KR100636252B1 - 공간 스테레오 사운드 생성 방법 및 장치 - Google Patents

공간 스테레오 사운드 생성 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

2채널의 스테레오 사운드 신호를 공간 스테레오 사운드로 처리하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 입력되는 제1, 제2 채널의 각 신호에 대해 두 귀간에 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 입체 신호로 생성하는 과정, 제1,제2채널의 신호를 합하여 제1,제2채널의 센터 채널의 신호로 생성하는 과정, 제1, 제2 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 제1채널의 서라운드 신호로 생성하고, 상기 제1채널의 서라운드 신호를 역 위상하여 제2채널의 서라운드 신호로 생성하는 과정, 생성된 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고, 그 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 제1,제2채널의 반사음으로 처리하는 과정, 생성된 신호들의 상기 제1채널 및 제2채널 끼리 더하는 과정을 포함한다.

Description

공간 스테레오 사운드 생성 방법 및 장치{Method and apparatus for spatial stereo sound}
도 1은 종래의 스테레오 인핸스먼트 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공간 스테레오 사운드 생성 장치의 일실시예이다.
도 3은 도 2의 반사음 처리부의 상세도이다.
도 4는 두귀간의 시간차를 보이는 개념도이다.
도 5는 가상 공간에서의 반사음 생성 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 공간 스테레오 사운드 생성 장치의 다른 실시예이다.
도 7은 도 6의 반사음 처리부의 상세도이다.
본 발명은 입체 사운드 재생 시스템에 관한 것이며, 특히 CD, MP3등과 같은 매체를 통해 재생되는 2채널의 스테레오 사운드 신호를 공간 스테레오 사운드로 처리하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
근래 들어 2채널의 헤드폰, 이어폰 또는 스피커를 통해 3차원 입체 음향을 들을 수 있는 기술이 구현되고 있다.
이런 입체 음향 음향을 2채널의 이어폰, 헤드폰 또는 스피커로 구현하게 하기 위해 오디오 정보를 코딩하는 프로세서를 기반으로 스테레오 인핸스먼트 시스템이 개발되고 있다.
이러한 스테레오 인핸스먼트 시스템에 관련된 기술이 US 6,597,791 B1(filed 15 Dec. 1998 entitled AUDIO ENHANCEMENT SYSTEM)에 개시되어 있다.
도 1을 참조한 종래의 스테레오 인핸스먼트 시스템은 좌(L), 우(R) 채널의 신호를 받고, 그 좌, 우 채널간의 차 신호(34)와 합 신호(22)를 이용하여 두 채널의 입체음향 효과를 생성한다. 즉, 스테레오 인핸스먼트 시스템은 좌, 우 채널의 신호(18, 26)와, 두 채널간의 차 신호(Difference Signal)와(34) 합 신호(22)를 결합하여 스테레오 효과를 강조한다. 이때 차 신호(34)는 이퀄라이저(40)의 서로 다른 복수개의 필터 (44, 48)및 감쇄기(46)를 통해 수정된 차 신호로 생성된다.
그러나 도 1과 같은 종래의 스테레오 인핸스먼트 시스템은 음원의 방향을 인지하는데 중요한 역할을 하는 머리에 대한 고려가 되어 있지 않아 가상 음원의 위치화가 되어있지 않고 반사음이 생성되지 않아 공간감을 느끼지 못하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 MP3 플레이어나 CD 플레이어등을 통하여 재생되는 2채널 스테레오 신호에 대해 2채널 입체음향 효과를 부과함으로써 2채널 스피커, 헤드폰 또는 이어폰을 사용하여 재생할 때 청취자가 입체감과 공간감을 느낄 수 있는 공간 스테레오 사운드 생성 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 공간 스테레오 사운드 생성 방법에 있어서,
입력되는 제1, 제2 채널의 각 신호에 대해 두 귀간에 입사하는 시간 차이와 음압 차이를 반영하여 제1 및 제2채널의 입체 신호로 생성하는 과정;
상기 제1, 제2 채널의 신호를 합하여 제1, 제2채널의 센터 채널의 신호로 생성하는 과정;
상기 제1, 제2 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 서라운드 신호로 생성하고, 상기 생성된 서라운드 신호를 역 위상 제1, 제2채널의 서라운드 신호로 생성하는 과정;
상기 과정에서 생성된 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고, 그 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 음압 차이를 반영하여 제1,제2채널의 반사음으로 처리하는 과정;
상기 과정에서 생성된 신호들의 상기 제1채널 및 제2채널 끼리 더하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 공간 스테레오 사운드 생성 장치에 있어서,
제1,제2 채널의 각 신호에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 음압 차이를 반영하여 각 채널의 신호에 대해 제1,제2채널의 입체 신호로 생성하는 입체 신호 생성부;
상기 제1, 제2 채널의 신호를 합하여 제1, 제2채널의 센터 채널의 신호로 생 성하는 센터 채널 신호 생성부;
상기 제1, 제2 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 서라운드 신호로 생성하고, 상기 생성된 서라운드 신호를 역 위상된 제1, 제2채널의 서라운드 신호로 생성하는 서라운드 신호 생성부;
상기 서라운드 신호 생성부에서 생성된 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고, 그 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 음압 차이를 반영하여 제1,제2채널의 반사음으로 생성하는 반사음 처리부;
상기 입체 신호 생성부, 상기 서라운드 신호 생성부, 상기 반사음 처리부에서 생성된 신호들의 제1 채널 및 제2 채널 끼리 더하는 믹싱부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 공간 스테레오 사운드 생성 장치의 일실시예이다.
