the sound field tuning system.
하지만, 음원에 최적인 음향 환경을 인위적으로 만들어주기 위해서는 음장 신호 처리가 필요하다. 이러한 음장 재생 기술은 녹음에 사용되는 잔향 처리기와는 다른 신호 처리 기법이 적용되어야 한다. 대부분 음원 자체에 잔향 성분이 포함되어 있다. 따라서 음장 재생기에 잔향을 넣어줄 경우 이중으로 잔향이 포함되어 잔 향 시간이 길어지고 음색의 왜곡이 발생하게 된다.However, sound field signal processing is required to artificially create an optimal acoustic environment for the sound source. This sound field reproduction technique requires a different signal processing technique than the reverberation processor used for recording. Most sound sources themselves contain reverberation. Therefore, when reverberation is added to the sound field player, reverberation is included twice, resulting in a long reverberation time and distortion of a tone.
또한, 영화 음원의 경우에 음장 처리는 영화 장르에 따라 잔향 대신 주파수 특성을 제어하여 음장 효과를 극대화시키고 있어 새로운 접근 방식이 요구된다. 따라서 홈시어터용 음장 재생 기술은 이론이 아닌 경험과 예술성에 의존하는 특성이 있다.In addition, in the case of a movie sound source, the sound field processing maximizes the sound field effect by controlling frequency characteristics instead of reverberation according to the movie genre, thus requiring a new approach. Therefore, the sound field reproduction technology for home theater is characterized by experience and artistry, not theory.
현재, 음장 합성 재생환경에 바로 적용할만한 최적의 재생장치의 표준이나 녹음의 표준이 없는 실정이다. 서라운드 음장 녹음 음원을 음장 합성 재생 환경에서 재생하는 것은 하위 호환성(backward compatibility) 측면에서도 필연적인 일이다. 이는 청취자가 원하는 음향 환경으로의 자유로운 변화를 위해 음장 재생 기능의 탑재는 필수적으로 요구되고 있는 상황이다.Currently, there is no standard of the optimal playback device or recording standard that can be directly applied to the sound field synthesis playback environment. Reproducing the surround sound field recording source in the sound field synthesis reproduction environment is also inevitable in terms of backward compatibility. This is a situation in which the installation of the sound field reproduction function is required to change freely to the sound environment desired by the listener.
이러한 요구에 맞춰서, 현재까지의 많은 연구들은 직접음만을 음장 합성 렌더링 방식으로 재생하여 가상 음상 정위를 구현하는 방식에 대하여 진행되어 왔다. 종래의 음장 재생 방식은 신호 처리를 하지 않거나 또는 별도로 획득한 오디오를 그대로 재생하고 있었다. 일례로, 'Delft' 대학에서 제안된 종래의 음향 재생 시스템에서는 녹음실에서 스팟(spot) 마이크로폰을 통해 각 음원들을 무향에 가깝게 녹음한다. 그리고 음향 재생 시스템은 이러한 음원들을 재생단에서 음장 합성 렌더링을 통해, 그 위치에 합당한 가상 음원으로 정위시킨다. 그리고 음향 재생 시스템은 전체적인 녹음실의 잔향 및 반사음들을 스테레오 마이크로폰을 통해 녹음하고 이 음들을 더 멀리 위치한 가상의 스테레오 음원으로 렌더링한다. 이러한 방법은 당시까지도 가장 대중적이었던 스테레오 음원들을 재생하는 데에는 무리가 없었다.In order to meet these demands, many studies to date have been conducted on the method of realizing virtual image positioning by reproducing only direct sound by sound field synthesis rendering. The conventional sound field reproduction method does not perform signal processing or reproduces audio obtained separately. For example, in the conventional sound reproducing system proposed by Delft University, each sound source is recorded in an undirected manner through a spot microphone in a recording studio. In addition, the sound reproducing system orchestrate these sound sources into a virtual sound source suitable for the location through the sound field synthesis rendering in the playback stage. The sound reproducing system records the reverberation and reflections of the entire recording studio via stereo microphones and renders them into a virtual stereo sound source located further away. This method was easy to reproduce the most popular stereo sound sources up to that time.
하지만, 이러한 종래의 음향 재생 기술은 기본적으로 음장 합성 렌더링 및 무향 음원의 직접적인 녹음을 통해서만 완전한 음장 합성 재생 시스템이 구축될 수 있다. 즉, 종래의 음향 재생 기술은 다른 음원을 통해서는 완전한 음장 합성 재생 시스템이 구축될 수 없는 실정이다.However, such a conventional sound reproducing technique can be built a complete sound field synthesis reproduction system only through sound field synthesis rendering and direct recording of an undirected sound source. In other words, the conventional sound reproducing technology is a situation where a complete sound field synthesis and reproducing system cannot be constructed through other sound sources.
특히, 종래의 다채널 라우드스피커 어레이를 이용한 음장 합성 재생 기술은 다채널 라우드스피커 어레이를 이용한 기술로서, 재생하고자 하는 모든 음원을 점음원으로 간주한다. 그리고 이러한 종래의 기술은 청취자 위치에 대해 그 음원의 재생 방향, 시간, 크기 정보를 이용한 신호처리를 수행하여 오디오를 재생하게 된다.In particular, the conventional sound field synthesis reproduction technology using a multichannel loudspeaker array is a technology using a multichannel loudspeaker array and regards all sound sources to be reproduced as point sources. In the related art, audio processing is performed by performing signal processing using the direction, time, and size information of the sound source for the listener position.
만약, 특정 공간 내에 있는 음원을 재생하고자 하면, 그 음원의 직접음뿐만 아니라 그 공간 내 벽면, 바닥, 천장 등에 의해 발생하는 반사음도 함께 재생해 주어야 보다 현실적인 오디오를 청취자에게 제시할 수 있다. 즉, 직접음이라고 하는 특정 음원의 음상 정위만을 위해서 음장 합성 방식을 활용하는 것이 아니라, 반사음도 음장 합성 재생 방식으로 신호처리를 한다면 그 현장감, 공간감이 극대화될 수 있다.If a user wants to play a sound source in a specific space, not only the direct sound of the sound source but also the reflected sound generated by walls, floors, ceilings, etc. in the space may be played together to present more realistic audio to the listener. That is, instead of using the sound field synthesis method only for positioning the sound image of a specific sound source called direct sound, the reflected sound may be maximized if the signal processing is performed by the sound field synthesis reproduction method.
하지만, 특정 공간을 특징지을 수 있는 의미 있는 반사음의 개수는 수천 개부터 수만 개까지 이른다. 따라서 이 모든 반사음을 음장 합성 재생 방식으로 신호처리를 하게 되면 신호처리에 소용되는 연산량과 시간이 증가하게 된다. 즉, 종래의 다채널 라우드스피커 어레이를 이용한 음장 합성 재생 기술은 반사음을 음장 합성 재생 방식으로 신호처리하기 곤란하여 현장감, 공간감을 극대화할 수 없다는 문 제점이 있다.However, the number of meaningful reflections that can characterize a particular space can range from thousands to tens of thousands. Therefore, when all the reflected sound is processed by the sound field synthesis reproduction method, the amount of computation and time required for signal processing increases. That is, the conventional sound field synthesis reproduction technology using the multi-channel loudspeaker array has a problem that it is difficult to process the reflected sound by the sound field synthesis reproduction method, thereby maximizing the realism and the spatial feeling.
