KR100443405B1 - 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티 채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치에 관한 것이다.

개시된 본 발명은, 복수개의 스피커에서 각각 발생되는 신호를 청취자의 양쪽 귀에서 각각 느끼는 신호로 분리하는 좌우 신호분리 필터「SP1/L1,R1」,「SP2/L2,R2」,「SP3/L3,R3」.... 「SPn/Ln,Rn」; 상기 좌우 신호분리필터를 통해 분리된 좌우 신호를 입력으로 하여 복수의 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배하는 신호 재분배 필터「Q(z)→HP_L1, HP_L2,HP_L3....HP_Lm」와「Q(z)→HP_R1, HP_R2,HP_R3....HP_Rm」가 포함된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 기존의 멀티채널 스피커 시스템에서만 느낄 수 있는 입체음향을 간단히 휴대할 수 있는 헤드폰에서 보다 효과적으로 청취할 수 있도록 한 것이고 또한 기존의 스피커 시스템보다 적은 비용으로 보다 나은 입체음향 효과를 체험할 수 있는 동시에 그 응용분야를 대폭 확대할 수 있도록 한 것이다.

Description

멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티 채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치{THE EQUIPMENT REDISTRIBUTION CHANGE OF MULTI CHANNEL HEADPHONE AUDIO SIGNAL FOR MULTI CHANNEL SPEAKER AUDIO SIGNAL}

본 발명은 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 멀티채널 스피커 시스템에서만 느낄 수 있는 입체음향을 간단히 휴대할 수 있는 헤드폰에서 보다 효과적으로 청취할 수 있도록 한 것이고 또한 기존의 스피커 시스템보다 적은 비용으로 보다 나은 입체음향 효과를 체험할 수 있는 동시에 그 응용분야를 대폭 확대할 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 멀티미디어 산업이 발전함에 따라 3차원 입체음향을 보다 충실히 느낄 수 있도록 복수의 스피커를 이용한 멀티채널 스피커 시스템이 사용되고 있다. 멀티채널 스피커 시스템을 이용하면 현장감 있는 입체음향을 느낄 수 있으며, 이를 재생할 수 있는 시스템만 설치되어 있으면 일반 가정이나 사무실에서도 영화관에서나 느낄 수 있는 입체음향 효과를 쉽게 느낄 수 있다.

이와 같이 채널 수와 스피커 수가 증가함에 따라서는 보다 나은 입체음향을 느낄 수 있다. 하지만 증가한 채널 수에 대한 여러 가지 기기의 추가 설치가 필요하며 그에 따른 비용과 공간 ·기술적인 제약 등이 발생하게 된다.

인간의 청각이 어떻게 3차원 공간에 존재하는 음향을 인식하는가에 대해서는 이미 많은 연구가 이루어져 왔다. 하지만 아직도 규명되지 못한 부분이 많은 상태라고 할 수 있다. 인간의 3차원 입체음향에 대한 연구중 양쪽 귀를 함께 고려한 연구의 결과인 머리전달 함수(HRTF: Head Related Transfer Function)에 의해 인간이 공간상의 음원을 인식하는 인식 특성을 모델링 하였다. 머리전달 함수(HRTF)는 음원의 위치에 따라 크게 죄우되며, 같은 음원의 위치라도 왼쪽 귀와 오른쪽 귀의 머리전달 함수(HRTF)는 달라질 수 있다. 또한 사람마다 귓바퀴, 얼굴 모양이 모두 다르기 때문에 개인에 다라 이 머리전달 함수는 차이가 생기게 된다.

이러한 머리전달 함수(HRTF)를 이용하여 3차원 입체 음장을 재현해 줄 수 있는데 그 기본 원리는 특정한 위치의 머리전달 함수(HRTF)와 입력 오디오 신호를 콘벌루션 해주면 특정한 위치에서 소리가 나는 것처럼 느끼게 된다. 이런 원리를 응용하여 공간상에서 존재하는 음원의 위치를 임의의 위치로 바꿔주는 것이 가능하게 되었다.