도 2의 공간 스테레오 사운드 장치는 좌, 우 입체 신호 생성부(210, 220), 센터 채널 신호 생성부(230), 서라운드 신호 생성부(240), 반사음 처리부(250), 믹싱부(260)로 구성된다.
좌, 우 입체 신호 생성부(210, 220)는 입력되는 좌, 우 채널별로 각 채널의 신호에 대해서 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 음압 차이를 반영하여 제1,제2채널의 입체 신호로 생성한다.
센터 채널 신호 생성부(230)는 좌, 우 채널의 신호를 합하여 센터 채널의 신호로 생성한다.
서라운드 신호 생성부(240)는 좌, 우 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 서라운드 신호로 생성하고, 그 생성된 서라운드 신호를 역 위상된 제1, 제2채널의 서라운드 신호로 생성한다.
반사음 처리부(250)는 서라운드 신호 생성부(240)에서 생성된 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고, 그 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 음압 차이를 반영하여 좌, 우 채널의 반사음으로 생성한다.
믹싱부(260)는 좌, 우 입체 신호 생성부(210, 220), 센터 채널 신호 생성부(230), 서라운드 신호 생성부(240), 반사음 처리부(250)에서 생성된 신호들의 좌 채널 및 우 채널 끼리 더하여 좌, 우 채널의 공간 스테레오 신호를 출력한다.
도 2를 참조하여 공간 스테레오 사운드 생성 장치를 상세하게 설명한다.
먼저, mp3 플레이어 또는 CD 플레이어와 같은 음원 재생 장치(도시안됨)로부터 발생되는 좌, 우 스테레오 채널의 신호를 입력한다. 이때 입력 신호가 모노 채널로 입력되면 공간감을 주는 효과가 떨어진다. 제1곱셈기(13, 14)는 g1의 게인값을 갖고 좌, 우 채널로 입력되는 신호(11, 12)의 게인을 조정한다. 이때 제1곱셈기(13, 14)의 게인값(g1)은 바람직하게 헤드룸(Headroom)을 확보하기 위하여 1 이하의 양수값으로 좌, 우 채널의 신호에 동일하게 적용된다.
청취자로부터 상대적인 음원의 방향은 두 귀에 입사하는 신호의 음압 차이로 부터 지각할 수 있다. 대표적인 음원의 방향의 지각 방법은 두 귀간의 시간차(ITD, Interaural time difference)와 두 귀간의 레벨차(ILD, Interaural level difference)이다. 두 귀간의 시간차 (ITD)는 도 4에서 도시된 바와 같이 음원(source)으로부터 청취자의 두 귀까지 도달하는 경로의 길이차로 부터 발생하는 두 귀 사이에 전달되는 신호의 시간차를 말한다. ITD는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
ITD =r(θ+sinθ)/C0
여기서 C0 는 음속으로서 공기에서 약 344 m/s 이다.
ITD는 대략 700Hz 이하의 저주파 영역에서 효과적으로 지각할 수 있다.
한편, ILD는 청취자의 두 귀 사이에 전달되는 신호의 진폭차 혹은 레벨차를 의미한다. ILD는 주로 머리와 귀에서 발생하는 음의 산란 현상 때문에 발생한다.