따라서 상기와 같은 종래 기술은 라우드스피커 어레이를 이용하여 오디오를 재생하는 음장 합성 재생 방식에 따라 반사음을 재생하기 곤란하여 청취자에게 현장감 및 공간감을 극대화할 수 없다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.Therefore, the prior art as described above has a problem in that it is difficult to reproduce the reflected sound according to the sound field synthesis reproduction method of reproducing the audio using the loudspeaker array, thereby maximizing the realism and the spatial feeling to the listener. It is a subject of the present invention.
따라서 본 발명은 직접음뿐만 아니라 반사음을 다채널 라우드스피커 어레이를 통하여 입체 음장 재생하되, 패닝 방식을 이용하여 반사음을 재생하거나 각각의 라우드스피커를 이용하여 해당 반사음을 재생함으로써, 청취자에게 보다 큰 현장감과 공간감을 제공해줄 수 있는, 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention reproduces the stereoscopic sound field through the multi-channel loudspeaker array as well as the direct sound, and reproduces the reflected sound using the panning method or the corresponding reflected sound using the respective loudspeakers, thereby providing a greater sense of presence to the listener. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional sound field reproduction apparatus and method for the reflection sound reproduction that can provide a sense of space.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned above can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 직접음뿐만 아니라 반사음을 다채널 라우드스피커 어레이를 통하여 입체 음장 재생하되, 패닝 방식을 이용하여 반사음을 재생하거나 각각의 라우드스피커를 이용하여 해당 반사음을 재생하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, it is possible to reproduce the stereoscopic sound field through the multichannel loudspeaker array as well as the direct sound, and to reproduce the reflected sound using a panning method or to reproduce the reflected sound using the respective loudspeakers. It features.
더욱 구체적으로, 본 발명의 장치는, 입체 음장 재생 장치에 있어서, 반사음 재생을 위한 정보를 입력받기 위한 입력 수단; 상기 입력받은 반사음 재생을 위한 정보를 기초로 하여 패닝(Panning) 방식을 적용하기 위한 라우드스피커를 선정하고 반사음 신호를 산출하기 위한 신호 처리 수단; 상기 산출된 반사음 신호를 상기 패닝 방식에 따라 가상의 음상에 정위시키기 위한 신호 가공 수단; 및 상기 정위시킨 반사음 신호를 상기 선정된 라우드스피커를 통해 재생하기 위한 재생 수단을 포함한다.More specifically, the apparatus of the present invention is a stereoscopic sound field reproduction apparatus, comprising: input means for receiving information for reproducing reflection sound; Signal processing means for selecting a loudspeaker for applying a panning method and calculating a reflected sound signal based on the received information for reproducing reflected sound; Signal processing means for positioning the calculated reflected sound signal on a virtual sound image according to the panning method; And reproducing means for reproducing the positioned reflected sound signal through the selected loudspeaker.
한편, 본 발명의 다른 장치는, 입체 음장 재생 장치에 있어서, 반사음 재생을 위한 정보를 입력받기 위한 입력 수단; 상기 입력받은 반사음 재생을 위한 정보를 기초로 하여 반사음의 재생 각도에 해당하는 라우드스피커를 확인하고, 상기 확인된 라우드스피커에 맞게 반사음의 공간 임펄스 응답을 조정하기 위한 신호 가공 수단; 상기 조정된 반사음의 공간 임펄스 응답과 직접음의 음원 신호로부터 반사음 신호를 산출하기 위한 신호 처리 수단; 및 상기 산출된 반사음 신호를 상기 확인된 라우드스피커를 통해 재생하기 위한 재생 수단을 포함한다.On the other hand, another apparatus of the present invention, a stereoscopic sound field reproduction apparatus, comprising: input means for receiving information for reproducing the reflected sound; Signal processing means for identifying a loudspeaker corresponding to a reproduction angle of the reflected sound based on the received information for reproducing the reflected sound, and adjusting a spatial impulse response of the reflected sound according to the identified loudspeaker; Signal processing means for calculating a reflected sound signal from the spatial impulse response of the adjusted reflected sound and the sound source signal of the direct sound; And reproducing means for reproducing the calculated reflected sound signal through the identified loudspeaker.
한편, 본 발명의 방법은, 입체 음장 재생 방법에 있어서, 반사음 재생을 위한 정보를 입력받는 입력 단계; 상기 입력받은 반사음 재생을 위한 정보를 기초로 하여 패닝(Panning) 방식을 적용하기 위한 라우드스피커를 선정하고 반사음 신호를 산출하는 신호 처리 단계; 상기 산출된 반사음 신호를 상기 패닝 방식에 따라 가상의 음상에 정위시키는 신호 가공 단계; 및 상기 정위시킨 반사음 신호를 상기 선정된 라우드스피커를 통해 재생하는 재생 단계를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention, in the stereoscopic sound field reproduction method, an input step of receiving information for the reflection sound reproduction; A signal processing step of selecting a loudspeaker for applying a panning scheme and calculating a reflected sound signal based on the received information for reproducing reflected sound; A signal processing step of positioning the calculated reflected sound signal on a virtual sound image according to the panning method; And a reproducing step of reproducing the positioned reflected sound signal through the selected loudspeaker.
또한, 본 발명의 다른 방법은, 입체 음장 재생 방법에 있어서, 반사음 재생을 위한 정보를 입력받는 입력 단계; 상기 입력받은 반사음 재생을 위한 정보를 기초로 하여 반사음의 재생 각도에 해당하는 라우드스피커를 확인하고, 상기 확인된 라우드스피커에 맞게 반사음의 공간 임펄스 응답을 조정하는 신호 가공 단계; 상기 가공된 반사음의 공간 임펄스 응답과 직접음의 음원 신호로부터 반사음 신호를 산출하는 신호 처리 단계; 및 상기 산출된 반사음 신호를 상기 확인된 라우드스피커를 통해 재생하는 재생 단계를 포함한다.Another method of the present invention provides a stereoscopic sound field reproduction method comprising: an input step of receiving information for reproducing a reflected sound; A signal processing step of identifying a loudspeaker corresponding to a reproduction angle of the reflected sound based on the received information for reproducing the reflected sound, and adjusting a spatial impulse response of the reflected sound according to the identified loudspeaker; A signal processing step of calculating a reflected sound signal from the spatial impulse response of the processed reflected sound and the sound source signal of the direct sound; And reproducing the calculated reflected sound signal through the identified loudspeaker.
상기와 같은 본 발명은, 직접음뿐만 아니라 반사음을 다채널 라우드스피커 어레이를 통하여 입체 음장 재생하되, 패닝 방식을 이용하여 반사음을 재생하거나 각각의 라우드스피커를 이용하여 해당 반사음을 재생함으로써, 청취자에게 보다 큰 현장감과 공간감을 제공해줄 수 있게 하는 효과가 있다.As described above, the present invention reproduces the stereoscopic sound field through the multichannel loudspeaker array as well as the direct sound, and reproduces the reflected sound by using the panning method or by using the respective loudspeakers to reproduce the reflected sound. It has the effect of providing a great sense of presence and space.