머리전달 함수(HRTF)를 이용하여 스피커 시스템에서 입체음을 보다 효율적으로 체험하기 위해서는 스피커에서 발생하는 크로스톡(Cross-talk)을 제거해 주어야 하며 이를 위해서는 스피커 시스템과 청취자 사이의 위치 관계를 설정해 주어야만 한다. 하지만 이 설정된 위치에서만 청취자가 음향을 청취한다는 것은 많은 제약이 따르며 또한 청취자의 위치 변화에 따라서 음향의 좌우 균형을 유지하는 것은 사실상 불가능하다. 또한 계속해서 발전하는 휴대용 오디오 재생장치에서는 이러한 시스템을 사용하기 위해 휴대한다는 것은 사실상 휴대용 오디오 재생장치의 의미가 사라지게 된다.

또한 대부분의 헤드폰 시스템은 2채널의 스테레오 시스템으로 멀티채널의 스피커 시스템에서 느낄 수 있는 입체음향을 체험하기 힘들다. 특히 5.1 채널의 돌비 서라운드 스피커 시스템에서 느낄 수 있는 입체음향을 2채널의 헤드폰 시스템에서 충실히 체험하기는 어려우며, 돌비 서라운드 스피커 시스템에서도 5개의 스피커를 각각 분리 설치하고 센터 스피커는 반드시 정 중앙에 설치해야 하며, 리어(rear) 스피커는 청취자의 후방에 설치해야 하므로 설치시 공간상의 제약을 많이 받게 되는 문제점을 갖고 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 헤드폰 시스템을 통한 입체음향 구현이 보다 효율적이라 할 수 있는데 종래에는 이러한 기술적 구성이 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 기존의 멀티채널 스피커 시스템에서만 느낄 수 있는 입체음향을 간단히 휴대할 수 있는 헤드폰에서 보다 효과적으로 청취할 수 있도록 함을 제1목적으로 하는 것이고, 제2목적은 기존의 스피커 시스템보다 적은 비용으로 보다 나은 입체음향 효과를 체험할 수 있도록 한 것이며, 제3목적은 이로 인해 그 응용분야를 대폭 확대할 수 있도록 한 것이고, 제4목적은 상기와 같은 기술적 구성에 의해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 방법 및 그 장치를 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은, 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하는 장치로서, 복수개의 스피커에서 각각 발생되는 신호를 청취자의 양쪽 귀에서 각각 느끼는 신호로 분리하는 좌우 신호분리 필터「SP1/L1,R1」,「SP2/L2,R2」,「SP3/L3,R3」.... 「SPn/Ln,Rn」; 및, 상기 좌우 신호분리필터를 통해 분리된 좌우 신호를 입력으로 하여 복수의 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배하는 신호 재분배 필터「Q(z)→HP_L1, HP_L2,HP_L3....HP_Lm」와「Q(z)→HP_R1, HP_R2,HP_R3....HP_Rm」가 포함됨을 특징으로 한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 ITU 국제 위원회에서 권고하는 5채널 오디오 음원의 표준 재생 위치

를 나타낸 구성도.

도 2 는 본 발명 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디

오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치의 일실시예를 도시한 구성도.

도 3 은 본 발명 신호 재분배 시스템을 이용하여 복수의 헤드폰용 신호로 재

분배하는 것을 도시한 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 좌우 신호분리 필터 20, 20a: 신호 재분배 필터

본 발명에 적용된 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치는 도 2, 3 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서 도 1 은 ITU 국제 위원회에서 권고하는 5채널 오디오 음원의 표준 재생 위치를 나타낸 것으로, 좌측 음원(L)은 청취자를 중심으로 좌측 30°의 각도를 갖고, 우측 음원(R)은 청취자를 중심으로 우측 30°의 각도를 갖는다. 그리고 좌측스테레오 음원(LS)은 청취자를 중심으로 좌측 110°의 각도를 갖고, 우측스테레오 음원(RS)은 청취자를 중심으로 우측 110°의 각도를 갖는다. 그리고 이때 중앙 채널의 음원(C)은 청취자의 바로 정면 0°에 위치한다.

상기에서와 같은 스피커 시스템에서 청취자는 효과적인 입체음향을 체험할 수 있다. 이러한 시스템에서 체험할 수 있는 입체음향을 멀티채널 헤드폰을 이용한 시스템에서도 느낄 수 있도록 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 방법으로 단지 5채널 뿐만 아니라 다수의 스피커를 이용한 멀티채널 시스템의 오디오 신호를 다수의 스피커 유닛을 사용한 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 시스템이 있다.