일반적으로 스테레오 음향 신호를 헤드폰이나 이어폰으로 청취할 때는 음상이 머리 안이나 양 귀에 맺히는 경우가 많은데 두개의 스피커를 통해 듣는 것처럼 음상을 이동시키면 청취자는 입체감을 느낄 수 있다. 따라서 본 발명은 ITD, ILD를 이용하여 좌, 우 채널의 신호의 음상을 이동시킨다. 제1곱셈기(13)를 거친 좌 채널의 신호(15)는 좌측 음상의 왼쪽 귀에 도달한다. 이 좌 채널의 신호(15)는 게인값(g2)을 가진 제2곱셈기(17) 및 소정의 딜레이 계수를 갖는 딜레이 필터(19)를 통해 좌측 음상의 오른쪽 귀에 도달한다. 마찬가지로 제1곱셈기(14)를 거친 우 채 널의 신호(16)는 우측 음상의 오른쪽 귀에 도달한다. 이 우 채널의 신호(16)는 제2곱셈기(18) 및 딜레이 필터(20)를 통해 우측 음상의 왼쪽 귀에 도달한다. 여기서 딜레이 필터(19, 20)는 ITD를 수행하고 제2곱셈기(17, 18)는 ILD를 수행한다. 여기서 두 귀간의 레벨차는 HRTF(Head Related Transfer Function)와 같은 주파수 성분의 차이를 고려하지 않고 대신에 게인값(g2)를 부여하였다. 좌, 우 채널의 신호의 음질을 최대한 유지하기 위해 좌 우 채널의 음상의 가까운 귀 쪽의 신호(15와 16)는 그대로 출력하고 먼 쪽의 신호는 ITD 량만큼의 시간지연과 ILD 량만큼의 레벨 감소를 적용하여 출력함으로써 적은 계산량으로 입체감을 부여하였다. 하지만 보다 정확한 입체감을 부여하기 위하여 제2곱셈기(17, 18)를 주파수 성분의 차이를 고려한 두 귀간의 레벨차를 반영한 HRTF(Head Related Transfer Function)나 저역통과필터(Low Pass Filter) 와 같은 ILD 필터로 대치할 수 있다.
왼쪽 귀에 도달하는 신호(15)와 딜레이 필터(20)를 거친 신호는 왼쪽 제1가산기(21)에서 더해진다. 마찬가지로 오른쪽 귀에 도달하는 신호(16)와 딜레이 필터(19)를 거친 신호는 오른쪽 제1가산기(22)에서 더해진다.
또한 본 발명은 센터 채널의 신호와 서라운드 채널의 신호를 생성함으로써 청취자가 음에 둘러싸인 느낌을 주는 효과를 제공한다.
좌,우 채널의 신호들(15, 16)은 제2가산기(23)에서 합해짐으로써 센터 채널의 신호로 생성된다. 제3곱셈기(24)는 센터 채널의 신호의 레벨에 게인값(g3)을 승산한다. 따라서 센터 채널의 신호는 제3곱셈기(24)를 통해 레벨 조정된 후 왼쪽 및 오른쪽 제1가산기(21, 22)로 출력된다. 또한 제3가산기(27)는 -1의 게인값을 가진 곱셈기(25) 및 딜레이 필터(26)를 거친 우 채널의 신호(16)와 좌 채널의 신호(15)를 더하여 서라운드 채널의 신호를 생성한다. 여기서 딜레이 필터(26)는 좌, 우 채널의 신호사이의 상관도를 낮추는 역할을 수행한다. 제4곱셈기(28)는 서라운드 신호의 레벨에 게인값(g4)을 승산한다. 따라서 서라운드 신호는 제4곱셈기(28)를 통해 레벨 조정된 후 왼쪽 제1가산기(21)로 출력되고, 또한 -1의 게인값을 가진 곱셈기(29)를 통해 180°역 위상되어 오른쪽 제1가산기(22)로 출력된다. 즉, 180°역위상된 좌,우 서라운드 채널의 신호가 좌, 우 채널의 출력 신호에 더해짐으로써 입체감이 더해진다.
또한 헤드폰이나 이어폰 재생 시 발생하기 쉬운 머리 속 음상 정위를 피하고 머리 밖에 음상이 정위 되게 청취자가 느끼게 하려면 가상 공간(virtual room)을 설계하여 여러 반사음들을 재생해야 한다. 본 발명은 서라운드 채널의 신호에 여러 반사음을 생성함으로써 청취자에게 공간감을 제공하고 좌, 우, 센터, 그리고 서라운드 채널의 음상이 머리 밖에 정위되는 효과를 제공한다.
제4곱셈기(28)에서 출력되는 단일 채널의 서라운드 신호는 게인값(g5)을 갖는 제5곱셈기(30)를 통해 레벨 조정되어 반사음 처리부(31)로 입력된다. 반사음 처리부(31)는 그 서라운드 신호로부터 여러개의 반사음들을 생성하고, ITD & ILD를 반영하여 좌,우 채널의 반사음 신호로 분리한다. 따라서 좌측 반사음 신호(32)는 왼쪽 제1가산기(21)로 출력되고, 우측 반사음 신호(33)는 오른쪽 제1가산기(22)로 출력된다.