즉, 본 발명은, 음장 합성 재생 방식에 따라 반사음과 직접음을 모두 재생하지 않고 직접음만을 재생하되, 반사음은 패닝 방식을 이용하여 입체 음장 재생함으로써, 연산량 및 연산 시간을 줄일 수 있으며 파워 측면에서도 모든 라우드스피커 를 구동하지 않으므로 보다 효율적으로 반사음을 재생할 수 있게 하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 각각의 라우드스피커를 이용하여 해당 반사음을 재생함으로써, 반사음 재생을 위한 렌더링 과정이 생략되고 연산량 및 연산 시간을 줄일 수 있으며, 반사음 재생을 위한 렌더링을 통해 발생될 수 있는 음색 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.That is, according to the present invention, only the direct sound is reproduced without reproducing both the reflected sound and the direct sound according to the sound field synthesis reproducing method, and the reflected sound is reproduced in the three-dimensional sound field by using the panning method, thereby reducing the amount of calculation and calculation time, and in terms of power. Not all loudspeakers are driven, which makes it possible to reproduce reflections more efficiently. In addition, the present invention by using the respective loudspeakers to reproduce the reflection sound, the rendering process for the reproduction of the reflection sound can be omitted, and the amount of computation and operation time can be reduced, and the tone change that can be generated through the rendering for the reflection sound reproduction There is an effect that can be prevented.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 이해를 돕기 위한 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치의 일실시예 구성도이다.1 is a block diagram of an embodiment of a stereoscopic sound field reproducing apparatus using sound field synthesis for better understanding of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이해를 돕기 위한 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치(100)는 입력부(110), 신호 처리부(120), 및 재생부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the stereoscopic sound
이하, 입체 음장 재생 장치(100)의 구성요소 각각에 대하여 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, each component of the stereoscopic sound
입력부(110)는 라우드스피커 배열 정보(예를 들면, 라우드스피커 배열의 위치와 간격 등 배열에 대한 정보), 음원 위치 정보(예를 들면, 청취 위치에 대한 음원의 각도와 같은 위치에 대한 정보), 및 정위시키고자 하는 음원 신호를 입력받는다.The
신호 처리부(120)는 입력부(110)에서 입력받은 라우드스피커 배열 정보와 음원 위치 정보로부터 각 라우드스피커와 음원 위치 간의 거리를 구하고, 그 거리를 라우드스피커 구동 함수에 적용하여 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 구한다. 즉, 신호 처리부(120)는 라우드스피커 배열 정보와 음원 위치 정보를 하기의 [수학식 1] 즉, 라우드스피커 구동 함수에 적용하여 각 라우드스피커가 방사해야 하는 음압 신호(소리)를 계산한다. 그리고 신호 처리부(120)는 지연과 이득을 고려하여 각 라우드스피커가 방사해야 하는 음압 신호를 라우드스피커별 임펄스 응답의 형태로 구한다.The
여기서, 은 어레이를 구성하는 라우드스피커 중 n 번째 라우드스피 커가 방사하는 오디오 신호 구동 함수, 는 가상 음원, 는 크기에 대한 가중치, 는 라우드스피커의 지향성으로 음압에 웨이팅(weighting)을 주는 성분, 는 수직거리에 대한 가상음원과 n 번째 라우드스피커 사이의 거리의 비율, 는 고주파 증폭 이퀄라이징, 는 가상음원과 n 번째 라우드스피커 사이의 거리에 의해 발생하는 전달 시간을 나타낸다. 또한, 라우드스피커가 선배열을 이루고 있으므로 가상음원은 선음원으로 가정했을 때, 는 하나의 원통파(cylindrical wave)의 확산을 나타낸다.here, Is the audio signal driving function emitted by the nth loudspeaker of the loudspeakers Virtual sound source, Is the weight for size, Is a loudspeaker's directivity that gives weight to the sound pressure, Is the ratio of the distance between the virtual sound source and the nth loudspeaker to the vertical distance, High frequency amplification equalizing, Denotes the propagation time caused by the distance between the virtual sound source and the nth loudspeaker. In addition, since the loudspeakers form a pre-array, when the virtual sound source is assumed to be a line sound source, Denotes the spread of one cylindrical wave.
상기의 [수학식 1]은 호이겐스 이론(Huygenss principle)과 키르히호프-헬름홀츠 방정식(Kirchhoff-Helmholtz integral)에 기반한 음장 합성을 이용한 음원 렌더링 이론에 관한 것이다. 음장 합성을 이용한 음원 렌더링 이론은 레일레이 정리(The Ralyleighs representation theorem)를 통해 가상 음원이 재생되는 영역과 n개의 물리적인 라우드스피커 어레이가 소리를 방사하는 영역을 구분하여 각 라우드스피커가 방사하는 소리를 구할 수 있는 스피커 구동 함수에 관한 것이다.Equation 1 relates to a sound source rendering theory using sound field synthesis based on the Huygenss principle and the Kirchhoff-Helmholtz equation. The sound source rendering theory using sound field synthesis distinguishes the area where virtual sound sources are played and the area where n physical loudspeaker arrays emit sound through The Ralyleighs representation theorem. It is about the speaker drive function that can be obtained.
그리고 신호 처리부(120)는 상기 [수학식 1]을 통해 구한 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)한 후에, 상기 입력부(110)에서 입력받은 음원 신호와 푸리에 변환된 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 컨벌루션하여 라우드스피커 수만큼 음장 합성 방식으로 렌더링된 음원 신호 즉, 각 라우드스피커의 구동 신호를 산출한다. 즉, 신호 처리부(120)는 음원 신호와 반사음 신호에 대해서 컨벌루션 연산을 수행한다. 이는 하나의 음원 신호를 청취 공간 내에 가상 정위시키기 위하여 n개의 라우드스피커가 방사해야 하는 구동 신호를 모두 구하기 위함이다.In addition, the
재생부(130)는 신호 처리부(120)에서 산출된 각 라우드스피커의 구동 신호를 n개의 라우드스피커 중 해당 라우드스피커를 통해 재생한다.The reproducing
도 2 는 평면상의 음장만이 고려된 반사음 분포에 대한 예시도이다.2 is an exemplary diagram of a reflection sound distribution considering only a sound field on a plane.
입체 음장 재생 장치(100)는 모사하고자 하는 공간(210)의 초기 반사음을 이용한다. 이때, 입체 음장 재생 장치(100)는 다양한 방식으로 구현된 마이크로폰 배열을 통해서 반사음을 얻을 수 있다. 입체 음장 재생 장치(100)는 청취자(200)를 둘러싼 라우드스피커 높이의 수평면 내에 음향을 재생시키는 것으로, 수직면은 고려하지 않는다. 평면상의 음장만이 고려된 반사음(201)은 도 2에 도시된 바와 같이, 청취자 주위 360도 모든 방향에 분포된다.The stereoscopic sound
도 3 은 시간에 따른 직접음과 반사음의 크기를 비교하여 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating a comparison of the magnitudes of the direct sound and the reflected sound over time.