도 2 는 본 발명 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치로, 크게 다수의 좌우 신호 분리필터(10)와 2개의 신호 재분배필터(20)(20a)로 이루어진다.

이때 상기 좌우 신호 분리필터(10)인 「SP1/L1,R1」,「SP2/L2,R2」,「SP3/L3,R3」.... 「SPn/Ln,Rn」는 각 채널별로 각 스피커에서 출력되는 신호를 청취자의 양쪽 귀로 분배되는 신호로 분리하게 된다.

그리고 상기 신호 재분배필터(20)(20a)인「Q(z)→HP_L1, HP_L2,HP_L3....HP_Lm」와「Q(z)→HP_R1, HP_R2,HP_R3....HP_Rm」는 스피커 좌우 신호분리 필터(10)에 의해 분리된 음원을 합성하여 헤드폰용 멀티채널 오디오 신호로 변환한 뒤 헤드폰의 각 채널로 재분배 하여 주는 것이다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 핵심 원리는 도 3 에 도시된 바와 같이 다수의 스피커로 입력되는 복수의 신호를 A 에서 B 형태의 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현된 신호 재분배시스템을 이용하여 복수의 헤드폰용 신호로 재분배하는 것이다.

이때 출력신호는 아래과 같으며,

yj(k)=Qji(z)xi(k) (j=1∼B)

이때 상기 Qji(z)의 구성은 충격(Impulse), 반응(Response), 작용(Function)으로 Qji(z)를 구성하며, 각 Qji(z)는 i번째 입력신호에 대한 j번째의 출력 전달함수를 말한다. 이렇게 Qji(z)를 이용하여 헤드폰용 오디오 신호 yi(k)를 출력한다.

이때 청취자의 양쪽 귀로 듣는 신호를 각각 P_L, P_R이라고 할 때 각각 P_L과 P_R은 아래와 같이 된다.

P_L=(y₁, y₂...y_B)_L=(x₁,x₂...x_A)_L

P_R=(y₁, y₂...y_B)_R=(x₁,x₂...x_A)_R

상기에서()_L은 헤드폰용 오디오 데이터를 재분배된 신호에 의해서 왼쪽 귀로 듣게 되는 신호이며,()_L는 재분배 전 스피커 시스템용 오디오 데이터에 의한 신호로서 왼쪽 귀로 듣게 되는 신호이다. 그리고()_R는 헤드폰용 오디오 데이터를 재분배된 신호에 의해서 오른쪽 귀로 듣게 되는 신호이며,()_R는 재분배 전 스피커 시스템용 오디오 데이터에 의한 신호로 오른쪽 귀로 듣게 되는 신호이다.

이와 같이 두 신호를 같도록 만드는 것이 본 발명의 이상적인 작용으로서, 위의 식을 다시 정리하면 아래와 같이 된다.

이때, 아래와 같은 식이 0이 될 때 가장 이상적인 시스템이다.

Q(z)는 위의 식의 결과를 최소화 하는 필터로서 이러한 방법으로 얻어진 Q(z)를 사용하여 재분배를 수행하는 신호 재분배 시스템이다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 기존의 멀티채널 스피커 시스템에서만 느낄 수 있는 입체음향을 간단히 휴대할 수 있는 헤드폰에서 보다 효과적으로 청취할 수 있도록 한 것이고, 기존의 스피커 시스템보다 적은 비용으로 보다 나은 입체음향 효과를 체험할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 그 응용분야를 대폭 확대할 수 있도록 한 것이고, 상기와 같은 기술적 구성에 의해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하는 장치에 있어서,

   복수개의 스피커에서 각각 발생되는 신호를 청취자의 양쪽 귀에서 각각 느끼는 신호로 분리하는 좌우 신호분리 필터「SP1/L1,R1」,「SP2/L2,R2」,「SP3/L3,R3」.... 「SPn/Ln,Rn」;

   상기 좌우 신호분리필터를 통해 분리된 좌우 신호를 입력으로 하여 복수의 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배하는 신호 재분배 필터「Q(z)→HP_L1, HP_L2,HP_L3....HP_Lm」와「Q(z)→HP_R1, HP_R2,HP_R3....HP_Rm」가 포함됨을 특징으로 하는 멀티채널 스피커용 오디오 신호를 멀티채널 헤드폰용 오디오 신호로 변환하여 재분배 하는 장치.