결국, 제1가산부(21, 22)는 제1곱셈기(13, 14), 딜레이 필터(19,20), 제3곱셈기(24), 제4곱셈기(28), 반사음 처리부(31)에서 출력되는 좌 채널 및 우 채널의 신호끼리 더한다.
공간 스테레오의 최종적인 좌,우 채널의 출력 신호는 왼쪽 제1가산부(21)에서 출력되는 신호(34)와 오른쪽 제1가산부(22)에서 출력되는 신호(35)이다. 따라서 최종적인 좌, 우 채널의 신호는 앰프를 거쳐 2채널 헤드폰 또는 이어폰으로 출력될 수 있고, 곱셈기들의 게인값을 적절히 조정하면 2채널 스피커로 출력될 수도 있다.
도 3은 도 2의 반사음 처리부(31)의 상세도이다.
먼저, 헤드폰 재생 시스템은 입체음향이 정확히 재생되지 않거나 제공되지 않는 경우 음상이 청취자의 머리 안에 맺히는 소위 "In-head localization" 현상이 일어나기 쉽다. 따라서 가상 공간에서 생성되는 반사음들을 헤드폰 재생 음에 더해 줌으로써 "In-head localization" 현상을 제거하고 음상이 머리 밖의 원하는 위치에 맺힐 수 있다.
반사음은 방의 간단한 구조적 모델로부터 구현될 수 있다. 도 5는 주어진 가상 공간(virtual room)(550)에서 하나의 음원(520)에 대한 미러 이미지 음원(mirror image source)들 중 하나를 나타내고 있다. 미러 이미지 음원(510)은 벽면을 대칭면으로 음원(520)이 벽면으로부터 반사된 가상 음원이다. 음원(520)으로부터 청취자(530)의 귀까지 도달하는 반사음의 지연시간은 대응하는 미러 이미지 음원(510)으로부터 청취자(530)의 귀까지 직선 거리의 지연시간으로 대치될 수 있다. 또한 반사음의 세기는 벽면의 흡음 정도에 의존하는 미러 이미지 음원의 세기(strength)로 부터 계산될 수 있다. 원래 음원뿐만 아니라 가상 음원들은 가상 공간의 벽면에 의한 반사음으로 인해 무한개의 음원으로 다시 생성된다. 무한개의 가상음원 중 적절한 수준에서 유한개의 가상음원을 설정한다. 그리고 각각의 가상음원에 대한 지연 시간과 음원세기를 계산한다. 그리고 각각의 가상음원에 대해 청취자로의 입사각에 따른 각각의 ITD와 ILD를 계산한다. 각 계산되는 파라메터들은 주어진 방의 형태와 경계조건과 청취자와 음원의 위치에 따라 달라진다. 따라서 효과적인 반사음을 생성하기 위하여 가상공간을 적절히 설계해 줄 필요가 있다.
반사음 처리부(31)는 각 채널별로 하나의 입력신호에 대하여 청취자의 머리로 인해 발생하는 입체감과 가상 공간(virtual room)에 따른 공간감을 반영하여 왼쪽과 오른쪽 귀에서 느끼는 입체 음향신호를 2채널로 출력하는 필터 형태이며, 입력 채널의 가상 스피커(virtual speaker)의 위치와 가상 공간(virtual room)의 형태와 조건에 따라 다른 반사음을 생성한다. 주어진 형태와 경계 조건을 가진 가상 공간(virtual room) 가상 스피커(virtual speaker)를 위치시키고 청취자를 최적화된 위치에 청취자를 위치시키면, 가상 스피커로부터 청취자에게 직접 전달되는 직접음(direct sound)뿐만 아니라 가상 공간(virtual room)의 가상 벽면으로부터 반사되는 반사음도 청취자에게 전달된다. 직접음을 포함한 각각의 반사음들은 각각 서로 다른 지연 시간과 음압량과 청취자에 대한 입사각을 갖는다.
도 3의 반사음 처리부(31)는 딜레이 필터부(310), 곱셈부(320), 피드백 콤 필터부(330), ITD & ILD 필터부(340), 믹서부(350)로 구성된다.
먼저, 주어진 형태와 경계 조건을 가진 가상 공간에 주어진 위치의 가상 스피커를 위치시켜 각각의 필터 계수들(예를 들면, 시간 지연 계수, 게인값등)을 미리 설정한다. 따라서 적절한 공간감과 입체감을 제공하기 위해서 가상 공간(virtual room)을 적합하게 설계해야 한다.