도 2에서 설명한 모든 방향에 분포된 반사음(32)을 각 라우드스피커에서 재생해야 하는 샘플이라는 측면에서 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 시간에 따라 직접음(31)과 반사음(32)의 크기가 달라진다. 따라서 이 모든 샘플들을 하나의 점음원이라고 가정하면, 입체 음장 재생 장치(100)는 직접음(31)뿐만 아니라 반사음(32)도 음장 합성 방식으로 렌더링할 수 있게 된다.Looking at the reflection sound 32 distributed in all directions described in FIG. 2 in terms of a sample to be reproduced in each loudspeaker, as shown in FIG. 3, the magnitude of the
상기 [표 1]은 도 3에 도시된 반사음(32)에 대한 특성을 나타낸다. 특정 공간의 반사음 신호는 직접음(31)이 재생된 이후 그 반사음(32)이 재생되는 지연 시간 정보, 음압, 및 청취자를 기준으로 했을 때 입사되는 각도를 가진다. 입체 음장 재생 장치(100)는 이 세 가지로 이루어지는 특정 공간의 반사음 신호를 입력받고 그 입력받은 반사음 신호에 대하여 음장 합성 렌더링 처리 과정을 수행한다. 그에 따라, 입체 음장 재생 장치(100)는 점음원으로 간주한 각각의 반사음(32)을 재생하게 된다.Table 1 shows characteristics of the reflection sound 32 shown in FIG. The reflection sound signal of the specific space has the delay time information, sound pressure, and the angle which is incident on the basis of the listener after the
도 4 내지 도 6 은 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치에 적용되는 라우드스피커의 배열에 대한 예시도이다.4 to 6 are diagrams illustrating an arrangement of loudspeakers applied to a stereoscopic sound field reproducing apparatus using sound field synthesis.
청취자(200)의 위치를 기준으로 했을 때, 라우드스피커(41, 51, 61)는 여러 형태의 배열을 가질 수 있다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 라우드스피커(41, 51, 61)는 원형 배열, 직각 사각형 형태 배열, 또는 'ㄷ' 자 형태 배열을 가질 수 있다. 신호 처리부(120)는 이러한 라우드스피커 배열 정보에 따라 n개의 라우드스피커가 방사해야 하는 구동 신호를 구하게 된다.Based on the position of the
도 7 은 본 발명의 이해를 돕기 위한 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an embodiment of a stereoscopic sound field reproduction method using sound field synthesis to assist in understanding the present invention.
먼저, 입력부(110)는 라우드스피커 배열 정보(예를 들면, 라우드스피커 배열의 위치와 간격 등 배열에 대한 정보), 음원 위치 정보(예를 들면, 청취 위치에 대한 음원의 각도와 같은 위치에 대한 정보), 및 정위시키고자 하는 음원 신호를 입력받는다(702).First, the
그리고 신호 처리부(120)는 입력부(110)에서 입력받은 라우드스피커 배열 정보와 음원의 위치 정보를 라우드스피커 구동 함수에 적용하여 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 계산한다(704). 이어서, 신호 처리부(120)는 임펄스 응답 형태의 음압 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)한다.The
이후, 신호 처리부(120)는 입력부(110)에서 입력받은 정위시키고자 하는 음원 신호를 상기 푸리에 변환된 음압 신호와 컨벌루션하여 각 라우드스피커가 방사해야 하는 구동 신호를 산출한다(706).Thereafter, the
그리고 재생부(130)는 신호 처리부(120)에서 산출된 각 라우드스피커의 구동 신호를 배열된 n개의 라우드스피커 중 해당 라우드스피커를 통해 재생한다(708).The
이하, 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제1 실시예를 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 입체 음장 재생 장치의 제1 실시예는 패닝 방식을 이용하여 360도 전방향에 형성되는 반사음을 재생한다.Hereinafter, a first embodiment of a stereoscopic sound field reproduction apparatus for reflecting sound reproduction according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 13. The first embodiment of the stereoscopic sound field reproducing apparatus according to the present invention reproduces the reflection sound formed 360 degrees in all directions by using the panning method.
우선, 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제1 실시예를 설명하기에 앞서, 패닝(panning) 기법에 대해서 살펴보기로 한다.First, a panning technique will be described before describing a first embodiment of a stereoscopic sound field reproduction apparatus for reproducing reflection sound according to the present invention.
전술한 본 발명에 적용되는 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치(100)는 특정 공간의 반사음을 현장감 있게 재생해 주기 위하여, 1,000개에서 10,000여 개에 이르는 반사음들을 n개의 스피커에서 재생한다. 그러므로 입체 음장 재생 장치(100)는 (1,000 ~ 10,000) × n번의 렌더링 과정을 수행해야만 한다. 이때, 재생하고자 하는 반사음의 구조를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 벽면 등으로 인해 만들어지는 직접음에 대한 반사음은 정중앙에 위치한 청취자를 중심으로 360도 전방향에서 들려오게 된다. 이러한 다수의 반사음을 재생하기 위해서는 입체 음장 재생 장치(100)가 다수의 연산량을 처리해야 한다.The stereoscopic sound
여기서, 패닝 방식은 입체 음향(stereophony) 재생 방식에서 가상 음상을 정위하기 위한 것이다. 패닝 방식은 두 스피커의 방사 파워를 조절하여 물리적인 두 스피커 사이에 가상의 스피커, 즉 가상 음원을 배치하는 방식이다. 또한, 패닝(panning) 방식은 두 스피커 사이 어느 위치에도 음원을 정위시킬 수 있다. 이와 같은 패닝 방식을 적용하면 특정 공간의 잔향이 현장감 있게 재생된다. 즉, 잔향이라고 하는 것은 특정 공간의 특징적인 음의 반사를 뜻하는 것이다. 예를 들어, 콘서트홀에서 가수가 노래를 하고 있다면, 무대 위 가수의 목소리, 즉 직접음이 사방의 벽면에 반사되는 반사음은 객석에 있는 청취자에게 들리게 된다. 청취자는 자신을 둘러싼 360도 전방향에서 이 반사음을 듣게 된다. 패닝 방식은 이러한 현상을 이용하여 청취자에게 방향성 및 현장감을 제공해 줄 수 있다. 즉, 직접음은 청취자에게 방향성을 지시해주고, 반사음은 직접음을 보강하면서 현장감을 제공해 준다.Here, the panning method is used to orient the virtual sound image in the stereophonic reproduction method. The panning method is a method of disposing a virtual speaker, that is, a virtual sound source, between two physical speakers by adjusting the radiant power of two speakers. In addition, the panning method may position the sound source at any position between the two speakers. By applying this panning method, the reverberation of a specific space is realistically reproduced. In other words, reverberation refers to the characteristic reflection of sound in a specific space. For example, if a singer is singing in a concert hall, the voice of the singer on the stage, the reflection of the direct sound being reflected on all four sides of the wall, will be heard by the listener in the audience. The listener hears the reflections in 360 degrees around him. The panning method can use this phenomenon to provide the listener with direction and presence. In other words, the direct sound indicates the direction to the listener, and the reflected sound provides a sense of reality while reinforcing the direct sound.
도 8 은 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제1 실시예 구성도이다.8 is a configuration diagram of a first embodiment of a stereoscopic sound field reproducing apparatus for reflecting sound reproduction according to the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치(800)는 입력부(810), 신호 처리부(820), 신호 가공부(830), 및 재생부(840)를 포함한다.As shown in FIG. 8, the stereoscopic sound
상기 입력부(810)는 라우드스피커 배열 정보, 청취자의 위치로부터의 정위하고자 하는 음원 위치에 대한 반사음의 음원 위치 정보, 재생하고자 하는 공간에 대한 반사음의 공간 임펄스 응답, 및 직접음의 음원 신호 등과 같은 "반사음 재생을 위한 정보"를 입력받는다.The
그리고 신호 처리부(820)는 상기 입력부(810)에서 입력받은 "반사음 재생을 위한 정보" 중에서 음원 위치 정보와 라우드스피커 배열 정보를 분석하여 청취자 위치에 대한 각 라우드스피커의 각도 및 청취자와의 거리를 확인한다. 그리고 신호 처리부(820)는 반사음의 음원 위치와 각 라우드스피커 간 각도 및 거리를 확인하여 패닝(Panning) 방식을 적용하기 위한 다수의 라우드스피커를 선정한다. 이때, 신호 처리부(820)는 패닝 방식을 적용하기 위하여, 라우드스피커의 배열 종류에 따라 서로 다른 라우드스피커를 선정할 수 있다.The signal processor 820 analyzes the sound source position information and the loudspeaker arrangement information from the “information for reproducing the sound” received from the
예를 들어, 신호 처리부(820)는 청취 위치로부터 30도, 110도, 250도, 및 330도 위치에 있는 라우드스피커를 선정한다. 물론, 이는 도 10에서 후술할 다채널 라우드스피커 어레이가 원형으로 배열되어 있을 경우에 해당한다. 만약, 도 11에서 후술할 사방에 직선배열을 이루고 있는 직각 사각형 배열인 경우에는 배열마다 가장자리 2개의 라우드스피커, 전체 8개의 라우드스피커를 선정한다. 또는, 도 12에서 후술할 라우드스피커 어레이가 'ㄷ' 자 형태를 취하고 있는 경우에는 전체 6개의 라우드스피커를 선정한다. 한편, 라우드스피커 어레이는 삼각형, 마름모 등 필요에 따라 적합한 다양한 배열로 구현할 수도 있기 때문에 해당 배열에 맞게 라우드스피커를 선정한다.For example, the signal processor 820 selects loudspeakers located at 30, 110, 250, and 330 degrees from the listening position. Of course, this corresponds to the case where the multi-channel loudspeaker array described later in FIG. 10 is arranged in a circular shape. In the case of a rectangular array having a straight array in four directions, which will be described later with reference to FIG. 11, two loudspeakers and eight loudspeakers are selected for each array. Alternatively, when the loudspeaker array described later in FIG. 12 takes the form of a letter 'c', a total of six loudspeakers are selected. On the other hand, since the loudspeaker array can be implemented in a variety of arrangements, such as triangle, rhombus, etc. as needed, the loudspeaker is selected according to the arrangement.
그리고 신호 처리부(820)는 상기 입력부(810)에서 입력받은 "반사음 재생을 위한 정보" 중에서 재생하고자 하는 공간에 대한 반사음의 공간 임펄스 응답과 직접음의 음원 신호를 컨벌루션하여 반사음 신호를 산출한다.The signal processor 820 calculates the reflected sound signal by convolving the spatial impulse response of the reflected sound with respect to the space to be reproduced and the sound signal of the direct sound among the " information for playing the reflected sound " received from the
한편, 신호 가공부(830)는 신호 처리부(820)에서 산출된 반사음 신호의 각도 성분을 분석하여 한 쌍의 라우드스피커에 반사음 신호를 할당하여 가상의 음상에 정위시킨다. 이때, 신호 가공부(830)는 한 쌍의 라우드스피커를 이용하는 일정파워패닝(Constant Power Panning Law) 방식 및 상기 가상의 음상을 거리에 따라 보정하는 역제곱의 법칙(Inverse Square Law)을 이용하여 상기 가상의 음상에 정위시킨다.Meanwhile, the
즉, 신호 가공부(830)는 패닝 방식을 적용하기 위하여, 산출된 반사음 신호의 각도 정보를 분석해서 반사음 신호를 신호 처리부(820)에서 선정된 한 쌍의 라우드스피커로 할당시킨다. 여기서, 반사음 신호는 정면, 측면, 및 후면에 해당하는 각도 성분을 가진다. 이때, 일정파워패닝 방식은 청취자로부터 동일한 거리에 있는 한 쌍의 라우드스피커를 통해 적용하게 되는데, 이 패닝 방식을 통해서 만들어지는 가상의 음상도 동일한 거리에 위치하게 된다. 그러므로 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 라우드스피커가 직선배열을 이루고 있는 경우에는 가장 자리에 있는 한 쌍의 라우드스피커가 청취자로부터 가장 멀리 떨어져 있고 나머지 스피커는 청취자로부터 상대적으로 가까운 거리에 있게 된다. 따라서 신호 가공부(830)는 역제곱 법칙(inverse square law)을 이용하여 청취자와 상대적으로 가까운 거리에 위치하게 될 가상 음상을 패닝 방식에 따른 위치에 멀리 정위시킨다.That is, the
그리고 재생부(840)는 신호 가공부(830)에서 가상의 음상에 정위시킨 반사음 신호를 한 쌍의 라우드스피커를 통해 재생한다.The reproducing
도 9 는 본 발명에 적용되는 패닝 방식에 대한 일실시예 설명도이다.9 is a diagram illustrating an embodiment of a panning method applied to the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 패닝 방식은 두 개의 라우드스피커로 이루어진 라우드스피커 쌍을 통해 수행된다. 본 발명에 따른 입체 음장 재생 장치(800)는 전면의 경우에 좌측(Left) 스피커(91)와 우측(Right) 스피커(92) 사이의 패닝을 이용하여 반사음을 가상 음원으로서 재생한다. 또한, 입체 음장 재생 장치(800)는 측면의 경우에 좌, 우 각각 좌측(Left) 스피커(91)와 좌측 서라운드(Left Surround) 스피커(93), 우측(Right) 스피커(92)와 우측 서라운드(Right Surround) 스피커(94)를 이용하여 패닝한다. 또한, 입체 음장 재생 장치(800)는 후면의 경우에 좌측 서라운드(Left Surround) 스피커(93)와 우측 서라운드(Right Surround) 스피커(94)를 이용하여 반사음을 패닝한다. 따라서 입체 음장 재생 장치(800)는 청취자 주위 360도 전방향에서 발생되는 반사음을 모사하게 된다.As shown in Fig. 9, the panning method is performed through a pair of loudspeakers consisting of two loudspeakers. The stereoscopic sound
도 10 내지 도 12 는 본 발명의 제1 실시예에 적용되는 라우드스피커의 배열에 대한 예시도이다.10 to 12 are diagrams illustrating an arrangement of loudspeakers applied to the first embodiment of the present invention.