딜레이 필터부(310)는 한 채널의 입력 신호를 서로 다른 복수개의 시간 지연 계수들(d11, d21,…,dn1)에 따라 지연시켜 반사음들로 생성한다. 복수개의 반사음을 생성하기 위한 지연시간들은 d11, d21,…,dn1은 가상 공간(virtual room)안에 위치된 가상 스피커로부터 생성된 n개의 미러 이미지 음원으로부터 청취자까지 순차적으로 도달하는 반사음을 구현하며, 가상 공간(virtual room)의 크기에 따라 서로 다른 값으로 설정된다.
곱셈부(320)는 딜레이 필터부(310)에서 지연된 각 반사음들에 서로 다른 소정의 게인 값들(g11,g21,…,gn1)을 승산한다. 여기서, n개의 반사음에 따른 각각의 게인값들 g11,g21,…,gn1 은 n개 각각의 음들이 가진 상대적 음압량에 비례하고, 가상 공간(virtual room)의 흡음 정도에 따라 서로 다른 값으로 설정된다.
피드백 콤 필터부(330)는 곱셈부(320)에서 승산된 각 반사음들에 대해 서로 다른 복수개의 시간 지연 계수들d12, d22,…,dn2)과 게인값들(g12, g22,…,gn2)을 반영한 궤환 루프를 통해 계속적으로 반사음을 생성한다. 즉, 피드백 콤 필터부(330)는 하나의 반사음에 대하여 시간이 지연되고 게인이 조정된 다수의 반사음들을 피드백 루프(feed-back loop)를 통하여 계속적으로 만들어낸다. 이때 각각의 시간 지연값들 d12, d22,…,dn2 및 게인값들 g12, g22,…,gn2 는 가상 공간의 크기 및 흡음 정도에 따라 서로 다른 값으로 설정된다. 또한 게인값 g12, g22,…,gn2 의 절대값은 1보다 작다.
ITD & ILD 필터부(340)는 피드백 콤 필터기(330)에서 생성된 각 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 음압 차이를 반영하여 좌, 우 채널의 신호로 분리한다. 즉, 피드백 콤 필터부(330)에서 생성된 각 반사음은 음상을 이동시키는 ITD & ILD 필터부(340)내에서 좌, 우로 각각 입력된다. 그리고 좌 신호와 우 신호중 어느 한 신호만 두귀간의 시간 차이와 레벨 차이를 반영하는 딜레이 필터들과 곱셈기들을 거치게 된다. 딜레이 필터들과 곱셈기들은 각각 시간 지연값들 d13, d23,…,dn3 및 게인값들 g13, g23,…,gn3 을 갖는다. 곱셈기들은 ILD필터들로 대체할 수 있다. 즉 보다 정확한 입체감을 부여하기 위하여 곱셈기들은 주파수 성분의 차이를 고려한 두 귀간의 레벨차를 반영한 HRTF(Head Related Transfer Function)나 저역통과필터(Low Pass Filter) 와 같은 ILD 필터로 대치할 수 있다.
피드백 콤 필터부(39)로부터 출력되는 신호(41)의 음상이 만약 왼쪽에 있다고 가정하면 신호(41)는 좌 채널의 신호이고, 딜레이 필터들과 곱셈기들을 거친 신호(42)는 우 채널의 신호이다. 또한 피드백 콤 필터부(39)로부터 출력되는 신호(41)의 음상이 만약 오른쪽에 있다고 가정하면 신호(41)는 우 채널의 신호이고, 딜레이 필터들과 곱셈기들을 거친 신호(42)는 좌 채널의 신호이다.
이때 각 딜레이 필터 및 곱셈기에 적용되는 시간지연 값들 d13,d23,…,dn3 및 게인값들 g13,g23,…,gn3 은 각각의 반사음들이 청취자의 두 귀에 도달하는 시간차와 레벨차를 구현하고, 음의 입사각에 따라서 설정된다. 각각의 반사음들이 여러 가지 다른 입사각을 가지게 되면 입체감과 공간감이 있는 음향 효과를 낼 수 있다.
믹서기(350)는 ITD & ILD 필터기(340)에서 좌(L), 우(R) 채널로 분리된 각 신호들에 대해 좌 채널 및 우 채널 끼리 더한다. 즉, 좌, 우 가산기(도시안됨)는 ITD & ILD 필터기(340)에서 출력된 각각의 좌 채널의 신호들과 우 채널의 신호들중에서 좌 채널의 신호들끼리 및 우 채널의 신호들끼리 더한다. 최종적으로 믹서기(350)는 좌 채널의 신호(44)와 우 채널의 신호(45)를 출력한다.
각각의 필터 계수들은 주어진 형태와 경계 조건을 가진 가상 공간에 주어진 위치의 가상 스피커를 위치시켜 적절하게 설정된다. 따라서 적절한 공간감과 입체감을 제공하기 위해서 가상 공간을 적합하게 설계해야 한다.