첫 번째로, 도 10에 도시된 바와 같이, 다채널 라우드스피커 어레이가 원형으로 배열되어 있는 경우를 살펴보면, 청취자(200)를 기준으로 한 전면(1021), 우측면(1022), 후면(1023), 및 좌측면(1024)에 대해서, 신호 처리부(820)가 음장 합성 재생 방식에 따라 직접음에 대한 구동 신호를 산출하면, 재생부(840)는 그 산출된 구동 신호를 각 면에 설치된 라우드스피커(1011 내지 1014)를 통해 재생한다.First, as shown in FIG. 10, when the multi-channel loudspeaker array is arranged in a circular shape, the front 1021, the
한편, 신호 가공부(830)는 신호 처리부(820)에서 산출된 반사음 신호의 각도 성분을 분석하여 한 쌍의 라우드스피커에 반사음 신호를 할당하여 가상의 음상에 정위시킨다. 즉, 신호 가공부(830)는 청취 위치로부터 30도, 110도, 250도, 및 330도 위치에 있는 라우드스피커(1001 내지 1004) 중 한 쌍의 라우드스피커를 이용하여 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다. 예를 들면, 신호 가공부(830)는 전면(1021)에 있는 반사음 신호의 재생을 위하여, 330도의 라우드스피커(1001)와 30도의 라우드스피커(1002)를 이용하여 전면(1021)에 있는 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다. 또한, 신호 가공부(830)는 측면(1022, 1024)에 있는 반사음 재생을 위하여, 우측면(1022)은 30도의 라우드스피커(1002)와 110도의 라우드스피커(1003)를 이용하고, 좌측면(1024)은 330도의 라우드스피커(1001)와 250도의 라우드스피커(1004)를 이용하여, 각 측면의 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다. 또한, 신호 가공부(830)는 후면(1023)에 있는 반사음 재생을 위하여 110도의 라우드스피커(1003)와 250도의 라우드스피커(1004)를 이용하여 후면의 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다.Meanwhile, the
두 번째로, 도 11에 도시된 바와 같이, 다채널 라우드스피커 어레이가 직각 사각형으로 배열되어 있는 경우를 살펴보면, 청취자(200)를 기준으로 한 전면(1121), 우측면(1122), 후면(1123), 및 좌측면(1124)에 대해서, 신호 처리부(820)가 음장 합성 재생 방식에 따라 직접음에 대한 구동 신호를 산출하면, 재생부(840)는 그 산출된 구동 신호를 각 면에 해당하는 라우드스피커(1111 내지 1114)를 통해 재생한다.Secondly, as shown in FIG. 11, when the multi-channel loudspeaker array is arranged in a rectangular quadrangle, the
한편, 신호 가공부(830)는 청취 위치로부터 배열마다 가장자리 2개의 라우드스피커 씩, 전체 8개의 라우드스피커(1101 내지 1108)를 이용하여 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다. 즉, 신호 가공부(830)는 전면(1121)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1102" 및 "1103"을 이용하고, 우측면(1122)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1104" 및 "1105"를 이용하고, 후면(1123)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1106" 및 "1107"을 이용하고, 좌측면(1124)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1108" 및 "1101"을 이용하여, 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다.On the other hand, the
세 번째로, 도 12에 도시된 바와 같이, 다채널 라우드스피커 어레이가 'ㄷ' 자 형태로 배열되어 있는 경우를 살펴보면, 청취자(200)를 기준으로 한 전면(1221), 우측면(1222), 후면(1223), 및 좌측면(1224)에 대해서, 신호 처리부(820)가 음장 합성 재생 방식에 따라 직접음에 대한 구동 신호를 산출하면, 재생부(840)는 그 산출된 구동 신호를 각 면에 해당하는 라우드스피커(1211 내지 1213)를 통해 재생한다.Third, as shown in FIG. 12, when the multi-channel loudspeaker array is arranged in a 'c' shape, the
한편, 신호 가공부(830)는 청취 위치로부터 배열마다 가장자리 2개의 라우드스피커 씩, 전체 6개의 라우드스피커(1201 내지 1206)를 이용하여 가상의 음상을 정위시킨다. 즉, 신호 가공부(830)는 전면(1221)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1202" 및 1203을 이용하고, 우측면(1222)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1204" 및 "1205"를 이용하고, 후면(1223)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1205" 및 "1206"을 이용하고, 좌측면(1224)의 경우에는 2개의 라우드스피커 "1206" 및 "1201"을 이용하여, 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다.On the other hand, the
한편, 라우드스피커 어레이는 삼각형, 마름모 등 다양한 배열로 구현될 수도 있다.On the other hand, the loudspeaker array may be implemented in a variety of arrangements, such as triangles, rhombuses.
도 13 은 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 방법에 대한 제1 실시예 흐름도이다.13 is a flowchart of a first embodiment of a stereoscopic sound field reproduction method for reflection sound reproduction according to the present invention.
먼저, 입력부(810)는 라우드스피커 배열 정보, 청취자의 위치로부터의 정위하고자 하는 음원 위치에 대한 반사음의 음원 위치 정보, 재생하고자 하는 공간에 대한 반사음의 공간 임펄스 응답, 및 직접음의 음원 신호 등과 같은 "반사음 재생을 위한 정보"를 입력받는다(1302).First, the
그리고 신호 처리부(820)는 입력부(810)에서 입력받은 "반사음 재생을 위한 정보" 중에서 반사음의 음원 위치 정보와 라우드스피커 배열 정보를 이용하여 청취자 위치에 대한 각 라우드스피커의 각도 및 청취자와의 거리를 확인하고, 패닝 방식 적용을 위한 라우드스피커를 선정한다(1304). 이때, 신호 처리부(820)는 패닝 방식을 적용하기 위하여, 라우드스피커의 배열 종류에 따라 서로 다른 라우드스피커를 선정한다.In addition, the signal processor 820 uses the sound source position information and the loudspeaker array information of the reflected sound among the "information for reproducing the sound" received from the
상기와 같이 패닝 방식 적용을 위한 라우드스피커가 선정된 후, 신호 처리부(820)는 입력부(810)에서 입력받은 "반사음 재생을 위한 정보" 중에서 재생하고자 하는 공간에 대한 반사음의 공간 임펄스 응답과 직접음의 음원 신호를 컨벌루션하여 반사음 신호를 산출한다(1306).After the loudspeaker for the panning method is selected as described above, the signal processing unit 820 receives the spatial impulse response and the direct sound of the reflected sound for the space to be reproduced from the “information for reproducing the sound” received from the
이후, 신호 가공부(830)는 신호 처리부(820)에서 산출된 반사음 신호의 각도 성분을 분석하여 한 쌍의 라우드스피커에 반사음 신호를 할당하여 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다. 이때, 신호 가공부(830)는 패닝 방식을 적용하기 위하여, 일정파워패닝 및 역제곱 법칙을 이용하여 산출된 반사음 신호를 가상의 음상에 정위시킨다(1308).Thereafter, the
그리고 재생부(840)는 신호 가공부(830)에서 가상의 음상에 정위시킨 반사음 신호를 한 쌍의 라우드스피커를 통해 재생한다(1310).The
이하, 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제2 실시예를 도 14 내지 도 18을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 입체 음장 재생 장치의 제2 실시예는 음장 합성 재생을 위하여 이미 설치되어 있는 다수의 라우드스피커를 이용하여 해당 반사음을 각각 재생하는 방식에 관한 것이다.Hereinafter, a second embodiment of a stereoscopic sound field reproducing apparatus for reflecting sound reproduction according to the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 18. A second embodiment of the stereoscopic sound field reproducing apparatus according to the present invention relates to a method of reproducing corresponding reflection sounds by using a plurality of loudspeakers already installed for sound field synthesis reproduction.
우선, 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제2 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 제1 실시예를 다시 한번 살펴보면 다음과 같다.First, before describing the second embodiment of the stereoscopic sound field reproduction apparatus for reproducing the reflected sound according to the present invention, the first embodiment according to the present invention will be described as follows.
전술한 대로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 음장 재생 장치(800)는 패닝 방식을 이용하여 물리적으로 라우드스피커가 존재하지 않는 위치에서도 소리를 재생할 수 있다. 이를 위하여, 입체 음장 재생 장치(800)는 두 개의 라우드스피커가 쌍을 이루고 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이 전면의 경우에 좌측 스피커(91)와 우측(Right) 스피커(92) 사이의 패닝을 이용하여 반사음을 가상 음원으로서 재생하고, 측면의 경우에 좌, 우 각각 좌측 스피커(91)와 좌측 서라운드 스피커(93), 우측 스피커(92)와 우측 서라운드 스피커(94)를 이용하여 패닝하며, 후면의 경우에 좌측 서라운드 스피커(93)와 우측 서라운드 스피커(94)를 이용하여 반사음을 패닝함으로써, 청취자 주위 360도 전방향에 분포된 반사음을 모사할 수가 있게 된다.As described above, the stereoscopic sound
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 음장 재생 장치(800)는 일정파워패닝(constant power panning law)을 적용하더라도, 스피커 쪽으로 가상 음상이 치우칠 수 있다. 이때, 입체 음장 재생 장치(800)는 스피커 쪽으로 가상 음상이 치우쳐 음상 정위가 정확하지 못하거나 파워 조절 및 조합으로 인한 음색이 변화될 수 있다.Here, in the stereoscopic sound
따라서 본 발명에 따른 제2 실시예인 입체 음장 재생 장치(1400)는 청취자를 둘러싼 360도 모든 방향의 반사음 신호를 재생해주기 위하여, 이미 설치되어 있는 라우드스피커 어레이를 이용하도록 한다. 여기서, 반사음 신호는 직접음이 재생된 이후 그 반사음 신호가 재생되는 시각, 음압, 및 청취자를 기준으로 했을 때 입사되는 각도를 가진다. 즉, 상기 [표 1]과 같이 재생하고자 하는 반사음 신호의 세 가지 정보를 미리 가지고 있으므로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 음장 재생 장치(1400)는 이러한 반사음 신호의 세 가지 정보 중 각도 정보를 이용해서 반사음 신호를 각각의 라우드스피커에 할당하여 재생해주게 된다. 라우드스피커 어레이는 청취자를 둘러싸고 있기 때문에, 입체 음장 재생 장치(1400)는 별도의 렌더링 과정을 거치지 않고 입사각도에 있는 라우드스피커에서 바로 재생하게 된다. 이러한 방식을 GRA(Grouped Reflection Algorithm) 방식이라 한다.Therefore, the stereoscopic sound
도 14 는 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제2 실시예 구성도이다.14 is a configuration diagram of a second embodiment of a stereoscopic sound field reproducing apparatus for reflecting sound reproduction according to the present invention.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치(1400)는 입력부(1410), 신호 가공부(1420), 신호 처리부(1430), 및 재생부(1440)를 포함한다.As shown in FIG. 14, the stereoscopic sound
상기 입력부(1410)는 라우드스피커 배열 정보, 청취자의 위치로부터 정위하고자 하는 음원 위치에 대한 반사음의 음원 위치 정보, 재생하고자 하는 공간에 대한 반사음의 공간 임펄스 응답, 및 직접음의 음원 신호를 입력받는다.The
그리고 신호 가공부(1420)는 입력부(1410)에서 입력받은 라우드스피커 배열 정보와 청취자의 위치로부터 정위하고자 하는 음원 위치에 대한 반사음의 음원 위치 정보를 분석하여 각 라우드스피커 간 각도와, 각 라우드스피커로부터 재생하고자 하는 반사음 위치까지의 거리를 구한다. 그리고 신호 가공부(1420)는 구한 각 라우드스피커의 재생 각도와, 각 라우드스피커와 반사음의 음원 위치 간 거리를 이용하여 반사음의 재생 각도에 해당하는 라우드스피커를 확인한다.The
여기서, 상기 반사음의 재생 각도에 해당하는 라우드스피커의 확인 과정을 좀더 상세히 살펴보기로 한다.Here, the process of identifying the loudspeaker corresponding to the reproduction angle of the reflected sound will be described in more detail.
만약, 미리 청취자가 바라보는 정면에 위치한 라우드스피커를 0도 위치의 라우드스피커라고 정하면, 각각의 라우드스피커는 시계방향으로 일정한 각도만큼 증가하여 360도에 해당하는 라우드스피커 어레이로 이루어지게 된다. 라우드스피커 어레이가 원형을 이루고 있고 청취자가 정중앙에 있으면, 매 k도마다 라우드스피커가 배치되어 있는 것이고 청취자와의 거리는 모두가 동일하게 된다. 신호 가공부(1420)는 반사음의 음원 위치의 각도 정보를 분석해서 k도 및 k도의 배수로 이루어진 각 라우드스피커의 재생 각도와 반사음의 재생 각도의 비교를 통하여 반사음의 재생 각도가 몇 번째 k도의 배수에 해당하는지를 확인하고, 그 몇 번째 k도의 배수와 관련된 라우드스피커를 선별한다. 이때, 신호 가공부(1420)는 반사음의 재생 각도가 k도 각도의 배수에 해당하지 않으면, 반사음의 재생 각도를 기준으로 인접한 라우드스피커 중 각도 차이가 적은 쪽의 라우드스피커로 결정하게 된다.If the loudspeaker located in front of the listener is viewed as a loudspeaker in the 0 degree position, each loudspeaker is made of a loudspeaker array corresponding to 360 degrees by increasing a clockwise angle. If the loudspeaker array is circular and the listener is centered, the loudspeaker is placed every k degrees and the distance from the listener is all the same. The
그리고 신호 가공부(1420)는 입력부(1410)에서 입력받은 재생하고자 하는 공간에 대해서 반사음의 공간 임펄스 응답의 각도 또는 파워 중 적어도 하나를 각 라우드스피커 간 각도 배수 및 반사음의 음원 위치까지의 거리에 맞게 조정한다.In addition, the
한편, 신호 처리부(1430)는 신호 가공부(1420)에서 조정된 공간 임펄스 응답과, 입력부(1410)에서 입력받은 직접음의 음원 신호를 컨벌루션하여 각각의 라우드스피커에 할당할 반사음 신호를 산출한다.Meanwhile, the
그리고 재생부(1440)는 신호 처리부(1430)에서 산출된 반사음 신호를 신호 가공부(1420)에서 확인된 각각의 라우드스피커를 통해 재생한다.The
도 15 내지 도 17 은 본 발명의 제2 실시예에 적용되는 라우드스피커의 배열에 대한 예시도이다.15 to 17 are diagrams illustrating an arrangement of loudspeakers applied to the second embodiment of the present invention.