도 6은 본 발명에 따른 공간 스테레오 사운드 생성 장치의 다른 실시예이다.
도 6의 공간 스테레오 사운드 생성 장치는 도 2의 장치에서 반사음 처리부(650)만을 다르게 설계한 것으로, 나머지 블록은 도 2의 장치와 동일하다. 즉, 제4곱셈기(28)에서 출력되는 서라운드 신호는 게인값(g5)을 가진 제5곱셈기(30)를 통해 레벨 조정되어 반사음 생성부(612)로 입력된다. 반사음 생성부(612)는 그 서라운드 신호로부터 한 채널의 반사음 신호(618)를 생성하여 왼쪽 제1가산기(21) 및 오른쪽 제1가산기(22)로 동시에 출력된다.
도 7은 도 6의 반사음 처리부(612)의 상세도이다.
도 7의 반사음 처리부(612)는 한 채널의 신호에 대하여 공간감이 부여된 하나의 입체 음향신호를 출력하는 필터 형태이다.
딜레이 필터(53)는 단일 채널로 입력되는 신호(52)를 시간 지연 계수에 따라 지연시켜 반사음을 생성한다. 곱셈기(54)는 가상 공간의 흡음 정도에 따라 설정된 소정의 게인값(g)을 갖고 딜레이 필터(53)에서 지연된 신호에 그 게인값을 승산함으로써 신호의 게인을 조정한다. 따라서, 입력신호(52)는 딜레이 필터(53)와 곱셈기(54)를 거치면서 게인이 조정된 하나의 반사음을 생성한다.
전대역 패스 필터들(55, 56)은 서로 다른 시간 지연 계수들과 서러 다른 게인값들을 갖고 직렬로 서로 연결되어 하나의 반사음을 전 대역 필터링함으로써 다수개의 반사음을 생성한다. 즉, 전대역 패스 필터들(55-3, 56-3)은 지연기의 입출력단에 가산기(55-1, 55-2, 56-1, 56-2)들을 접속하고, 입력신호를 감쇄 계수(-g)로 이루어지는 승산기을 통해 제1가산기(55-2, 56-2)로 피드 포워드(feed-forward)하는 것과 함께 제1가산기(55-2, 56-2)의 가산 출력을 감쇄 계수(g)로 이루어지는 승산기를 통해 제2가산기(55-1, 56-1)로 피드백(feed-back)하는 것으로 구성된다. 또한 전대역 패스 필터들(55, 56)은 가상 공간의 크기에 따라 시간 지연 계수로 설정하고, 가상 공간의 흡음 정도에 따라 게인값을 설정한다.
따라서 한 채널의 서러운드 신호는 딜레이 필터(53), 곱셈기(54), 전대역 필터들(55, 56)을 통해 다수개의 반사음을 포함하는 신호로 출력된다.
각각의 필터 계수들은 주어진 형태와 경계 조건을 가진 가상 공간에 주어진 위치의 가상 스피커 및 마이크로폰을 위치시켜 적절하게 설정된다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이 본 발명을 이용하면, 2 채널 스테레오 사운드에 대하여 청취자가 입체음향을 느낄 수가 있다. 본 발명은 다수개의 가상음원을 위치화하여 입체감을 제공하고 반사음을 생성하여 공간감을 제공하고 있다. 또한 종래에는 HRTF(head related transfer function)를 사용하여 음색이 변형되고 계산량이 많은 경우가 많은데 본 발명에서는 HRTF를 사용하지 않고 시간지연과 게인 조정만으로 공간 음향을 구현함으로써 음색의 변형이 거의 없고 계산량이 적은 효과가 있다. 예를 들어 본 발명을 CD 플레이어나 MP3 플레이어에 적용하여 2채널 헤드폰이나 이어폰으로 본 발명을 적용한 음악을 듣는다면 청취자가 음색의 변형이 거의 없으면서 입체감과 공간감을 느끼게 되어 보다 즐겁고 편안한 음악을 들을 수 있다.

Claims (24)

  1. 공간 스테레오 사운드 생성 방법에 있어서,
    입력되는 제1, 제2 채널의 각 신호에 대해 두 귀간에 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 제1, 제2채널의 입체 신호로 생성하는 과정;
    상기 제1, 제2 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 제1채널의 서라운드 신호로 생성하고, 상기 생성된 제1채널의 서라운드 신호를 역 위상하여 제2채널의 서라운드 신호로 생성하는 과정;
    상기 과정에서 생성된 제1채널의 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고, 그 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 제1,제2채널의 반사음으로 처리하는 과정;
    상기 과정에서 생성된 신호들의 상기 제1채널 및 제2채널 끼리 더하는 과정을 포함하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 채널의 신호를 합하여 센터 채널의 신호로 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 입체 신호 생성 과정은 주파수별로 다른 두 귀간의 음 압 차이와 두귀간의 시간차를 갖는 제1채널의 신호를 좌측 음상의 오른쪽 귀로 출력하고, 주파수별로 다른 두 귀간의 음압 차이와 두귀간의 시간차를 갖는 제2채널의 신호를 우측 음상의 왼쪽 귀로 출력하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입체 신호 생성 과정은 소정의 게인과 지연을 갖는 제1채널의 신호를 좌측 음상의 오른쪽 귀로 출력하고, 소정의 게인과 지연을 갖는 제2채널의 신호를 우측 음상의 왼쪽 귀로 출력하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 서라운드 신호 생성 과정의 상기 제1채널의 서라운드 신호는 상기 제1,제2 채널중 어느 한 채널의 신호에서 게인 조정 및 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 서라운드 신호 처리 과정은 제1 채널의 신호에서 시간 지연된 제2 채널의 신호를 차감한 신호를 제1 채널 신호로 출력하고, 시간 지연된 제2 채널의 신호에서 제1 채널의 신호를 차감한 신호를 제2 채널 신호로 출력하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사음 처리 과정은
    상기 한 채널의 서라운드 신호를 서로 다른 복수개의 시간 지연 계수들에 따라 시간을 지연시켜 복수개의 반사음들로 생성하는 과정;
    상기 지연된 각 반사음들에 서로 다른 소정의 게인 값들을 승산하는 과정;
    상기 과정에서 승산된 각 반사음들에 대해 서로 다른 복수개의 시간 지연과 게인을 반영하여 궤환 루프를 통해 계속적으로 생성하는 과정;
    상기 과정에서 생성된 각 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두 귀간의 음압 차이를 반영하여 제1,제2 채널의 신호로 분리하는 과정;
    상기 제1,제2 채널로 분리된 각 신호들에 대해 제1 채널 및 제2 채널 끼리 더하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수개 반사음들 생성 과정은 가상 공간의 크기에 따라 서로 다른 복수개의 시간 지연 계수를 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 승산 과정은 가상 공간의 흡음 정도에 따라 상기 반사음들에 서로 다른 게인값을 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 재생 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 궤환 루프 과정은 가상 공간의 크기에 따라 상기 반사음들에 서로 다른 복수개의 시간 지연 계수를 부여하고 가상 공간의 흡음 정에 따라 상기 반사음들에 서로 다른 게인값을 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 재생 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 채널 분리 과정은 각각의 음의 서로 다른 입사각에 따라 좌, 우 채널중 한쪽에 두 귀간의 시간 차이를 반영하는 서로 다른 시간 지연 계수를 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 재생 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 채널 분리 과정은 각각의 음의 서로 다른 입사각에 따라 좌, 우 채널중 한쪽에 두 귀간의 레벨 차이를 반영하는 서로 다른 게인값을 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 재생 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 채널 분리 과정은 각각의 음의 서로 다른 입사각에 따라 좌, 우 채널중 한쪽에 주파수별로 다른 두 귀간의 레벨 차이를 반영하는 것을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 재생 방법.
  14. 공간 스테레오 사운드 생성 방법에 있어서,
    입력되는 제1, 제2 채널별로 각 채널의 신호에 대해서 두 귀간에 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 제1,제2 채널의 입체 신호로 생성하는 과정;
    상기 제1, 제2 채널의 신호를 합하여 센터 채널의 신호로 생성하는 과정;
    상기 제1, 제2 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 제1채널의 서라운드 신호로 생성하고, 상기 생성된 제1채널의 서라운드 신호를 역 위상하여 제2채널의 서라운드 신호로 생성하는 과정;
    상기 과정에서 생성된 한 채널의 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고 이를 제1,제2채널의 신호로 생성하는 과정;
    상기 과정에서 생성된 신호들의 제1채널 및 제2채널 끼리 더하는 과정을 포함하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반사음 처리 과정은
    상기 한 채널의 신호를 시간 지연 계수에 따라 지연시켜 반사음으로 생성하는 과정;
    상기 지연된 반사음에 소정의 게인 값을 승산하는 과정;
    상기 승산된 반사음에 대해 서로 다른 시간 지연 계수들과 서로 다른 게인값들을 가진 직렬로 연결된 복수개의 전대역 통과 필터들을 통하여 계속적으로 반사음들을 생성하는 과정을 포함하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사음 생성 과정은 가상 공간에 크기에 따라 시간 지연 계수를 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 승산 과정은 가상 공간의 흡음 정도에 따라 게인 값을 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 전대역 통과 필터링 과정은 가상 공간에 크기에 따라 시간 지연 계수를 부여하고, 가상 공간의 흡음 정도에 따라 게인 값을 부여하는 것임을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 방법.