도 15를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 적용되는 라우드스피커 어레이가 원형을 이루고 있는 경우를 살펴보면, 청취자(200)는 정중앙에 있고 매 k도마다 라우드스피커가 배치되어 있으며, 청취자와 라우드스피커 간의 거리는 모두가 동일하게 된다.Referring to FIG. 15, when the loudspeaker array applied to the second embodiment of the present invention has a circular shape, the
전술한 대로, 신호 가공부(1420)는 반사음의 음원 위치의 각도 정보를 분석해서 k도 및 k도의 배수 중 어느 k도의 배수에 해당하는지를 확인한다. 이때, 신호 가공부(1420)는 정확하게 k도 및 k도의 배수에 해당하지 않는 반사음의 각도를 인접한 각도 중 수치상 가까운 쪽 각도로 결정한다.As described above, the
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 적용되는 라우드스피커의 배열은 직각 사각형 형태로 배치될 수도 있다. 도 15에서는 라우드스피커 어레이가 원형을 이루고 있고 청취자가 정중앙에 있어서, 매 k도마다 라우드스피커와 청취자 간의 거리가 모두가 동일하게 된다. 하지만, 직각 사각형 형태로 배열된 라우드스피커 어레이에서는 매 k도의 위치에서 라우드스피커와 청취자 간의 거리가 동일하지 않다.In addition, as shown in Figure 16, the arrangement of the loudspeakers applied to the second embodiment of the present invention may be arranged in a rectangular shape. In Fig. 15, the loudspeaker array is circular and the listener is centered, so that the distance between the loudspeaker and the listener is the same every k degrees. However, in a loudspeaker array arranged at right angles, the distance between the loudspeaker and the listener is not equal at every k degrees.
또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 적용되는 라우드스피커의 배열은 직각 사각형의 네 개의 변 중 하나가 없는 'ㄷ' 자 형태로 배치될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 17, the loudspeaker array applied to the second embodiment of the present invention may be arranged in a 'c' shape without any one of four sides of a rectangular quadrangle.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 적용되는 라우드스피커의 배열은 삼각형, 마름모 등 다양한 배열로 이루어질 수 있다. 또한, 청취자(200)의 청취 위치 또한 라우드스피커 배열의 정중앙만이 아니라 어느 한쪽으로 치우쳐 있을 수도 있다. 따라서 이러한 라우드스피커 배열 정보와 음원 위치 정보를 기초로 하여 반사음 신호의 각도별 음압을 재조정할 수도 있다.On the other hand, the loudspeaker array applied to the second embodiment of the present invention may be made in a variety of arrangements, such as triangle, rhombus. In addition, the listening position of the
도 18 은 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 방법에 대한 제2 실시예 흐름도이다.18 is a flowchart of a second embodiment of a stereoscopic sound field reproduction method for reflection sound reproduction according to the present invention.
먼저, 입력부(1410)는 라우드스피커 배열 정보, 청취자의 위치로부터 정위하고자 하는 음원 위치에 대한 반사음의 음원 위치 정보, 재생하고자 하는 공간에 대한 반사음의 공간 임펄스 응답, 및 직접음의 음원 신호를 입력받는다(1802).First, the
이후, 신호 가공부(1420)는 입력부(1410)에서 입력받은 라우드스피커 배열 정보와 청취자의 위치로부터 정위하고자 하는 음원 위치에 대한 반사음의 음원 위치 정보를 분석하여 각 라우드스피커 간 각도와, 각 라우드스피커로부터 재생하고자 하는 반사음 위치까지의 거리를 구한다. 그리고 신호 가공부(1420)는 각 라우드스피커의 재생 각도와, 각 라우드스피커와 반사음의 음원 위치 간 거리를 이용하여 반사음의 재생 각도에 해당하는 라우드스피커를 확인한다(1804).Thereafter, the
그리고 신호 가공부(1420)는 입력부(1410)에서 입력받은 재생하고자 하는 공간에 대해서 반사음의 공간 임펄스 응답의 각도 또는 파워 중 적어도 하나를 각 라우드스피커 간 각도 배수 및 반사음의 음원 위치까지의 거리에 맞게 조정한다(1806). 이때, 신호 가공부(1420)는 반사음의 재생 각도가 k도 각도 배수에 해당하지 않으면, 반사음의 재생 각도를 기준으로 인접한 라우드스피커 중 각도 차이가 적은 쪽의 라우드스피커로 결정하게 된다.In addition, the
이후, 신호 처리부(1430)는 신호 가공부(1420)에서 조정된 공간 임펄스 응답과, 입력부(1410)에서 입력받은 직접음의 음원 신호를 컨벌루션하여 각각의 라우드스피커에 할당할 반사음 신호를 산출한다(1808).Thereafter, the
이후, 재생부(1440)는 신호 처리부(1430)에서 산출된 반사음 신호를 신호 가공부(1420)에서 확인된 각각의 라우드스피커를 통해 재생한다(1810).Thereafter, the
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
도 1 은 본 발명의 이해를 돕기 위한 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치의 일실시예 구성도,1 is a configuration diagram of an embodiment of a stereoscopic sound field reproducing apparatus using sound field synthesis to help understanding of the present invention;
도 2 는 평면상의 음장만이 고려된 반사음 분포에 대한 예시도,2 is an exemplary diagram of a reflection sound distribution considering only a sound field on a plane;
도 3 은 시간에 따른 직접음과 반사음의 크기를 비교하여 나타낸 도면,3 is a view comparing the magnitudes of the direct sound and the reflected sound over time;
도 4 내지 도 6 은 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 장치에 적용되는 라우드스피커의 배열에 대한 예시도,4 to 6 are diagrams illustrating an arrangement of loudspeakers applied to a stereoscopic sound field reproduction apparatus using sound field synthesis;
도 7 은 본 발명의 이해를 돕기 위한 음장 합성을 이용한 입체 음장 재생 방법에 대한 일실시예 흐름도,7 is a flow chart of an embodiment of a stereoscopic sound field reproducing method using sound field synthesis for the understanding of the present invention;
도 8 은 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제1 실시예 구성도,8 is a configuration diagram of a first embodiment of a stereoscopic sound field reproduction apparatus for reflecting sound reproduction according to the present invention;
도 9 는 본 발명에 적용되는 패닝 방식에 대한 일실시예 설명도,9 is a diagram illustrating an embodiment of a panning method applied to the present invention;
도 10 내지 도 12 는 본 발명의 제1 실시예에 적용되는 라우드스피커의 배열에 대한 예시도,10 to 12 is an illustration of the arrangement of the loudspeakers applied to the first embodiment of the present invention,
도 13 은 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 방법에 대한 제1 실시예 흐름도,13 is a flowchart of a first embodiment of a stereoscopic sound field reproduction method for reflection sound reproduction according to the present invention;
도 14 는 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 장치의 제2 실시예 구성도,14 is a configuration diagram of a second embodiment of a stereoscopic sound field reproduction apparatus for reflecting sound reproduction according to the present invention;
도 15 내지 도 17 은 본 발명의 제2 실시예에 적용되는 라우드스피커의 배열에 대한 예시도,15 to 17 is an illustration of the arrangement of the loudspeakers applied to the second embodiment of the present invention,
도 18 은 본 발명에 따른 반사음 재생을 위한 입체 음장 재생 방법에 대한 제2 실시예 흐름도이다.18 is a flowchart of a second embodiment of a stereoscopic sound field reproduction method for reflection sound reproduction according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
800, 1400: 입체 음장 재생 장치 810, 1410: 입력부800, 1400: stereoscopic sound
820, 1430: 신호 처리부 830, 1420: 신호 가공부820, 1430:
840, 1440: 재생부840, 1440: playback unit
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