  19. 공간 스테레오 사운드 생성 장치에 있어서,
    제1,제2 채널의 각 신호에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 각 채널의 신호에 대해 제1,제2채널의 입체 신호로 생성하는 입체 신호 생성부;
    상기 제1, 제2 채널의 신호를 합하여 제1,제2채널의 센터 채널의 신호로 생성하는 센터 채널 신호 생성부;
    상기 제1, 제2 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 제1채널의 서라운드 신호로 생성하고, 상기 생성된 제1채널의 서라운드 신호를 역 위상하여 제2채널의 서라운드 신호로 생성하는 서라운드 신호 생성부;
    상기 서라운드 신호 생성부에서 생성된 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고, 그 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다 르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 제1,제2채널의 반사음으로 생성하는 반사음 처리부;
    상기 입체 신호 생성부, 상기 서라운드 신호 생성부, 상기 반사음 처리부에서 생성된 신호들의 제1 채널 및 제1 채널 끼리 더하는 믹싱부를 포함하는 공간 스테레오 사운드 생성 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 입체 신호 생성부는 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 두 귀간의 레벨 차이를 갖는 필터와 두 귀간의 시간차를 갖는 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 서라운드 생성부는 입력되는 우 채널의 신호에 -1의 게인값을 승산하는 제1곱셈기,
    상기 제1곱셈기에서 역 위상된 신호를 소정 시간 딜레이시킨 딜레이 필터,
    상기 딜레이된 우 채널의 신호와 입력되는 좌 채널의 신호를 가산하는 가산기,
    상기 가산기에서 출력되는 신호의 레벨을 조정하는 제2곱셈기,
    상기 제2곱셈기에서 출력되는 신호에 -1의 게인값을 승산하는 제3곱셈기를 구비하는 것을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 반사음 처리부는
    상기 한 채널의 서라운드 신호를 가상 공간에서 설정된 서로 다른 복수개의 시간 지연 계수들에 따라 지연시켜 복수개의 반사음들로 생성하는 지연 필터부;
    상기 지연 필터부에서 지연된 각 반사음들에 가상 공간에서 측정된 서로 다른 소정의 게인 값들을 승산하는 곱셈부;
    상기 곱셈부에서 승산된 각 반사음들에 대해 가상 공간에서 측정된 서로 다른 복수개의 시간 지연과 게인을 반영한 궤환 루프를 통해 복수개의 반사음들을 생성하는 피드백 콤 필터부;
    상기 피드백 콤 필터부에서 생성된 각 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 제1,제2 채널의 신호로 분리하는 음상 이동 필터부;
    상기 음상 분리 필터부에서 제1,제2 채널로 분리된 각 신호들에 대해 제1 채널 및 제2 채널 끼리 더하는 믹서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 반사음 처리부는
    한 채널의 신호를 시간 지연 계수에 따라 지연시켜 반사음으로 생성하는 딜레이 필터부;
    상기 딜레이 필터부에서 지연된 반사음에 소정의 게인 값을 승산하는 곱셈기;
    상기 곱셈부에서 승산된 반사음에 대해 서로 다른 시간 지연 계수들과 서로 다른 게인값들을 가진 전대역 통과 필터를 직렬로 연결하여 복수개의 반사음들을 생성하는 전대역 필터기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 스테레오 사운드 생성 장치.
  24. 입체 사운드 재생 시스템에 있어서,
    오디오 소스를 제1,제2 채널의 신호로 생성하는 소스 발생 장치;
    상기 소스 발생 장치에서 입력되는 제1, 제2 채널의 각 신호에 대해 두 귀간에 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 입체 신호로 생성하고, 제1, 제2 채널중 어느 한 채널의 신호로부터 시간 지연된 다른 채널의 신호를 차감하여 제1채널의 서라운드 신호로 생성하고, 상기 생성된 제1채널의 서라운드 신호를 역 위상하여 제2채널의 서라운드 신호로 생성하고, 생성된 서라운드 신호로부터 여러 개의 반사음을 생성하고, 그 반사음에 대해 두 귀간의 입사하는 시간 차이와 주파수별로 다르거나 일정한 두귀간의 음압 차이를 반영하여 제1,제2채널의 반사음으로 생성하고, 생성된 신호들의 상기 제1채널 및 제2채널 끼리 더하는 공간 스테레오 사운드 생성 장치;
    상기 공간 스테레오 사운드 생성 장치에서 생성된 사운드를 증폭하여 각각 제1,제2 채널로 출력하는 증폭장치를 포함하는 입체 사운드 재생 시스템.
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